[發(fā)明專利]一種脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110184700.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN112980826B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田晶;秦正強(qiáng);費(fèi)旭;李堯;徐龍權(quán);王一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N11/087
• 分類號(hào): C12N11/087;C12N9/20;C12P7/6436;C08F220/56;C08F222/38;C08J3/075
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李銀姬;李馨

本發(fā)明提供一種脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料及其制備方法和應(yīng)用。該方法包括將含有丙烯酰胺單體和N,N?亞甲基雙丙烯酰胺的水相和含有復(fù)配乳化劑的有機(jī)相混合后，進(jìn)行反相乳液聚合反應(yīng)而得到聚丙烯酰胺水凝膠微球的步驟以及將脂肪酶物理吸附到所述聚丙烯酰胺水凝膠微球而得到脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料的步驟，其中所述復(fù)配乳化劑為是司盤類乳化劑和吐溫類乳化劑混合而制備得到，所述復(fù)配乳化劑的HLB值為3～7。本發(fā)明所得催化材料環(huán)保無毒、易于從反應(yīng)體系中分離、可循環(huán)利用，從而在生物催化、食品工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都將有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于酶固定化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

脂肪酶是一種具有多種催化能力且能夠催化一些不溶于水的底物的酶，因此廣泛應(yīng)用于許多反應(yīng)中，如酯鍵的水解、合成、醇解、氨解、過氧化、環(huán)氧化和酯交換等，又因?yàn)槊副旧硭哂械母咝АＲ恍詮?qiáng)、反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)，在食品、化學(xué)醫(yī)藥、化妝品生產(chǎn)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，酶在非生理環(huán)境中的脆性和快速老化限制了它們的工業(yè)應(yīng)用，并且脂肪酶結(jié)構(gòu)中的三種氨基酸絲氨酸、天冬氨酸、組氨酸所形成的“蓋子”結(jié)構(gòu)對(duì)脂肪酶的催化活性中心與底物的結(jié)合影響很大，需要一個(gè)微水環(huán)境來幫助脂肪酶暴露活性中心，以便脂肪酶與有機(jī)相中的底物結(jié)合來充分發(fā)揮催化活性。為了克服這些缺點(diǎn)，人們開發(fā)了各種方法來提高脂肪酶的性能，如基因工程、酶的化學(xué)修飾和固定化等方法。其中酶的固定化是一種很有前途的方法，可以提高酶的穩(wěn)定性、活性和選擇性。

常用的固定化方法通常是通過共價(jià)結(jié)合、物理吸附或包埋等方式將酶固定在各種載體上。例如大孔樹脂，介孔二氧化硅，溶膠凝膠材料，磁性顆粒等都被用作固定化載體。物理吸附法反應(yīng)條件溫和，可以很大程度上保留酶本身的構(gòu)相，因此可以極大程度上減少酶的變性或失活，而且因?yàn)橹谱鞴に嚭唵危褂贸杀据^為低廉，所以將其應(yīng)用于研究的也相對(duì)比較多。物理吸附法所使用的載體也比較廣泛，既可以是無機(jī)材料也可以是高分子材料。

眾多的研究表明，在這些材料當(dāng)中，相對(duì)較軟、生物相容性較好，具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠是一類理想的固定化酶基材。用這種基材固定酶易于分離，不僅可以保留酶的最大活性，其具有的機(jī)械性能還可以有效增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性。水凝膠也會(huì)為酶提供一種半濕潤的環(huán)境，這種環(huán)境對(duì)維持酶的活性非常重要。但傳統(tǒng)的水凝膠通常以形成對(duì)酶的包封來達(dá)到固定化效果，這樣就極大的增加了酶與底物的傳質(zhì)阻力。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料及其的制備方法，該方法是將丙烯酰胺、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于水相后與含有復(fù)配乳化劑的有機(jī)相混合，形成反相乳液，加入引發(fā)劑后進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯酰胺水凝膠微球，再將脂肪酶物理吸附到微球上，得到脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料。聚丙烯酰胺無毒無味，耐酸堿，強(qiáng)度好，可通過廉價(jià)易得的丙烯酰胺作為單體聚合得到。聚合物分子鏈中氨基作為固定化載體具有高蛋白質(zhì)親和性且其生物相容性好，安全無毒。本發(fā)明利用聚丙烯酰胺微球的微孔結(jié)構(gòu)所帶來的大的比表面積，以及丙烯酰胺結(jié)構(gòu)中酰胺基與脂肪酶之間形成的大量氫鍵對(duì)脂肪酶進(jìn)行有效的負(fù)載。此外聚丙烯酰胺水凝膠微球的吸水性和高含水量則可以為脂肪酶在不含水的底物中營造出一個(gè)微水環(huán)境，幫助脂肪酶中的三種氨基酸所形成的“蓋子”結(jié)構(gòu)的打開，使脂肪酶的活性中心與底物相接觸，從而完成一些酯化，轉(zhuǎn)酯等反應(yīng)，充分發(fā)揮脂肪酶的催化性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料的制備方法，包括將含有丙烯酰胺單體和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的水相和含有復(fù)配乳化劑的有機(jī)相混合后，進(jìn)行反相乳液聚合反應(yīng)而得到聚丙烯酰胺水凝膠微球的步驟以及將脂肪酶物理吸附到所述聚丙烯酰胺水凝膠微球而得到脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝膠微球催化材料的步驟，其中所述復(fù)配乳化劑是司盤類乳化劑和吐溫類乳化劑混合而制備得到，所述復(fù)配乳化劑的HLB值為3～7。