新型介孔硅固定化脂肪酶及其催化性能研究

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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新型介孔硅固定化脂肪酶及其催化性能研究论文作者：孙文雅学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：生物化工指导教师：姜艳军职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.21276060，21276062，21306039）；天津市自然科学基金（13JCYBJC18500）；河北省自然科学基金（B2015202082）；河北省高等学校科学技术研究重点项目（YQ2013025）；河北省科学技术工程（13273607，13274314）；天津市高等学校科技基金计划项目（20140513）。Disserta

2、tionSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofBiochemicalEngineeringLIPASEIMMOBILIZATIONONNOVELMESOPOROUSSILICAMATERIALSANDTHEIRCATALYTICPERFORMANCEBySunWenyaSupervisor:Prof.JiangYanjunMay2016ThisworkwassupportedbytheNationalNatureScienceFoundationofChina(Nos.2

3、1276060,21276062,and21306039).摘要介孔氧化硅是最为常见的无机材料之一，由于它具有比表面积大、孔径分布窄、热稳定性好等优点，被认为是适用于酶固定化的较为理想的载体。本研究分别以鞣酸（TA）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）为模板制备介孔氧化硅材料，以洋葱伯克霍尔德氏菌脂肪酶（BCL）和南极假丝酵母脂肪酶（CALB）为模型酶，采用吸附和固载化交联酶聚集体（Cross-linkedenzymeaggregates，CLEAs）的方法实现新型介孔氧化硅固定化脂肪酶的制备。主要研究内容如下：（1）鞣酸介导的介孔氧化硅的制备及其固

4、定化脂肪酶。鞣酸是一种廉价、易去除、环境友好的非表面活性剂，以鞣酸为模板成功的制备了介孔氧化硅纳米粒子（TA-MSNs）。扫描电镜（SEM）和动态光散射（DLS）表征显示TA-MSNs具有良好的单分散性，粒子接近球形，直径大小为195±16nm。BET结果显示其比表面积为447m2/g，孔体积为0.91cm3/g，孔径为10.1nm。用TA-MSNs吸附BCL制备固定化酶，得到BCL@TA-MSNs。研究了BCL@TA-MSNs在水和有机溶剂中的热稳定性、有机溶剂耐受性及其在催化酯化和转酯反应中的重复使用稳定性。结果显示，BCL@TA-MSNs展现

5、出较高的热稳定性及有机溶剂耐受性。BCL@TA-MSNs在酯化反应中循环催化第10次时，活性依然能保持初始活性的71.0%；在催化转酯合成生物柴油的反应中，生物柴油产率最高可达92.0%，重复使用15次之后，生物柴油产率仍能达到85.5%，说明BCL@TA-MSNs具有良好的重复使用稳定性。（2）鞣酸介导的介孔氧化硅固载化脂肪酶CLEAs的制备及性能。将TA-MSNs用于固定化CALB并构建固载化脂肪酶CLEAs。通过改变戊二醛（GA）与酶液吸附的顺序，制备固定化酶并测定其活性，确定最佳固定方法为先用TA-MSNs吸附GA，再吸附酶液，得到固定化酶

6、GA-CALB@TA-MSNs。研究了GA-CALB@TA-MSNs的水热稳定性、有机溶剂热稳定性以及有机溶剂耐受性。结果显示，GA-CALB@TA-MSNs具备优良的热稳定性和溶剂耐受性。将GA-CALB@TA-MSNs应用到催化油酸与乙醇的酯化反应中，重复使用10次以后，GA-CALB@TA-MSNs催化油酸转化率依然能够达到94.3%，明显高于吸附固定化酶CALB@TA-MSNs的84.8%，说明GA-CALB@TA-MSNs具有良好的重复使用稳定性。（3）枝状介孔氧化硅纳米颗粒固定化脂肪酶。以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，表面活性剂CTAC

7、为模板，三乙醇胺（TEA）为催化剂成功制备了枝状介孔氧化硅纳米粒子（D-MSNs），并对其进行了表征。结果显示D-MSNs直径约为177±14nm，具有规则的孔道结构，其比表面积为462m2/g，孔体积为0.91cm3/g，孔径为10.67nm。将D-MSNs用于固定脂肪酶CALB得到固定化酶CALB@D-MSNs，并测定其一系列稳定性。结果I显示，CALB@D-MSNs拥有优良的水热稳定性、有机溶剂热稳定性以及有机溶剂耐受性。将其用于酯化反应中，检测其重复使用稳定性，发现在重复使用10次之后，油酸转化率依然能达到85.1%，证明CALB@D-MS

8、Ns有良好的重复使用稳定性。关键词：介孔硅材料鞣酸枝状介孔材料脂肪酶生物柴油IIABSTRACTMesoporoussil