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非水相中固定化脂肪酶催化酯合成反应的研究

姚鹏  
【摘要】:针对对非水相酶催化过程的实验研究较多而理论探索不足等问题,以固定化脂肪酶催化酯合成反应为背景,运用实验方法和理论分析方法对影响酯化反应平衡和脂肪酶催化活力的各种因素进行了系统的研究。主要内容如下: 对用溶胶—凝胶包埋法制备固定化脂肪酶的方法进行了改进。与前人的制备方法相比,改进的方法可直接制得球形的固定化酶颗粒,而且颗粒的大小可以通过在制备过程中加入非离子型表面活性剂加以控制,从而可以提高固定化过程的酶活回收率和减小外扩散效应对酶的表观催化活力的影响;改进的方法还可以通过改变原料硅氧烷的种类及配比来改变最终制得的固定化载体的疏水性质及微观结构,从而通过对脂肪酶的“界面活化”作用和减小内扩散效应提高固定化脂肪酶的表观酯化活力。 以在有机溶剂中用游离或固定化猪胰脂肪酶催化的辛酸与辛醇的酯合成反应为研究对象,实验考察了体系中水含量和水活度对酯化反应平衡的影响,结果表明水活度能够更准确地反映出水对酯化反应的质量作用。实验考察了当改变体系中的加酶量、有机溶剂种类、固定化载体种类等条件时,体系中水的热力学活度对酶的催化活力的影响,结果表明这些因素通过影响水在体系各相间的分配影响酶的催化活力,在此基础上提出了较前人的分析方法更为简便易行的判断酶的催化构象是否改变的方法—“水活度法”。对有机溶剂通过争夺与酶蛋白结合的水分子而使酶失活的分子机理进行了理论分析,推导出预测体系水浓度或水活度及有机溶剂种类对酶催化活力影响的半经验公式,利用该公式成功地对本人和前人得到的实验结果进行了解释。 以在有机溶剂中用游离或固定化猪胰脂肪酶催化的辛酸与辛醇的酯合成反应为研究对象,将非水相酶催化过程中酶催化活力的变化与有机溶剂的性质参数进行了关联。结果发现有机溶剂的介电常数和偶极距与酶催化活力变化的关联程度很差,而表征有机溶剂疏水性的参数logS_(o/w)、logS_(w/o)、logP值以及E_T+DN值与上述变化的关联程度较好。通过对有机溶剂使酶失活的机理进行深入讨论,对在何种情况下使用有机溶剂的何种性质参数与酶催化活性的变化相关联提出了建议。通过对底物在相之间的分配过程以及在不同有机溶剂中的溶剂化过程的理论分析,推导出了预测有机溶剂对酶催化反应动力学参数影响的公式。 北京化工大学博士学位论文 通过分析反应物和产物在不同相之间的分配过程以及在不同有机溶剂中的 溶剂化过程,提出了预测有机溶剂对酷化反应平衡影响的方法一“分配系数法” 和“活度系数法”。分别用“分配系数法”和“活度系数法”对有机溶剂种类 对醋化反应平衡常数的影响进行了预测。使用前人的实验数据对预测结果进行 了验证,在一定程度上证明两种方法都是有效的。对“分配系数法”和“活度 系数法”的预测结果进行了比较,发现“活度系数法”的预测结果更为准确。 关键词 非水相;固定化脂肪酶;溶胶一凝胶法;酷合成反应;酶催化活力; 水活度;有机溶剂:反应平衡;动力学参数 一~,网...‘~~~~~......~,.......,月.....~,....,甲. .‘ 一11一


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