磁性纳米交联酶聚集体的制备及其在微管式反应器中的应用
针对传统交联酶聚集体(CLEAs)粒径小、黏性大、重复利用困难等缺点，本研究以CLEAs技术为基础，将无官能修饰的纳米Fe3O4嵌入脂肪酶CLEAs中，制备磁性纳米交联酶聚集体(M-CLEAs)，利用纳米Fe3O4的纳米特性和超顺磁性，改善CLEAs结构及性能，实现CLEAs重复利用的便捷性;将M-CLEAs应用于有旋转磁场的微管式反应器中，利用旋转磁场使M-CLEAs与反应体系中的底物充分接触及产物的瞬间分离，并考察了该装置在油酸丁酯合成和含柴油废水降解中的应用。此外，还优化了M-CLEAs的制备条件，分析了M-CLEAs的酶学性能及形态结构，具体结果如下: (1)当游离脂肪酶浓度为70 mg·mL-1，纳米Fe3O4在脂肪酶液中浓度为9 mg· mL-1，交联剂浓度为2.075％(v/v)，沉淀剂用量为脂肪酶液体积的12倍，交联时间为120 min，沉淀时间为30 min，交联温度为4℃，制备获得的M-CLEAs酶活力最大为2897.69 U·g-1。 (2)形态结构分析表明，添加纳米Fe3O4增大了CLEAs粒径，M-CLEAs孔隙度增加，紫外光谱吸收峰增强，并伴随轻微的红移现象。M-CLEAs的二级结构中，β-折叠、α-螺旋、β-转角的含量分别增加3.5％、1.1％、2.6％，而无规则卷曲降低8.7％，即酶蛋白分子刚性增加，柔性降低。M-CLEAs中两个发色基团（色氨酸残基和酪氨酸残基）的荧光强度均减弱，尤其对峰1（色氨酸残基）更为突出。 (3)与游离酶相比，M-CLEAs对外界环境的敏感性降低，对温度、酸碱、有机变性剂的承受能力增加，置于pH为6-9的缓冲液中保存2h无酶活损失，低温(4℃)放置30天酶活力仅损失5％。M-CLEAs显示出较强的操作稳定性，水解三油酸甘油酯摇瓶试验结果表明，连续反应3次（30 min/次），酶活回收率在88％左右，连续反应6次，酶活回收率仍超过50％; M-CLEAs在微管式反应器中的应用表明，4个连续循环后（18h/循环），M-CLEAs结构无明显变化，二级结构和荧光强度发生轻微的变化。反应动力学研究表明，M-CLEAs对三油酸甘油酯的亲和力小于游离酶，但最大反应速率比游离脂肪酶大。 (4) M-CLEAs在微管式反应器中催化合成油酸丁酯试验表明，在最佳反应温度45℃，M-CLEAs在反应液中的浓度为9 mg·mL-1，反应15h，油酸丁酯产率约为84％; M-CLEAs在微管反应器中多层（3层）分布比少层（2层）分布催化效率高16％（反应18h）;M-CLEAs连续4次循环反应（18h/次），油酸丁酯产率并没有下降。降解模拟柴油废水试验表明，25℃下，对质量浓度2000 mg·mL-1模拟乳化柴油废水降解12 h，降解率为91％;在相同条件下，对质量浓度500mg·mL-1模拟乳化柴油废水降解8h，降解率可达93％，明显高于降解其它高浓度的柴油废水。 上述结果表明，纳米Fe3O4不仅优化了CLEAs的性能及结构，而且使CLEAs重复利用更为简便，为CLEAs工业化应用提供了参考。
磁性纳米交联酶聚集体;制备工艺;酶学性能;形态结构
北京化工大学
硕士
环境工程
王曙光;聂李亚
2017
中文
Q814.2
99
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）