脂肪酶的界面活化及固定化酶膜反应器的构建

发布时间：2017-06-15 17:13

  本文关键词：脂肪酶的界面活化及固定化酶膜反应器的构建，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：酶固定化技术是实现酶重复使用和稳定性改善的有效手段。脂肪酶作为一类重要的水解酶,能够催化多种反应并在酶膜反应器领域具有广阔应用前景,其固定化研究极具现实意义。由于固定化酶的活性与载体息息相关,如何通过控制载体表面性质来提高固定化脂肪酶的活性一直是脂肪酶固定化领域的研究热点。为了得到高效固定化脂肪酶,酶与载体之间的作用机制研究必不可少。本论文旨在系统性探索Candida rugosa旨肪酶(CRL)在载体上的“界面活化”行为,发掘载体与CRL相互作用规律,描述CRL在亲疏水性质不同的载体上的固定状态和活性,为构建高效脂肪酶固定化催化／分离系统提供理论支持。具体研究工作主要围绕以下几个方面展开：1、采用硫-金体系混合自组装法构筑十二烷基硫醇和11-巯基-1-十一醇混合单分子层,通过耗散型石英晶体微天平技术实时监测CRL在单分子层上的吸附过程,深入探讨CRL与亲疏水性质不同的表面之间的相互作用,揭示CRL的活化和变形行为。研究发现疏水性较强的载体有助于打开CRL的“盖子”并诱导其呈现稳定的活化构象；而在亲水性较强的载体上固定化酶易于变形和聚集。2、分别制备丙烯腈/丙烯酸正丁酯、丙烯腈/丙烯酸月桂酯以及丙烯腈/丙烯酸十八酯共聚物纳米纤维膜并吸附CRL,探讨疏水链段长度以及疏水基团含量对固定化酶载酶量及活性的影响。研究发现,对于同一个载体,提高载酶量会降低固定化酶的活性；而载体中疏水基团的增多有利于稳定酶分子的构象,使得固定化酶活性降低的趋势减缓。借助表面活性剂Triton X-100活化酶溶液中的自由酶并将这些活化了的自由酶进行固定化,证实提高载体的疏水程度有利于CRL活化构象的稳定。3、构建CRL固定化聚砜梯度中空纤维膜反应器,用动态过滤的方式固定CRL；以酶催化三乙酸甘油酯水解的反应作为模型研究该酶膜反应器的服役性能,并考察了基膜孔径、传质阻力以及以及操作条件(压力、底物浓度和温度)对酶膜反应器效率的影响。在最佳条件下,酶膜反应器活性高达1.07×104 U/g。
【关键词】：脂肪酶 界面活化 活性 膜 酶膜反应器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q814
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 绪论15-45
• 1.1 酶膜反应器15-18
• 1.1.1 酶与酶催化15-16
• 1.1.2 酶膜反应器的基本概念16
• 1.1.3 反应器类型16-18
• 1.2 酶的膜固定化18-34
• 1.2.1 固定化酶的性质18-19
• 1.2.2 固定化方法的影响19-22
• 1.2.3 膜材料的影响22-26
• 1.2.4 膜结构的影响26-30
• 1.2.5 蛋白质与载体相互作用表征手段30-34
• 1.3 脂肪酶的膜固定化34-41
• 1.3.1 脂肪酶简介34-36
• 1.3.2 脂肪酶的“界面活化”及“构象重排”36-39
• 1.3.3 活性测定方法39-40
• 1.3.4 膜固定化方法40-41
• 1.4 课题提出41-43
• 1.5 研究内容与实验方案43-45
• 1.5.1 脂肪酶在自组装单分子层模型表面固定化研究43
• 1.5.2 脂肪酶在丙烯腈/丙烯酸酯共聚物纳米纤维膜上的固定化研究43
• 1.5.3 脂肪酶固定化中空纤维膜反应器的构建及应用基础研究43-45
• 第二章 实验部分45-65
• 2.1 实验原料45-47
• 2.2 实验仪器设备47-49
• 2.3 脂肪酶在自组装单分子层模型表面固定化研究49-52
• 2.3.1 自组装单分子层的构建49-50
• 2.3.2 Candida rugosa脂肪酶(CRL)固定化过程50
• 2.3.3 QCM-D实时监测固定化酶催化水解三乙酸甘油酯过程50
• 2.3.4 固定化酶活性检测50-51
• 2.3.5 自组装单分子层表征51
• 2.3.6 酶固定化单分子层表征51-52
• 2.4 脂肪酶在丙烯腈/丙烯酸酯共聚物纳米纤维膜上的固定化研究52-59
• 2.4.1 溶液聚合法合成丙烯腈/丙烯酸酯共聚物52-53
• 2.4.2 丙烯腈/丙烯酸酯共聚物纳米纤维膜的制备53
• 2.4.3 脂肪酶在丙烯腈/丙烯酸酯共聚物纳米纤维膜上的固定53
• 2.4.4 载酶量的测定53-55
• 2.4.5 脂肪酶活性的测定55-57
