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乙醇酸氧化酶(glycolate oxidase,GO)可以催化乙醇酸氧化生成乙醛酸。本课题通过对土壤微生物与一些植物的筛选,首次发现黄花苜蓿(Medicago.falcata Linn)中存在高活力的乙醇酸氧化酶,该酶活性较作为传统乙醇酸氧化酶来源的菠菜乙醇酸氧化酶更高。通过对该酶的初步纯化以及性质的研究,发现该酶的等电点pI>9.0,反应的最适pH与反应温度分别为9.0和15℃,表观米氏常数Km与Vmax分别为0.138 mmol/L和0.173mmol·min-1/g protein。黄花苜蓿乙醇酸氧化酶的Km小于菠菜乙醇酸氧化酶的Km值(0.38mmol/L),说明该酶与底物乙醇酸的亲和力更大。添加剂乙二胺与过氧化氢酶对该酶氧化乙醇酸生成乙醛酸的反应有促进作用,能够减少副产物甲酸与草酸的生成。
采用了多种方法对该酶的固定化进行了研究。发现以胺基化的磁性纳米材料作为固定化载体,通过物理吸附的固定化效果最佳。经过优化,固定化酶酶活回收率最高能够达到45%,而传统的以环氧乙烷树脂为固定化载体的乙醇酸氧化酶酶活回收率仅有17%。通过对磁粉固定化酶的性质研究,发现固定化后该酶的pH与温度稳定性都得到了显著的提高,反应的最适pH与温度分别为9.0与30℃。固定化改变了酶的表观米氏常数Km与Vmax,分别为5.87 mmol/L,和0.122 mmol·min-1/g protein。固定化酶的表观Km值高于游离酶的Km值,说明虽然用纳米磁粉所制得的固定化酶相比其他载体而言具有良好的分散性,但是与游离酶相比较,固定化酶在反应过程中仍然造成了一定的传质阻力,此外,底物乙醇酸与带胺基的载体之间的电荷作用也造成了固定化酶表观Km值的显著增加。
最后,以该磁粉固定化酶为催化剂进行了乙醛酸生产的实验室规模的放大批次反应,反应体系体积为50ml,底物乙醇酸浓度为50 mmol/L,经过四批反应,约70h后,固定化酶仍保留初始酶活的70%,固定化酶半衰期为117h,最终得到产物乙醛酸量为19.79mmol,得率为98.9%。