[发明专利]一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料及其制备方法和应用。该方法包括将含有丙烯酰胺单体和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺的水相和含有复配乳化剂的有机相混合后，进行反相乳液聚合反应而得到聚丙烯酰胺水凝胶微球的步骤以及将脂肪酶物理吸附到所述聚丙烯酰胺水凝胶微球而得到脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料的步骤，其中所述复配乳化剂为是司盘类乳化剂和吐温类乳化剂混合而制备得到，所述复配乳化剂的HLB值为3～7。本发明所得催化材料环保无毒、易于从反应体系中分离、可循环利用，从而在生物催化、食品工业等各个领域都将有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料及其制备方法和应用，属于酶固定化领域。

背景技术

脂肪酶是一种具有多种催化能力且能够催化一些不溶于水的底物的酶，因此广泛应用于许多反应中，如酯键的水解、合成、醇解、氨解、过氧化、环氧化和酯交换等，又因为酶本身所具有的高效、专一性强、反应条件温和等特点，在食品、化学医药、化妆品生产等领域具有广泛的应用前景。然而，酶在非生理环境中的脆性和快速老化限制了它们的工业应用，并且脂肪酶结构中的三种氨基酸丝氨酸、天冬氨酸、组氨酸所形成的“盖子”结构对脂肪酶的催化活性中心与底物的结合影响很大，需要一个微水环境来帮助脂肪酶暴露活性中心，以便脂肪酶与有机相中的底物结合来充分发挥催化活性。为了克服这些缺点，人们开发了各种方法来提高脂肪酶的性能，如基因工程、酶的化学修饰和固定化等方法。其中酶的固定化是一种很有前途的方法，可以提高酶的稳定性、活性和选择性。

常用的固定化方法通常是通过共价结合、物理吸附或包埋等方式将酶固定在各种载体上。例如大孔树脂，介孔二氧化硅，溶胶凝胶材料，磁性颗粒等都被用作固定化载体。物理吸附法反应条件温和，可以很大程度上保留酶本身的构相，因此可以极大程度上减少酶的变性或失活，而且因为制作工艺简单，使用成本较为低廉，所以将其应用于研究的也相对比较多。物理吸附法所使用的载体也比较广泛，既可以是无机材料也可以是高分子材料。

众多的研究表明，在这些材料当中，相对较软、生物相容性较好，具有交联网络结构的水凝胶是一类理想的固定化酶基材。用这种基材固定酶易于分离，不仅可以保留酶的最大活性，其具有的机械性能还可以有效增强酶的稳定性。水凝胶也会为酶提供一种半湿润的环境，这种环境对维持酶的活性非常重要。但传统的水凝胶通常以形成对酶的包封来达到固定化效果，这样就极大的增加了酶与底物的传质阻力。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料及其的制备方法，该方法是将丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于水相后与含有复配乳化剂的有机相混合，形成反相乳液，加入引发剂后进行聚合反应生成聚丙烯酰胺水凝胶微球，再将脂肪酶物理吸附到微球上，得到脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料。聚丙烯酰胺无毒无味，耐酸碱，强度好，可通过廉价易得的丙烯酰胺作为单体聚合得到。聚合物分子链中氨基作为固定化载体具有高蛋白质亲和性且其生物相容性好，安全无毒。本发明利用聚丙烯酰胺微球的微孔结构所带来的大的比表面积，以及丙烯酰胺结构中酰胺基与脂肪酶之间形成的大量氢键对脂肪酶进行有效的负载。此外聚丙烯酰胺水凝胶微球的吸水性和高含水量则可以为脂肪酶在不含水的底物中营造出一个微水环境，帮助脂肪酶中的三种氨基酸所形成的“盖子”结构的打开，使脂肪酶的活性中心与底物相接触，从而完成一些酯化，转酯等反应，充分发挥脂肪酶的催化性能。

本发明的技术方案如下：

一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料的制备方法，包括将含有丙烯酰胺单体和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的水相和含有复配乳化剂的有机相混合后，进行反相乳液聚合反应而得到聚丙烯酰胺水凝胶微球的步骤以及将脂肪酶物理吸附到所述聚丙烯酰胺水凝胶微球而得到脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料的步骤，其中所述复配乳化剂是司盘类乳化剂和吐温类乳化剂混合而制备得到，所述复配乳化剂的HLB值为3～7。