CN103627692A - 利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法。该方法将甘蔗渣放入NaOH中浸泡20‐30h，再用质量浓度为0.5‐2%的HCl中和溶液pH至7.0±0.2后，过滤，烘干，然后置入质量浓度为0.5‐3%的2，4，6‐三氯‐1，3，5‐三嗪溶液中，搅拌1～3h后过滤，收集滤渣后，用水洗涤；按每克改性后的甘蔗渣添加3‐6mg碳酸酐酶计，在改性后的甘蔗渣中加入碳酸酐酶；在温度为30‐60℃条件下振荡1‐12h后，放入4±1℃冰柜中固定12‐24h，过滤，冲洗。本发明利用甘蔗渣作为固定化酶的载体，可减少昂贵的固定化载体的使用，还可提高甘蔗渣的经济效益，并为工厂锅炉烟道气广泛应用创造的反应条件。

Description

利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法

技术领域

本发明涉及一种碳酸酐酶固定方法，特别是涉及利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法。本发明涉及的固定化碳酸酐酶可用于锅炉烟道气等低浓度CO₂的吸收与富集，属于化学改性和生物技术领域。

背景技术

碳酸酐酶（CA）主要是催化CO₂+H₂O==HCO₃ ^-+H⁺的可逆反应。该酶普遍存在于动、植物界。第一次发现是在动物牛血清中。碳酸氢钙催化CO₂水化作用的能力很强，反应速率能达到10⁶/s。研究表明：碳酸酐酶（CA）具有从大型燃烧器中加速捕获CO₂的潜力。

另一方面，工业锅炉燃烧煤、原油、天然气、废弃纤维等燃料后排放的烟气中含有大量的污染环境的物质，这些污染环境的成分排放到大气中，会破坏臭氧层，导致酸雨的形成、呼吸道疾病的产生和植物新陈代谢过程的改变。目前制糖企业处理锅炉烟道气的方式一般是水膜除尘法，而水膜除尘法只能除去粉尘，处理后烟气仍然含有CO₂和SO₂等成分，其中CO₂的含量为8-18%（体积百分比），将其直接排放到大气中，既浪费资源又污染环境。但低浓度烟气中的CO₂不满足工艺要求，目前锅炉烟气的CO₂富集方法有多种，主要分为化学溶剂吸收法和变压吸附法。化学溶剂吸收法的弊端在于在解吸附的过程中会产生巨大的能耗，并且吸收效率不高；变压吸附法也存在着吸收效率不高，且能耗高的问题。

碳酸酐酶作为一种生物催化剂，与普通催化剂相比，具有以下几个特点：（1）催化效率高；（2）专一性强；（3）反应条件温和；（4）酶活性可控。但是酶也有着一些缺点，特别是在作为工业催化剂使用的时候。因为酶的主要成分是蛋白质，其处于高温、强酸碱以及有机溶剂条件时，性质不够稳定，容易在反应中失去活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料来源广泛，成本低，固定化率高的利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，将甘蔗渣进行改性后作为酶的固定化载体可应用于碳酸酐酶吸收与富集低浓度的二氧化碳。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，包括如下步骤：

（1）甘蔗渣改性：将甘蔗渣放入质量浓度为0.5-2%的NaOH中浸泡20-30h，再用质量浓度为0.5-2%的HCl中和溶液pH至7.0±0.2后，过滤，烘干，然后置入质量浓度为0.5-3%的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪溶液中，搅拌1～3h后过滤，收集滤渣后，用水洗涤；

（2）碳酸酐酶固定：按每克改性后的甘蔗渣添加3-6mg碳酸酐酶计，在改性后的甘蔗渣中加入碳酸酐酶；在温度为30-60℃条件下振荡1-12h后，放入4±1℃冰柜中固定12-24h，过滤，将滤渣用磷酸缓冲溶液及蒸馏水反复冲洗直至无酶蛋白被洗出，即得改性甘蔗渣载体固定化碳酸酐酶。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述甘蔗渣为甘蔗经过压榨提取糖分后的产物。所述烘干是在30-80℃条件下烘干。所述用水洗涤是用5-10倍滤渣体积的水洗涤。所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.2mol/L。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1）甘蔗渣作为制糖工业、酒精工业甘蔗榨汁后剩余的废料，一般做燃料及造纸原料使用，其富含纤维结构，但到目前为止，未见将其作为碳酸酐酶固定化材料的报道。本发明将甘蔗渣中的纤维素进行改性，首次将甘蔗渣成为一种低廉而高效的固定化酶载体；作为碳酸酐酶固定化酶载体可为工厂锅炉烟道气广泛应用创造的反应条件。

