磁性介孔氧化硅固定化腈水合酶的制备及应用

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文磁性介孔氧化硅固定化腈水合酶的制备及应用论文作者：于昊学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：生物工程指导教师：高静职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.21276060,21276062,21106164,21576068）；天津自然科学基金（16JCYBJC19800）；河北省自然科学基金（B2015202082,B2016202027）。ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnolog

2、yforTheMasterDegreeofBiologicalEngineeringIMMOBILISATIONOFNITRILEHYDRATASEONMAGNETICMESOPOROUSSILICAANDITSAPPLICATIONByHaoYuSupervisor:Prof.JingGaoMay2017ThisworkwassupportedbytheNationalNatureScienceFoundationofChina(Nos.21276060,21276062,21106164and

3、21576068),theNaturalScienceFoundationofTianjin(16JCYBJC19800),theNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(B2015202082andB2016202027).原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究

4、工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：

5、导师签名：日期：摘要腈水合酶是催化腈类化合物生成相应酰胺类化合物的重要工业酶，利用其生产酰胺能耗低、副产物少，符合经济环保的绿色化工发展方向。然而游离的腈水合酶存在稳定性差、无法回收再利用、易受周围环境影响而失活等缺陷，通过将游离腈水合酶进行固定化可以有效解决上述问题。磁性介孔氧化硅材料易于操作分离，比表面积大，孔径可调节，孔体积大，具有良好的生物相容性和化学稳定性，表面容易进行功能修饰，是良好的固定化酶载体。本研究以磁性介孔氧化硅材料为载体，采用固载化交联酶聚集体及共价结合方法进行腈水合酶的固定

6、化，对固定化酶的制备过程、催化性能和稳定性进行研究，并将其应用于烟酰胺及头孢氨苄的生产。主要内容如下：（1）以鞣酸为模板剂合成介孔氧化硅纳米颗粒（TA-MSNs），采用吸附与交联结合的方法，在氧化硅介孔内制备腈水合酶交联酶聚集体（CLNHAs@TA-MSNs）。TA-MSNs是直径约200nm的单分散球形多孔颗粒，其比表面积为438.5m2/g，孔体积为1.245cm3/g，孔径为9.559nm。将制备的CLNHAs@TA-MSNs进行性能研究，得出如下结论：CLNHAs@TA-MSNs的最适温度

7、为40oC，最适pH为7.0。与游离腈水合酶相比，CLNHAs@TA-MSNs表现出了较高的热稳定性、pH稳定性、机械稳定性及储存稳定性，并且CLNHAs@TA-MSNs在烟酰胺的制备中表现出较高的高浓度底物耐受性和重复使用性，在重复反应6次后，烟酰胺产率为29.31%。从动力学角度进行分析，CLNHAs@TA-MSNs的Km值比游离腈水合酶大，且其Vmax、Kcat和Kcat/Km值均比游离腈水合酶小，说明CLNHAs@TA-MSNs对底物的亲和力比游离腈水合酶差，且其催化效率比游离腈水合酶有所

8、降低。（2）以四氧化三铁为磁源粒子，以鞣酸为模板剂合成磁性介孔氧化硅纳米颗粒（TA-MMSNs）。采用吸附与交联结合的方法，在磁性氧化硅介孔内制备腈水合酶交联酶聚集体（CLNHAs@TA-MMSNs）。TA-MMSNs是直径为250nm左右的单分散球形多孔颗粒，其比表面积为423.4m2/g，孔体积为1.071cm3/g，孔径为9.349nm，饱和磁化强度为35.26emu/g。将制备的CLNHAs@TA-MMSNs进行性能研究，得出如下结论：CLNHAs@TA-MMSNs的最适温