论文题目: 脂肪酶在聚丙烯微孔膜上的固定化研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 高分子化学与物理
作者: 邓红涛
导师: 徐志康
关键词: 脂肪酶,酶固定化,聚丙烯微孔膜,表面改性,含糖聚合物,聚肽,类磷脂聚合物,两相酶膜反应器
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 聚丙烯膜由于具有良好的物理和化学稳定性,易于控制的微孔结构以及制备方便等特点,得到了广泛应用。但是,作为酶固定化载体,聚丙烯膜也存在生物相容性差的缺点,这常常会导致酶和载体间的某些非生物特异性相互作用,使得酶蛋白在一定程度上发生变异,影响固定化酶的活性。为了探讨有效减少这一影响的可能性,本论文分别从以下几个方面对脂肪酶在聚丙烯微孔膜上的固定化进行了系统研究。首先,将脂肪酶(来源于Candida rugosa)共价固定在表面活化的聚丙烯膜上,并在固定化过程中引入己二胺作为间隔臂以延长载体和酶之间的距离,减少其相互作用。其次,通过表面改性技术,分别将含糖聚合物、聚肽和类磷脂聚合物三种生物膜主要成分的类似物引入到聚丙烯膜表面,以形成生物相容性的界面层,再将脂肪酶吸附固定于膜表面,以期表面修饰层能有效减少酶和载体间的某些非生物特异性的相互作用,为固定化酶营造一种生物友好的微环境。最后,在以上工作的基础上,对含糖聚合物修饰膜在两相酶膜生物反应器中的应用作了初步研究。具体内容如下: 通过紫外光引发甲基丙烯酸甲酯的接枝聚合,在聚丙烯膜表面引入了反应性基团酯基。再通过酰胺化反应引入间隔臂己二胺,最后用戊二醛将膜表面氨基与酶分子偶联,实现了脂肪酶在表面化学惰性的聚丙烯膜上的共价固定化。采用衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR/FT-IR)和X—射线光电子能谱(XPS)表征了膜表面的化学组成,研究了不同固定化条件对酶活性的影响以及固定化酶的热稳定性。发现,在最佳固定化条件下,固定化酶保留了约42%的自由酶活性,并且在聚甲基丙烯酸甲酯接枝率约为16%时,固定化酶比活性最高。另外,热稳定性实验显示,在50℃、120 min时间内,固定化酶保留了82%的原有活性。 通过等离子体引发烯丙基葡萄糖单体接枝于膜表面,获得了含糖聚合物修饰的聚丙烯膜。采用ATR/FT-IR、XPS和扫描电镜(SEM)表征了其表面的化学结构和形貌变化,比较了改性前后脂肪酶在膜上的吸附能力、活性以及热稳定性。发现,膜表面经改性后,吸附的脂肪酶的活性有所降低。这是由于改性膜表面的亲水性显著增加,减弱了载体表面对脂肪酶的界面活化能力的缘故。另外,膜表面改性使吸附的脂肪酶的热稳定性由改性前的37%上升到了48%。浙江大学博士学位论文筋筋薄兹粱两姗潇无摸士功周冶常斑 用氨等离子体处理聚丙烯膜,在其表面引入氨基,再利用氨基引发Y一十八烷基(或乙基)一L一谷氨酸N一梭基内酸配(N以)开环聚合,分别将聚(Y一十八烷基一L-谷氨酸醋)(P SLG)和聚(Y一乙基一L一谷氨酸醋)(P ELG)两种具有不同长度烷基侧链的聚肤接枝到聚丙烯膜上。采用ATR/FT一工R、XPS和SEM表征了其表面的化学结构和形貌变化,比较了改性前后脂肪酶在膜上的吸附能力、活性以及热稳定性。结果显示,PELG和PSLG修饰膜上酶的活性保留值由改性前的57%分别上升到了62%和72%,这归功于膜表面生物相容性的提高以及聚肤疏水烷基侧链有效参与了脂肪酶的界面活化。此外,膜表面用PELG和PSLG修饰以后,固定化酶的热稳定性也分别上升到了64%和58%。 通过紫外光引发将甲基丙烯酸二甲胺乙酷接枝于聚丙烯膜表面,再利用叔氨基与2一烷氧基一2一氧一1,3,2一二氧磷杂环戊烷反应,在膜表面分别引入了带有辛烷氧基、十二烷氧基和十八烷氧基的类磷脂聚合物(8一PAP,12一PAP和18一PAP)。用ATR/FT一IR、XPS和SEM表征了其表面的化学结构和形貌变化,研究了脂肪酶在三种磷脂改性膜上的吸附能力,活性以及热稳定性。