專利名稱：玉米秸稈芯穰吸附材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸附材料及其制備方法，具體涉及玉米秸稈芯穰 吸附材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
酶作為一種特殊的生物催化劑，具有較高的選擇性和催化效率、 反應(yīng)條件溫和、催化活性可以調(diào)節(jié)控制等優(yōu)點(diǎn)。已在有機(jī)合成中利用 酶促反應(yīng)的高活性和高度選擇性進(jìn)行不對(duì)稱合成、光學(xué)活性化合物及 天然化合物的合成和拆分。但自由酶對(duì)所處環(huán)境十分敏感，在強(qiáng)酸、 強(qiáng)堿、高溫、高離子濃度和部分有機(jī)溶劑中均不夠穩(wěn)定，容易導(dǎo)致酶 蛋白的變性，從而降低甚至喪失其催化活性。同時(shí)，自由酶反應(yīng)后不易 與底物和產(chǎn)物分離，既影響反應(yīng)產(chǎn)物純度又難以重復(fù)使用，這在很大 程度上限制了酶促反應(yīng)的廣泛應(yīng)用。固定化酶技術(shù)克服了自由酶的上 述不足，提高了酶的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了重復(fù)使用及連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)， 降低了成本，在生物工程、食品工業(yè)、醫(yī)藥和精細(xì)化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域有 著廣泛的應(yīng)用前景。
固定化酶的性能主要取決于固定化方法和所使用的載體材料。其 中，載體材料的性能直接影響其固定化酶的催化活性。酶的固定化對(duì)載體材料有很高的要求。理想的載體材料應(yīng)具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、熱 穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、耐生物降解性及對(duì)酶的高度親和性、并能保持 較高的酶活性等。因此，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制備性能優(yōu)異的載體材料已成 為固定化酶領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。
傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)載體材料來(lái)源方便、廉價(jià)、機(jī)械強(qiáng)度高，無(wú)毒且穩(wěn)定 性好， 一般是借助吸附方法來(lái)制備固定化酶，或經(jīng)小分子化學(xué)改性以 共價(jià)鍵合方式制備固定化酶。但無(wú)機(jī)載體的結(jié)構(gòu)不易調(diào)控，影響傳質(zhì) 且鍵合酶的能力差。有機(jī)高分子載體是固定化酶研究及應(yīng)用中倍受關(guān) 注的載體材料之一，對(duì)其改性則是人們獲得理想固定化酶載體材料的 重要途徑。但這種原料，需要在原高分子材料上，通過(guò)較復(fù)雜的合成 反應(yīng)引入具有與酶作用的活性基團(tuán)，再將酶附載在表面上。例如化學(xué) 通報(bào)(楊勇，李彥鋒,拜永孝等酶固定化技術(shù)用載體材料的研究進(jìn)
展[J]，化學(xué)通報(bào)，2007年第4期，257-262)上介紹的固定化e-半乳 糖苷酶方法，先將甲基丙烯酸甲酯MMA接枝聚合到尼龍膜上，再將MMA 接枝聚合到聚苯乙烯包覆層上，在膜表面引入了大量的反應(yīng)性酯基， 再借助己二胺和戊二醛活化并共價(jià)。這一載體材料的制備要用到合成 有機(jī)高分子材料，且制備過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。因而研究從資源豐富的天然 物，特別是可再生的天然廢棄物進(jìn)行加工，制備固定化酶載體材料， 將對(duì)充分利用自然資源、進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
