一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，屬于木質(zhì)素酶解技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)素廣泛存在于各種谷物秸桿等大宗原料中，由于在木質(zhì)纖維素的生物煉制過程中，木質(zhì)素是限制轉(zhuǎn)化效率的主要結(jié)構(gòu)屏障，目前，工業(yè)上常利用化學(xué)反應(yīng)除去木質(zhì)纖維素中的木質(zhì)素。但化學(xué)處理技術(shù)通常污染較大、能耗較高，如目前在我國普遍采用的以氯化為主的漂白技術(shù)，引起的污染問題日益顯現(xiàn)，在發(fā)達(dá)國家已被嚴(yán)格禁止或限制使用。此外，在化學(xué)降解木質(zhì)素過程中，由于高溫的反應(yīng)條件，木質(zhì)素還會發(fā)生一些負(fù)向反應(yīng)，對處理過程產(chǎn)生不利的影響。而木質(zhì)素的酶解技術(shù)具有環(huán)境友好、低能耗、反應(yīng)專一性強(qiáng)的優(yōu)勢，近年來受到研究者的廣泛關(guān)注。
[0003]與傳統(tǒng)的化學(xué)催化劑相比，酶作為一類生物催化劑，具有催化效率高、專一性強(qiáng)、酶活可控、反應(yīng)條件溫和、無污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制藥、環(huán)保、食品、釀造等領(lǐng)域。但是酶在實際應(yīng)用中也存在諸多缺陷，如對熱、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑等不夠穩(wěn)定，難以從反應(yīng)體系中回收，污染產(chǎn)物并給產(chǎn)物提純帶來困難等，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高。為了解決這些問題，酶固定化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。所謂酶固定化是指用固體材料將酶束縛或限制于一定區(qū)域內(nèi)，使其仍能進(jìn)行催化反應(yīng)，并可回收和重復(fù)使用的一類技術(shù)。例如，劉路寬(劉路寬，蘇忠亮，李露，等.氨基功能化SBA-15分子篩的制備及對纖維素酶的固定化[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，34 (6): 579-584)等人，采用共縮聚法制備了氨基功能化SBA-15介孔分子篩作載體，進(jìn)行了纖維素酶固定化，與游離酶相比，固定化酶對酸堿的耐受性、熱穩(wěn)定性、操作穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性都大大提高。專利CN102392013A中發(fā)明人公開了一種磁性固定化交聯(lián)纖維素酶聚集體及其制備方法與應(yīng)用，通過磁性固化酶技術(shù)和交聯(lián)酶聚集體技術(shù)有機(jī)結(jié)合，得到了既具有較高酶活力又有良好操作性能的磁性固定化交聯(lián)脂肪酶聚集體，能作為生物酶催化劑廣泛應(yīng)用，特別適用于大規(guī)模酶反應(yīng)器?？傊?，選擇適宜的載體材料是提高固定化酶活性最基本也是最重要的途徑。
[0004]目前關(guān)于聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，采用可溶-不可溶載體(S-1S)聚丙烯酸樹脂，通過調(diào)節(jié)pH值改變載體的溶解性，使固定化酶能夠在溶解狀態(tài)下酶解木質(zhì)素，在不溶狀態(tài)下使固定化酶沉淀回收再利用，達(dá)到提高酶的利用率、降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期等目的。
[0006]本發(fā)明一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，具體包括以下步驟:
(1)稱取聚丙烯酸樹脂放入去離子水中，配置成質(zhì)量濃度為4?8%的溶液，再加入1?3mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)pH為10?11，使其溶解，再用1?3mol/L的乙酸調(diào)pH到8?9，即得到載體溶液。
[0007](2)將濃度為0.25?2mg/mL的酶液加入載體溶液中，再將交聯(lián)劑按1?3mg/mL的濃度加入載體溶液中，攪拌3?6h，再滴加1?3mol/L乙酸調(diào)節(jié)pH值到3?4，使固定化酶析出，靜置20?40min，然后進(jìn)行離心處理，離心分離的速度為4000?6000rpm，時間為5?15min，最后將沉淀物用含0.5?2mol/L的氯化鈉和0.5?2mol/L氯化I丐的0.01?0.03mol/L乙酸溶液洗滌3?5次，即得到固定化酶。
