CN101524634A

CN101524634A - 玉米秸秆芯穰吸附材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101524634A
Application number: CN200810242760A
Authority: CN
Inventors: 吕金顺; 纪丽莲; 褚效中; 宋远志; 徐继明; 刘燕
Original assignee: Huaiyin Normal University
Current assignee: Huaiyin Normal University
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101524634B

Abstract

本发明公开的玉米秸秆芯穰吸附材料及其制备方法，首先，玉米秸秆芯穰粉碎，在高沸点醇和碱组成的混合溶剂中高压蒸煮，抽滤和洗涤；然后，所得滤渣氧化剂H₂O₂氧化，快速冷却；最后，冷冻干燥得吸附材料。本发明方法以玉米秸秆芯穰为原料制备吸附材料，吸附材料有效地对中性蛋白酶和糖化酶进行吸附，且不使酶失活，充分利用自然资源，简化制备方法，满足可持续发展要求。

Description

玉米秸秆芯穰吸附材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸附材料及其制备方法，具体涉及玉米秸秆芯穰吸附材料及其制备方法。

背景技术

酶作为一种特殊的生物催化剂，具有较高的选择性和催化效率、反应条件温和、催化活性可以调节控制等优点。已在有机合成中利用酶促反应的高活性和高度选择性进行不对称合成、光学活性化合物及天然化合物的合成和拆分。但自由酶对所处环境十分敏感，在强酸、强碱、高温、高离子浓度和部分有机溶剂中均不够稳定，容易导致酶蛋白的变性，从而降低甚至丧失其催化活性。同时，自由酶反应后不易与底物和产物分离，既影响反应产物纯度又难以重复使用，这在很大程度上限制了酶促反应的广泛应用。固定化酶技术克服了自由酶的上述不足，提高了酶的储存稳定性，实现了重复使用及连续自动化生产，降低了成本，在生物工程、食品工业、医药和精细化学工业等领域有着广泛的应用前景。

固定化酶的性能主要取决于固定化方法和所使用的载体材料。其中，载体材料的性能直接影响其固定化酶的催化活性。酶的固定化对载体材料有很高的要求。理想的载体材料应具备良好的机械强度、热稳定性和化学稳定性、耐生物降解性及对酶的高度亲和性、并能保持较高的酶活性等。因此，设计、开发和制备性能优异的载体材料已成为固定化酶领域研究的重点之一。

传统的无机载体材料来源方便、廉价、机械强度高，无毒且稳定性好，一般是借助吸附方法来制备固定化酶，或经小分子化学改性以共价键合方式制备固定化酶。但无机载体的结构不易调控，影响传质且键合酶的能力差。有机高分子载体是固定化酶研究及应用中倍受关注的载体材料之一，对其改性则是人们获得理想固定化酶载体材料的重要途径。但这种原料，需要在原高分子材料上，通过较复杂的合成反应引入具有与酶作用的活性基团，再将酶附载在表面上。例如化学通报(杨勇，李彦锋，拜永孝等酶固定化技术用载体材料的研究进展[J]，化学通报，2007年第4期，257-262)上介绍的固定化β-半乳糖苷酶方法，先将甲基丙烯酸甲酯MMA接枝聚合到尼龙膜上，再将MMA接枝聚合到聚苯乙烯包覆层上，在膜表面引入了大量的反应性酯基，再借助己二胺和戊二醛活化并共价。这一载体材料的制备要用到合成有机高分子材料，且制备过程相当复杂。因而研究从资源丰富的天然物，特别是可再生的天然废弃物进行加工，制备固定化酶载体材料，将对充分利用自然资源、进行可持续发展具有重要的经济价值。

秸秆是附属农产品的废弃物，据资料表明，我国年产农作物秸杆6.2亿吨，资源拥有量居世界首位，预计到2010年达到7.26亿吨。但这些秸杆中30％用作农用燃料，25％用作饲料，2～3％作工副业生产原料，6～7％直接还田，还有35％约2.2亿吨剩余秸杆未被合理利用。而作为燃料利用的，受消费观念和生活方式的影响，秸秆资源完全处于高消耗、高污染、低产出的状况，相当多的一部分农作物秸秆被弃置或者直接进行焚烧，没有得到合理开发利用。

在所有秸秆中，玉米秸秆、小麦秸秆和稻米秸秆占总量的76％，而玉米秸秆又占三种秸秆量的50％(曹国良，张小曳，郑方成等.中国大陆秸秆露天焚烧的量的估算[J].资源科学，2006，28(1)：9-13)。玉米秸秆是由叶、表皮及茎杆组成。三部分中茎秆是主要部分。而茎秆又是由茎皮与芯穰组成。玉米秸秆茎皮的纤维素、木质素大分子组成的物质结构具有紧密性和特殊性，使得其是提取木质素和制备高纯纤维素的原料。玉米秸秆芯穰的木糖和葡糖组成的半纤维素具有结构的疏松性，可以加工成为具有吸附性能的吸附材料。

