[發明專利]一種以碳纖維作為新型載體的酶固定化方法

有效

• 申請號: 201010170434.8
• 申請日: 2010-05-13
• 公開（公告）號: CN101831420A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 劉杰;張巍巍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12N11/14
• 分類號: C12N11/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種新型載體的酶固定化方法，具體是將酶用物理法固定在系列碳纖維載體上，得到一種高溫下穩定的固定化酶。

背景技術

固定化酶的載體材料是影響固定化酶活性和穩定性的重要因素之一，生物酶與載體之間的一些反應常常是降低酶活性的主要原因。不同的載體材料與生物酶分子之間的作用能夠使酶分子的三位構像和微環境都產生不同的變化，從而影響底物向活性中心擴散速率。

根據載體的化學組成和來源可以分為無機材料、天然高分子、合成高分子、復合材料。無機載體穩定性好、機械強度高、對微生物無毒性、不易被微生物所分解、耐酸堿、成本低、壽命長等。天然高分子材料特點是無毒性，傳質性能好。但是天然高分子材料存在強度較低，在厭氧條件下易被微生物所分解，使用壽命較短。合成有機高分子對微生物的腐蝕也有較強的抵抗力，而且合成有機高分子凝膠載體還具有強度較大的優點。復合載體材料是以有機材料和無機材料復合組成的新載體材料，特點容易分離。隨著固定化技術領域的發展，酶固定化過程中不得不面對的難題就是如何避免酶分子的微環境的改變，使酶分子的穩定性更高。因此，開發新型、高效固定化載體，進一步提高轉化率和生產能力，是未來研究的重點。

目前，國內外固定化載體研究取得很大進展，載體材料研究范圍從傳統以聚合物材料為主發展到聚合物材料和無機材料共同發展局面；聚合物載體材料研究向功能化和精細化方向發展；固定化材料向高活力保持率、長使用壽命、易于分離和可再生等方向發展。

碳纖維具有生物相容性好，比表面積高，物理、化學性質穩定，無毒，耐環境性優良等諸多優點。隨著生物酶固定化技術的發展，現有酶載體材料在物化性能、力學性能、適合溫度、活性范圍和再生等方面已不能滿足使用要求。而將應用于復合材料中的碳纖維應用于生物酶固定化行業，則既可利用其優異的力學性能，又能發揮其良好的生物相容性。

在工業上很多酶催化反應條件需要高溫環境，例如脂肪酶、果膠酶、β-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶。脂肪酶、果膠酶在油脂、食品等行業中需要高溫催化；在油田中β-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶能夠幫助鉆孔一起去除鉆出來的材料，應用過程中需要高溫可達100℃。

固定化酶表現出高度的熱穩定性。碳纖維結構的載體有高比表面積和較高的機械性能，并且在碳纖維上固定的微生物不僅量很大，而且附著強度也很大，還有一定的彈力性。因此，選擇用碳纖維固定生物酶，可以提高載體的生物酶的活性與改變酶學性質。碳纖維作為固定化酶已顯示出其重要的應用價值，將成為固定化酶應用的新方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有良好生物相容性、能得到高溫穩定的固定化酶的應用載體與方法。該載體表面存在大量的官能團，酶分子能與載體充分的結合，得到的固定化酶活力高且在高溫下仍能保持一定的活性。

本發明使用的酶固定化載體為系列新型碳纖維，具體方法是：首先將碳纖維進行預處理，然后通過物理固定化方法將酶分子固定到載體上，進而得到高溫穩定的固定化酶。

實現上述發明目的的技術方案如下：

1、一種以碳纖維作為新型載體固定化酶的方法，其特征在于包括如下步驟：

1)以下列不同直徑的微米和納米級的系列碳纖維作為載體：直徑為3-8μm的聚丙烯腈基碳纖維、直徑為50-500nm的納米級聚丙烯腈碳纖維、直徑為50-500nm的納米級聚丙烯腈活性碳纖維、聚丙烯腈活性碳纖維氈；將上述碳纖維載體進行如下表面處理：

將脫膠后或無膠碳纖維載體在無水乙醇中浸泡洗滌后自然晾干或烘干，然后碳纖維用緩沖液平衡，得到固定化酶載體；

其中所述的脫膠為向表面具有上膠物質的碳纖維中加入脫膠液，采用抽提的方法進行處理，控制抽提速度25～30min/次，根據上膠物質的多寡為抽提時間10～40小時；抽提結束后將碳纖維放入置于烘箱干燥；

2)將表面處理后的碳纖維載體作為載體固定脂肪酶、果膠酶、β-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶，其固定化方法的步驟如下：

a、按照碳纖維載體與酶質量比為1∶1.25～1∶5稱取載體和酶，并用緩沖液配制酶溶液；所述酶為脂肪酶、果膠酶、β-半乳糖苷酶或β-甘露聚糖酶；

b、將碳纖維浸漬于上述酶溶液中1～4小時后冷凍干燥即得；

步驟1)和步驟2)采用相同的緩沖液。

上述的方法，其特征在于脫膠液為丙酮或石油醚。

上述的方法，其特征在于固定化脂肪酶時緩沖液pH為7.0～8.0

上述的方法，其特征在于固定化果膠酶時緩沖液pH為3.0～4.0。