CN107746842B - 一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法，包含如下步骤：将纤维素溶解在氯化锂/N,N‑二甲基乙酰胺溶解体系中；在纤维素溶液中引入磁性四氧化三铁纳米粒子，机械搅拌使其均一化；在无水乙醇中制备磁性纤维素微球并固化；在磁性纤维素微球上吸附聚乙烯亚胺；再通过离子吸附等作用固定化酶。本发明由廉价的纤维素原料得到高附加值产品磁性纤维素微球固定化酶,具有较好的经济价值，所提供的磁性纤维素微球固定化酶的制备方法简便、流程短，在磁性纤维素微球的制备和固定化酶过程中未使用化学交联，反应温和，安全环保,制备的磁性纤维素微球固定化酶兼具生物降解性、生物相容性、磁性等性质，便于实际操作和回收。

Description

一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法
技术领域
本发明属于纤维素载体固定化酶领域，尤其涉及一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法。
背景技术
石油、煤等不可再生资源的不断消耗以及石油基聚合物所带来的环境污染，不断促使可再生资源的利用和开发。寻找环境友好型材料、可再生资源和能源及可持续的生产技术是科学研究和工业化应用的努力方向之一。生物质材料的应用越来越广泛，其中纤维素是自然界中最丰富的、可再生、可降解的聚合物，纤维素的长链及其疏松的孔隙结构利于大分子的渗透和吸附，因此纤维素基材料近年来受到许多领域的关注。
由于纤维素具有良好的生物相容性和生物安全性，在生物技术和生物医学领域经常用作蛋白质、酶、细胞以及药物的载体。而纤维素微球具有多孔性和良好的吸收性能，拥有较大的比表面积以及更好的机械强度。并且，球状的外形能保证在系统中有良好的流体性质，使用时易制成反应器，因此纤维素微球是一种良好的酶载体。
将酶固定到纤维素微球上，能提高酶的稳定性，使酶催化反应在多相反应过程中进行，使固定化酶与反应介质易于分离，催化反应易于控制，简化反应器，并且固定化酶能够回收和反复使用，降低成本。
将磁性物质引入到纤维素微球中，使纤维素微球固定化酶能够在外加磁场的作用下进行快速运动或分离，从而更加高效地从体系中分离出来，具有较好的操作性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法。本发明以纤维素为原料,以氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺为溶解体系，在纤维素溶液中混入磁性四氧化三铁纳米粒子，制备磁性纤维素微球，再通过聚电解质的离子吸附等作用固定化酶。
为实现本发明目的,本发明所采用的技术方案为：
一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法，步骤如下：
⑴将纤维素分散于N,N-二甲基乙酰胺中，将该混合物加热至145-150℃，并不断搅拌30-50min，随后，将混合物的温度降至100-110℃加入氯化锂并继续搅拌30-50min，停止加热，使混合物冷却至室温，得到纤维素溶液；
⑵将磁性四氧化三铁纳米粒子与纤维素溶液混合，在恒温水浴中，快速搅拌均匀；
⑶将步骤⑵制得的混合液均匀地滴加到乙醇当中，得到磁性纤维素微球，将凝胶状的微球放置于乙醇中进行固化，随后依次用乙醇和去离子水充分洗涤；
⑷将步骤⑶制得的磁性纤维素微球置于聚乙烯亚胺溶液中进行吸附，随后分离，洗涤，得到吸附有聚乙烯亚胺的磁性纤维素微球；
⑸将步骤⑷制得的微球置于果胶酶溶液中，吸附，随后分离，洗涤，得到磁性纤维素微球固定化果胶酶。
步骤⑴中所述的纤维素溶液中纤维素的质量分数为1-4％。
步骤⑴中所述的纤维素溶液中纤维素的质量分数进一步优选为3％。
步骤⑴中所述的纤维素溶液中，氯化锂与N,N-二甲基乙酰胺质量比为(8：100)-(9：100)。
步骤⑵中所述的磁性四氧化三铁纳米粒子与纤维素的质量比为(1：4)-(1：7)。
步骤⑵中所述的恒温水浴温度为70-90℃。
步骤⑵中所述的快速搅拌的搅拌速度为500-800r/min。
步骤⑶中所述的滴加法通过注射器进行。
步骤⑶中所述的固化的时间为12-24h。
步骤⑷中所述的磁性纤维素微球与聚乙烯亚胺溶液的质量比为(1：8)-(1：15)。
步骤⑷中所述的聚乙烯亚胺的重均相对分子量为70000。
步骤⑷中所述的聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.01-0.05％。
步骤⑷中所述的吸附的时间为30-60min。
步骤⑸中所述的磁性纤维素微球与果胶酶溶液的质量比为(1：8)-(1：15)。
步骤⑸中所述的果胶酶溶液的浓度为0.2-0.5％(v/v)。
步骤⑸中所述的吸附的时间为30-60min。
一种磁性纤维素微球固定化酶，通过上述制备方法制备得到。
本发明具有如下的优点：
