[发明专利]一种硅基化合物固定化酶生物催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种硅基化合物固定化酶生物催化剂的制备方法，属于固定化酶生物催化剂制备计技术领域。本发明以硅基化合物为载体，脂肪酶为固定化对象，共价结合法为固定方法，利用硅基化合物表面富含羟基基团，与富含乙氧基基团的交联剂进行共价结合，交联剂的另一端则是可以与脂肪酶上的活性基团进行共价结合以达到固定化酶的效果。本发明制备固定化酶催化剂具有较好的分散性、较高的载酶量和较好的酶活。本发明还可以适用漆酶、辣根过氧化物酶等多种酶的固定化。

技术领域

本发明属于固定化酶生物催化剂制备领域，尤其是涉及一种硅基化合物固定化酶生物催化剂及其制备方法。

背景技术

固定化酶(Immobilized Enzyme)是1917年第一届国际酶工程会议中提出的概念，即通过物理或者化学法，将酶束缚在水不溶性载体上或者一定空间内，限制游离酶的自由游动，并能使酶发挥催化作用，且在反应结束后能轻易将酶与底物、产物分开，进而达到重复使用的目的。经过百年的发展，固定化酶主要分为四种方法：1)吸附法：吸附法是通过非特异性的物理吸附或生物物质间的特异性吸附作用从而将酶吸附固定在特定的载体上。该法操作简单，对酶活性中心和空间构象不产生影响，酶活损失低。但是结合不牢固，易解吸附；若酶液不纯，也易吸附上其他杂质。2)包埋法：包埋法是将酶埋于多种载体中发生聚合、沉淀或凝胶化得到的。包埋法操作工艺较为简单、条件温和且酶活回收率较高，可用于大多数生物大分子的固定化。但其将酶包埋于固定的孔径中，对底物和产物的传质造成了一定影响，对产物和底物的分子量大小有一定的要求。3)交联法：交联法是用双功能或多功能试剂和酶发生交联，相互之间形成共价键，得到交联网状结构。反应较剧烈，故结合牢固，但易造成酶活损失，也易得到交联剂与交联剂反应的副产物。4)共价结合法：共价结合法是利用化学方法使不溶性载体活化后，与酶上的活性基团反应。其结合力强，酶不易脱落，稳定性良好，但其剧烈反应也易造成酶活损失。

脂肪酶是生物催化中应用最广泛的酶之一，其生物学功能是催化甘油三脂水解生成游离脂肪酸和甘油。天然底物的异质性使脂肪酶在酶中具有非常广泛的专一性，所接受的底物与甘油(甚至酰胺)非常不同。脂肪酶可在体外催化不同于天然水解酶功能的反应，如酯化反应、酸解反应、酯交换反应等，以及所谓混杂反应的集合。

硅基化合物具有高化学纯度、高稳定性、化学惰性、无毒且易于修饰等优良特性，故以SiO₂为载体的硅基化合物作为载体已广泛用于固定化酶中。介孔SiO₂作为载体更具有比表面积大、孔径可调等优点。自从Beck等应用一系列MCM-41分子筛作为载体固定酶以来，介孔材料由于具有可调的孔径及孔体积、高的比表面积和载酶量等优点成为良好的固定化酶载体。

乙烯基三乙氧基硅烷富含碳碳双键，可以与酶中的氨基反应，形成牢固的共价键，将脂肪酶固定在硅基化合物中，以达到固定化酶的效果。所采用的交联剂和载体都很廉价，具有潜在的工业运用价值。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，本发明提供了一种硅基化合物固定化酶生物催化剂及其制备方法。本发明以硅基化合物为载体，脂肪酶为固定对象，共价交联法为固定化方法，乙烯基三乙氧基硅烷为交联剂。通过硅基化合物表面富含羟基，易于交联剂中的乙氧基共价结合，交联剂另一端的双键可与酶共价结合，实现酶在硅基化合物上的共价固定。

本发明的技术方案如下：

一种硅基化合物固定化酶生物催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)硅基载体的改性处理：

S1：将硅基化合物加入到NaOH溶液中反应，加热回流搅拌反应2-3h，之后将反应物用水清洗至中性并烘干过筛，筛网大小为200目；

S2：将上述得到的硅基化合物加入到乙醇中，再加入正硅酸四乙酯，混合均匀后加入H₂SO₄，使得溶液pH值为3-5，之后恒温水解6h，反应结束后将所得预处理硅基化合物恒温烘干；