发明内容

本发明的目的是：提供一种玉米秸秆芯穰吸附材料及其制备方法，以玉米秸秆芯穰为原料制备吸附材料，吸附材料有效地对中性蛋白酶和糖化酶进行吸附，且不使酶失活，为固定化酶的载体材料，充分利用自然资源，简化制备方法，满足可持续发展要求。

本发明的目的由以下技术方案实现：首先，玉米秸秆芯穰粉碎，在高沸点醇和碱组成的混合溶剂中高压蒸煮，抽滤和洗涤；然后，所得滤渣氧化剂H₂O₂氧化，快速冷却；最后，冷冻干燥得吸附材料。

上述方法中，所述的玉米秸秆芯穰是将玉米秸秆去除叶及剥去硬外壳后的剩余物。

上述方法中，所述的玉米秸秆芯穰粉碎至1-2.8mm。

上述方法中，所述的高沸点醇为乙二醇。

上述方法中，所述的碱为NaOH、KOH、NaHCO₃、Na₂CO₃、KHCO₃或K₂CO₃；质量分数为2-10％。

上述方法中，所述的混合溶剂由2～6体积的醇与1体积的碱组成；优选醇与碱的体积比为4∶1。

上述方法中，所述的玉米秸秆芯穰与混合溶剂按照1g玉米秸秆芯穰与10-20mL的混合溶剂进行浸提。

上述方法中，所述的高压蒸煮是在高压釜中进行，压力为0.10-0.15MPa；蒸煮时间20-50min，优选30min；

上述方法中，所述的玉米秸秆芯穰高压蒸煮后，经抽滤和洗涤步骤，洗涤用的洗涤剂为体积浓度60％-80％乙醇，优选80％乙醇。

上述方法中，氧化剂为质量分数2％-8％的H₂O₂，1g玉米秸秆芯穰洗涤后滤渣与4-8mL的H₂O₂搅拌均匀后置于高压釜中蒸汽蒸煮20-40min后，快速冷却；优选1g玉米芯穰洗涤后滤渣与5mL的5％的H₂O₂混合氧化。

本发明具有以下优点：

1、玉米秸秆芯穰吸附材料对中性蛋白酶的吸附百分率为97％，对糖化酶的吸附百分率为80％以上；将吸附酶后的吸附材料加入被酶催化的反应中可与相等量的游离酶催化效果相同，玉米秸秆芯穰制备的吸附材料可作为固定化酶的载体材料，且不使酶失活。

2、玉米秸秆芯穰原料来源广泛，工艺简便，全生物降解，对环境无污染。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本发明只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：将去除叶及剥去硬外壳后的玉米秸秆芯穰粉碎至1mm，称取10g，用70mL的乙二醇和质量分数为2％的35mL NaOH组成的混合溶剂混匀，在高压釜中压力0.1-0.15MPa下蒸煮20min，抽滤，用体积浓度为60％的乙醇洗涤至中性；所得滤渣用质量分数为2％的H₂O₂ 40mL搅拌均匀，置于底部盛有水的高压釜中进行蒸汽蒸煮20min，快速冷却，冷冻干燥，得蓬松状的白色吸附材料。

实施例2：将去除叶及剥去硬外壳后的玉米秸秆芯穰粉碎至2mm，称取10g，用120mL的乙二醇和质量分数为6％的30mL Na₂CO₃组成的混合溶剂混合，在高压釜中压力为0.1-0.15MPa下蒸煮30min，抽滤，用体积浓度为70％乙醇洗涤至中性；所得滤渣用质量分数为5％的H₂O₂50mL搅拌均匀，置于底部盛有水的高压釜中进行蒸汽蒸煮30min，水快速冷却，冷冻干燥得蓬松状的白色吸附材料。

实施例3：将去除叶及剥去硬外壳后的玉米秸秆芯穰粉碎至2.8mm，称取10g，用180mL的乙二醇和质量分数为10％的30mLKHCO₃组成的混合溶剂混合，在高压釜中压力0.1-0.15MPa下蒸煮50min，抽滤，用体积浓度为80％乙醇洗涤至中性；所得滤渣用质量分数为8％的H₂O₂ 80mL搅拌均匀，置于底部盛有水的高压釜中进行蒸汽蒸煮40min，快速冷却，冷冻干燥得蓬松状的白色吸附材料。

应用实施例1

糖化酶的吸附：取0.30g实例1所得的玉米秸秆芯穰吸附材料，加入30mL 1.0g/L的淀粉酶于100mL烧杯中，在常温下不断搅拌2min，用事先经过相同浓度的酶饱和后的滤纸过滤，加入水合茚三酮显蓝紫色，该有色化合物在560nm波长下有最大吸收波长，用光度法测定吸附前后溶液中的糖化酶浓度；按照以下公式计算吸附百分率ψ：ψ％＝(A。-A)/A。×100，其中，A。为原溶液的吸光度，A为吸附后溶液的吸光度，ψ为吸附百分率，结果为在常温下吸附材料对糖化酶的吸附百分率为82％。