秸稈是附屬農(nóng)產(chǎn)品的廢棄物，據(jù)資料表明，我國(guó)年產(chǎn)農(nóng)作物秸桿 6.2億噸，資源擁有量居世界首位，預(yù)計(jì)到2010年達(dá)到7.26億噸。 但這些秸桿中30%用作農(nóng)用燃料，25%用作飼料，2~3%作工副業(yè)生產(chǎn)原料，6~7%直接還田，還有35%約2.2億噸剩余秸桿未被合理利 用。而作為燃料利用的，受消費(fèi)觀念和生活方式的影響，秸稈資源完 全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出的狀況，相當(dāng)多的一部分農(nóng)作物秸稈 被棄置或者直接進(jìn)行焚燒，沒(méi)有得到合理開(kāi)發(fā)利用。
在所有秸稈中，玉米秸稈、小麥秸稈和稻米秸稈占總量的76%， 而玉米秸稈又占三種秸稈量的50% (曹國(guó)良，張小曳，鄭方成等. 中國(guó)大陸秸稈露天焚燒的量的估算[J].資源科學(xué)， 2006， 28(1) :9-13)。玉米秸稈是由葉、表皮及莖桿組成。三部分中莖 稈是主要部分。而莖稈又是由莖皮與芯穰組成。玉米秸稈莖皮的纖維 素、木質(zhì)素大分子組成的物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有緊密性和特殊性，使得其是提 取木質(zhì)素和制備高純纖維素的原料。玉米秸稈芯穰的木糖和葡糖組成 的半纖維素具有結(jié)構(gòu)的疏松性，可以加工成為具有吸附性能的吸附材 料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種玉米秸稈芯穰吸附材料及其制備方 法，以玉米秸稈芯穰為原料制備吸附材料，吸附材料有效地對(duì)中性蛋 白酶和糖化酶進(jìn)行吸附，且不使酶失活，為固定化酶的載體材料，充 分利用自然資源，簡(jiǎn)化制備方法，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)首先，玉米秸稈芯穰粉碎， 在高沸點(diǎn)醇和堿組成的混合溶劑中高壓蒸煮，抽濾和洗滌；然后，所 得濾渣氧化劑H202氧化，快速冷卻；最后，冷凍干燥得吸附材料。
上述方法中，所述的玉米秸稈芯穰是將玉米秸稈去除葉及剝?nèi)ビ餐鈿ず蟮氖Ｓ辔铩?br> 上述方法中，所述的玉米秸稈芯穰粉碎至1-2. 8mm。 上述方法中，所述的高沸點(diǎn)醇為乙二醇。
上述方法中，所述的堿為NaOH、KOH、NaHC03、Na2C03、KHC03 或K2C03;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-10%。
上述方法中，所述的混合溶劑由2~6體積的醇與1體積的堿組成; 優(yōu)選醇與堿的體積比為4: 1。
上述方法中，所述的玉米秸稈芯穰與混合溶劑按照l(shuí)g玉米秸稈 芯穰與10-20mL的混合溶劑進(jìn)行浸提。
上述方法中，所述的高壓蒸煮是在高壓釜中進(jìn)行，壓力為 0, 10-0. 15MPa;蒸煮時(shí)間20-50min，優(yōu)選30min;
上述方法中，所述的玉米秸稈芯穰高壓蒸煮后，經(jīng)抽濾和洗滌步 驟，洗滌用的洗滌劑為體積濃度60%-80%乙醇，優(yōu)選80%乙醇。
上述方法中，氧化劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%-8%的H20" lg玉米秸稈芯 穰洗滌后濾渣與4-8mL的仏02攪拌均勻后置于高壓釜中蒸汽蒸煮 20-40min后，快速冷卻；優(yōu)選lg玉米芯穰洗滌后濾渣與5mL的5%的
H202混合氧化。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、玉米秸稈芯穰吸附材料對(duì)中性蛋白酶的吸附百分率為97%，
對(duì)糖化酶的吸附百分率為80%以上；將吸附酶后的吸附材料加入被酶
催化的反應(yīng)中可與相等量的游離酶催化效果相同，玉米秸稈芯穰制備
