聚合物改性的纳米载体固定化脂肪酶的研究

发布时间：2020-07-03 15:17

【摘要】：复合材料作为酶固定化的载体是固定化酶技术的研究热点之一,复合材料可将两种或两种以上材料的功能复合、互补和优化。选择和制备合适的复合材料,并对其适当改性,可提高固定化酶的酶载量、稳定性与重复使用能力。相比其他材料,纳米材料具有较大的比表面积和较多的孔洞。将其作为酶固定化的载体材料,能够提高酶的固载量与稳定性,增大酶与载体之间的结合力,有利于提高固定化酶的催化效率,并使固定化酶易于从反应体系中回收,以便重复使用。本课题选用三种载体固定南极假丝酵母脂肪酶B,研究固定化酶性能,具体研究结果如下:(1)基于静电纺丝技术制备丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚纳米纤维(PMA-co-PAA),利用壳聚糖(CTS)对纳米纤维进行亲水性改性,以此为载体固定南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)。结果表明,PMA-co-PAA表面上的CTS为脂肪酶提供了固定位点并改善了生物环境,脂肪酶的固载量最高可达152mg/g,在相同的环境中(pH在4～10或温度在20～60℃),固定化酶表现出优于游离酶的稳定性。随后研究了脂肪酶催化合成苯并吡喃衍生物,优化了反应条件,探究了固定化酶的重复催化效率,结果发现在Knoevenagel缩合反应中,反应媒介与反应时间是影响产率的重要因素,当选用CH30H/H20(4/1)的混合溶液作为反应媒介,反应进行18h时,此时体系获得了最高的产率,达到73%。使用固定化酶催化反应,当固定化酶重复使用第5次时,催化效率保持在初次的45%。(2)基于静电纺丝技术制备甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚纳米纤维(PMMA-co-PAA),利用壳聚糖(CTS)对其改性,并在CTS上生长聚甲基丙烯酸钠聚合物刷。以该纳米纤维作为载体固定脂肪酶,研究改性纳米纤维对脂肪酶的固载量以及稳定性的影响。试验表明:纳米纤维经CTS改性后其亲水性和纤维直径得到提高,当甲基丙烯酸钠浓度为O.1mol/L时,酶载达到165mg/g。此外,相比于游离酶,固定化脂肪酶有较高的温度和pH值稳定性。pH在5～9或温度在20～60℃时,固定化酶在最低点的相对活性相比游离酶提升325%和400%;60℃下储存10h后,固定化酶的相对活性相比游离酶提升17%。(3)以廉价的三聚氰胺泡沫作为原始材料,将其碳化后获得三维骨架碳纤维,以三维骨架碳纤维为基体材料,与CTS复合后改善其生物相容性,将其作为载体固定脂肪酶。研究表明:经CTS修饰后的碳纤维材料其结晶度有了提高,以戊二醛法固定脂肪酶,当CTS的浓度为2.5%时固定化酶获得最高酶活性与酶载量,酶载最高可达184.5mg/g;戊二醛的浓度对固定化酶酶载量的影响是积极的,但是当戊二醛浓度过高时,会造成酶活的下降,降低了固定化酶的催化效率。脂肪酶经固定化之后,其稳定性有了一定的提高,固定化酶在重复使用8次之后,其催化效率降至初次的58%。综上,对比三种载体发现,在纳米纤维上生长聚合物刷可有效提升酶载量与稳定性。纳米纤维制备工艺简单,但其机械性能不如三维骨架碳纤维,因此限制了纳米纤维在剧烈反应中的应用。而且三维骨架碳纤维有较多的孔洞结构,其质量更轻,单位质量的载体,三维骨架碳纤维可固定更多的脂肪酶,因此其酶载量略高于纳米纤维。
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;Q814.2
【图文】：

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本文编号：2739837