论文部分内容阅读
酶是生物催化剂，具有高效性、专一性、反应条件温和以及活性可调节等特点，不但在生物体内的化学反应中有非常重要的作用，在国民生产的众多领域都在应用，如工业、农业、轻工业等行业。生物催化剂酶具有区别于常规化学催化剂的显著特点，但是缺点也非常突出，如容易失活、稳定性不好、耐用性差、生产成本高等缺点。酶分子的修饰或固定化则是应对这些问题的主要策略。固定化就是将酶固定在一定的空间不能自由运动，但是反应底物和反应产物可以自由出入该限定的空间，在反应后高效地完成酶和反应物及产物分离，降低后续产品分离纯化的工艺成本，同时将酶回收重新利用。酶固定化的要求就是在一定程度上保持酶的活力和稳定性以满足重复使用，在比较宽的条件，如宽的温度、pH范围具有稳定表现。酶的固定化则主要考虑载体、固定化方法，通过酶促反应动力学和操作稳定性评价载体的优劣。 为了设计并制备固定化酶所需的合适的载体，本研究进行了以下工作: (1)以竹片、丝瓜络和猪皮为原料制备载体材料，采用碱预处理、碱次氯酸钠混合液处理制备植物纤维，得到8μm直径尺度的竹微纤维，得到丝瓜络纤维呈放射状片层结构，XRD分析结果表明经过碱处理以及碱次氯酸钠混合液氧化处理后纤维的结晶度有所升高，热重分析表明经过碱煮、氧化后竹纤维的热稳定性变差，丝瓜络纤维的热稳定性基本保持;猪皮经脱毛、脱脂后，以胃蛋白酶解酸提胶原蛋白，通过红外分析和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法表征，证明所得产品确为胶原蛋白，SDS-PAGE证明所得产物为Ⅰ-型胶原蛋白，由α1、α2和β三条亚基组成。 (2)以竹微纤维和胶原蛋白为主要材料制备竹纤维/胶原蛋白/PVA复合材料载体(PVAc)和竹纤维/胶原蛋白/PEG复合材料载体(甲醛交联的为PEGcFA和戊二醛交联的为PEGcGTA)，通过不同方法进行脂肪酶的固定化。PVAc因竹纤维的添加量不同而呈现出较大的形貌变化，实验显示控制竹纤维的添加量可以有效提高材料的孔隙率，该材料孔隙丰富、表面积大，通过硫酸铵沉积吸附固定化脂肪酶的结果表明在载酶量具有一定优势，pH、给酶量以及温度对PEGcFA材料、PEGcGTA材料、PVAc材料的脂肪酶固定化影响比较大。竹纤维/胶原蛋白/PVA材料采用沉积吸附法固定化脂肪酶的操作稳定性在经历9次循环后可保持80％的初始酶活，竹纤维/胶原蛋白/PEG材料固定化则为60％。 (3)研究了以胶原蛋白与丝瓜络微纤维共混后制备的网状材料用于固定化脂肪酶，通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对制备的材料进行分析表征。以戊二醛交联制备的材料在丝瓜络纤维添加量较少的情况下具有丰富的孔隙，纤丝结构均匀，孔隙分布比较好，可作为载体进行脂肪酶的固定化;pH、给酶量、固定化时间均可以在较宽的范围有较好的酶活表现，酶活受固定化温度影响较大，即使较高温度有较高的固载量，操作稳定性测试显示该固定化载体循环使用7次可表现出初始酶活的60％以上。 (4)制备了以Fe3O4为磁核的胶原蛋白、明胶和聚丙烯酰胺涂敷的磁性材料用于固定化脂肪酶，傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)分析表征，结果说明高分子的添加量以及高分子的结构特性对磁性微球的粒径分布、热稳定性都有的影响，胶原蛋白载体表现出较好的载酶性能，明显优于其他两者，pH、固定化时间、固定化温度对各组载体的影响有一定差别，总体均表现出较高的酶活优势;三种载体制备的酶制剂与相同底物的亲合力表现:明胶磁性载体最大，其次为胶原磁体，聚丙烯酰胺最小;三种载体固定化脂肪酶的酶促反应pH范围均变宽，聚丙烯酰胺磁性载体表现出较好的温度适应性;循环使用5次后，回收酶活为初始酶活的70％左右。 (5)竹纤维/胶原蛋白/PVA复合材料固载脂肪酶时酶促反应性能的表现最好，重复使用酶活回收率高，而且重复使用循环更多;相比之下，磁性载体材料可回收性强，也具有较高的可回收酶活，酶促反应过程中传质阻力小，但是连续作业的可行性小。