的吸附材料可作為固定化酶的載體材料，且不使酶失活。2、玉米秸稈芯穰原料來(lái)源廣泛，工藝簡(jiǎn)便，全生物降解，對(duì)環(huán) 境無(wú)污染。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是 本發(fā)明只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改 進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1:將去除葉及剝?nèi)ビ餐鈿ず蟮挠衩捉斩捫攫Ψ鬯橹羖min， 稱取10g,用70mL的乙二醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的35mL NaOH組成的 混合溶劑混勻，在高壓釜中壓力O. 1-0. 15MPa下蒸煮20min，抽濾， 用體積濃度為60%的乙醇洗滌至中性；所得濾渣用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的 H202 40rnL攪拌均勻，置于底部盛有水的高壓釜中進(jìn)行蒸汽蒸煮 20min，快速冷卻，冷凍干燥，得蓬松狀的白色吸附材料。
實(shí)施例2:將去除葉及剝?nèi)ビ餐鈿ず蟮挠衩捉斩捫攫Ψ鬯橹?mm， 稱取10g，用120mL的乙二醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的30mLNa2CO3組成 的混合溶劑混合，在高壓釜中壓力為O. 1-0. 15MPa下蒸煮30min，抽 濾，用體積濃度為70%乙醇洗滌至中性；所得濾渣用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的 H2O250mL攪拌均勻，置于底部盛有水的高壓釜中進(jìn)行蒸汽蒸煮 30min，水快速冷卻，冷凍干燥得蓬松狀的白色吸附材料。
實(shí)施例3:將去除葉及剝?nèi)ビ餐鈿ず蟮挠衩捉斩捫攫Ψ鬯橹?2.8mm，稱取10g，用180mL的乙二醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的30mL KHC03組成的混合溶劑混合，在高壓釜中壓力0. 1-0. 15MPa下蒸煮50min，抽濾，用體積濃度為80%乙醇洗滌至中性；所得濾渣用質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為8%的H202 80rnL攪拌均勻，置于底部盛有水的高壓釜中進(jìn)行 蒸汽蒸煮40min，快速冷卻，冷凍干燥得蓬松狀的白色吸附材料。 應(yīng)用實(shí)施例1
糖化酶的吸附取0.30g實(shí)例1所得的玉米秸稈芯穰吸附材料， 加入30 mL 1.0g/L的淀粉酶于100 mL燒杯中，在常溫下不斷攪拌 2min,用事先經(jīng)過(guò)相同濃度的酶飽和后的濾紙過(guò)濾，加入水合茚三酮 顯藍(lán)紫色，該有色化合物在560nm波長(zhǎng)下有最大吸收波長(zhǎng)，用光度 法測(cè)定吸附前后溶液中的糖化酶濃度；按照以下公式計(jì)算吸附百分率 W: W%= (A。 一A) /A。 X 100，其中，A。為原溶液的吸光度，A 為吸附后溶液的吸光度，^為吸附百分率，結(jié)果為在常溫下吸附材料 對(duì)糖化酶的吸附百分率為82%。
固載糖化酶的活力檢測(cè)在3個(gè)已標(biāo)號(hào)潔凈的試管中加入1 mL 淀粉溶液，再向2號(hào)試管中加入稀釋100倍的5g/L糖化酶4滴，向 3號(hào)試管中加入少許用蒸餾水洗滌3次的吸附糖化酶的玉米秸稈芯穰 吸附材料，2min后，向三只試管中再滴加相同量12溶液，結(jié)果加入 糖化酶溶液和吸附糖化酶的玉米秸稈芯穰吸附材料的溶液均無(wú)色，未 加糖化酶的溶液呈藍(lán)色。
應(yīng)用實(shí)施例2
中性蛋白酶的吸附取實(shí)例2所得的0. 30g玉米秸稈芯穰吸附材 料，30 mL 1.0g/L的中性蛋白酶于100 mL燒杯中，按照應(yīng)用實(shí)施例 1相同的方法試驗(yàn)，測(cè)定濾液的濃度，計(jì)算吸附百分率；結(jié)果在常溫下對(duì)中性蛋白酶的吸附百分率為97%。
