[發(fā)明專利]三明治結(jié)構(gòu)化酶膜反應器及其制備方法和應用

無效

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• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101693873A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 姜忠義;蘇延磊;張蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: C12M1/40
• 分類號: C12M1/40;C12P19/18
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發(fā)明涉及酶膜反應器的制備，特別是一種三明治結(jié)構(gòu)化酶膜反應器及其制備方法和 應用。

背景技術

酶膜反應器將酶促反應的高效率與膜的選擇透過性有機結(jié)合，可使過程強化。近年 來，酶膜反應器在生物、醫(yī)藥、食品、化工、環(huán)境等領域得到了日益廣泛的應用。固定化 酶膜反應器具有反應速率快、選擇性高、可重復使用、能夠有效消除產(chǎn)物抑制、傳質(zhì)面積 大、傳質(zhì)速率快以及易于連續(xù)化、自控與集成化等優(yōu)點。目前酶的固定化通常有吸附，共 價結(jié)合、交聯(lián)法和包埋等方法。

根據(jù)酶的存在狀態(tài)，可將酶膜反應器分為游離態(tài)和固定化酶膜反應器兩類。前者酶均 勻地分布于反應物相中，酶促反應在接近本征動力學的狀態(tài)下進行，但酶易發(fā)生剪切失活 或泡沫變性，裝置性能受濃差極化和膜污染的顯著影響。固定化酶膜反應器中，酶通過吸 附、交聯(lián)、包埋、化學鍵合等方式被“束縛”在膜上，酶裝填密度高，反應器穩(wěn)定性和生產(chǎn) 能力高，產(chǎn)品純度和質(zhì)量好，廢物量少。但酶往往分布不均勻，傳質(zhì)阻力也較大。

共價結(jié)合即將酶和支持物之間通過共價結(jié)合力固定在一起，固定化酶穩(wěn)定性提高。共 價結(jié)合固定化比其他固定化方法在提高酶的熱穩(wěn)定性、PH穩(wěn)定性和化學試劑穩(wěn)定性方面 要更勝一籌，此外共價固定化還能有效防止蛋白酶的自身降解作用。但共價固定化也是最 有可能造成酶蛋白構(gòu)象改變，從而影響固定化酶催化活性的固定化方法。

包埋和微膠囊不同于前兩種固定方法，其溶液中的酶分子是自由的，但同時又被固定 在凝膠或半透膜形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)之中。這樣既能克服吸附固定法易使酶脫落，防止酶泄漏 到本體溶液相中，也克服了共價結(jié)合易改變酶構(gòu)象等不足。但包埋法和微膠囊法所造成的 擴散限制要比前兩者來得大，從而降低了酶促反應速度。此外微膠囊法目前尚缺乏具體的 合成方面的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供是一種三明治結(jié)構(gòu)化酶膜反應器及其制備方法和應用，可以克 服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明創(chuàng)造性的設計了一種“三明治式”酶膜反應器，將酶分子包夾 于超濾膜之間，由于超濾膜的孔徑只有幾納米到幾十納米，能有效防止酶泄漏現(xiàn)象。同時 在膜的一側(cè)施以壓力，以壓力差為推動力推動反應液流過超濾膜，減少了擴散限制效應， 同時通過壓力及酶量控制底物運輸量，使反應速度和底物運輸相匹配。這種“三明治”法 也可應用于其他固定化酶反應中，適用范圍廣泛。

本發(fā)明提供的一種三明治結(jié)構(gòu)化酶膜反應器是以PES與PEG或Pluronic?F127為原料， 按質(zhì)量比例為100∶10～100∶100制備，具體步驟為：首先將PES與PEG或Pluronic?F127溶 于DMF中，混合均勻得鑄膜液。將鑄膜液在平板玻璃上刮制成液膜浸入水中，將該膜剝 離，水洗，浸泡。鑄膜置于膜組件中加入葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶溶液使酶溶液中的水完全滲過膜， 將另一塊壓實膜鋪在酶上，固定壓實，即將酶包埋于兩膜之間，制得“三明治”式酶膜反 應器。

本發(fā)明提供是的一種三明治結(jié)構(gòu)化酶膜反應器的制備包括以下步驟：

1)PES/PEG和PES/Pluronic?F127膜的制備

首先將PES與PEG或Pluronic?F127溶于DMF中，PES與PEG或Pluronic?F127的質(zhì) 量比為：100∶10～100∶100之間，于50～70℃下攪拌約4～6小時確保混合均勻，然后 靜置約4～5小時完全除去溶液中的氣泡。

2)在室溫下，將鑄膜液在平板玻璃上刮制成均勻的液膜后，立即浸入水中，此時DMF 溶入水中，使高分子溶液轉(zhuǎn)化為凝膠膜，將該膜剝離下來并用去離子水洗去殘液，最后浸 泡于去離子水中20～40小時左右。

3)葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶(transglucosidase)的固定化

將前面制得的膜固定于超濾杯的膜組件中，加壓至表壓0.2MPa壓力下用水壓實0.5 小時，再將攪拌槽和貯液槽中溶液放空，迅速加入酶溶液，控制壓力在表壓0.1MPa，直 至酶溶液中的水完全滲過膜，緊接著將另一塊鑄膜鋪在酶上，固定壓實，即將酶包埋于膜 之間，制得“三明治”式酶膜反應器。

本發(fā)明提供三明治結(jié)構(gòu)化酶膜反應器用于實現(xiàn)異麥芽低聚糖的高效制備。