[发明专利]固定化酶生物催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定化酶生物催化剂，特别涉及一种以二氧化硅为载体的固定化酶生物催化剂及其制备方法，以及在催化水解青霉素钾盐反应中的应用。

背景技术

酶催化工艺已成功地应用于食品、医药品、农业化学品的生产，并且越来越多地应用于有机化学合成领域。但是酶催化法在实际应用中存在酶脱离其自然环境后，结构不稳定等问题，且大多数酶是水溶性的，酶溶于水后将污染产品，也难以回收利用。酶的固定化(Enzymatic Immobilization)是克服以上问题最成功的方法。如：固定化青霉素酰化酶(Immobilized Penicillin Acylase)，用于裂解青霉素生产6-氨基青霉烷酸(6-APA)的工艺显示出很大优越性。它不仅能克服可溶性酶或菌体在使用时稳定性差、不易回收、不能反复使用的缺点，而且由于此工艺不会将蛋白质和其它杂质带入产物，简化了提纯工艺、提高了产品产量和质量。同时固定化青霉素酰化酶还具有催化水解和合成青霉素及头孢霉素的能力。由于不同的酶具有不同的性质和组成，底物和产物的性质不同，以及产物的用途不同，因此对各种酶采用的载体和固定化方法不尽相同，其中载体材料的选择与制备是技术的关键，优异的载体可以提高固定化酶的催化性能，降低酶法生产的成本。

目前，已产业化的固定化酶多以有机聚合物作为载体，这些固定化载体很少能够重复利用，存在材料的后处理及废载体的闲置问题。Singh等[Curr Sci 1988；57(22)：1229-1231]以琼脂-聚丙烯酰胺树脂为载体，采用双吸附工艺固定从E.coli NCIM2563提取的青霉素酰化酶。藻酸盐类和聚丙烯酰胺载体在其它方面的应用取得了一定的成功，但是它们并不适用于固定青霉素酰化酶，因为磷酸盐缓冲液的使用使得这类载体稳定性下降。

无机载体较有机载体存在着较大的经济优势，其较高的机械强度更有利于在生物反应器中进行工业生产。无机载体有二氧化硅和功能化硅烷的溶胶—凝胶、陶瓷、高岭土和大孔玻璃，见[Appl.Clay Sci.2005，29，111-126；J.Membrane Sci.2004，241，161-166；Current Appl.Physics 2003，3，129-133]。但这些载体受载体材料孔径、比表面积、颗粒粒度等因素的限制，酶在载体上的包覆量一般不高；分子扩散阻力较大，影响底物和酶的有效接触，影响产物及时脱离反应体系而降低了酶的催化活性；并且有些载体与酶分子结合力较弱，固定化酶在重复使用过程中，酶很容易从载体上脱落流失，因而也限制了其工业应用。