固載中性蛋白酶的活力檢測(cè)取3支試管編號(hào)，向3號(hào)試管中加 入少許用蒸餾水洗滌3次的吸附中性蛋白酶的玉米秸稈芯穰吸附材 料，1和2號(hào)試管中加入中性蛋白酶液lmL， 1號(hào)管立即加入0. 4mol/L 三氯乙酸溶液2mL，使酶失活；在3支試管中再加入lmLpH7.0、質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為0.5%酪蛋白底物緩沖液，迅速混勻，并立即放入30'C恒溫 水浴準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，保溫15min后在2和3號(hào)試管中立即加入0. 4mol/L 三氯乙酸溶液2ml，使酶失活，終止反應(yīng)，放置15min后，過(guò)濾，除 去剩余酪蛋白及酶蛋白沉淀物；同樣l號(hào)試管即刻過(guò)濾，除去剩余酪 蛋白及酶蛋白沉淀物。然后取各試管濾液lmL，分別移入另3支試管 中，再加入0. 55mol/L碳酸鈉溶液5ml和福林-酚試劑lmL，搖勻， 保溫20min，觀察顏色變化；結(jié)果加入中性蛋白酶溶液和吸附中性蛋 白酶的玉米秸稈芯穰吸附材料的溶液均呈藍(lán)色，而使中性蛋白酶即刻 失活的1號(hào)試管溶液無(wú)色。
權(quán)利要求
1、玉米秸稈芯穰吸附材料，其特征在于該吸附材料由玉米秸桿芯穰制備而得。
2、 玉米秸稈芯穰吸附材料的制備方法，其特征在于該方法為-首先，將玉米秸稈芯穰粉碎，在高沸點(diǎn)醇和堿組成的混合溶劑中高壓 蒸煮，抽濾和洗滌；然后，所得濾渣氧化劑H202氧化，快速冷卻； 最后，冷凍干燥得吸附材料；所述的玉米秸稈芯穰是將玉米秸稈去除 葉及剝?nèi)ビ餐鈿ず蟮氖Ｓ辔铮凰龅挠衩捉斩捫攫Ψ鬯橹?-2. 8mm; 所述的高沸點(diǎn)醇為乙二醇；所述的堿為NaOH、 KOH、 NaHC03、 Na2C03、 KHC03或K2C03，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-10%;所述的混合溶劑由 2~6體積的醇與1體積的堿組成;所述的玉米秸稈芯穰與混合溶劑按 照l(shuí)g玉米秸稈芯穰與10-21mL混合溶劑進(jìn)行浸提；所述的高壓蒸煮 是在高壓釜中進(jìn)行，壓力為0. 10-0. 15MPa,蒸煮時(shí)間20-50min;所 述的玉米秸稈芯穰高壓蒸煮后，經(jīng)抽濾和洗滌步驟，洗滌用的洗滌劑 為體積濃度60%-80%乙醇；所述氧化劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%-8%的H202， lg玉米秸稈芯穰洗滌后濾渣與4-8mL的仏02攪拌均勻，置于高壓釜中 進(jìn)行蒸汽蒸煮20-40min;蒸煮后快速冷卻，冷凍干燥，得蓬松狀的 白色吸附材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玉米秸稈芯穰吸附材料的制備方 法，其特征在于混合溶劑中醇與堿的體積比為4: 1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玉米秸稈芯穰吸附材料的制備方 法，其特征在于在高壓釜中用混合劑浸提蒸煮時(shí)間30min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玉米秸稈芯穰吸附材料的制備方 法，其特征在于在高壓釜中用混合劑浸提蒸煮時(shí)間30min后抽濾和 洗滌，洗滌劑為體積濃度80%的乙醇溶液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玉米秸稈芯穰吸附材料的制備方 法，其特征在于氧化處理時(shí)，lg玉米秸稈芯穰洗滌后濾渣與5ml 的5%的^02混合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的玉米秸稈芯穰吸附材料及其制備方法，首先，玉米秸稈芯穰粉碎，在高沸點(diǎn)醇和堿組成的混合溶劑中高壓蒸煮，抽濾和洗滌；然后，所得濾渣氧化劑H₂O₂氧化，快速冷卻；最后，冷凍干燥得吸附材料。本發(fā)明方法以玉米秸稈芯穰為原料制備吸附材料，吸附材料有效地對(duì)中性蛋白酶和糖化酶進(jìn)行吸附，且不使酶失活，充分利用自然資源，簡(jiǎn)化制備方法，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。
文檔編號(hào)B01J20/24GK101524634SQ200810242760
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者燕 劉, 呂金順, 宋遠(yuǎn)志, 徐繼明, 紀(jì)麗蓮, 褚效中 申請(qǐng)人:淮陰師范學(xué)院