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

背景技術：

有機酸在化工、材料、藥物、食品等許多領域有重要應用，其工業(yè)化制備主要采用化學合成方法。近幾年，隨著全球對有機酸需求量的不斷增長，尤其是新藥、食品工業(yè)和新材料等領域對乳酸和苯乳酸等高值有機酸的需求迅速增加，使得有機酸制備收到了國內外的普遍重視。然而，傳統(tǒng)化學合成法由于存在比較嚴重的環(huán)境污染和溶劑殘留等問題，研究和發(fā)展有機酸的新型制備方法，具有重要意義。

利用微生物發(fā)酵或轉化合成高值有機酸，以其反應條件溫和、環(huán)境友好和產(chǎn)物安全性高等優(yōu)點，成為當前的重要發(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)率和轉化率不高，產(chǎn)物濃度低，微生物菌體難以回收利用，過程成本高，成為當前限制其工業(yè)化應用的障礙。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種用于轉化合成有機酸的微生物催化載體及其制備方法。

所述的一種用于轉化合成有機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，其基質骨架為海藻酸鹽，基質骨架內包埋有能合成有機酸的微生物催化劑。

所述的一種用于轉化合成有機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，微生物催化載體內部擁有孔徑為微米量級的超大孔隙，其孔隙率為90～98%，孔徑1～130 μm。

所述的一種用于轉化合成有機酸的微生物催化載體，其特征在于能合成有機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胞菌體。

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

所述的用于轉化合成有機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，制成含細胞反應懸浮液；

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

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

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

所述的用于轉化合成有機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。

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

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

通過采用上述技術，本發(fā)明具有如下有益效果：

1）本發(fā)明提供的用于轉化合成有機酸的微生物催化載體，是一種具有超大孔隙且包埋有可轉化合成有機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)明提供的用于轉化合成有機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，適于微生物轉化合成過程中底物和產(chǎn)物的傳質擴散；其粒徑較大，用于生物轉化合成過程方便，回收簡單（例如簡單過濾），可以重復利用，有助于減少過程成本，工業(yè)化放大也容易實現(xiàn)；

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

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于轉化合成有機酸的微生物催化載體的實際形貌圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此：

實施例1

將60 mL含有2%海藻酸鈉、10%干酪乳桿菌菌體和88%水（均為質量百分比，下同）混合均勻得到含細胞反應懸浮液，用多微管反應器于1 cm/s的流速下制備成為直徑范圍3.2～5 mm的含細胞反應懸浮液滴，得到的含細胞反應懸浮液滴在500 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，得到用于轉化合成有機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，得到含細胞反應懸浮液，含細胞反應懸浮液用多微管反應器于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)劑中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，得到用于轉化合成有機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胞反應懸浮液，含細胞反應懸浮液用多微管反應器于3 cm/s的流速下制備成為直徑范圍1.8～3.3 mm含細胞反應懸浮液滴，含細胞反應懸浮液滴在1080 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，得到用于轉化合成有機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%水混合制成含細胞反應懸浮液，含細胞反應懸浮液用多微管反應器于2.4 cm/s的流速下制備成為直徑范圍2.2～4 mm的含細胞反應懸浮液滴，含細胞反應懸浮液滴在780 mL CaCl₂水溶液中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，得到用于轉化合成有機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%水混合制成含細胞反應懸浮液，含細胞反應懸浮液用多微管反應器于0.70 cm/s的流速下制備成為直徑范圍2.2～5 mm的含細胞反應懸浮液滴，含細胞反應懸浮液滴在500 mL CaCl₂水溶液交聯(lián)劑中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，得到用于轉化合成有機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）中進行靜置發(fā)酵72小時，溫度控制在25~35℃，得到含有乳酸和苯乳酸的發(fā)酵液；用高效液相色譜進行檢測分析，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）中進行靜置發(fā)酵72小時，溫度控制在25~35℃，得到含有乳酸和苯乳酸的發(fā)酵液；用高效液相色譜進行檢測分析，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。

實施例8

取20g本發(fā)明所得微生物催化載體，作為生物轉化的催化劑，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，轉化4小時，溫度35℃，攪拌速度70 rpm，得到轉化液；用高效液相色譜進行檢測分析，所得轉化液中苯乳酸濃度6.8 g/L，摩爾轉化率為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，重復使用7次后，該載體摩爾轉化率仍高達65%。