脂肪酶的固定化及其在油酸丁酯合成中的应用

论文摘要

作为一种重要的有机精细化工产品,油酸丁酯在多个领域有着广泛的应用。目前,商品化油酸丁酯都是通过化学方法合成的,但生产过程中存在反应条件剧烈、环境污染大、产品品质低等缺点。为克服油酸丁酯传统生产方法的不足,本研究选取两种脂肪酶（黑曲霉脂肪酶和假丝酵母脂肪酶）为催化剂,考察了生物法合成油酸丁酯的可行性及影响因素,同时,考虑到游离酶在工业应用上的缺陷,还研究了脂肪酶的固定化及其在油酸丁酯合成中的应用。主要研究结果如下:（1）游离脂肪酶催化反应表明,黑曲霉脂肪酶和假丝酵母脂肪酶都能催化合成油酸丁酯,但假丝酵母脂肪酶的催化能力明显优于黑曲霉脂肪酶。对相关影响因素的考察表明,反应溶剂对转化率影响较大,反应溶剂logP＞2时转化率较高,本研究选择的是正己烷。假丝酵母脂肪酶的最佳反应条件为:温度为37℃,摇床速度200r·min-1,底物正丁醇与油酸的摩尔比为1,给酶量为5000IU/25mL溶剂时,其4小时的最高转化率为59.1%。（2）为了克服游离酶应用上的缺陷,从固定化载体选择、固定化影响因素等角度考察了两种脂肪酶的固定化效果,并分析了固定化酶的性能。结果表明,在5种不同性质的固体膜中,PS膜为最适宜的固定化载体,固定化后两种酶的负载量和酶活都较高,但固定化假丝酵母脂肪酶性能明显优于固定化黑曲霉脂肪酶。假丝酵母脂肪酶的最佳固定化条件为:吸附时间为10h,吸附温度为25℃,脂肪酶溶液pH值为6.0时,固定化脂肪酶的蛋白负载量为0.09mg·cm-2,固定化酶活为0.55U·cm-2;固定化假丝酵母脂肪酶的性能分析显示,与游离酶相比,固定化酶在高温下有更好的稳定性;重复催化水解橄榄油5次后,残余活性为39.0%;在4℃下保存10天后,残余活性仍能达到72.7%。（3）以PS固定的假丝酵母脂肪酶催化合成油酸丁酯。结果表明,与游离酶催化相比,反应最适温度没有变化,但温度对固定化脂肪酶催化反应的影响较小,在实验温度范围内固定化脂肪酶催化反应转化率的最大变化幅度仅为游离酶的42%。这主要是由于固定化酶的热稳定性比游离酶有了较大的提高,热稳定性实验显示,固定化酶和游离酶在50℃下热处理2h后催化酯化反应,其转化率分别是原来的65.3%和29.9%。而且,固定化脂肪酶重复催化酯化反应4批后,相对反应转化率仍可为原来的65.6%,达到了较好的催化效果,使脂肪酶得以重复利用。以带无纺布支撑层的PTFE疏水膜为载体,利用过滤.交联法制备了固定化假丝酵母脂肪酶,用其催化合成油酸丁酯,反应4h后最高转化率达到82.0%,重复使用9次后转化率没有显著降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 油酸丁酯概述
• 1.1.1 油酸丁酯的应用
• 1.1.2 油酸丁酯的合成
• 1.2 脂肪酶的性质概述
• 1.2.1 脂肪酶的简介
• 1.2.2 脂肪酶催化机理
• 1.2.3 脂肪酶在有机相中的催化反应
• 1.2.4 影响脂肪酶催化反应的因素
• 1.2.5 脂肪酶在生物合成中的应用
• 1.3 脂肪酶的固定化
• 1.3.1 酶固定化的定义
• 1.3.2 脂肪酶固定化的意义
• 1.3.3 固定化酶的性质
• 1.3.4 影响固定化酶的因素
• 1.4 本课题的研究目的和意义
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验药品
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 脂肪酶催化合成油酸丁酯实验
• 2.2.2 脂肪酶催化合成油酸丁酯的影响因素实验
• 2.2.3 脂肪酶的固定化实验
• 2.2.4 固定化脂肪酶性能分析实验
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 酶蛋白含量测定
• 2.3.2 酶活力的测定
• 2.3.3 油酸丁酯的测定
• 第三章 游离脂肪酶催化合成油酸丁酯
• 3.1 游离脂肪酶性质的测定
• 3.1.1 粗酶酶蛋白溶出时间的确定
• 3.1.2 pH值对游离脂肪酶活性的影响
• 3.2 游离脂肪酶催化油酸丁酯合成反应
• 3.2.1 反应溶剂的选择
• 3.2.2 底物摩尔比的影响
• 3.2.3 给酶量的影响
• 3.2.4 反应温度的影响
• 3.2.5 转速的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 脂肪酶的固定化
• 4.1 固定化载体的选择
• 4.2 脂肪酶的固定化
• 4.2.1 吸附时间的影响
• 4.2.2 吸附温度的影响
• 4.2.3 pH值的影响
• 4.3 固定化脂肪酶的性质研究
• 4.3.1 固定化脂肪酶的pH值的稳定性
• 4.3.2 固定化脂肪酶的热稳定性
• 4.3.3 固定化脂肪酶的操作稳定性
• 4.3.4 固定化脂肪酶的储存稳定性
• 4.4 本章小结
• 第五章 固定化脂肪酶催化合成油酸丁酯
• 5.1 有机溶剂的影响
• 5.2 反应温度的影响
• 5.3 底物配比的影响
• 5.4 底物浓度的影响
• 5.5 固定化酶催化酯化反应的热稳定性
• 5.6 固定化假丝酵母酶在油酸丁酯合成中的重复利用性
• 5.7 固定化酶催化合成油酸丁酯的新探索
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件