磁性高分子微球固定化脂肪酶催化油脂酯交换反应的研究

论文摘要

合成了磁性壳聚糖和磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）两种高分子微球，并用于脂肪酶的固定化。考察了加酶量，缓冲液pH，固定化时间，温度等因素对固定化效率及固定化酶活的影响，同时还研究了固定化酶的最适温度、pH及稳定性等性质。实验结果表明：采用共沉淀法合成的磁性壳聚糖微球，经戊二醛活化后进行脂肪酶的固定化，其最佳固定化条件为：磁性壳聚糖微球200mg时，酶浓度2.0mg·mL-1，缓冲液pH7.5，温度35℃，固定化时间3h，戊二醛浓度10%；水解反应最适温度35℃，最佳pH7.5。采用分散聚合法合成的磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球，经碳二亚胺活化后进行脂肪酶的固定化，其最佳固定化条件为：磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球200mg时，酶浓度2.0mg·mL-1，缓冲液pH7.5，温度35℃，固定化时间4h，碳二亚胺盐酸盐浓度0.25%；水解反应最适温度35℃，最佳pH7.5。采用IR，XRD，TEM和VSM等手段对所制备的载体及其固定化酶进行了表征，分析说明脂肪酶已固载于磁性高分子微球表面，并具有较强的稳定性，且磁性微球及其固定化酶显示出超顺磁性，便于分离与回收。将自制的两种磁性高分子微球固定化脂肪酶催化大豆油的酯交换反应，探讨了反应条件包括催化剂用量，醇油摩尔比，水含量，溶剂及游离脂肪酸对催化剂活性的影响。实验结果表明：磁性壳聚糖微球固定化脂肪酶催化大豆油酯交换反应的最佳条件是：醇油摩尔比4:1，催化剂用量60wt.%，水含量0.2wt.%，反应时间30h，溶剂为正己烷，大豆油转化率可达到84%；磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球固定化脂肪酶催化大豆油酯交换反应的最适条件是：醇油摩尔比5:1，催化剂用量50wt.%水含量0.1.wt%，反应时间30h，溶剂为正己烷，大豆油转化率可达到83%。向酯交换体系中加入游离脂肪酸时，两种催化剂受到的影响都不是很大。此外，两种固定化酶都有较高的重复使用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 生物柴油及研究现状
• 1.2.1 生物柴油概况
• 1.2.2 生物柴油的合成
• 1.3 酶的固定化
• 1.3.1 固定化酶及其优点
• 1.3.2 酶的固定化方法
• 1.4 固定化脂肪酶在制备生物柴油方面的研究进展
• 1.5 本课题研究意义及内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 主要原料及仪器
• 2.1.1 主要原料与试剂
• 2.1.2 主要仪器
• 2.2 主要试剂溶液的配制及标定
• 2.3 固定化酶的制备
• 2.3.1 磁性壳聚糖微球固定化脂肪酶的制备
• 2.3.2 磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球固定化酶的制备
• 2.4 固定化酶及载体的表征
• 2.4.1 脂肪酶活力的测定
• 2.4.2 蛋白负载量的测定
• 2.4.3 X 射线粉末衍射（XRD）
• 2.4.4 透射电镜（TEM）
• 2.4.5 红外光谱（IR）
• 2.4.6 振动样品磁强计（VSM）
• 2.5 催化剂的酯交换活性评价
• 2.5.1 大豆油的分析
• 2.5.2 固定化酶催化大豆油酯交换反应
• 2.5.3 大豆油酯交换转化率的计算
• 2.5.4 游离脂肪酸（油酸）转化率的计算
• 2.5.5 脂肪酸甲酯的定性分析
• 2.6 催化剂的回收利用
• 第三章 磁性壳聚糖微球固定化脂肪酶催化大豆油酯交换反应的研究
• 3.1 大豆油的分析
• 3.2 磁性壳聚糖微球固定化脂肪酶条件的选择
• 3.2.1 脂肪酶加入量对酶固定化的影响
• 3.2.2 反应介质 pH 对酶固定化的影响
• 3.2.3 固定化时间对酶固定化的影响
• 3.2.4 温度对酶固定化的影响
• 3.2.5 戊二醛浓度对酶固定化的影响
• 3.3 磁性壳聚糖微球固定化酶及载体的表征
• 3.3.1 磁性壳聚糖微球固定化酶的酶学性质
• 3.3.2 XRD 分析
• 3.3.3 透射电镜分析
• 3.3.4 IR 分析
• 3.3.5 磁性能表征
• 3.4 酯交换活性评价
• 3.4.1 催化剂用量对酯交换反应的影响
• 3.4.2 醇油摩尔比对酯交换反应的影响
• 3.4.3 溶剂对酯交换反应的影响
• 3.4.4 水分含量对酯交换反应的影响
• 3.4.5 游离脂肪酸含量对酯交换反应的影响
• 3.4.6 催化酯化反应
• 3.4.7 固定化脂肪酶的重复利用性
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球固定化脂肪酶催化大豆油酯交换反应的研究
• 4.1 磁性 P（St-MAA）微球固定化酶条件的选择
• 4.1.1 脂肪酶加入量对酶固定化的影响
• 4.1.2 反应介质 pH 对酶固定化的影响
• 4.1.3 固定化时间对酶固定化的影响
• 4.1.4 温度对酶固定化的影响
• 4.1.5 EDAC 浓度对酶固定化的影响
• 4.2 磁性 P（St-MAA）微球固定化酶及载体的表征
• 4.2.1 磁性 P（St-MAA）微球固定化酶的酶学性质
• 4.2.2 羧基含量的测定
• 4.2.3 XRD 分析
• 4.2.4 TEM 分析
• 4.2.5 IR 分析
• 4.2.6 磁性能分析
• 4.3 酯交换活性评价
• 4.3.1 催化剂用量对酯交换反应的影响
• 4.3.2 醇油摩尔比对酯交换反应的影响
• 4.3.3 水分含量对酯交换反应的影响
• 4.3.4 溶剂对酯交换反应的影响
• 4.3.5 游离脂肪酸含量对酯交换反应的影响
• 4.3.6 催化酯化反应
• 4.3.7 固定化脂肪酶的重复利用性
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介