[发明专利]中空纤维膜-CLEAs酶膜反应器的制备及使用方法

说明书

本发明提供了中空纤维膜‑交联酶聚集体(CLEAs)酶膜反应器的制备及使用方法。包括以下步骤：S1、脂肪酶液的制备；S2、沉淀剂‑交联剂混合液的配制：将沉淀剂丙酮与交联剂戊二醛按比例混合，得到沉淀剂‑交联剂混合液；S3、中空纤维膜膜器的制备：将中空纤维膜丝置入特制玻璃套管中，用环氧树脂将两端封存，得到膜组件；S4、中空纤维膜‑CLEAs酶膜反应器的制备：中空纤维膜膜器的管程和壳程分别通脂肪酶溶液和沉淀剂‑交联剂混合液，通过调控壳程压力，使沉淀剂‑交联剂混合液进入管程，与管程内酶溶液中的蛋白质分子交联形成CLEAs并固定于中空纤维膜膜丝内壁，即得到中空纤维膜‑CLEAs酶膜反应器。本发明实现了CLEAs高效、连续性使用，适用于工业生产。

技术领域

本发明涉及生物酶固定化技术及应用领域，尤其涉及一种基于中空纤维膜的交联酶聚集体(CLEAs)酶膜反应器的制备及其使用方法。

背景技术

生物酶具有特异性好、反应条件温和、环境友好等特点，但游离酶成本高、无法重复使用、操作和存储稳定性差，阻碍了其应用范围。固定化酶可以重复利用，应用成本低，操作和储存稳定性好，因此在过去几十年中得到了广泛研究和应用。

酶固定化技术可以分为有载体固定化和无载体固定化。有载体固定化技术研究和应用最多，但由于非活性载体的引入降低了酶的体积活性，增加了使用成本，在反应装置小型化发展趋势下，该缺点越来越凸出，因此近十余年来无载体固定化技术得到快速发展。交联酶聚集体(CLEAs)技术是其中的典型代表之一，CLEAs具有制备过程简单、对酶纯度要求低、单位体积酶活性高、成本低等优点。然而，在应用过程中CLEAs也存在黏性大、机械强度低、重复利用困难等缺点，导致CLEAs的规模化应用受到限制。目前，对CLEAs的研究主要集中在CLEAs制备、结构优化、实验室应用等方面，对CLEAs工业化应用的探索非常少。

酶膜生物反应器能同步实现反应催化和产物分离功能，在工程领域得到广泛应用，目前已设计出多种类型的酶膜生物反应器。中空纤维膜具有比表面积大、分离效率高、结构简单、操作方便、易管理等特点，应用广泛。本发明基于亲水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的支撑作用，把CLEAs固定于中空纤维膜膜丝内壁，制备中空纤维膜-CLEAs酶膜反应器，其不仅解决了CLEAs黏性大、重复利用困难的问题，而且实现了边反应边分离的目的，充分发挥了CLEAs的催化功能和中空纤维膜的分离功能，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种兼具CLEAs催化功能和中空纤维膜选择性分离功能的酶膜反应器的制备及使用方法，旨在推动CLEAs的工业化应用。

所述的中空纤维膜-CLEAs酶膜反应器的制备包括以下步骤：

S1、将粗脂肪酶粉加入到pH 7.0～8.0的磷酸盐缓冲溶液，经搅拌、静置沉淀、离心，取上清液，得到酶溶液；

S2、将沉淀剂(丙酮)与交联剂(戊二醛)充分混合，得到沉淀剂-交联剂混合液；

S3、膜器由100根30cm长的亲水性PVDF中空纤维膜膜丝、有机玻璃管(d＝6cm)、封头等组成，膜丝置于有机玻璃管内，两端用环氧树脂封装，得到中空纤维膜膜器(1)，管程、壳程各设有两个端口；

S4、固定CLEAs时，管程通10～20g/L脂肪酶溶液(2)，酶溶液流速由蠕动泵(5)控制，流速为6～10ml/min；壳程通沉淀剂-交联剂混合液(4)，流速为10～14ml/min。通过流量计(6)、压力表(7)、压力调节阀(8)共同调控壳程压力，使沉淀剂-交联剂混合液通过膜孔进入管程，此时管程内沉淀剂浓度为50～70％(v/v)，交联剂浓度为5～20mmol/L，沉淀剂-交联剂混合液与管程内酶溶液中的蛋白质分子发生沉淀、交联反应，CLEAs通过交联剂的交联作用和膜壁的吸附作用固定在中空纤维膜膜丝内壁，该过程持续时间为30～60min，即可得到中空纤维膜-CLEAs酶膜反应器(9)。

本发明的应用目的是通过以下技术方式实现的：