本发明使用自然界中大量存在的纤维素，原料来源丰富；磁性纤维素微球的制备方法简便，未使用化学交联剂，成本低；在固定化酶过程中未使用化学交联，通过离子吸附作用将酶固定，操作简单，反应温和，不会对酶的活性中心造成破坏；磁性物质的加入使微球具有磁性便于实际操作和回收；制备的磁性纤维素微球固定化酶具有生物降解性、生物相容性、磁性等性质。这种固定化酶技术还可进一步拓展到其他生物酶的固定化中，所得的磁性纤维素微球固定化酶可应用在催化、水处理等领域。
附图说明
图1为本发明提供的磁性纤维素微球固定化酶的贮存稳定性结果图。
图2为本发明提供的磁性纤维素微球固定化酶的重复使用性能结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明,其中以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法，步骤如下：
⑴将3g微晶纤维素分散于89g N,N-二甲基乙酰胺中，将该混合物置入油浴锅中加热至150℃并不断搅拌，分散30min。随后，将混合物的温度降至100℃，加入8g氯化锂并混合均匀，搅拌30min。随后停止加热，将混合物冷却至室温，充分搅拌得到纤维素溶液。
⑵取步骤⑴制得的纤维素溶液50g，置于85℃的水浴中，加入0.3g磁性四氧化三铁纳米粒子,使用高速搅拌器以800r/min的搅拌速度搅拌20min使其均一化。得到混有磁性四氧化三铁纳米粒子的磁性纤维素溶液。
⑶使用注射器，将步骤⑵制得的纤维素溶液均匀地滴加到无水乙醇当中，获得凝胶状的纤维素微球，将凝胶状纤维素微球置于乙醇中固化18h，随后依次用乙醇和去离子水充分洗涤。
⑷取步骤⑶制得的磁性纤维素微球5g，置于100mL浓度为0.01％的聚乙烯亚胺溶液中，置于摇床中进行吸附，随后分离，洗涤，得到吸附有聚乙烯亚胺的磁性纤维素微球。
⑸将步骤⑷制得的微球置于100mL浓度为0.25％的果胶酶溶液中，置于摇床中吸附，随后分离，洗涤，得到磁性纤维素微球固定化果胶酶。
实施例2
一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法，步骤如下：
⑴将4g微晶纤维素分散于181g N,N-二甲基乙酰胺中，将该混合物置入油浴锅中加热至145℃并不断搅拌，分散30min。随后，将混合物的温度降至100℃，加入15g氯化锂并混合均匀，搅拌30min。随后停止加热，将混合物冷却至室温，充分搅拌得到纤维素溶液。
⑵取步骤⑴制得的纤维素溶液100g，置于85℃的水浴中，加入0.5g磁性四氧化三铁纳米粒子,使用高速搅拌器以800r/min的搅拌速度搅拌20min使其均一化。得到混有磁性四氧化三铁纳米粒子的磁性纤维素溶液。
⑶使用注射器，将步骤⑵制得的纤维素溶液均匀地滴加到无水乙醇当中，获得凝胶状的纤维素微球，将凝胶状纤维素微球置于乙醇中固化20h，随后依次用乙醇和去离子水充分洗涤。
⑷取步骤⑶制得的磁性纤维素微球5g，置于100mL浓度为0.02％的聚乙烯亚胺溶液中，置于摇床中进行吸附，随后分离，洗涤，得到吸附有聚乙烯亚胺的磁性纤维素微球。
⑸将步骤⑷制得的微球置于100mL浓度为0.25％的果胶酶溶液中，置于摇床中吸附，随后分离，洗涤，得到磁性纤维素微球固定化果胶酶。
实施例3
一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法，步骤如下：
⑴将6g微晶纤维素分散于178g N,N-二甲基乙酰胺中，将该混合物置入油浴锅中加热至145℃并不断搅拌，分散30min。随后，将混合物的温度降至100℃，加入16g氯化锂并混合均匀，搅拌30min。随后停止加热，将混合物冷却至室温，充分搅拌得到纤维素溶液。
⑵取步骤⑴制得的纤维素溶液100g，置于85℃的水浴中，加入0.5g磁性四氧化三铁纳米粒子,使用高速搅拌器以800r/min的搅拌速度搅拌20min使其均一化。得到混有磁性四氧化三铁纳米粒子的磁性纤维素溶液。
⑶使用注射器，将步骤⑵制得的纤维素溶液均匀地滴加到无水乙醇当中，获得凝胶状的纤维素微球，将凝胶状纤维素微球置于乙醇中固化16h，随后依次用乙醇和去离子水充分洗涤。
⑷取步骤⑶制得的磁性纤维素微球5g，置于100mL浓度为0.01％的聚乙烯亚胺溶液中，置于摇床中进行吸附，随后分离，洗涤，得到吸附有聚乙烯亚胺的磁性纤维素微球。
⑸将步骤⑷制得的微球置于100mL浓度为0.2％的果胶酶溶液中，置于摇床中吸附，随后分离，洗涤，得到磁性纤维素微球固定化果胶酶。
本发明磁性纤维素微球固定化酶的贮存稳定性结果图1所示,横轴为贮存天数,纵轴为相对酶活力。从图中可以发现,本发明提供的磁性纤维素微球固定化酶在贮存的前4天能够保持90％的初始酶活力，贮存8天后仍能保持66％以上的酶活力，有较好的贮存稳定性能。
为说明本发明固定化生物酶的回用性能，测定本发明的固定化酶的重复使用稳定性。对固定化酶连续进行7次的操作，计算每次使用后的(相对酶活力％)，结果如图2所示。连续使用7次后固定化酶活力仍保持30％以上，而且由于具有磁性便于使用操作，载体韧性好，形态完整，因此，当酶活力降至一定水平后载体可进行回收再次进行固定化酶的操作以节约成本。

