葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶共固定化材料技术的研究
发布时间：2021-04-12 20:18
固定化酶技术作为酶工程的重要内容越来越受到人们的关注。固定化酶易分离回收,可重复利用,相比于游离酶,具有成本低,稳定性高等优势。在复杂的工业生产上,大多数产物生产需要多酶联合使用来实现。本文研究了一种以多孔材料作为载体,共固定化葡萄糖氧化酶（GOD）和过氧化氢酶（CAT）的固定化酶,实现了催化氧化葡萄糖生产葡萄糖酸的工艺过程。研究内容主要包括多孔材料的制备及优化,载体材料表面修饰方案的优化,GOD和CAT共固定化过程的优化,以及共固定化酶的酶学性质研究。根据实验条件,以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体,通过悬浮聚合反应,制备甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）多孔材料。通过调节制备转速及致孔剂配方,获得一系列粒径和孔径的多孔载体,用于酶蛋白吸附和酶活测定。通过一系列表征手段分析得出,载体小球表面孔隙均匀,大小适中;载体平均粒径介于0.5～1 mm,平均孔径介于100～250 nm;当制备转速为500 rpm,油相和水相比例为1:1.5,致孔剂配方为甲苯/纳米碳酸钙时,固定化酶蛋白吸附量和相对酶活最高。通过对比四种载体表面修饰方式,包括乙二胺处理、等离子处理、先乙二胺后等离子处理、先等离子后乙二胺...
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子仪装置处理PGMA的过程
齐鲁工业大学硕士学位论文11第2章多孔载体PGMA的制备2.1引言载体材料的选择是决定酶固定化效果的关键因素，不同的酶往往都需要找寻与各自相容性更合适的固定化材料。YindianWang等[44]采用可见光引发接枝聚合的方法，在低密度的聚乙烯薄膜上制备出多层的膜结构，并用此材料固定化β-葡萄糖苷酶和纤维素酶，与单一纤维素酶体系和分别的β-葡萄糖苷酶/纤维素酶固定化体系相比，双酶体系的催化活性分别提高了82%和20%；彭益强等[45]将羰基还原酶和甲酸脱氢酶共价固定化SiO2纳米粒子上，并利用该固定化酶连续催化β-羟基苯乙酮制备（R）-苯基乙二醇，经过12批次的反应，产物累积量达35.6g/L；HepzibaSuganth等[46]将脂肪酶和蛋白酶共固定化在各种表面功能化的磁性纳米颗粒上，用于水产加工固体废物的水解，获得的固定化多酶对废物中的蛋白和脂肪转化率达50%~80%。PGMA是GMA聚合而成的一种多孔树脂材料，其表面高活性环氧基可转化为羟基、胺基、羧基、季铵基、卤素基等基团。在工业上常应用于在水处理、涂料、改性剂和阻燃剂；在生物技术上，常用于催化剂载体、药物和基因传递、结合以及传感器等方面。传统的聚合方法包括分散聚合、乳液聚合、悬浮聚合和无皂乳液聚合等。甲基丙烯酸缩水甘油酯的结构式为如图2.1。图2.1甲基丙烯酸缩水甘油酯结构式Fig.2.1Structuralformulaofglycidylmethacrylate悬浮聚合制备PGMA是指在引发剂存在下，单体发生自由聚合的方法。典型的悬浮聚合反应体系一般在聚合反应釜内进行，单体与分散剂混合后悬浮于水中，
