【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物化工，具體涉及界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊及制備方法和應用。
技術介紹
1、由于環境污染和資源匱乏問題日益嚴重，以綠色化學要求為指導開發新型化學合成技術具有廣闊的發展前景。烯烴是一種重要的化工原料，市場需求大，應用范圍廣，且其具有的不飽和碳碳雙鍵可以通過化學改性生成具有高價值的產物，例如環氧化反應。烯烴環氧化物是一種重要的產物中間體，可以應用于藥物、香水、農用化學品、食品添加劑等化學產品的后續生產。目前，烯烴環氧化方法主要為化學法和生物法，化學合成法需要使用金屬催化劑及強酸，生產過程中催化劑熱穩定性差且會產生大量副產物，對環境十分不友好，生物法使用酶催化環氧化反應，反應條件溫和且綠色環保。但酶在有機溶劑中的溶解度較低，對氧化劑和極性試劑的耐受性有限，且野生酶在大腸桿菌中難于表達，選擇性差，這些均限制了酶法環氧化烯烴的工業化發展。因此如何進一步提高固載酶體系的穩定性，實現連續流動催化烯烴環氧化，仍然是一項重要而具有挑戰性的任務。
技術實現思路
1、針對現有技術中生物酶法烯烴環氧化工藝反應轉化率低、氧化劑添加量高、酶催化劑穩定性較差的缺點，提供一種界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊，其在固定床連續化酶催化烯烴環氧化反應中可實現環氧化物的高效制備。
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：
3、第一方面，本專利技術提供了界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的制備方法，包括以下步驟：
4、步
5、步驟3：向油包水型pickering乳液中加入硅烷偶聯劑、有機胺和有機溶劑，經過界面凝膠-溶膠得到界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊。
6、進一步地，所述步驟1中具有乳化功能且能夠吸附酶的氧化硅納米顆粒為疏水性硅烷單獨修飾或者疏水性硅烷和n-甲氧基硅丙基-n,n,n-三甲基氯化銨共同修飾二氧化硅后所獲得的帶正電的氧化硅納米顆粒，其中疏水性硅烷為甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙氧基(辛基)硅烷、三(三甲基硅基)硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷中的任意一種。
7、進一步地，疏水性硅烷單獨修飾二氧化硅時，二氧化硅與疏水性硅烷的質量比為1:0.05～1:2；疏水性硅烷和n-甲氧基硅丙基-n,n,n-三甲基氯化銨共同修飾二氧化硅時，二氧化硅、疏水性硅烷和n-甲氧基硅丙基-n,n,n-三甲基氯化銨的質量比為1:0.05:0.05～1:2:2。
8、進一步地，所述步驟1中脂肪酶為南極假絲酵母酶a、南極假絲酵母酶b、褶皺假絲酵母脂肪酶中的任意一種；有機溶劑為甲苯、正辛烷、環己烷、苯、正十二烷、環戊基甲醚中的任意一種。
9、進一步地，所述步驟1中緩沖溶液包括磷酸緩沖液、鄰苯二甲酸-鹽酸緩沖液、磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、檸檬酸–檸檬酸鈉緩沖液中的任意一種；緩沖溶液與氧化硅納米顆粒的質量比為1:0.01～1:5，緩沖溶液與有機溶劑的體積比為1:0.3～1:20。
10、進一步地，所述緩沖溶液中還添加聚乙二醇、甘油或低共熔溶劑，以增加脂肪酶的穩定性。
11、進一步地，所述步驟2中硅烷偶聯劑為甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙氧基(辛基)硅烷、三(三甲基硅基)硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷和辛基三甲氧基硅烷中的任意一種；有機胺為正己胺或三乙胺；界面凝膠-溶膠的溫度為30～80℃，時間為6～72h。
12、第二方面，本專利技術提供了第一方面所述的制備方法制得的界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊，所述pickering乳液微膠囊界面固定化脂肪酶并在pickering乳液界面形成具有疏水性的氧化硅殼層。
13、第三方面，本專利技術提供了第二方面所述的界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的應用，用于固定床連續化酶催化烯烴環氧化反應。
14、進一步地，所述反應的條件為：反應溫度為25～100℃，反應物流速為0.2～20.0ml/h，反應物包含烯烴、過氧化氫或過氧化脲以及有機羧酸(酯)，其中有機羧酸(酯)為c2-c20長鏈羧酸(酯)或異構酸(酯)。
15、與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下：
16、1、本專利技術在pickering乳液的基礎上利用乳液界面氧化硅的疏水性或者改性帶電的方法將酶吸附到乳液界面，并通過界面溶膠-凝膠方法，在乳液界面生長形成多孔固體殼層，將酶固定化到乳液的界面，同時內部的不同組成可以調節酶所在的微環境，提高酶的穩定性；而且形成的殼層穩定性高，可以直接填充在固定床反應器中進行連續化反應，通過調控殼層的疏水性、帶電性質等有效避免了外界環境對內部酶的毒副作用，避免反應過程中底物將水帶出導致酶活性降低的問題。
17、2、傳統的pickering乳液耐高溫性能極差，高溫下水相會冒出氣泡導致乳液破損塌陷，內部水相流失。本專利技術通過在pickering乳液界面生長殼層制備微膠囊，在110℃下回流有機相，加熱時乳液無明顯變化且無氣泡產生，電鏡觀察發現pickering乳滴微膠囊還是保持均勻形貌，結構無明顯變化，說明微膠囊具有較好的耐高溫性。
18、3、傳統pickering乳液連續化流動過程中，底物填充高度和濃度過高都可能導致乳液破損，因此無法實現較高底物濃度的轉化。本專利技術在保留pickering乳液優勢的基礎上，在乳滴界面生長一層多孔殼層，不僅可用于較高濃度底物的轉化，還能避免隨反應進行產生的破乳等問題。
