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基于ATRP的功能磁性纳米粒制备及脂肪酶固定化

邢继双  
【摘要】:脂肪酶(EC3.1.1.3)既可以催化酯键水解反应,又可以在非水相催化酯化和转酯反应,因此在生物医药、精细化工、生物柴油的制备等领域具有广阔的应用前景。然而,游离脂肪酶成本高,环境稳定性和操作稳定性差,不能回收再利用等因素限制了其规模工业应用。为了改善游离酶的这些不足,脂肪酶固定化方法的探索和新的固定化载体的制备一直是脂肪酶固定化研究的热点。磁性纳米颗粒作为新兴载体材料,具有一系列的优点,近年来备受人们的亲睐。本论文采用吸附和共价相结合的方法,将脂肪酶固定在双功能磁性纳米载体上,并对固定脂肪酶的酶学性质以及其对(R,S)-苯乙醇手性拆分实验进行研究,具体实验内容和结果如下: 基于原子转移自由基聚合法(ATPR)在磁性纳米颗粒Fe3O4表面接枝嵌段聚合的甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),形成同时带有氨基基团和环氧烷基基团的双功能磁性纳米载体(PGMA-b-PDMAEMA-grafted-Fe3O4)。通过FT-IR表征证明两种功能团成功接枝到Fe3O4纳米颗粒表面;TGA结果显示DMAEMA和GMA两种单体的接枝率分别为1.54%wt和6.0wt。XRD分析磁性纳米载体是反式尖晶石的晶体结构。SEM图显示磁性载体是30±5nm均一球形纳米粒。 将双功能磁性纳米载体应用于脂肪酶的固定化,其最优条件为30mgPGMA-b-PDMAEMA-grafted-Fe3O4磁性载体与25mL1.2mg/mL的脂肪酶柠檬酸钠缓冲液(pH6.0,50mmol/L)混合后,在25℃,180rpm条件下固定12h,脂肪酶固定效率达到50%,酶活回收率为43%,固定化脂肪酶酶活力为16U/mg。对脂肪酶的酶学性质研究表明:游离酶和固定化脂肪酶的最适pH分别是7.0和9.0;固定化酶的最适反应温度在37-65℃,而游离酶的最适温度为60℃。相对于游离脂肪酶,固定化脂肪酶有较高的温度稳定性、碱性pH稳定性以及高疏水性有机溶剂耐受性等;在强磁铁作用下,易分离再利用,重复使用6次后其残余酶活力维持在原酶活力的55%以上。 固定化脂肪酶拆分(R,S)-苯乙醇实验的最适反应条件为:以正庚烷作为溶剂,0.05mol/L的(R,S)-苯乙醇,1.0mol/L的乙酸乙烯酯与30mg固定化脂肪酶混合,将总体积为5mL的反应体系置于37℃的摇床中200rmp反应48h。在此条件下,固定化脂肪酶的转化率和ees分别为42.4%和61.9%,游离酶的转化率和ees分别36.2%和35.4%;固定化脂肪酶连续重复使用6次后其转化率和ees仍然保持在32.6%和45.5%。


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