[0008]其中，在步驟(2)中所述的酶液為漆酶、過氧化物酶和猛過氧化物酶中的一種或幾種，交聯(lián)劑為1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亞胺、戊二醛和鞣酸中的任意一種。
[0009](3)用10?100mmol/L醋酸-醋酸鈉緩沖液配制濃度為10?100mg/mL的木質(zhì)素溶液中，將固定化酶放入木質(zhì)素溶液中，使固定化酶濃度達(dá)到10?100IU/mL，然后在30?50°C、pH3?5下水解12?48h，過濾后檢測濾液中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)變化，然后將濾渣放入新的木質(zhì)素中，重復(fù)水解8?15次。
[0010]上面所述的木質(zhì)素為酸木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素、磺化木質(zhì)素、磨木木質(zhì)素中的任意一種。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，在反復(fù)利用過程中，脫落的固定化纖酶也有可能與殘渣中的木質(zhì)素結(jié)合，這樣酶與載體吸附交聯(lián)，易于回收。
[0012]2、本發(fā)明一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，每次水解后剩余的殘渣參與下一次的水解，減少了酶的損失，固定化酶表現(xiàn)出良好的操作穩(wěn)定性，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0013]3、本發(fā)明一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，固定化酶經(jīng)10次重復(fù)使用后仍保持有85%以上的活性，而游離酶只能使用1次，這使酶解效率明顯提高。
【附圖說明】
[0014]圖1:本發(fā)明提出的一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖和具體實施例來詳述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，如圖1所示，具體包括以下步驟:
(1)稱取聚丙烯酸樹脂放入去離子水中，配置成質(zhì)量濃度為4?8%的溶液，再加入1?3mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)pH為10?11，使其溶解，再用1?3mol/L的乙酸調(diào)pH到8?9，即得到載體溶液。
[0017](2)將濃度為0.25?2mg/mL的酶液加入載體溶液中，再將交聯(lián)劑按1?3mg/mL的濃度加入載體溶液中，攪拌3?6h，再滴加1?3mol/L乙酸調(diào)節(jié)pH值到3?4，使固定化酶析出，靜置20?40min，然后進(jìn)行離心處理，離心分離的速度為4000?6000rpm，時間為5?15min，最后將沉淀物用含0.5?2mol/L的氯化鈉和0.5?2mol/L氯化I丐的0.01?
0.03mol/L乙酸溶液洗滌3?5次，即得到固定化酶。
[0018]其中，在步驟(2)中所述的酶液為漆酶、過氧化物酶和猛過氧化物酶中的一種或幾種，交聯(lián)劑為1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亞胺、戊二醛和鞣酸中的任意一種。
[0019](3)用10?100mmol/L醋酸-醋酸鈉緩沖液配制濃度為10?100mg/mL的木質(zhì)素溶液中，將固定化酶放入木質(zhì)素溶液中，使固定化酶濃度達(dá)到10?100IU/mL，然后在30?50°C、pH3?5下水解12?48h，過濾后檢測濾液中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)變化，然后將濾渣放入新的木質(zhì)素中，重復(fù)水解8?15次。
[0020]上面所述的木質(zhì)素為酸木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素、磺化木質(zhì)素、磨木木質(zhì)素中的任意一種。
[0021]實施例1:
本發(fā)明一種聚丙烯酸樹脂固定化酶連續(xù)降解木質(zhì)素的方法，具體包括以下步驟:
(1)稱取聚丙烯酸樹脂放入去離子水中，配置成質(zhì)量濃度為6%的溶液，再加入3mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)p