新型载体固定化腈水合酶催化剂的制备及性能研究

• 作 者: 马利腾
• 出 处: 河北工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 结构化催化剂 铁酸钴多孔微球 固定化酶 腈水合酶 互锁微囊

酶是自然界可持续的催化剂,它们来源于可再生资源而且具有良好的生物相容性和可生物降解性。酶催化过程通常在温和的条件下进行并可达到很高的反应速率和选择性。然而,酶的操作稳定性及难以回收的特性限制了它在工业上的应用。这些缺陷可借固定化酶技术克服。酶载体在固定化酶技术中扮演着重要的作用。为了解决传统固定化酶载体传质阻力大的问题,本论文制备了结构化互锁微囊和分层铁酸钴多孔微球两种新型载体,以腈水合酶为模型酶,对固定化酶的催化性能进行研究,并将制得的固定化酶用于催化生产烟酰胺。主要内容如下:以交联聚苯乙烯为模板,正硅酸乙酯为硅前驱体,制备了结构化互锁微囊（SIMC）。SIMC由400 nm形状规则的大量微囊组成。在其囊壁上有约50 nm的大孔。微囊可以通过大孔的边缘高度结合,进一步形成了葡萄状的网络结构。SIMC比表面积为374.6 m²/g。根据BJH模型计算出的平均孔径为8.707 nm。随后通过多巴胺仿生粘合实现腈水合酶的固定化。经过条件筛选,多巴胺的浓度为0.5 mg/mL,修饰时间为0.5 h,固定化时间为1 h时酶活最高,约为62.2 U/g。固定化酶实现了更加便捷的产物分离而且pH及温度适用范围更宽,稳定性更强。以传统的戊二醛共价结合代替多巴胺对腈水合酶固定化。经过条件筛选戊二醛浓度为100 mg/mL,活化时间为1.5 h,固定化时间为4 h时酶活最高,约为287.6 U/g。固定化酶比活获得了较高的提升,并且这种固定方式也赋予了固定化酶更优异的酸碱及热稳定性。应用于烟酰胺制备时,固定化酶在重复使用7次后烟酰胺的产量仍能维持在32.67%。在填充床连续反应过程中,固定化酶也表现出了较为良好的催化性能。采用水热共沉淀法构建了蒲公英花粉粒状CoFe₂O₄多孔微球（HCPM）。扫面电镜的结果表明HCPM直径约为2μm,其形貌与蒲公英花粉粒相似呈现高度分层多孔的结构,孔径约为200 nm。磁滞回线表明饱和磁化强度为56.82 emu/g。以HCPM为载体制备固定化腈水合酶时,固定化酶表现出了更好的稳定性。动力学实验表明固定化酶Km值为5.887 mM仅为游离酶的1.796倍,相对传统的固定化酶有了明显的下降,说明铁酸钴多孔微球在酶分子亲核进攻底物上有一定的促进作用。