第2章多孔载体PGMA的制备14图2.2PGMA悬浮聚合装置图Fig.2.2ThesuspensionpolymerizationdeviceofPGMA2.2.4分析方法利用扫描电子显微镜对不同孔径载体表面进行观察。2.3结果与分析2.3.1制备转速的影响在悬浮聚合法制备PGMA过程中，影响反应速率和稳定性，产物形态和产率的主要因素之一是搅拌强度。在实验室自行设计的悬浮聚合装置中，采用通过调节搅拌桨的转速来控制PGMA载体的粒径和孔径大小，将搅拌桨转速梯度设置为200rpm，350rpm，500rpm和650rpm转，并且在不同转速条件下，得到了粒径不等的均匀载体小球。经试验研究表明，搅拌转速越低，载体粒径越大，表面越不均匀；搅拌转速越高，载体粒径越小，甚至颗粒破碎。在获得了不同粒径分布的载体小球后，将小球分别进行固定化，并将这些不同粒径的固定化酶分别进行了酶活测定，实验结果如图2.3所示。从实验数据可以看出，在500rpm条件下固定化酶的相对酶活最高，直观的从小球粒径和表面平滑程度来看，在聚合反应转速为500rpm的条件下，载体小球颗粒大小适中，表面均匀，没有破损，是有利于酶在载体表面的吸附和结合的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧含量对大气压等离子体薄膜沉积提高环氧树脂沿面耐压的影响[J]. 王婷婷,章程,张福增,马翊洋,罗兵,邵涛. 高电压技术. 2020(10)
[2]双酶法制备葡萄糖酸钠工艺优化研究[J]. 王建彬,郭传庄,王松江,隋松森,李俊霖. 中国食品添加剂. 2019(11)
[3]聚甲基丙烯酸缩水甘油酯疏水纳凝胶的制备与表征[J]. 黄杰,张颂红,贠军贤,姚克俭. 化工进展. 2019(12)
[4]表面活性剂改性磁性氧化石墨烯共价固定脂肪酶CRL[J]. 王艳娥,张子安,唐爱星,李青云,刘幽燕. 化工进展. 2019(09)
[5]葡萄糖酸钠的双酶催化制备法[J]. 刘营,王冠,程瑛,周樱,王大春,詹志春. 中国食品添加剂. 2019(08)
[6]低温等离子技术及其对食品品质与微生物的影响[J]. 杨新文,牛文俊,成军虎,王满生. 食品与机械. 2019(09)
[7]食品添加剂葡萄糖酸钠的制备方法及其应用研究进展[J]. 杜裕芳,左艳娜,胡秋连,郝苗. 食品界. 2019(08)
[8]气液冷等离子体多相反应器基础研究与应用进展[J]. 蔡勇,梁闯,罗勇,初广文,苏梦军,孙宝昌,陈建峰. 化工学报. 2019(10)
[9]基于无机载体的先交联后吸附固定化脂肪酶的方法[J]. 林海蛟,张云,孙爱君,黄锦煜,胡云峰. 暨南大学学报(自然科学与医学版). 2019(03)
[10]用于单克隆抗体纯化的仿生多肽超大孔PGMA微球制备及其性能[J]. 葛佳,那向明,吴学星,杨维兴,郝冬霞,马光辉. 过程工程学报. 2020(01)
硕士论文
[1]葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶共催化生产葡萄糖酸盐[D]. 陈海斌.北京化工大学 2016
本文编号：3133918
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子仪装置处理PGMA的过程
齐鲁工业大学硕士学位论文11第2章多孔载体PGMA的制备2.1引言载体材料的选择是决定酶固定化效果的关键因素，不同的酶往往都需要找寻与各自相容性更合适的固定化材料。YindianWang等[44]采用可见光引发接枝聚合的方法，在低密度的聚乙烯薄膜上制备出多层的膜结构，并用此材料固定化β-葡萄糖苷酶和纤维素酶，与单一纤维素酶体系和分别的β-葡萄糖苷酶/纤维素酶固定化体系相比，双酶体系的催化活性分别提高了82%和20%；彭益强等[45]将羰基还原酶和甲酸脱氢酶共价固定化SiO2纳米粒子上，并利用该固定化酶连续催化β-羟基苯乙酮制备（R）-苯基乙二醇，经过12批次的反应，产物累积量达35.6g/L；HepzibaSuganth等[46]将脂肪酶和蛋白酶共固定化在各种表面功能化的磁性纳米颗粒上，用于水产加工固体废物的水解，获得的固定化多酶对废物中的蛋白和脂肪转化率达50%~80%。PGMA是GMA聚合而成的一种多孔树脂材料，其表面高活性环氧基可转化为羟基、胺基、羧基、季铵基、卤素基等基团。