本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體及其制備方法。

背景技術(shù)：

有機(jī)酸在化工、材料、藥物、食品等許多領(lǐng)域有重要應(yīng)用，其工業(yè)化制備主要采用化學(xué)合成方法。近幾年，隨著全球?qū)τ袡C(jī)酸需求量的不斷增長(zhǎng)，尤其是新藥、食品工業(yè)和新材料等領(lǐng)域?qū)θ樗岷捅饺樗岬雀咧涤袡C(jī)酸的需求迅速增加，使得有機(jī)酸制備收到了國(guó)內(nèi)外的普遍重視。然而，傳統(tǒng)化學(xué)合成法由于存在比較嚴(yán)重的環(huán)境污染和溶劑殘留等問(wèn)題，研究和發(fā)展有機(jī)酸的新型制備方法，具有重要意義。

利用微生物發(fā)酵或轉(zhuǎn)化合成高值有機(jī)酸，以其反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好和產(chǎn)物安全性高等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前的重要發(fā)展方向。但是，這些方法常常受限于底物和產(chǎn)物抑制，或者缺乏高效的微生物催化劑和適宜的催化載體，使得產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率不高，產(chǎn)物濃度低，微生物菌體難以回收利用，過(guò)程成本高，成為當(dāng)前限制其工業(yè)化應(yīng)用的障礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體及其制備方法。

所述的一種用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，其特征在于所述的微生物催化載體為多孔顆粒，其基質(zhì)骨架為海藻酸鹽，基質(zhì)骨架內(nèi)包埋有能合成有機(jī)酸的微生物催化劑。

所述的一種用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，其特征在于所述的微生物催化載體粒徑為1～4 mm，微生物催化載體內(nèi)部擁有孔徑為微米量級(jí)的超大孔隙，其孔隙率為90～98%，孔徑1～130 μm。

所述的一種用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，其特征在于能合成有機(jī)酸的微生物催化劑為干酪乳桿菌菌體、布氏乳桿菌菌體或兩者混合菌的全細(xì)胞菌體。

所述的一種用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，其特征在于全細(xì)胞菌體在微生物催化載體中的質(zhì)量百分含量為1～10%。

所述的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的制備方法，其特征在于具體步驟如下：

1）將能合成有機(jī)酸的微生物催化劑均勻懸浮在海藻酸鹽的水溶液中，制成含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液；

2）將步驟1）得到的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液以0.7～22 cm/s的流速通過(guò)多微管反應(yīng)器，形成尺寸均一的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴；

3）將步驟2）得到的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴在交聯(lián)劑中進(jìn)行溶劑冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，待反應(yīng)完成后融化冰晶，得到具有超大孔隙晶膠基質(zhì)且包埋有可合成有機(jī)酸的微生物催化劑載體顆粒。

所述的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的制備方法，其特征在于步驟1）中的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液由以下質(zhì)量百分比的組份組成：海藻酸鹽1~3%，微生物細(xì)胞菌體1～10%，水87～98%。

所述的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的制備方法，其特征在于海藻酸鹽為海藻酸鈉，微生物細(xì)胞菌體為干酪乳桿菌菌體、布氏乳桿菌菌體或兩者混合菌體。

所述的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的制備方法，其特征在于步驟2）中的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液流經(jīng)多微管反應(yīng)器的流速為0.7～22 cm/s。

所述的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的制備方法，其特征在于步驟2）中的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴的大小為1.2～5 mm。

通過(guò)采用上述技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1）本發(fā)明提供的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，是一種具有超大孔隙且包埋有可轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的多孔彈性晶膠材料，骨架材料為天然海藻酸鹽，生物相容性優(yōu)良，具有很好的生物安全性；

2）本發(fā)明提供的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體為粒狀載體，其孔徑大，孔隙率高，其粒徑為1～4 mm，孔隙率為90～98%，孔徑1～130 μm，適于微生物轉(zhuǎn)化合成過(guò)程中底物和產(chǎn)物的傳質(zhì)擴(kuò)散；其粒徑較大，用于生物轉(zhuǎn)化合成過(guò)程方便，回收簡(jiǎn)單（例如簡(jiǎn)單過(guò)濾），可以重復(fù)利用，有助于減少過(guò)程成本，工業(yè)化放大也容易實(shí)現(xiàn)；

3）本發(fā)明提供的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的制備方法簡(jiǎn)單、操作方便，顆粒粒徑比較均勻且可控，適于規(guī)?；I(yè)制備應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體的實(shí)際形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此：