19、4、傳統pickering乳液連續化流動過程中，由于乳液耐極性溶劑差，在極性溶劑中容易破乳，導致連續相的選擇受限。本專利技術pickering乳滴微膠囊可以耐乙醇、乙酸乙酯、n,n-二甲基甲酰胺等極性溶劑，擴大了連續相的選擇范圍，使得該方法適用的底物范圍增大。
20、5、傳統pickering乳液法連續化流動過程中，乳液耐壓性能較差。本專利技術利用交聯pickering乳液制備微膠囊，通過泵控制微膠囊連續化流動體系內有機溶劑流速和壓力分別為50ml/h和1mpa，觀察發現微膠囊可維持48h不變形，說明微膠囊具有較好的耐壓性。
21、6、本專利技術只需要選擇適當的固體顆粒以及硅烷偶聯劑就可以通過溶膠-凝膠方法實現pickering乳液微膠囊的制備，通過改變固體顆粒的用量、偶聯劑的種類、用量以及交聯時間的長短可以實現對粒徑、機械強度和滲透性的調控，可操控性強。
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1.界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述步驟1中具有乳化功能且能夠吸附酶的氧化硅納米顆粒為疏水性硅烷單獨修飾或者疏水性硅烷和N-甲氧基硅丙基-N,N,N-三甲基氯化銨共同修飾二氧化硅后所獲得的帶正電的氧化硅納米顆粒，其中疏水性硅烷為甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙氧基(辛基)硅烷、三(三甲基硅基)硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷中的任意一種。
3.根據權利要求2所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，疏水性硅烷單獨修飾二氧化硅時，二氧化硅與疏水性硅烷的質量比為1:0.05～1:2；疏水性硅烷和N-甲氧基硅丙基-N,N,N-三甲基氯化銨共同修飾二氧化硅時，二氧化硅、疏水性硅烷和N-甲氧基硅丙基-N,N,N-三甲基氯化銨的質量比為1:0.05:0.05～1:2:2。
4.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊
5.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述步驟1中緩沖溶液包括磷酸緩沖液、鄰苯二甲酸-鹽酸緩沖液、磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、檸檬酸–檸檬酸鈉緩沖液中的任意一種；緩沖溶液與氧化硅納米顆粒的質量比為1:0.01～1:5，緩沖溶液與有機溶劑的體積比為1:0.3～1:20。
6.根據權利要求5所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述緩沖溶液中還添加聚乙二醇、甘油或低共熔溶劑，以增加脂肪酶的穩定性。
7.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述步驟2中硅烷偶聯劑為甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙氧基(辛基)硅烷、三(三甲基硅基)硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷和辛基三甲氧基硅烷中的任意一種；有機胺為正己胺或三乙胺；界面凝膠-溶膠的溫度為30～80℃，時間為6～72h。
8.權利要求1～7任意一項所述的制備方法制得的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊，其特征在于，所述Pickering乳液微膠囊界面固定化脂肪酶并在Pickering乳液界面形成具有疏水性的氧化硅殼層。
9.權利要求8所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的應用，其特征在于，用于固定床連續化酶催化烯烴環氧化反應。
10.根據權利要求9所述的界面固定化脂肪酶的Pickering乳液微膠囊的應用，其特征在于，所述反應的條件為：反應溫度為25～100℃，反應物流速為0.2～20.0mL/h，反應物包含烯烴、過氧化氫或過氧化脲以及有機羧酸(酯)，其中有機羧酸(酯)為C2-C20長鏈羧酸(酯)或異構酸(酯)。
...【技術特征摘要】
1.界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述步驟1中具有乳化功能且能夠吸附酶的氧化硅納米顆粒為疏水性硅烷單獨修飾或者疏水性硅烷和n-甲氧基硅丙基-n,n,n-三甲基氯化銨共同修飾二氧化硅后所獲得的帶正電的氧化硅納米顆粒，其中疏水性硅烷為甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙氧基(辛基)硅烷、三(三甲基硅基)硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷中的任意一種。
3.根據權利要求2所述的界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，疏水性硅烷單獨修飾二氧化硅時，二氧化硅與疏水性硅烷的質量比為1:0.05～1:2；疏水性硅烷和n-甲氧基硅丙基-n,n,n-三甲基氯化銨共同修飾二氧化硅時，二氧化硅、疏水性硅烷和n-甲氧基硅丙基-n,n,n-三甲基氯化銨的質量比為1:0.05:0.05～1:2:2。
4.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述步驟1中脂肪酶為南極假絲酵母酶a、南極假絲酵母酶b、褶皺假絲酵母脂肪酶中的任意一種；有機溶劑為甲苯、正辛烷、環己烷、苯、正十二烷、環戊基甲醚中的任意一種。
5.根據權利要求1所述的界面固定化脂肪酶的pickering乳液微膠囊的制備方法，其特征在于，所述步驟1中緩沖溶液包括磷酸緩沖液、鄰苯二甲酸-鹽酸緩沖液、磷酸氫二鈉-...
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