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《清华大学》 2009年
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脂肪酶纳米凝胶及其非水相催化合成有机化学品的研究

戈钧  
【摘要】: 酶的修饰及稳定化对于实现非水相酶催化,将生物催化的高效率、高选择性和环境友好等优势应用于现代化学品的生产具有重要的基础意义。本文首先综述了非水相酶催化的研究进展,然后通过水相原位聚合制备了脂肪酶纳米凝胶,并将脂肪酶纳米凝胶应用于在有机相中合成葡聚糖基表面活性剂、在无溶剂条件下合成聚酯以及在油水两相体系中制备生物柴油等典型的非水相酶催化过程,综合运用多种结构分析表征手段以及分子模拟研究了脂肪酶纳米凝胶及其耐受有机溶剂和高温的微观机制,为其工业应用提供理论基础。 采用水相原位聚合制备出平均直径为25 nm的脂肪酶(Candida rugosa lipase)纳米凝胶,其水解活性为天然酶的85%。分子模拟、动态光散射与荧光探针等分析结果表明,单体与酶分子通过氢键相互作用形成组装结构是制备酶纳米凝胶的基础;凝胶与酶分子间的多点共价连接大幅提高了酶的热稳定性及其在二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇等亲水性有机溶剂中的稳定性。 研究了脂肪酶纳米凝胶在无水二甲基亚砜(DMSO)这一有机合成常用溶剂中的稳定性及稳定机理,并将其用于催化合成葡聚糖基表面活性剂。结果显示,在10天的反应过程中,脂肪酶纳米凝胶在60 oC无水DMSO中的活性保持不变,选择性酯化糖单元2-位的羟基;合成的葡聚糖基表面活性剂可自组装成为球型胶束并用于包埋蛋白质和小分子,而脂肪酶水解酯键可以破坏胶束释放蛋白质及小分子,该类型胶束可望发展成为新型的药物控制释放系统。 采用脂肪酶纳米凝胶在95 oC,真空度小于10 mmHg条件下催化1,4-丁二酸和1,4-丁二醇缩聚合成聚丁二酸丁二醇酯(PBS),产物PBS的数均分子量为1820 g/mol,重均分子量为1900 g/mol,熔点为107.2 oC。考察了单体种类、反应物组成、溶剂等对反应的影响,初步显示出脂肪酶纳米凝胶在无溶剂条件下催化合成聚酯材料的应用前景。 制备了脂肪酶(NS81006)纳米凝胶并研究了其应用于油水两相体系催化大豆油甲醇解制备生物柴油的可行性。在55 oC下,脂肪酶纳米凝胶催化该过程稳定进行的时间为天然脂肪酶的2.5倍,甲醇耐受性显著提高。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O643.32

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【引证文献】
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1 戴清源;朱秀灵;;非水相中脂肪酶催化合成糖酯类食品添加剂的研究进展[J];食品工业科技;2012年10期
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1 苏枫;微生物脂肪酶的固定化新技术及在生物柴油制备中的应用[D];华中科技大学;2017年
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2 苏春阳;枝孢霉脂肪酶的定向进化[D];大连理工大学;2014年
3 丁齐;快速响应温敏水凝胶及其固定化酶应用研究[D];南京理工大学;2014年
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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7 唐琦勇;张志东;朱静;宋素琴;谢玉清;顾美英;王玮;;一株低温脂肪酶产生菌的筛选鉴定及酶学特性[J];新疆农业科学;2013年01期
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【二级参考文献】
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6 崔娟,吴坚平,杨立荣,孙志浩;脂肪酶固定化研究和应用[J];化学反应工程与工艺;2005年01期
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8 曹文君;高分散性蛋白基植物甾醇纳米颗粒的制备、表征及应用[D];华南理工大学;2017年
9 杨秀娟;金纳米簇的合成与性质的研究[D];长春理工大学;2017年
10 孙怡文;铜锌锡硫纳米结构的制备、相变与光电性能研究[D];合肥工业大学;2017年
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