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《天津大学》 2010年
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生物粘合与生物矿化启发下多酶催化系统的构建

张蕾  
【摘要】:本文基于仿生的思想,模仿线粒体中多种酶的共存方式,综合利用生物矿化和生物粘合原理,在温和条件下制备不同材料和结构的有机无机杂化微囊,实现多酶空间分隔固定化,并构建了由α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖转苷酶三种酶组成的多酶催化系统,实现从淀粉到低聚异麦芽糖的高值转化。主要内容总结如下: 首先对催化淀粉转化为低聚异麦芽糖的三种酶的特性分别进行考察,通过单酶的适宜反应条件及酶的稳定性等综合考虑,探索出多酶反应的适宜工艺条件。最终确定多酶反应条件为温度50℃,pH6.0。每千克干淀粉中加酶量为:α-淀粉酶800KU,β-淀粉酶600U,420KU葡萄糖转苷酶。将此游离多酶系统用于催化淀粉为低聚异麦芽糖,收率为39%。 受生物粘合现象与原理启发,利用多巴胺在温和条件下发生自聚合的特性,以CaCO_3(PSS)为牺牲模板,制备了聚多巴胺(PDA)微囊。微囊囊壁的厚度可通过调节多巴胺浓度、聚合时间来控制。综合利用聚多巴胺自聚合、成囊、可二次反应的特性将多三种酶分别固定于微囊内腔、微囊壁内、微囊外表面,成功构建了多酶系统。多酶系统用于催化淀粉为低聚异麦芽糖,收率达53%,操作稳定性较游离多酶系统有显著提高。 受生物矿化和生物粘合现象与原理启发,提出了有机无机杂化材料的温和、可控制备技术,即通过有机物诱导无机氧化物原位合成,在无机氧化物层表面生成具有高活性表面的有机层。制备了精蛋白-氧化硅-聚多巴胺(PSi-PDA)杂化微囊,用于多酶系统构建。由无机层与有机层的协同作用,微囊的机械稳定性与PDA微囊和精蛋白-氧化硅(PSi)微囊相比有明显提高,荷酶载体在重复使用8次后可达初始酶活的85%,将其构建多酶系统,用于催化淀粉转化为低聚异麦芽糖收率可达54%。 受金属离子增强的生物粘合现象和原理启发,通过生物矿化原理制备无机矿化层,通过生物粘合原理制备有机层,利用矿化层中的金属离子与粘合层中的基团的相互作用提高杂化材料的机械稳定性。制备了精蛋白-氧化钛-聚多巴胺(PTi-PDA)杂化微囊,用于多酶系统构建。由于钛原子与多巴胺之间发生配位作用,PTi-PDA微囊的机械稳定性较PSi-PDA微囊进一步提高,剧烈搅拌20h后,PTi-PDA杂化微囊无破裂,酶零泄露。将其构建多酶系统,用于催化淀粉转化为低聚异麦芽糖收率为57%。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q814

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【参考文献】
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