结果显示,由于磷脂修饰膜表面良好的生物相容性以及磷脂疏水烷氧基侧链对脂肪酶界面活化的促进,8一PAP,12一PAP和18一PAP修饰膜上酶的活性保留值分别提高到了74%、77%和83%。热稳定性也分别上升到了62%、59%和66%。 在以上工作的基础上,进行了含糖聚合物修饰的聚丙烯膜在两相酶膜生物反应器内水解橄榄油的应用研究。分别从过膜压力、两相流速、底物浓度、PH、温度、载酶量和重复使用性等方面研究了反应器操作条件对水解反应速率的影响。在最佳水解条件下获得了大约0.074 Inlnol/l·h的反应速率,为这类酶膜生物反应器的进一步应用提供了参考。关留绿脂肪酶;酶固定化;聚丙烯微孔膜;表面改性;含糖聚合物;聚肤;类磷脂聚合物;两相酶膜反应器
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
§1．1 酶的膜固定化技术及其应用的研究进展
§1．1．1 传统的固定化方法
§1．1．1．1 吸附法
§1．1．1．2 凝胶化法
§1．1．1．3 包埋法
§1．1．1．4 交联法
§1．1．1．5 共价结合法
§1．1．2 新型的固定化技术
§1．1．2．1 利用光、辐射等物理技术固定化酶
§1．1．2．2 定点固定化技术
§1．1．2．3 多酶系统的共固定化
§1．1．3 固定化酶膜的性质
§1．1．3．1 催化活性
§1．1．3．2 稳定性
§1．1．3．3 最佳适用pH值
§1．1．4 固定化酶膜的应用——酶膜生物反应器
§1．2 天然的酶固定化载体材料
§1．2．1 天然多聚糖
§1．2．2 天然蛋白
§1．2．3 脂双层
§1．3 Candidarugosa脂肪酶的结构及构象特征
§1．3．1 脂肪酶的结构——α／β—水解酶折叠
§1．3．2 脂肪酶的活性位点
§1．3．3 脂肪酶的多构象状态
§1．3．4 脂肪酶的底物结合位点
§1．3．5 脂肪酶的对映选择性
§1．3．6 利用疏水界面活化固定脂肪酶
§1．4 课题的提出
§1．4．1 课题的意义
§1．4．2 课题实验方案
§1．4．2．1 脂肪酶在聚丙烯膜上的化学固定化
§1．4．2．2 脂肪酶在含糖聚合物修饰的聚丙烯膜上的吸附和活性研究
§1．4．2．3 脂肪酶在聚肽修饰的聚丙烯膜上的吸附和活性研究
§1．4．2．4 脂肪酶在类磷脂聚合物修饰的聚丙烯膜上的吸附和活性研究
§1．4．2．5 脂肪酶在两相酶膜反应器中水解橄榄油的研究
第二章 脂肪酶在聚丙烯微孔膜上的化学固定化
§2．1 研究的目的及内容
§2．2 实验部分
§2．2．1 实验原料与仪器
§2．2．1．1 实验原料
§2．2．1．2 实验仪器
§2．2．1．3 试剂的纯化
§2．2．2 脂肪酶的化学固定化
§2．2．2．1 甲基丙烯酸甲酯在膜表面的紫外光引发接枝聚合
§2．2．2．2 间隔臂的引入
§2．2．2．3 戊二醛活化
§2．2．2．4 酶的固定化
§2．2．3 固定化酶膜表面化学结构的表征
§2．2．3．1 衰减全反射傅立叶变换红外分析(ATR／FT-IR)
§2．2．3．2 X—射线光电子能谱分析(XPS)
§2．2．4 脂肪酶载酶量的测定
§2．2．4．1 Bradford方法检测溶液中蛋白含量
§2．2．4．2 BSA标准曲线的绘制
§2．2．4．3 载酶量的确定
§2．2．5 脂肪酶活性的测定
§2．2．5．1 氢氧化钠标准溶液的配制及其浓度标定
§2．2．5．2 脂肪酶活性的测定
§2．2．6 脂肪酶热稳定性的测定
§2．3 结果与讨论
§2．3．1 紫外光引发接枝反应条件对接枝率的影响
§2．3．1．1 紫外光预处理时间对接枝率的影响
§2．3．1．2 单体浓度对接枝率的影响
§2．3．1．3 接枝反应时间对接枝率的影响
§2．3．2 固定化酶膜表面化学结构的表征
§2．3．2．1 衰减全反射傅立叶变换红外分析(ATR／FT-IR)
§2．3．2．2 X—射线光电子能谱分析(XPS)
§2．3．3 脂肪酶载酶量的测定
§2．3．3．1 溶液中蛋白浓度的测定
