[发明专利]三明治结构化酶膜反应器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及酶膜反应器的制备，特别是一种三明治结构化酶膜反应器及其制备方法和 应用。

背景技术

酶膜反应器将酶促反应的高效率与膜的选择透过性有机结合，可使过程强化。近年 来，酶膜反应器在生物、医药、食品、化工、环境等领域得到了日益广泛的应用。固定化 酶膜反应器具有反应速率快、选择性高、可重复使用、能够有效消除产物抑制、传质面积 大、传质速率快以及易于连续化、自控与集成化等优点。目前酶的固定化通常有吸附，共 价结合、交联法和包埋等方法。

根据酶的存在状态，可将酶膜反应器分为游离态和固定化酶膜反应器两类。前者酶均 匀地分布于反应物相中，酶促反应在接近本征动力学的状态下进行，但酶易发生剪切失活 或泡沫变性，装置性能受浓差极化和膜污染的显著影响。固定化酶膜反应器中，酶通过吸 附、交联、包埋、化学键合等方式被“束缚”在膜上，酶装填密度高，反应器稳定性和生产 能力高，产品纯度和质量好，废物量少。但酶往往分布不均匀，传质阻力也较大。

共价结合即将酶和支持物之间通过共价结合力固定在一起，固定化酶稳定性提高。共 价结合固定化比其他固定化方法在提高酶的热稳定性、PH稳定性和化学试剂稳定性方面 要更胜一筹，此外共价固定化还能有效防止蛋白酶的自身降解作用。但共价固定化也是最 有可能造成酶蛋白构象改变，从而影响固定化酶催化活性的固定化方法。

包埋和微胶囊不同于前两种固定方法，其溶液中的酶分子是自由的，但同时又被固定 在凝胶或半透膜形成的网格结构之中。这样既能克服吸附固定法易使酶脱落，防止酶泄漏 到本体溶液相中，也克服了共价结合易改变酶构象等不足。但包埋法和微胶囊法所造成的 扩散限制要比前两者来得大，从而降低了酶促反应速度。此外微胶囊法目前尚缺乏具体的 合成方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供是一种三明治结构化酶膜反应器及其制备方法和应用，可以克 服现有技术的不足，本发明创造性的设计了一种“三明治式”酶膜反应器，将酶分子包夹 于超滤膜之间，由于超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米，能有效防止酶泄漏现象。同时 在膜的一侧施以压力，以压力差为推动力推动反应液流过超滤膜，减少了扩散限制效应， 同时通过压力及酶量控制底物运输量，使反应速度和底物运输相匹配。这种“三明治”法 也可应用于其他固定化酶反应中，适用范围广泛。

本发明提供的一种三明治结构化酶膜反应器是以PES与PEG或Pluronic F127为原料， 按质量比例为100∶10～100∶100制备，具体步骤为：首先将PES与PEG或Pluronic F127溶 于DMF中，混合均匀得铸膜液。将铸膜液在平板玻璃上刮制成液膜浸入水中，将该膜剥 离，水洗，浸泡。铸膜置于膜组件中加入葡萄糖转苷酶溶液使酶溶液中的水完全渗过膜， 将另一块压实膜铺在酶上，固定压实，即将酶包埋于两膜之间，制得“三明治”式酶膜反 应器。

本发明提供是的一种三明治结构化酶膜反应器的制备包括以下步骤：

1)PES/PEG和PES/Pluronic F127膜的制备

首先将PES与PEG或Pluronic F127溶于DMF中，PES与PEG或Pluronic F127的质 量比为：100∶10～100∶100之间，于50～70℃下搅拌约4～6小时确保混合均匀，然后 静置约4～5小时完全除去溶液中的气泡。

2)在室温下，将铸膜液在平板玻璃上刮制成均匀的液膜后，立即浸入水中，此时DMF 溶入水中，使高分子溶液转化为凝胶膜，将该膜剥离下来并用去离子水洗去残液，最后浸 泡于去离子水中20～40小时左右。

3)葡萄糖转苷酶(transglucosidase)的固定化

将前面制得的膜固定于超滤杯的膜组件中，加压至表压0.2MPa压力下用水压实0.5 小时，再将搅拌槽和贮液槽中溶液放空，迅速加入酶溶液，控制压力在表压0.1MPa，直 至酶溶液中的水完全渗过膜，紧接着将另一块铸膜铺在酶上，固定压实，即将酶包埋于膜 之间，制得“三明治”式酶膜反应器。

本发明提供三明治结构化酶膜反应器用于实现异麦芽低聚糖的高效制备。