[发明专利]一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法

说明书

本发明公开了一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法；一种仿生连续水解反应系统，其特征在于，该系统包括依次连接的进料装置、动力装置、仿生反应器和出料装置；所述仿生反应器包括多个串联连接的酶反应段，每个酶反应段的腔体内壁间隔设置有若干凸起单元，以增加腔体单位反应面积、加速腔体内反应物的混合和提高酶解反应效率；在每个酶反应段的腔体内壁负载有多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积涂层，在涂层的外表面负载有酶催化层；每个酶反应段的外表面设置有保温层；每个酶反应段均设置为能拆解结构，能拆解结构用以实现对酶反应段进行拆解，以便对酶反应段内部的酶催化层进行查看和补充；本发明可广泛应用于环保、化工以及能源等领域。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法。

背景技术

随着节能环保的概念的普及，针对天然可再生能源进行深入开发已成为行业趋势，尤其是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的木质纤维素，木质纤维素是一种无毒、无味、无污染和无放射性的有机絮状纤维物质，具有优良的柔韧性及分散性；木质纤维素不溶于水、弱酸和碱性溶液，pH值中性；木质纤维素比重小。木质纤维素主要由木质素、纤维素和半纤维素三组分构成，半纤维素连接着外侧的木质素和内侧的纤维素。纤维素和半纤维素等多糖可以被转化制备单糖，并用于生产燃料或化工原料，从而降低对不可再生资源的依赖和减少二氧化碳排放，对利用可再生资源和改善生态环境等具有十分重要的意义。

在现有的自然界中，白蚁是能够高效降解木质纤维素的昆虫之一，其主要借助于白蚁自身的结构，通过口器和砂囊将木质纤维素物理破碎成细小颗粒，并在唾腺分泌的漆酶的作用下对木质素进行初步降解，之后在中肠酶解消化非结晶纤维素及半纤维素，再进入后肠进行结晶纤维素的转化，同时，白蚁肠道表面存在绒毛、褶皱等微结构，能够增大肠道比表面积，并在一定程度上强化物质混合。但其中的分解酶是呈游离状态分布在白蚁体内，在消化过程中上一阶段的分解酶是会随着分解消化的进程不断流通至下一分解阶段，存在大量分解酶的消耗。

以及现有技术公开号为CN213681497U公开了一种木质纤维素连续化处理装置，包括依次连接的配料罐、调浆罐、加热盘管、闪蒸罐、反应管道、冷却罐、pH调节罐和固液分离罐。该装置一方面采用氨化、碱相结合的手段，其可实现温和条件下的木质纤维素连续化处理，且能耗低，预处理效果好。但其中采用的酶均为游离体系，在单次反应后无法实现酶的重复利用，生产成本较高，并且通过对原料的应用前需要通过酸、碱等化学方法进行预处理，对预处理设备要求高，并且酸碱试剂可能造成腐蚀，且预处理后会产生抑制物，不利于后续的酶解及发酵。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法，旨在解决现有技术中无法实现酶的重复利用的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，一种仿生连续水解反应系统，其特征在于，该系统包括依次连接的进料装置、动力装置、仿生反应器和出料装置；

所述仿生反应器包括多个串联连接的酶反应段，每个酶反应段的腔体内壁间隔设置有若干凸起单元，以增加腔体单位反应面积、加速腔体内反应物的混合和提高酶解反应效率，并且在每个酶反应段的腔体内壁负载有多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积涂层，在涂层的外表面负载有酶催化层；每个酶反应段的外表面设置有保温层；

每个酶反应段均设置为能拆解结构，能拆解结构用以实现对酶反应段进行拆解，以便对酶反应段内部的酶催化层进行查看。

本发明采用聚乙烯亚胺辅助多巴胺共沉积构建功能化涂层，多巴胺可以在碱性条件下通过自聚合形成具有活性醌基的聚多巴胺涂层，可以与酶的氨基通过席夫碱反应共价结合。聚乙烯亚胺是具有丰富氨基的柔性间隔臂，可以与酶的羧基进行酰胺键结合。将含酶溶液通入具有共沉积涂层的微反应器，在室温条件下孵育，使酶固定到载体表面。