2）本发明利用甘蔗渣作为固定化酶的载体，可减少昂贵的固定化载体的使用，还可提高甘蔗渣的经济效益。

3）碳酸酐酶的固定化是用固体材料将酶束缚或者限制于一定区域内，仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复使用的一类技术。与游离酶相比，固定化酶在保持高效、专一及温和的酶催化反应特性的同时，还表现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续及可控、工艺简便等优点。另外，固定化酶在节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应方面也体现了很强的社会效应。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将100g甘蔗渣（甘蔗品种为台糖22）放入质量浓度为1%的NaOH中浸泡25h，再用质量浓度为1%的HCl中和溶液pH值至7.0后，过滤，在55℃条件下烘干，即完成了甘蔗渣活化；将活化后的甘蔗渣放入质量浓度为1.5%的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪溶液中，搅拌2h后过滤，收集滤渣后，用8倍滤渣体积的水洗涤，目的是除去多余的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪。

按每克改性后的甘蔗渣添加4mg碳酸酐酶计，在改性后的甘蔗渣中加入上海趁易生物有限公司的碳酸酐酶（型号：9001-03-0）；在温度为45℃条件下振荡6h后，放入4±1℃冰柜中固定18h，过滤，将滤渣用0.2mol/L的磷酸缓冲溶液及蒸馏水反复冲洗直至无酶蛋白被洗出，即得改性甘蔗渣载体固定化碳酸酐酶。

通过酶重量法-液相色谱法测定洗出液中的碳酸酐酶量，计算得每克改性后的甘蔗渣上固定的碳酸酐酶为3.6mg。

实施例2

将100g甘蔗渣（甘蔗品种为桂糖22）放入质量浓度为0.5%的NaOH中浸泡20h，再用质量浓度为0.5%的HCl中和溶液pH值至6.9后，过滤，在30℃条件下烘干，即完成了甘蔗渣活化；将活化后的甘蔗渣放入质量浓度为0.5%的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪溶液中，搅拌1h后过滤，收集滤渣后，用5倍滤渣体积的水洗涤，目的是除去多余的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪。

按每克改性后的甘蔗渣添加3mg碳酸酐酶计，在改性后的甘蔗渣中加入从市售上海趁易生物有限公司的碳酸酐酶（型号：9001-03-0）；在温度为30℃条件下振荡1h后，放入4±1℃冰柜中固定12h，过滤，将滤渣用0.2mol/L的磷酸缓冲溶液及蒸馏水反复冲洗直至无酶蛋白被洗出，即得改性甘蔗渣载体固定化碳酸酐酶。

通过酶重量法-液相色谱法测定洗出液中的碳酸酐酶量，计算得每克改性后的甘蔗渣上固定的碳酸酐酶为2.9mg。

实施例3

将100g甘蔗渣（甘蔗品种为桂糖20）放入质量浓度为2%的NaOH中浸泡30h，再用质量浓度为2%的HCl中和溶液pH值至7.1后，过滤，在80℃条件下烘干，即完成了甘蔗渣活化；将活化后的甘蔗渣放入质量浓度为3%的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪溶液中，搅拌3h后过滤，收集滤渣后，用10倍滤渣体积的水洗涤，目的是除去多余的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪。

按每克改性后的甘蔗渣添加6mg碳酸酐酶计，在改性后的甘蔗渣中加入从市场购买的上海趁易生物有限公司的碳酸酐酶（型号：9001-03-0）；在温度为60℃条件下振荡12h后，放入4±1℃冰柜中固定24h，过滤，将滤渣用0.2mol/L的磷酸缓冲溶液及蒸馏水反复冲洗直至无酶蛋白被洗出，即得改性甘蔗渣载体固定化碳酸酐酶。

通过酶重量法-液相色谱法测定洗出液中的碳酸酐酶量，计算得每克改性后的甘蔗渣上固定的碳酸酐酶为4.2mg。

从以上实施例可看出，利用改性甘蔗渣可较优的固定碳酸酐酶。将利用改性的甘蔗渣固定的碳酸酐酶装入反应塔中，为应用于富集低浓度二氧化碳提供了基础。

Claims (5)

1.利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）甘蔗渣改性：将甘蔗渣放入质量浓度为0.5-2%的NaOH中浸泡20-30h，再用质量浓度为0.5-2%的HCl中和溶液pH至7.0±0.2后，过滤，烘干，然后置入质量浓度为0.5-3%的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪溶液中，搅拌1～3h后过滤，收集滤渣后，用水洗涤；

（2）碳酸酐酶固定：按每克改性后的甘蔗渣添加3-6mg碳酸酐酶计，在改性后的甘蔗渣中加入碳酸酐酶；在温度为30-60℃条件下振荡1-12h后，放入4±1℃冰柜中固定12-24h，过滤，将滤渣用磷酸缓冲溶液及蒸馏水反复冲洗直至无酶蛋白被洗出，即得改性甘蔗渣载体固定化碳酸酐酶。

2.根据权利要求1所述的利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，其特征在于，所述甘蔗渣为甘蔗经过压榨提取糖分后的产物。

3.根据权利要求1所述的利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，特征在于，所述烘干是在30-80℃条件下烘干。

4.根据权利要求1所述的利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，其特征在于，所述用水洗涤是用5-10倍滤渣体积的水洗涤。

5.根据权利要求1所述的利用改性甘蔗渣固定化碳酸酐酶的方法，其特征在于，所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.2mol/L。