實(shí)施例1

將60 mL含有2%海藻酸鈉、10%干酪乳桿菌菌體和88%水（均為質(zhì)量百分比，下同）混合均勻得到含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液，用多微管反應(yīng)器于1 cm/s的流速下制備成為直徑范圍3.2～5 mm的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴，得到的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴在500 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，得到用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，部分載體如附圖1所示，所得微生物催化載體的粒徑3～4 mm，孔隙率95%，孔徑約5～80 μm。

實(shí)施例2

將150 mL含有1%海藻酸鈉、1%干酪乳桿菌菌體和98%水混合均勻，得到含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液用多微管反應(yīng)器于22 cm/s的流速下制備成為直徑范圍1.2～2.3 mm的懸浮液滴，在950 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，得到用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體。所得微生物催化載體的粒徑1～2 mm，孔隙率98%，孔徑約10～130 μm，在水中具有良好的彈性。

實(shí)施例3

將300 mL含有2%海藻酸鈉、5%干酪乳桿菌菌體和5%布氏乳桿菌菌體和88%水混合均勻制成含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液用多微管反應(yīng)器于3 cm/s的流速下制備成為直徑范圍1.8～3.3 mm含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴在1080 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，得到用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體，所得微生物催化載體的粒徑1.5～3 mm，孔隙率90%，孔徑約1～80 μm，在水中具有良好的彈性。

實(shí)施例4

將300 mL含有2.1%海藻酸鈉、10%布氏乳桿菌菌體和88.9%水混合制成含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液用多微管反應(yīng)器于2.4 cm/s的流速下制備成為直徑范圍2.2～4 mm的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴在780 mL CaCl₂水溶液中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，得到用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體。所得微生物催化載體的粒徑2～3.5 mm，孔隙率92%，孔徑約5～100 μm，在水中具有良好的彈性。

實(shí)施例5

將100 mL含有3%海藻酸鈉、1%干酪乳桿菌菌體和9%布氏乳桿菌菌體和87%水混合制成含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液用多微管反應(yīng)器于0.70 cm/s的流速下制備成為直徑范圍2.2～5 mm的含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴，含細(xì)胞反應(yīng)懸浮液滴在500 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，得到用于轉(zhuǎn)化合成有機(jī)酸的微生物催化載體。所得微生物催化載體的粒徑2～4 mm，孔隙率92%，孔徑約5～120 μm，在水中具有良好的彈性。

實(shí)施例6

取10g本發(fā)明所得含有布氏乳桿菌的微生物催化載體，于1 L液體培養(yǎng)基（組成：葡萄糖10 g，蛋白胨5 g，檸檬酸氫二胺1 g，無(wú)水乙酸鈉2.5 g，硫酸錳0.125 g，硫酸鎂0.29 g，磷酸氫二鉀1 g，酵母膏2.5 g，牛肉膏5 g，吐溫80 0.5 g，去離子水500m L，pH值自然）中進(jìn)行靜置發(fā)酵72小時(shí)，溫度控制在25~35℃，得到含有乳酸和苯乳酸的發(fā)酵液；用高效液相色譜進(jìn)行檢測(cè)分析，所得發(fā)酵液中的乳酸濃度為1.76 g/L，苯乳酸終濃度為37 mg/L。

實(shí)施例7

取20g本發(fā)明所得含有干酪乳桿菌的微生物催化載體，于1 L液體培養(yǎng)基（組成：葡萄糖20 g，蛋白胨10 g，檸檬酸氫二胺2 g，無(wú)水乙酸鈉5 g，硫酸錳0.25 g，硫酸鎂0.58 g，磷酸氫二鉀2 g，酵母膏5 g，牛肉膏10 g，吐溫80 1 g，去離子水1 L，pH值自然）中進(jìn)行靜置發(fā)酵72小時(shí)，溫度控制在25~35℃，得到含有乳酸和苯乳酸的發(fā)酵液；用高效液相色譜進(jìn)行檢測(cè)分析，所得發(fā)酵液中的乳酸濃度為5.6 g/L，苯乳酸終濃度為29 mg/L。

實(shí)施例8

取20g本發(fā)明所得微生物催化載體，作為生物轉(zhuǎn)化的催化劑，以20 mL含0.28 g葡萄糖和0.14 g苯丙酮酸的溶液（100 mM pH 8磷酸鹽緩沖液）為底物，轉(zhuǎn)化4小時(shí)，溫度35℃，攪拌速度70 rpm，得到轉(zhuǎn)化液；用高效液相色譜進(jìn)行檢測(cè)分析，所得轉(zhuǎn)化液中苯乳酸濃度6.8 g/L，摩爾轉(zhuǎn)化率為96%。并且該微生物催化載體可以多次利用，催化性能依舊良好，重復(fù)使用7次后，該載體摩爾轉(zhuǎn)化率仍高達(dá)65%。