磁性納米載體的制備及其固定化脂肪酶催化性能研究.pdf

1、磁性高分子微球是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型功能高分子材料，在生物醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)、分離工程、細(xì)胞學(xué)和生物工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。用磁性高分子作為酶的固定化載體的研究對(duì)于磁性復(fù)合載體在固定化酶的應(yīng)用中提供了理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)也為降低脂肪酶利用成本，解決我國(guó)生物柴油酶法生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題進(jìn)而提高其可行性和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提供了較好的參考方案。和其他磁性材料相比，F(xiàn)e3O4具備良好的氧化穩(wěn)定性和較低的毒性，并且由于有不同的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)，從而可得到不

2、同的磁性能，常用作磁性微球中的磁核。用磁性高分子作為酶的固定化載體的優(yōu)點(diǎn)在于它在外加磁場(chǎng)的作用下被磁化而定向移動(dòng)，可以從反應(yīng)體系中被分離出來(lái)；當(dāng)撤離外加磁場(chǎng)后，超順磁性納米顆粒又可以重新懸浮到反應(yīng)體系中，具有良好的分散性能與可操控性。本論文主要研究了磁性復(fù)合載體的制備條件及其固定化脂肪酶的條件，并對(duì)固定化酶的酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了探討，主要研究結(jié)果如下：
　　 磁性復(fù)合Fe3O4—SiO2載體制備。先利用改良的共沉淀法制備Fe3O4磁流

3、體，再用溶膠—凝膠法制備磁性復(fù)合Fe3O4—SiO2載體。在掃描電鏡觀測(cè)的形態(tài)說(shuō)明，該磁性復(fù)合載體呈球體狀，單分散性良好，平均粒徑約為300nm左右。磁性復(fù)合Fe3O4—SiO2載體經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑在其表面氨基化后，在傅里葉變換紅外光譜儀下檢測(cè)氨基已加至載體表面。
　　 磁性復(fù)合Fe3O4—SiO2載體固定化脂肪酶條件進(jìn)行優(yōu)化。由單因素實(shí)驗(yàn)確定各單素的最佳條件：酶與載體配比、戊二醛濃度、固定化溫度、固定化時(shí)間分別為16：5g/g、8

4、％、25℃、4 h。在此基礎(chǔ)上，選取為酶與載體配比、戊二醛濃度和固定化溫度進(jìn)行Box—Behnken實(shí)驗(yàn)，對(duì)固定化脂肪酶的條件進(jìn)一步優(yōu)化，借助Design—Expert7軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，擬合出描述酶活與實(shí)驗(yàn)條件之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，確定最適固定化條件為：酶與載體配比為3．32：1g/g、戊二醛濃度為8．20％、固定化溫度為23．88℃時(shí)，固定化脂肪酶的酶活達(dá)到理論最大值3440．74 U/g。在以上確定的條件下進(jìn)行重復(fù)的三組固

5、定化試驗(yàn)，結(jié)果所得固定脂肪酶的平均酶活為3430±1．55U/g，與模型預(yù)測(cè)值相差為0．28％，說(shuō)明所建立的模型與試驗(yàn)結(jié)果相符，此時(shí)蛋白固載量為79．21％，酶活回收率為72．46％，與響應(yīng)面優(yōu)化之前相比分別提高了7．93％和10．36％。
　　 固定化酶酶學(xué)性質(zhì)的探討。通過(guò)比較游離酶與固定化酶的最適溫度和熱穩(wěn)定性等性質(zhì)，研究了固定化酶的重復(fù)使用率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，游離酶的Km為3．817mmol，Vm為0．041μmol/min