微流控生物催化技术酶促合成天然产物的增效机理研究

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1、学校代码：10289分类号：Q814.9密级：公开学号：112300016微流控物催生江苏科技大学化术技硕士学位论文酶促合成天产然微流控生物催化技术物增的酶促合成天然产物的增效机理研究研究生姓名顾双双导师姓名王俊申请学位类别理学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业生物化学与分子生物学论文提交日期2014年4月25日研究方向生物化学与生物资源论文答辩日期2014年6月8日答辩委员会主席唐玉斌教授评阅人盲审效机理研究顾双双江苏科技大2014年6月11日学分类号：Q814.9密级：公开学号：112300016理学硕士学位论文微流控生物催化技术酶促合成天然产物的增效机理研究学生姓名顾双双指导

2、教师王俊副教授江苏科技大学二O一四年六月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceSynergisticmechanismofmicrofluidicbiocatalysistechnologyusedintheenzymaticsynthesisofnaturalproductsSubmittedbyGuShuangshuangSupervisedbyAssociateProfessorWangJunJiangsuUniversityofScienceandTechnolog

3、yJune,2014江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立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，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进

4、行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要微反应器由于具有传质传热快、反应得率高、操作安全、易于放大等特点，可实现高效快速地酶促反应，在生物催化领域开始崭露头角。然而，利用微反应器进行微流控生物催化技术合成天然药物的研究一直未见报道。因此，本文以酶促合成异槲皮苷和咖啡酸苯乙酯这两种珍稀的天然药物为研究对象，研究在微反应器中连续流和分段流模式的微型生物催化技术及其过程机制，对于高效制备高附加值天然药物具有重要意义。主要研究结果如下：构建了连续流

5、微通道式反应器内橙皮苷酶选择性催化水解芦丁合成异槲皮苷的新方法。研究微通道长度、酶浓度、底物浓度及温度等因素对酶促反应的影响。当芦丁浓度1g/L、酶浓度0.1g/mL、温度40℃、流速2μL/min时，异槲皮苷最大得率为98.6%，最大产率为3.23µM/min，酶的表观活化能Ea为4.61kJ/mol。与间歇式反应器相比，反应时间由10h骤减至40min，速率提高了16.1倍。基于新颖的“缓冲液-离子液体/溶剂”反应-分离耦合新体系，构建了分段流多通道式微反应器内橙皮苷酶选择性催化水解芦丁合成异槲皮苷的新方法。采用单因素法获得酶促合成异槲皮苷的最优工艺条件：当流速4μL/min、底

6、物浓度2g/L、酶浓度1g/L、温度30℃时，异槲皮苷的得率高达100%。与间歇式反应器相比，反应时间由1h缩短至20min，速率提高了3倍。这是由于互不相溶的“缓冲液-[Bmim][BF4]/三乙酸甘油酯”两相在微管道内形成塞流，引起传质加剧。与单通道微反应器相比，应用多通道微反应器的单位时间产量由0.076g/min提高到0.439g/min，提高了5.7倍。基于转酯化策略，构建了连续流微槽式反应器内脂肪酶催化咖啡酸烷基酯与苯乙醇合成咖啡酸苯乙酯的新方法。在常规间歇式反应器中，筛选出最佳底物和催化剂分别为咖啡酸甲酯和Novozym435；将其应用于微槽式反应器中，探索了酶促合成咖

7、啡酸苯乙酯的工艺条件，进而采用响应曲面法优化获得最适条件：当酯醇摩尔比1:20、温度60℃、流速2μL/min、保留时间2.5h、咖啡酸甲酯浓度3mg/mL时，咖啡酸苯乙酯的得率高达93.21%。与传统的间歇式反应器（24h，66.4%）相比，反应时间缩短至原先的1/10，得率提高了26.8%。利用密度泛函理论（DFT）和反应动力学模型对酶促合成咖啡酸苯乙酯的过程机制进行了初步探索。结果表明，咖啡酸甲酯相对于其他咖啡酸烷基酯而言，具有更长的键长和能量而成为