基于表面活性剂包衣脂肪酶在有机介质中催化酯化和水解反应

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1、天津大学博士学位论文表面活性剂包衣脂肪酶在有机介质中催化酯化和水解反应姓名：宋宝东申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王世昌20020601摘要用表面活性剂包衣酶催化有机介质中的反应是近年来酶工程领域的新技术。酶分子经包农后可溶解在大部分有机溶剂中，从而使疏水性底物的酶促反应均相进行，避免了酶与有机溶剂直接接触可能引起的失活和变性。合成了包衣用表面活性剂谷氨酸二烷基酯核糖醇，首次采用热乙醇滴加法对包衣酶的制备方法进行改进，包农酶的活性较改良前提高了50％左右。以月桂酸与月桂醇的酯化为模型反应，系

2、统地研究了包衣酶催化酯化反应的影响因素。结果表明，谷氨酸双十二烷基酯核糖醇是最佳包衣剂；异辛烷为最适溶剂；包衣酶制备过程所用缓冲液的最适pH为6．8：最佳反应温度为30℃，包衣酶最适宜催化具有中等碳链长度的脂肪酸和脂肪醇的酯化反应。当月桂酸和月桂醇的浓度均为0125M时，包衣酶在异辛烷中的活性达2999mol·rain"1．g～，而天然酶则几乎无活性。包衣酶在异辛烷中的失活遵循一级失活动力学模型，在30℃时保存25h后其残余活性为初始值的39％。酯化反应符合包含底物醇抑制的乒乓Bi-Bi机制，动力学模

3、型计算值与实验结果吻合良好。以橄榄油水解为模型反应，系统地研究了包衣酶在有机溶剂一水两相体系中催化的水解反应。结果表明，水解反应的最适温度、pH和有机溶剂与酯化反应相同，橄榄油为最适底物。包衣酶的最高活性达48．8mmol·min-1．g～，为天然酶最大活性的1，8倍。在30℃的异辛烷中，包衣酶对水解反应的活性半衰期为10h，与天然酶在缓冲溶液中的半衰期接近。檄榄油水解反应符合米氏动力学方程，包衣酶的米氏常数K。仅是天然酶的一半，而最大反应速率则为后者的1．4倍。在30℃反应10h时，包衣酶催化的水解

4、反应转化率约为50％，而天然酶仅为30％。首次在亲水性中空纤维膜反应器(截留分子量50000Da)中进行包衣酶催化的橄榄油水解反应。结果表明，膜对酶几乎全部截留。对橄榄油和油酸的截留率分别达91％和82％，而对甘油的截留率几乎为零。当油相和水相分别在膜内外侧循环反应12h时，包衣酶的转化率为60％，是天然酶转化率的2倍。首次对包衣酶的固定化进行了探讨。将酶固定于弱极性大孔吸附树脂AB．8上后再包衣，酶活较未包衣的固定化酶提高了60％～90％。关键词：表面活性剂，脂肪酶，包衣，有机溶剂，酶反应，固定化，

5、膜反应器注：本课题为国家自然科学基金0蚰．29876031)和教育部归国留学人员科研启动基金资助项目。ABSTRACTCoatinganenzymewithsurfactantstomakeitsolubleandactiveinorganicsolventsisanoveltechniquerapidlydevelopedinrecent10yearsThesurfactant-coatedenzymesaresolubleinawiderangeoforganicsolventsincluding

6、somepolarones,favorabletothereactionsofhydrophobicsubstratesinahomogenousenvironment．Thesurfactantlayeraroundenzymemoleculeseffectivelyprotectthemfrombeingdeactivatedordenaturedbydirectcontactwiththeorganicsolvents．Glutamicaciddialkylesterribitolamidesw

7、eresynthesizedandusedtocoatthelipasefromCandidarugosa．Thepreparationofthesurfactant·coatedenzymewasimprovedbydissolvingthesurfactantsinhotethanolfollowedbyadditionintotheenzymesolutioninallultrasonicbath．Theactivityofthesurfactant—coatedlipasepreparedin

8、thiswaywasca150％higherthanthatpreparedfollowingtheoriginalmethodinliteratures．Thesurfactant—coatedlipaseasallesterificationcatalystinorganicsolventswasinvestigatedtakingtheesterificationoflaurieacidandlaurylalcoholasamodelreactio