固载糖化酶的活力检测：在3个已标号洁净的试管中加入1mL淀粉溶液，再向2号试管中加入稀释100倍的5g/L糖化酶4滴，向3号试管中加入少许用蒸馏水洗涤3次的吸附糖化酶的玉米秸秆芯穰吸附材料，2min后，向三只试管中再滴加相同量I₂溶液，结果加入糖化酶溶液和吸附糖化酶的玉米秸秆芯穰吸附材料的溶液均无色，未加糖化酶的溶液呈蓝色。

应用实施例2

中性蛋白酶的吸附：取实例2所得的0.30g玉米秸秆芯穰吸附材料，30mL 1.0g/L的中性蛋白酶于100mL烧杯中，按照应用实施例1相同的方法试验，测定滤液的浓度，计算吸附百分率；结果在常温下对中性蛋白酶的吸附百分率为97％。

固载中性蛋白酶的活力检测：取3支试管编号，向3号试管中加入少许用蒸馏水洗涤3次的吸附中性蛋白酶的玉米秸秆芯穰吸附材料，1和2号试管中加入中性蛋白酶液1mL，1号管立即加入0.4mol/L三氯乙酸溶液2mL，使酶失活；在3支试管中再加入1mL pH 7.0、质量分数为0.5％酪蛋白底物缓冲液，迅速混匀，并立即放入30℃恒温水浴准确计时，保温15min后在2和3号试管中立即加入0.4mol/L三氯乙酸溶液2ml，使酶失活，终止反应，放置15min后，过滤，除去剩余酪蛋白及酶蛋白沉淀物；同样1号试管即刻过滤，除去剩余酪蛋白及酶蛋白沉淀物。然后取各试管滤液1mL，分别移入另3支试管中，再加入0.55mol/L碳酸钠溶液5ml和福林-酚试剂1mL，摇匀，保温20min，观察颜色变化；结果加入中性蛋白酶溶液和吸附中性蛋白酶的玉米秸秆芯穰吸附材料的溶液均呈蓝色，而使中性蛋白酶即刻失活的1号试管溶液无色。

Claims

1、玉米秸秆芯穰吸附材料，其特征在于：该吸附材料由玉米秸杆芯穰制备而得。

2、玉米秸秆芯穰吸附材料的制备方法，其特征在于该方法为：首先，将玉米秸秆芯穰粉碎，在高沸点醇和碱组成的混合溶剂中高压蒸煮，抽滤和洗涤；然后，所得滤渣氧化剂H₂O₂氧化，快速冷却；最后，冷冻干燥得吸附材料；所述的玉米秸秆芯穰是将玉米秸秆去除叶及剥去硬外壳后的剩余物；所述的玉米秸秆芯穰粉碎至1-2.8mm；所述的高沸点醇为乙二醇；所述的碱为NaOH、KOH、NaHCO₃、Na₂CO₃、KHCO₃或K₂CO₃，质量分数为2-10％；所述的混合溶剂由2～6体积的醇与1体积的碱组成；所述的玉米秸秆芯穰与混合溶剂按照1g玉米秸秆芯穰与10-21mL混合溶剂进行浸提；所述的高压蒸煮是在高压釜中进行，压力为0.10-0.15MPa，蒸煮时间20-50min；所述的玉米秸秆芯穰高压蒸煮后，经抽滤和洗涤步骤，洗涤用的洗涤剂为体积浓度60％-80％乙醇；所述氧化剂为质量分数2％-8％的H₂O₂，1g玉米秸秆芯穰洗涤后滤渣与4-8mL的H₂O₂搅拌均匀，置于高压釜中进行蒸汽蒸煮20-40min；蒸煮后快速冷却，冷冻干燥，得蓬松状的白色吸附材料。

3.根据权利要求2所述的一种玉米秸秆芯穰吸附材料的制备方法，其特征在于：混合溶剂中醇与碱的体积比为4∶1。

4.根据权利要求2所述的一种玉米秸秆芯穰吸附材料的制备方法，其特征在于：在高压釜中用混合剂浸提蒸煮时间30min。

5.根据权利要求2所述的一种玉米秸秆芯穰吸附材料的制备方法，其特征在于：在高压釜中用混合剂浸提蒸煮时间30min后抽滤和洗涤，洗涤剂为体积浓度80％的乙醇溶液。

6.根据权利要求2所述的一种玉米秸秆芯穰吸附材料的制备方法，其特征在于：氧化处理时，1g玉米秸秆芯穰洗涤后滤渣与5ml的5％的H₂O₂混合。