[发明专利]环糊精接枝物-细菌固定化细胞多孔胶珠及其应用

说明书

本发明属于生物催化技术领域，具体涉及环糊精接枝物‑细菌固定化细胞多孔胶珠、制备及其在生物转化中的应用。所述多孔胶珠是将海藻酸钠、环糊精‑羧甲基纤维素接枝物、细菌静息细胞和氧化石墨烯按照一定比例在水中混合均匀后滴入金属离子溶液中成球而制成的。该胶珠具有较高的的机械强度，利于其重复使用，而且能够高效循环利用环糊精，减少环糊精和细胞损失，便于循环过程中的分离；孔径小且规则，孔隙数量多的胶珠，孔隙率更高，比表面积大，传质阻力小，不仅利于环糊精、细胞与底物快速接触，提高了转化速率，缩短了反应周期；并且对细胞中的酶活性起到一定的促进作用，呈现出良好的细胞相容性。

技术领域：

本发明属于生物催化技术领域，具体涉及环糊精接枝物-细菌固定化细胞多孔胶珠、制备及其在生物转化中的应用。

背景技术：

甾体化合物作为仅次于抗生素的第二大类药物，其在生命体内具有调控各种物质代谢及生理作用的功能。与传统化学合成方法相比，微生物转化的方法可以形成多种甾体药物活性中间体且产物纯度高。环糊精作为增溶剂能增加疏水性甾体的溶解度，其特殊空腔结构可以包结甾体底物，从而提高甾体化合物的生物利用度和产率。然而环糊精的价格较高，制约了其在生物催化领域中的大规模应用。通过化学接枝技术将环糊精固载到高分子载体上，可以把环糊精从溶于水的粉体材料制备成不溶于水的高分子材料，克服环糊精难回收的缺陷，使其能够循环利用，降低工业使用的成本，但接枝率低且部分材料对细胞有害，所以找到无害的接枝载体且采用合适的方法提高环糊精固载量是亟待解决的重要问题。

羧甲基纤维素是以天然纤维素为初始原料，经碱化、醚化反应后生成的一种具有醚结构的纤维素基衍生物，它是一种阴离子型纤维素醚，很容易在水溶液中进行接枝聚合，得到广泛关注。它可作为稳定剂、分散剂、粘合剂、乳化剂、增稠剂、悬浮剂、上浆剂，因此在食品、医药、日化、石油、造纸、纺织、建筑等领域生产中得到广泛应用。

海藻酸钠(SA)是一种由(1,4)-β-D-甘露糖醛酸(M)和(1,4)-α-L-古罗糖醛酸(G)两种结构单元不规则连接而成的线型天然高分子，具有生物相容性好、安全无毒、价格低廉等优点，其结构中的古罗糖醛酸可交联二价或三价金属离子(如Ca²⁺、Ba²⁺)，形成具有强度又有弹性的凝胶，针对这种性质，可用于固定性质不稳定物质，提高稳定性，同时可用于固定微生物、细胞、酶等，实现循环利用。但形成的海藻酸钠水凝胶存在力学强度较差，稳定性差，难重复利用，浓度过大时不利于成球问题。

石墨烯(GO)是一种由碳原子紧密堆积成单层二维结构的炭质新材料，氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍生物，具有很好的纳米片层结构，比表面积较大，表面有大量的羟基和环氧基及边缘处的羰基和羧基，使氧化石墨烯具有很好的亲水性，易与聚合物之间形成化学键或氢键，从而使其在提高聚合物复合材料的各性能方面具有更大的潜力。

申请人发现，如果将易于接枝聚合的羧甲基纤维素与环糊精接枝形成粉末状的环糊精-羧甲基纤维素接枝物，同时利用氧化石墨烯与海藻酸钠复合对接枝物和细菌静息细胞进行包埋固定成凝胶球可以实现环糊精和细胞的高效共循环。目前关于以利用氧化石墨烯与海藻酸钠共混作为载体对环糊精接枝物粉末和细菌静息细胞固定化应用于难溶化合物的生物转化的技术尚未可见。

发明内容：

为了实现上述目的，本发明将提供一种环糊精接枝物-细菌固定化细胞多孔胶珠，所述环糊精接枝物-细菌固定化细胞多孔胶珠是将海藻酸钠、环糊精-羧甲基纤维素接枝物、细菌静息细胞和氧化石墨烯按照一定比例混合均匀后滴入金属离子溶液中成球而制成的。

具体地，上述环糊精接枝物-细菌固定化细胞多孔胶珠(以下简称β-CD-CMC-GO细菌固定化细胞胶珠)的制备方法如下：

(1)石墨置于硫酸和磷酸体系中，加入高锰酸钾，在超声辅助的情况下制备了氧化石墨烯；

进一步地，超声功率200-800W，超声的时间为2-5h；