在工业上常应用于在水处理、涂料、改性剂和阻燃剂；在生物技术上，常用于催化剂载体、药物和基因传递、结合以及传感器等方面。传统的聚合方法包括分散聚合、乳液聚合、悬浮聚合和无皂乳液聚合等。甲基丙烯酸缩水甘油酯的结构式为如图2.1。图2.1甲基丙烯酸缩水甘油酯结构式Fig.2.1Structuralformulaofglycidylmethacrylate悬浮聚合制备PGMA是指在引发剂存在下，单体发生自由聚合的方法。典型的悬浮聚合反应体系一般在聚合反应釜内进行，单体与分散剂混合后悬浮于水中，
第2章多孔载体PGMA的制备14图2.2PGMA悬浮聚合装置图Fig.2.2ThesuspensionpolymerizationdeviceofPGMA2.2.4分析方法利用扫描电子显微镜对不同孔径载体表面进行观察。2.3结果与分析2.3.1制备转速的影响在悬浮聚合法制备PGMA过程中，影响反应速率和稳定性，产物形态和产率的主要因素之一是搅拌强度。在实验室自行设计的悬浮聚合装置中，采用通过调节搅拌桨的转速来控制PGMA载体的粒径和孔径大小，将搅拌桨转速梯度设置为200rpm，350rpm，500rpm和650rpm转，并且在不同转速条件下，得到了粒径不等的均匀载体小球。经试验研究表明，搅拌转速越低，载体粒径越大，表面越不均匀；搅拌转速越高，载体粒径越小，甚至颗粒破碎。在获得了不同粒径分布的载体小球后，将小球分别进行固定化，并将这些不同粒径的固定化酶分别进行了酶活测定，实验结果如图2.3所示。从实验数据可以看出，在500rpm条件下固定化酶的相对酶活最高，直观的从小球粒径和表面平滑程度来看，在聚合反应转速为500rpm的条件下，载体小球颗粒大小适中，表面均匀，没有破损，是有利于酶在载体表面的吸附和结合的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧含量对大气压等离子体薄膜沉积提高环氧树脂沿面耐压的影响[J]. 王婷婷,章程,张福增,马翊洋,罗兵,邵涛. 高电压技术. 2020(10)
[2]双酶法制备葡萄糖酸钠工艺优化研究[J]. 王建彬,郭传庄,王松江,隋松森,李俊霖. 中国食品添加剂. 2019(11)
[3]聚甲基丙烯酸缩水甘油酯疏水纳凝胶的制备与表征[J]. 黄杰,张颂红,贠军贤,姚克俭. 化工进展. 2019(12)
[4]表面活性剂改性磁性氧化石墨烯共价固定脂肪酶CRL[J]. 王艳娥,张子安,唐爱星,李青云,刘幽燕. 化工进展. 2019(09)
[5]葡萄糖酸钠的双酶催化制备法[J]. 刘营,王冠,程瑛,周樱,王大春,詹志春. 中国食品添加剂. 2019(08)
[6]低温等离子技术及其对食品品质与微生物的影响[J]. 杨新文,牛文俊,成军虎,王满生. 食品与机械. 2019(09)
[7]食品添加剂葡萄糖酸钠的制备方法及其应用研究进展[J]. 杜裕芳,左艳娜,胡秋连,郝苗. 食品界. 2019(08)
[8]气液冷等离子体多相反应器基础研究与应用进展[J]. 蔡勇,梁闯,罗勇,初广文,苏梦军,孙宝昌,陈建峰. 化工学报. 2019(10)
[9]基于无机载体的先交联后吸附固定化脂肪酶的方法[J]. 林海蛟,张云,孙爱君,黄锦煜,胡云峰. 暨南大学学报(自然科学与医学版). 2019(03)
[10]用于单克隆抗体纯化的仿生多肽超大孔PGMA微球制备及其性能[J]. 葛佳,那向明,吴学星,杨维兴,郝冬霞,马光辉. 过程工程学报. 2020(01)
硕士论文
[1]葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶共催化生产葡萄糖酸盐[D]. 陈海斌.北京化工大学 2016
本文编号：3133918
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