基于金属有机框架物酶的固定化及催化性能研究

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1、中图分类号：Ｑ８１５密级：公开ＵＤＣ：５７９学校代码：１００８２ｉ豸政ｔ（私次疗ＨＥＢＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文基于金属有机框架物酶的固定化及催化性能研究论文作者：冯玉晓指导教师：崔建东教授申请学位类别：工学硕士＿学科、领域：发酵工程所在单位：生物科学与工程学院答辩日期：２０１８年５月ClassifiedIndex：Q815SecrecyRate：PublicizedUDC：579UniversityCode：10082HebeiUniversityo

2、fScienceandTechnologyDissertationfortheMasterDegreeEnzymesImmobilizationBasedOnMetal-OrganicFrameworksAndItsCatalyticPerformanceCandidate：FengYuxiaoSupervisor:Prof.CuiJiandongAcademicDegreeApppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：FermentationEngineeringEmployer：HebeiUniversityofScienc

3、eandTechnologyDateofOralExamination:May,2018摘要金属有机框架物（Metal-OrganicFrameworks，MOFs）是一种新型的纳米复合材料，因其较大的比表面积和多孔性被用作固定化酶载体。但是以MOFs为载体的固定化酶本身颗粒尺寸小，遇酸易分解，在实际应用时，难以通过物理方法回收利用，严重影响了酶的重复使用性和稳定性。本课题针对上述问题，以过氧化氢酶为例，研究了MOFs中类沸石咪唑酯骨架材料(zeoliticimidazolateframeworks，ZIFs)的形态变化，合成出了十字花型ZIFs/Catalase，

4、并研究了催化性能；以ZIF-8为基础，分别制备出了ZIFs仿生硅杂化固定化酶和ZIFs核壳结构固定化酶，并研究了催化性能。（1）ZIFs形态结构优化和固定化酶制备及其催化性能的研究优化了咪唑和硝酸锌的浓度，发现咪唑和硝酸锌浓度显著影响ZIFs形态。当咪唑和硝酸锌浓度都为0.8mol/L时，会出现十字花型ZIFs，并利用包埋法制备了十字花型ZIFs/Catalase。固定化酶催化性能研究表明，十字花型ZIFs/Catalase酶活回收率可达80%，最适催化温度与游离酶相比，提高了10℃；温度耐受性方面，游离酶和固定化酶同时在高温下处理30min后，酶活残留率分别还剩2

5、5%和60%，说明固定化后的酶温度耐受性得到了提高；重复使用性和储存稳定性结果也表明了固定化酶各方面优于游离酶。（2）ZIFs仿生硅杂化固定化酶制备及其催化性能的研究首先利用包埋法制备了ZIF-8固定化酶（ZIF-8/Catalase），接着采用溶胶-凝胶法制备了ZIF-8仿生硅杂化固定化酶（SiO2@ZIF-8/Catalase）。优化后硅胶包埋的最佳条件：氨水500µL，正硅酸甲酯（TMOS）60µL和搅拌时间16h。催化性能研究表明：SiO2@ZIF-8/Catalase和ZIF-8/Catalase最适催化pH分别为6.0和7.0，最适催化温度都是40℃；p

6、H耐受性和重复使用性方面，在pH3.0缓冲液中处理90min，SiO2@ZIF-8/Catalase和ZIF-8/Catalase酶活残留率分别为80%和40%；重复使用5次后，ZIF-8/Catalase已失活，而SiO2@ZIF-8/Catalase仍有50%初始酶活。以上结果表明，硅胶的包埋改善了固定化酶稳定性。（3）ZIFs核壳结构固定化酶的制备及其催化性能的研究首先用吸附法制备了ZIF-8/Catalase，接着以ZIF-8/Catalase为核，分别采用CTAB诱导TMOS以及利用鞣酸（TA）与Fe3+自组装在ZIF-8/Catalase颗粒表面形成介孔

7、氧化硅壳和金属有机杂化膜，成功制备了ZIFs核壳结构固定化酶（CT-SiO2@ZIF-8/Catalase，TA-Fe@ZIF-8/Catalase），优化得到TMOS和TA的最佳添加量分别为80µL和400µL。固定化酶催化性能表明：两种新固定化酶最适催化温度与原固I定化酶保持一致，都为40℃；除了CT-SiO2@ZIF-8/Catalase最适催化pH变成了6.0，ZIF-8/Catalase和TA-Fe@ZIF-8/Catalase仍为7.0；pH稳定性方面，三种固定化酶在pH3.0缓冲液中处理90min后，CT-SiO2@ZIF-8/Catalase和T