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脂肪酶在聚丙烯微孔膜上的固定化研究

邓红涛  
【摘要】:聚丙烯膜由于具有良好的物理和化学稳定性,易于控制的微孔结构以及制备方便等特点,得到了广泛应用。但是,作为酶固定化载体,聚丙烯膜也存在生物相容性差的缺点,这常常会导致酶和载体间的某些非生物特异性相互作用,使得酶蛋白在一定程度上发生变异,影响固定化酶的活性。为了探讨有效减少这一影响的可能性,本论文分别从以下几个方面对脂肪酶在聚丙烯微孔膜上的固定化进行了系统研究。首先,将脂肪酶(来源于Candida rugosa)共价固定在表面活化的聚丙烯膜上,并在固定化过程中引入己二胺作为间隔臂以延长载体和酶之间的距离,减少其相互作用。其次,通过表面改性技术,分别将含糖聚合物、聚肽和类磷脂聚合物三种生物膜主要成分的类似物引入到聚丙烯膜表面,以形成生物相容性的界面层,再将脂肪酶吸附固定于膜表面,以期表面修饰层能有效减少酶和载体间的某些非生物特异性的相互作用,为固定化酶营造一种生物友好的微环境。最后,在以上工作的基础上,对含糖聚合物修饰膜在两相酶膜生物反应器中的应用作了初步研究。具体内容如下: 通过紫外光引发甲基丙烯酸甲酯的接枝聚合,在聚丙烯膜表面引入了反应性基团酯基。再通过酰胺化反应引入间隔臂己二胺,最后用戊二醛将膜表面氨基与酶分子偶联,实现了脂肪酶在表面化学惰性的聚丙烯膜上的共价固定化。采用衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR/FT-IR)和X—射线光电子能谱(XPS)表征了膜表面的化学组成,研究了不同固定化条件对酶活性的影响以及固定化酶的热稳定性。发现,在最佳固定化条件下,固定化酶保留了约42%的自由酶活性,并且在聚甲基丙烯酸甲酯接枝率约为16%时,固定化酶比活性最高。另外,热稳定性实验显示,在50℃、120 min时间内,固定化酶保留了82%的原有活性。 通过等离子体引发烯丙基葡萄糖单体接枝于膜表面,获得了含糖聚合物修饰的聚丙烯膜。采用ATR/FT-IR、XPS和扫描电镜(SEM)表征了其表面的化学结构和形貌变化,比较了改性前后脂肪酶在膜上的吸附能力、活性以及热稳定性。发现,膜表面经改性后,吸附的脂肪酶的活性有所降低。这是由于改性膜表面的亲水性显著增加,减弱了载体表面对脂肪酶的界面活化能力的缘故。另外,膜表面改性使吸附的脂肪酶的热稳定性由改性前的37%上升到了48%。 浙江大学博士学位论文筋筋薄兹粱两姗潇无摸士功周冶常斑 用氨等离子体处理聚丙烯膜,在其表面引入氨基,再利用氨基引发Y一十八烷基 (或乙基)一L一谷氨酸N一梭基内酸配(N以)开环聚合,分别将聚(Y一十八烷基一L- 谷氨酸醋)(P SLG)和聚(Y一乙基一L一谷氨酸醋)(P ELG)两种具有不同长度烷基侧链的 聚肤接枝到聚丙烯膜上。采用ATR/FT一工R、XPS和SEM表征了其表面的化学结构和 形貌变化,比较了改性前后脂肪酶在膜上的吸附能力、活性以及热稳定性。结果 显示,PELG和PSLG修饰膜上酶的活性保留值由改性前的57%分别上升到了62% 和72%,这归功于膜表面生物相容性的提高以及聚肤疏水烷基侧链有效参与了脂 肪酶的界面活化。此外,膜表面用PELG和PSLG修饰以后,固定化酶的热稳定性 也分别上升到了64%和58%。 通过紫外光引发将甲基丙烯酸二甲胺乙酷接枝于聚丙烯膜表面,再利用叔氨 基与2一烷氧基一2一氧一1,3,2一二氧磷杂环戊烷反应,在膜表面分别引入了带有辛烷 氧基、十二烷氧基和十八烷氧基的类磷脂聚合物(8一PAP,12一PAP和18一PAP)。 用ATR/FT一IR、XPS和SEM表征了其表面的化学结构和形貌变化,研究了脂肪酶在 三种磷脂改性膜上的吸附能力,活性以及热稳定性。结果显示,由于磷脂修饰膜 表面良好的生物相容性以及磷脂疏水烷氧基侧链对脂肪酶界面活化的促进,8一 PAP,12一PAP和18一PAP修饰膜上酶的活性保留值分别提高到了74%、77%和83 %。热稳定性也分别上升到了62%、59%和66%。 在以上工作的基础上,进行了含糖聚合物修饰的聚丙烯膜在两相酶膜生物反 应器内水解橄榄油的应用研究。分别从过膜压力、两相流速、底物浓度、PH、温 度、载酶量和重复使用性等方面研究了反应器操作条件对水解反应速率的影响。 在最佳水解条件下获得了大约0.074 Inlnol/l·h的反应速率,为这类酶膜生物反 应器的进一步应用提供了参考。 关留绿脂肪酶;酶固定化;聚丙烯微孔膜;表面改性;含糖聚合物;聚肤;类 磷脂聚合物;两相酶膜反应器


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