[发明专利]固定化水解酶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于污泥水解领域，具体涉及一种固定化水解酶及其制备方法和应用。

背景技术

活性污泥法是目前世界上应用最为广泛的污水生物处理技术之一，此技术最大的弊端就是产生大量的剩余污泥。目前，我国污泥产生量约为2500万吨/年（按含水率85%计算），若不及时进行妥善的处理与处置，将会对环境造成直接或潜在的污染。污泥厌氧消化是目前国内外常用的污泥处理技术，水解是此过程的限速步骤，而剩余污泥可降解性差是制约厌氧消化的瓶颈问题，因此研发提高污泥水解速率的技术具有重要意义。

目前，促进污泥水解的方法有机械法、超声波法、热碱法和生物法等。酶处理技术是近年来环境领域迅速发展起来的一种处理污泥的新技术，它可以缩短消化时间，改善污泥消化性能，而且经济高效，易控制，其产物对环境也无污染副作用。

酶的化学本质是蛋白质，其具有高催化活性、高选择性、反应条件温和、环保无污染等特点。游离状态的酶对热、强酸、强碱、高离子强度、有机溶剂等稳定性较差，易失活，纯化困难，不能重复使用。为了克服这些问题，可以用载体将酶束缚或限制在一定的区域内，使酶分子在此区域进行特有和活跃的催化作用，酶分子不易失活，并可将其回收及重复使用，从而降低酶强化污泥处理技术的成本。

目前，固定酶的方法有吸附法、交联法、包埋法和共价偶联法等，固定化载体有壳聚糖、海藻酸、胶原和纤维素等。但是，由于污泥中含有大量的有机颗粒物，在污泥水解过程中运用常规有机载体固定的水解酶存在固定化水解酶与污泥分离困难、回收再利用复杂、稳定性差等缺点，因此，需要寻求新方法来解决这些技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对热、强酸、强碱、高离子强度、有机溶剂等稳定性较强，不易失活，可回收再利用的固定化水解酶及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种固定化水解酶，所述固定化水解酶是将水解酶通过戊二醛吸附交联于磁性壳聚糖复合微球上制备得到，所述磁性壳聚糖复合微球是由Fe₃O₄纳米颗粒与壳聚糖通过戊二醛交联而成。

上述的固定化水解酶中，优选的，所述水解酶包括蛋白酶或淀粉酶。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种固定化水解酶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将壳聚糖溶解于醋酸溶液中，配制成壳聚糖溶液，然后将Fe₃O₄纳米颗粒加入到壳聚糖溶液中，再加入戊二醛溶液，其中Fe₃O₄纳米颗粒、壳聚糖、戊二醛的质量比为1∶1∶0.7～1.5，室温下超声振荡使反应完全后，磁力分离并去除上清液，将所得沉淀洗涤至中性，再经真空冷冻干燥后，得到磁性壳聚糖复合微球；

（2）将磁性壳聚糖复合微球加入到戊二醛溶液中进行交联反应，磁性壳聚糖复合微球与戊二醛的质量比为0.5～1∶1，室温下水浴振荡使反应完全后，将所得载体产物洗涤至中性，然后加入到水解酶溶液中，水解酶与载体产物的质量比为0.8～3∶1，室温下利用水浴振荡固定，再经磷酸缓冲溶液清洗和真空冷冻干燥，得到固定化水解酶。

上述的制备方法中，优选的，所述Fe₃O₄纳米颗粒是通过化学共沉淀法制备得到：用N₂作保护气，在室温非磁性搅拌条件下，向铁盐溶液中逐滴加入氨水，直至pH值为9.5～10.5，将产物在78℃～82℃熟化30min～40min，得到Fe₃O₄悬浮液，在搅拌作用下将Fe₃O₄悬浮液降至室温，磁力分离后，去除上清液，所得沉淀用水洗涤至pH值为6.8～7.2，真空冷冻干燥24h～48h后，得到Fe₃O₄纳米颗粒。

上述的制备方法中，优选的，所述铁盐溶液是Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液，所述铁盐溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的摩尔比为1.6～2∶1。

上述的制备方法中，优选的，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的浓度为3mg/mL～5mg/mL，所述醋酸溶液中醋酸的质量浓度为1%～1.5%；所述戊二醛溶液中戊二醛的质量浓度为1%～2%。

上述的制备方法中，优选的，所述水解酶溶液包括蛋白酶溶液或淀粉酶溶液。