Claims (1)

1.一种磁性纤维素微球固定化酶的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
⑴将纤维素分散于N,N-二甲基乙酰胺中，将该混合物加热至145-150℃，并不断搅拌30-50min，随后，将混合物的温度降至100-110℃加入氯化锂并继续搅拌30-50min，停止加热，使混合物冷却至室温，得到纤维素溶液；
⑵将磁性四氧化三铁纳米粒子与纤维素溶液混合，在恒温水浴中，快速搅拌均匀；
⑶将步骤⑵制得的混合液均匀地滴加到乙醇当中，得到磁性纤维素微球，将凝胶状的微球放置于乙醇中进行固化，随后依次用乙醇和去离子水充分洗涤；
⑷将步骤⑶制得的磁性纤维素微球置于聚乙烯亚胺溶液中进行吸附，随后分离，洗涤，得到吸附有聚乙烯亚胺的磁性纤维素微球；
⑸将步骤⑷制得的微球置于果胶酶溶液中，吸附，随后分离，洗涤，得到磁性纤维素微球固定化果胶酶。
所述的纤维素溶液中纤维素的质量分数为1-4％，氯化锂与N,N-二甲基乙酰胺质量比为8-9:100；
所述的磁性四氧化三铁纳米粒子与纤维素的质量比为1：4-7；
所述的步骤⑷中磁性纤维素微球与聚乙烯亚胺溶液的质量比为1：8-15，聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.01-0.05％，吸附时间为30-60min；
所述的步骤⑸中磁性纤维素微球与果胶酶溶液的质量比为1：8-15，果胶酶溶液的浓度为0.2-0.5％体积比，吸附时间为30-60min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110527640B (zh) * 2018-05-25 2021-01-26 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 一种基于纤维素化磁性纳米颗粒富集和分离厌氧纤维降解菌的方法
CN110201641A (zh) * 2019-05-23 2019-09-06 天津科技大学 一种磁性纤维素基复合材料的制备方法
CN112458076B (zh) * 2020-11-30 2022-09-23 中国农业科学院油料作物研究所 一种纤维素基磁性微球固定化磷脂酶的制备方法
CN117211011B (zh) * 2023-11-09 2024-02-06 山东华业无纺布有限公司 一种含有磁性纤维的床垫材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102206624A (zh) * 2011-04-15 2011-10-05 北京师范大学 一种磁性复合微球固定化漆酶及其制备方法
CN103028116A (zh) * 2012-12-20 2013-04-10 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 基于纤维素基模板的磁性纳米复合微球及其制法和用途

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102206624A (zh) * 2011-04-15 2011-10-05 北京师范大学 一种磁性复合微球固定化漆酶及其制备方法
CN103028116A (zh) * 2012-12-20 2013-04-10 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 基于纤维素基模板的磁性纳米复合微球及其制法和用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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