• 2.4.6 丙烯腈/丙烯酸酯共聚物的表征57-58
• 2.4.7 丙烯腈/丙烯酸酯共聚物纳米纤维膜的表征58-59
• 2.5 脂肪酶固定化中空纤维膜反应器的构建及应用基础研究59-65
• 2.5.1 中空纤维膜反应器的构建59
• 2.5.2 脂肪酶固定化59-60
• 2.5.3 固定化酶膜反应器催化三乙酸甘油酯(TA)的水解60-61
• 2.5.4 表征手段61-65
• 第三章 脂肪酶在自组装单分子层模型表面固定化研究65-93
• 3.1 引言65-66
• 3.2 自组装单分子层(SAMs)的构筑66-69
• 3.2.1 SAMs的静态水接触角测定66-67
• 3.2.2 SAMs的组成分析67-68
• 3.2.3 SAMs的形貌表征68-69
• 3.3 CRL吸附固定化过程研究69-79
• 3.3.1 载体亲疏水性对CRL亲和性的影响69-73
• 3.3.2 CRL吸附固定化行为研究73-79
• 3.4 固定化CRL形貌观察79-83
• 3.4.1 原子力显微镜79-82
• 3.4.2 成像XPS82-83
• 3.5 固定化CRL二级结构分析83-85
• 3.6 固定化CRL催化动力学研究85-91
• 3.7 本章小结91-93
• 第四章 脂肪酶在丙烯腈/丙烯酸酯共聚物纳米纤维膜上的固定化研究93-115
• 4.1 引言93-94
• 4.2 丙烯腈/丙烯酸酯共聚物的合成94-97
• 4.2.1 FT-IR数据94-95
• 4.2.2 ~1H NMR数据95
• 4.2.3 不同丙烯酸正丁酯含量的PAN-C4合成95-97
• 4.2.4 丙烯酸酯含量类似的丙烯腈/丙烯酸酯共聚物合成97
• 4.3 共聚物亲疏水性能测定97-99
• 4.4 丙烯腈/丙烯酸酯聚合物纳米纤维膜99-103
• 4.4.1 纳米纤维膜的形貌99-100
• 4.4.2 纳米纤维膜的亲疏水性测定100-101
• 4.4.3 纳米纤维膜的表面组成分析101-103
• 4.5 疏水组分含量对CRL固定化的影响103-106
• 4.6 疏水组分链长对CRL固定化的影响106-109
• 4.7 疏水组分含量及链长对CRL“打开”构象的影响109-113
• 4.7.1 Triton X-100对自由酶的影响109-111
• 4.7.2 疏水组分含量对CRL“打开”构象的影响111-112
• 4.7.3 疏水组分链长对CRL“打开”构象的影响112-113
• 4.8 本章小结113-115
• 第五章 脂肪酶固定化中空纤维膜反应器的构建及应用基础研究115-133
• 5.1 引言115-116
• 5.2 膜孔尺寸对CRL固定化效果的影响116-125
• 5.2.1 中空纤维膜的参数116-120
• 5.2.2 CRL固定化120-125
• 5.3 膜孔尺寸对反应器运行效率的影响125-127
• 5.4 底物流向对反应器运行效率的影响127-128
• 5.5 操作条件对反应器效率的影响128-131
• 5.5.1 压力的影响128-129
• 5.5.2 底物浓度的影响129
• 5.5.3 反应温度的影响129-131
• 5.6 反应器的重复使用性能研究131
• 5.7 本章小结131-133
• 全文总结133-135
• 论文主要创新点135-136
• 不足与展望136-137
• 参考文献137-157
• 附录Ⅰ 脂肪酶固定化两相纳米纤维膜反应器的构建及其应用研究157-175
• 1 引言157-158
• 2 实验原料与步骤158-161
• 2.1 实验原料158
• 2.2 电纺纤维膜的制备158
• 2.3 两相酶膜反应器的构建以及CRL固定化158-159
• 2.4 脂肪酶载酶量的确定159
• 2.5 反应器效率的研究159-161
• 3 结果与讨论161-170
• 3.1 纤维直径对载酶量的影响161-162
• 3.2 纤维直径对反应器效率的影响162-164
• 3.3 萃取相溶液对反应器效率的影响164-166
• 3.4 萃取相pH对反应器效率的影响166
• 3.5 反应温度对反应器效率的影响166-167
• 3.6 纤维间传质阻力对反应器效率的影响167
• 3.7 固定化CRL催化行为讨论167-168
• 3.8 反应器的连续工作效率168-169
• 3.9 反应器的重复使用性能169-170
• 4 结论170
• 5 参考文献170-175
• 作者简历175-176

  本文关键词：脂肪酶的界面活化及固定化酶膜反应器的构建，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：453037