[发明专利]一种利用双交联颗粒凝胶填充柱实现微生物催化过程强化的方法

说明书

本发明公开了一种利用双交联颗粒凝胶填充柱实现微生物催化过程强化的方法，由多乙烯基聚乙二醇和巯基化的海藻酸钠两种高分子为成分形成水凝胶体系，在通过油包水乳化分散法合成水凝胶微球的基础上，二次交联制备具有双交联结构的颗粒凝胶填充柱固定具有催化活性的微生物，用于生物催化反应，实现微生物固定和催化过程强化。该方法采用双交联结构的凝胶微球，将离散微球连接起来，双交联结构包封微生物不易逃逸出来，抑制杂菌的进入，形成了多级孔隙、增大了比表面积和传质速率。填充柱具有良好的生物相容性、减少了微生物的逃逸、增强了微生物对底物的耐受性，方便产物的分离。

技术领域

本发明涉及生物催化方法，特别涉及一种利用双交联颗粒凝胶填充柱实现微生物催化过程强化的方法。

背景技术

随着能源环境问题的日益突出，生物催化技术的地位也越来越重要，近些年来也取得了迅猛发展。由于具有温和、高效、高选择性等特点，采用生物催化方式来制备大宗化学品和精细化学品，降低对石油的依赖，是绿色发展过程中代替和拓展传统溶剂合成的重要方法。

微生物固定化技术是通过化学或者物理的方法将微生物或微生物产生的游离酶固定在与之对应的载体上，填充到生物反应器中以催化生化反应、微生物数量的增殖等。与游离微生物发酵相比，固定化微生物催化能够为微生物的生长提供充足的空间，保持催化活性，简化产物分离、纯化等优点。由于微生物被载体固定，不会产生流失现象，连续反应的稀释率大大提高。但是固定化微生物技术还需要解决固定化方式、寻找耐受性强的包埋材料、提高产物产量等。目前常用的固定化方法主要有吸附法、包埋法、共价结合法、交联法等。包埋法是应用较广泛的一种方法，有较好的综合性能，催化活性保留和存活力都比较高，且应用灵活。因此，包埋法成为整个固定化生物催化剂技术中应用最广泛的固定化方法；但是包埋法的扩散阻力较大，使微生物的催化活性受到限制，较适合于小分子底物与产物的反应。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种利用双交联颗粒凝胶填充柱实现微生物催化过程强化的方法。

技术方案：本发明提供一种利用双交联颗粒凝胶填充柱实现微生物催化过程强化的方法，由多乙烯基聚乙二醇和巯基化的海藻酸钠两种高分子为成分形成水凝胶体系，在通过油包水乳化分散法合成水凝胶微球的基础上，二次交联制备具有双交联结构的颗粒凝胶填充柱固定具有催化活性的微生物，用于生物催化反应，实现微生物固定和催化过程强化。

进一步地，包括如下步骤：

(1)制备多乙烯基聚乙二醇高分子、巯基化的海藻酸钠和微生物的前体溶液；

(2)制备包封微生物的水凝胶微球，通过油包水乳化分散法制备微球并固化；

(3)制备双交联结构的颗粒凝胶填充柱用于生物催化反应，实现微生物催化过程的强化。

进一步地，所述步骤(1)的制备方法如下：将巯基化海藻酸钠溶于去离子水中，记为分散相P2；将多乙烯基聚乙二醇、微生物液，溶于去离子水中，记为分散相P3，即得各前体溶液。

进一步地，所述步骤(2)制备方法如下：将表面活性剂溶于氟油、硅油、矿物油、硬脂酸、动物油或植物油中，配制成连续相P1(油相)，两相分散相(P2∶P3)混合后加入到油相中，通过乳化分散法形成乳液并静置固化，洗涤后得到微球，滴加氯化钙溶液到微球表面，固化后得到双交联微球结构。

进一步地，所述乳化分散法是机械搅拌法、机械与手动震荡法、电喷射法、悬浮分散、微流控法、膜乳化法。

进一步地，所述多乙烯基聚乙二醇高分子分为线性聚乙二醇、多臂聚乙二醇、树形聚乙二醇、超支化聚乙二醇。

进一步地，所述线性聚乙二醇为琥珀酰亚胺碳酸酯-聚乙二醇(SC-PEG-SC)，二马来酰亚胺聚乙二醇(MAL-PEG-MAL)、二丙烯酸酯聚乙二醇(DA-PEG-DA)、二甲基丙烯酸酯聚乙二醇(MA-PEG-MA)；