[發明專利]一種利用雙交聯顆粒凝膠填充柱實現微生物催化過程強化的方法

有效

• 申請號: 202011333004.3
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112458075B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 余子夷;李園;文慧琳;張靜
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12N11/10
• 分類號: C12N11/10;C12N11/089;C12N11/04;C12R1/02;C12R1/19;C12R1/80;C12R1/38;C12R1/01;C12R1/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發明公開了一種利用雙交聯顆粒凝膠填充柱實現微生物催化過程強化的方法，由多乙烯基聚乙二醇和巰基化的海藻酸鈉兩種高分子為成分形成水凝膠體系，在通過油包水乳化分散法合成水凝膠微球的基礎上，二次交聯制備具有雙交聯結構的顆粒凝膠填充柱固定具有催化活性的微生物，用于生物催化反應，實現微生物固定和催化過程強化。該方法采用雙交聯結構的凝膠微球，將離散微球連接起來，雙交聯結構包封微生物不易逃逸出來，抑制雜菌的進入，形成了多級孔隙、增大了比表面積和傳質速率。填充柱具有良好的生物相容性、減少了微生物的逃逸、增強了微生物對底物的耐受性，方便產物的分離。

技術領域

本發明涉及生物催化方法，特別涉及一種利用雙交聯顆粒凝膠填充柱實現微生物催化過程強化的方法。

背景技術

隨著能源環境問題的日益突出，生物催化技術的地位也越來越重要，近些年來也取得了迅猛發展。由于具有溫和、高效、高選擇性等特點，采用生物催化方式來制備大宗化學品和精細化學品，降低對石油的依賴，是綠色發展過程中代替和拓展傳統溶劑合成的重要方法。

微生物固定化技術是通過化學或者物理的方法將微生物或微生物產生的游離酶固定在與之對應的載體上，填充到生物反應器中以催化生化反應、微生物數量的增殖等。與游離微生物發酵相比，固定化微生物催化能夠為微生物的生長提供充足的空間，保持催化活性，簡化產物分離、純化等優點。由于微生物被載體固定，不會產生流失現象，連續反應的稀釋率大大提高。但是固定化微生物技術還需要解決固定化方式、尋找耐受性強的包埋材料、提高產物產量等。目前常用的固定化方法主要有吸附法、包埋法、共價結合法、交聯法等。包埋法是應用較廣泛的一種方法，有較好的綜合性能，催化活性保留和存活力都比較高，且應用靈活。因此，包埋法成為整個固定化生物催化劑技術中應用最廣泛的固定化方法；但是包埋法的擴散阻力較大，使微生物的催化活性受到限制，較適合于小分子底物與產物的反應。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種利用雙交聯顆粒凝膠填充柱實現微生物催化過程強化的方法。

技術方案：本發明提供一種利用雙交聯顆粒凝膠填充柱實現微生物催化過程強化的方法，由多乙烯基聚乙二醇和巰基化的海藻酸鈉兩種高分子為成分形成水凝膠體系，在通過油包水乳化分散法合成水凝膠微球的基礎上，二次交聯制備具有雙交聯結構的顆粒凝膠填充柱固定具有催化活性的微生物，用于生物催化反應，實現微生物固定和催化過程強化。

進一步地，包括如下步驟：

(1)制備多乙烯基聚乙二醇高分子、巰基化的海藻酸鈉和微生物的前體溶液；

(2)制備包封微生物的水凝膠微球，通過油包水乳化分散法制備微球并固化；

(3)制備雙交聯結構的顆粒凝膠填充柱用于生物催化反應，實現微生物催化過程的強化。

進一步地，所述步驟(1)的制備方法如下：將巰基化海藻酸鈉溶于去離子水中，記為分散相P2；將多乙烯基聚乙二醇、微生物液，溶于去離子水中，記為分散相P3，即得各前體溶液。

進一步地，所述步驟(2)制備方法如下：將表面活性劑溶于氟油、硅油、礦物油、硬脂酸、動物油或植物油中，配制成連續相P1(油相)，兩相分散相(P2∶P3)混合后加入到油相中，通過乳化分散法形成乳液并靜置固化，洗滌后得到微球，滴加氯化鈣溶液到微球表面，固化后得到雙交聯微球結構。

進一步地，所述乳化分散法是機械攪拌法、機械與手動震蕩法、電噴射法、懸浮分散、微流控法、膜乳化法。

進一步地，所述多乙烯基聚乙二醇高分子分為線性聚乙二醇、多臂聚乙二醇、樹形聚乙二醇、超支化聚乙二醇。

進一步地，所述線性聚乙二醇為琥珀酰亞胺碳酸酯-聚乙二醇(SC-PEG-SC)，二馬來酰亞胺聚乙二醇(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)；