§2．3．3．2 BSA标准曲线的绘制
§2．3．4 固定化条件对酶活性的影响
§2．3．4．1 接枝率、载酶量与酶活性的关系
§2．3．4．2 间隔臂的引入
§2．3．4．2．1 胺烷基化温度对酶活性的影响
§2．3．4．2．2 己二胺浓度对酶活性的影响
§2．3．4．2．3 胺烷基化时间对酶活性的影响
§2．3．4．3 戊二醛活化
§2．3．4．3．1 戊二醛浓度对酶活性的影响
§2．3．4．3．2 戊二醛作用时间对酶活性的影响
§2．3．4．4 酶的固定化
§2．3．4．4．1 酶溶液浓度对酶活性的影响
§2．3．4．4．2 酶固定化反应时间对酶活性的影响
§2．3．5 pH值对酶活性的影响
§2．3．6 温度对酶活性的影响
§2．3．7 脂肪酶的热稳定性
§2．4 小结
第三章 脂肪酶在含糖聚合物修饰的聚丙烯微孔膜上的吸附及活性研究
§3．1 研究的目的及内容
§3．2 实验部分
§3．2．1 实验原料与仪器
§3．2．1．1 实验原料
§3．2．1．2 实验仪器
§3．2．1．3 试剂的纯化
§3．2．2 含糖聚合物修饰的聚丙烯膜的制备
§3．2．2．1 烯丙基葡萄糖单体的合成
§3．2．2．2 聚丙烯微孔膜接枝改性
§3．2．3 改性膜表面化学结构及形貌的表征
§3．2．3．1 衰减全反射傅立叶变换红外分析(ATR／FT-IR)
§3．2．3．2 X-射线光电子能谱分析(XPS)
§3．2．3．3 扫描电镜(SEM)观察接枝膜的表面形貌
§3．2．4 膜表面水接触角的测定
§3．2．5 脂肪酶的吸附固定化
§3．2．6 固定化脂肪酶的脱附实验
§3．2．7 脂肪酶载酶量的测定
§3．2．7．1 Bradford方法检测溶液中蛋白含量
§3．2．7．2 BSA标准曲线的绘制
§3．2．7．3 载酶量的确定
§3．2．8 脂肪酶活性的测定
§3．2．8．1 氢氧化钠标准溶液的配制及其浓度标定
§3．2．8．2 脂肪酶活性的测定
§3．2．9 脂肪酶热稳定性的测定
§3．3 结果与讨论
§3．3．1 改性膜表面的化学结构及形貌表征
§3．3．1．1 接枝膜的衰减全反射傅立叶变换红外分析(ATR／FT-IR)
§3．3．1．2 接枝膜的X—射线光电子能谱分析(XPS)
§3．3．1．3 扫描电镜(SEM)观察接枝膜的表面形貌
§3．3．2 含糖聚合物修饰膜接枝率的变化规律
§3．3．3 膜表面水接触角的测定
§3．3．4 脂肪酶在膜表面的吸附实验
§3．3．4．1 酶溶液浓度对载酶量的影响
§3．3．4．2 吸附时间对载酶量的影响
§3．3．4．3 pH值对载酶量的影响
§3．3．5 脱附实验
§3．3．6 膜表面修饰对吸附的脂肪酶活性的影响
§3．3．7 pH 值对酶活性的影响
§3．3．8 温度对酶活性的影响
§3．3．9 固定化脂肪酶的热稳定性
§3．4 小结
第四章 脂肪酶在聚肽修饰的聚丙烯微孔膜上的吸附及活性研究
§4．1 研究的目的及内容
§4．2 实验部分
§4．2．1 实验原料与仪器
§4．2．1．1 实验原料
§4．2．1．2 实验仪器
§4．2．1．3 试剂的纯化
§4．2．2 聚肽修饰的聚丙烯膜的制备
§4．2．2．1 γ~-十八烷基L-谷氨酸酯及其NCA的合成
§4．2．2．2 γ~-乙基-L-谷氨酸酯及其NCA的合成
§4．2．2．3 聚丙烯膜表面氨等离子体处理
§4．2．2．4 聚丙烯膜接枝改性
§4．2．3 改性膜表面化学结构及形貌的表征
§4．2．3．1 衰减全反射傅立叶变换红外分析(ATR／FT-IR)
§4．2．3．2 X—射线光电子能谱分析(XPS)
§4．2．3．3 扫描电镜(SEM)观察接枝膜的表面形貌
§4．2．4 膜表面水接触角的测定
§4．2．5 脂肪酶的吸附固定化
§4．2．6 固定化脂肪酶的脱附实验
§4．2．7 脂肪酶载酶量的测定
§4．2．8 脂肪酶活性的测定
§4．2．9 脂肪酶热稳定性的测定
§4．3 结果与讨论
§4．3．1 改性膜表面的化学结构及形貌表征
§4．3．1．1 接枝膜的衰减全反射傅立叶变换红外分析(ATR／FT-IR)
§4．3．1．2 接枝膜的X—射线光电子能谱分析(XPS)
§4．3．1．3 扫描电镜(SEM)观察接枝膜的表面形貌
§4．3．2 聚肽修饰膜接枝率的变化规律
§4．3．3 膜表面水接触角的测定
§4．3．4 脂肪酶在膜表面的吸附实验
§4．3．4．1 酶溶液浓度对载酶量的影响
§4．3．4．2 吸附时间对载酶量的影响
§4．3．4．3 pH值对载酶量的影响
§4．3．5 脱附实验
§4．3．6 膜表面修饰对吸附的脂肪酶活性的影响
§4．3．7 pH 值对酶活性的影响
§4．3．8 温度对酶活性的影响
§4．3．9 固定化脂肪酶的热稳定性
§4．4 小结
第五章 脂肪酶在类磷脂聚合物修饰的聚丙烯微孔膜上的吸附及活性研究
§5．1 研究的目的及内容
§5．2 实验部分
§5．2．1 实验原料与仪器
§5．2．1．1 实验原料
§5．2．1．2 实验仪器
§5．2．1．3 试剂的纯化
§5．2．2 磷脂修饰的聚丙烯膜的制备
§5．2．2．1 2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷的合成
§5．2．2．2 2-烷氧基-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷的合成
§5．2．2．3 紫外光引发接枝甲基丙烯酸二甲胺乙酯
§5．2．2．4 磷脂酰胆碱修饰聚丙烯微孔膜的形成
§5．2．3 改性膜表面的化学结构及形貌表征
§5．2．3．1 傅立叶衰减全反射变换红外分析(ATR／FT-IR)
§5．2．3．2 X—射线光电子能谱(XPS)
§5．2．3．3 扫描电镜(SEM)观察接枝膜的表面形貌
§5．2．4 膜表面水接触角的测定
§5．2．5 脂肪酶的吸附固定化
§5．2．6 固定化脂肪酶的脱附实验
§5．2．7 脂肪酶载酶量的测定
§5．2．8 脂肪酶活性的测定
§5．2．9 脂肪酶热稳定性的测定
§5．3 结果与讨论
§5．3．1 改性膜表面的化学结构及形貌表征
§5．3．1．1 接枝膜的傅立叶变换衰减全反射红外分析(ATR／FT-IR)
§5．3．1．2 接枝膜的X—射线光电子能谱分析(XPS)
§5．3．1．3 扫描电镜(SEM)观察接枝膜的表面形貌
§5．3．2 类磷脂聚合物修饰膜接枝率的变化规律
§5．3．3 膜表面水接触角的测定
§5．3．4 脂肪酶在膜表面的吸附实验
§5．3．4．1 酶溶液浓度对载酶量的影响
§5．3．4．2 吸附时间对载酶量的影响
§5．3．4．3 pH值对载酶量的影响
§5．3．5 脱附实验
§5．3．6 膜表面修饰对吸附的脂肪酶活性的影响
§5．3．7 pH 值对酶活性的影响
§5．3．8 温度对酶活性的影响
§5．3．9 固定化脂肪酶的热稳定性
§5．4 小结
第六章 脂肪酶在两相酶膜反应器中水解橄榄油的研究
§6．1 研究的目的及内容
§6．2 实验部分
§6．2．1 实验原料与仪器
§6．2．1．1 实验原料
§6．2．1．2 实验仪器
§6．2．2 含糖聚合物修饰的聚丙烯膜的制备
§6．2．3 脂肪酶的固定化
§6．2．4 脂肪酶催化橄榄油的水解
§6．3 结果与讨论
§6．3．1 脂肪酶的固定化
§6．3．1．1 酶溶液浓度对载酶量的影响
§6．3．1．2 固定化时间对载酶量的影响
§6．3．1．3 过膜压力对载酶量的影响
§6．3．2 脂肪酶催化橄榄油的水解
§6．3．2．1 过膜压力对反应速率的影响
§6．3．2．2 两相流速对反应速率的影响
§6．3．2．3 底物浓度对反应速率的影响
§6．3．2．4 pH 值对反应速率的影响
§6．3．2．5 温度对反应速率的影响
§6．3．2．6 载酶量对反应速率的影响
§6．3．2．7 膜反应器的重复使用性
§6．4 小结
第七章 总结
参考文献
博士论文工作期间发表的文章
致谢
发布时间: 2005-04-29
参考文献
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