磁性硅基纳米花固定化脂肪酶的制备及催化性能

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文磁性硅基纳米花固定化脂肪酶的制备及催化性能论文作者：孔维茜学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：生物工程指导教师：高静、姜艳军职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.21276060，21276062）；天津市自然科学基金项目（16JCYBJC19800）；河北省自然科学基金（B2015202082，B2016202027）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofBiologicalEngineerin

2、gPREPARATIONANDTHECATALYTICPERFORMANCEOFLIPASEIMMOBILIZEDONMAGNETICSILICA-BASEDNANOFLOWERSByWeixiKongSupervisor:Prof.JingGaoandProf.YanjunJiangMay2017ThisworkwassupportedbytheNationalNatureScienceFoundationofChina(Nos.21276060and21276062),theNaturalScienceFoundationofTianjin(16JCYBJC1

3、9800),andtheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(B2015202082andB2016202027).摘要单分散核壳结构磁性硅基纳米材料因其比表面积高、孔体积大、易于分离等优势，在酶固定化方面有着广泛的应用。本论文成功制备了单分散核壳结构磁性硅基纳米材料，并以其为载体，利用共价结合法进行脂肪酶的固定化，考察了固定化脂肪酶的催化性能。主要研究内容如下：第一部分，以改进的WensorIII微乳液体系为基础，成功地制备了核壳结构磁性氧化硅纳米花（SiO2-nanoflowers），并对制备的SiO2-nanoflo

4、wers进行了表征。结果表明，SiO3/g）、比表面积2-nanoflowers具有明显的花状褶皱结构、较大的孔体积（1.636cm（629.7m2/g）和较强的饱和磁性（17emu/g）。以SiO2-nanoflowers为载体，制备了固定化脂肪酶CALB@SiO2-nanoflowers。相较于游离酶，CALB@SiO2-nanoflowers具有更好的pH耐受性、热稳定性和储存稳定性。在乙酰丙酸丁酯、辛酯和十二酯的催化合成过程中，展现出较高的催化性能。重复使用10次后，CALB@SiO2-nanoflowers在三种物系中的酯化活性仍能保持初始活性的60.1

5、2%、88.07%和96.29%，远高于相同条件下商品酶N435的催化活性。第二部分，以第一部分为基础，加入不同质量比的有机硅与无机硅前驱体制备了核壳结构磁性有机-无机杂化氧化硅纳米花。以制备的两种纳米花为载体构建了固定化脂肪酶CALB@H-SiO2-nanoflowers-19和CALB@H-SiO2-nanoflowers-37。相较于CALB@SiO2-nanoflowers和游离脂肪酶，CALB@H-SiO2-nanoflowers-19和CALB@H-SiO2-nanoflowers-37在有机溶剂中表现出更好的pH稳定性、热稳定性和储存稳定性。另外，C

6、ALB@H-SiO2-nanoflowers-37在催化合成乙酰丙酸酯的过程中表现出比N435更加优越的催化性能。第三部分，以H-SiO2-nanoflowers-37为载体，制备固定化脂肪酶用于催化合成碳酸甘油酯。采用单一变量法对影响碳酸甘油酯产率的反应条件逐一优化。在最优反应条件下，甘油转化率为94.05%，碳酸甘油酯产率为88.53%，CALB@H-SiO2-nanoflowers-37的选择性为94.13%。重复使用7次后，碳酸甘油酯的产率仍能达到73.09%以上，酶活仍能保持初始活性的78.82%以上。以上结果明显优于使用无机硅纳米花固定化脂肪酶CALB

7、@SiO2-nanoflowers和N435催化的反应。以CALB@SiO2-nanoflowers为催化剂进行反应时，重复使用7次后，碳酸甘油酯的产率仅为29.35%，酶活回收率为58.34%；而以N435为催化剂进行反应时，碳酸甘油酯的产率仅为10.29%，酶活回收率仅为17.06%。关键词：磁性硅基纳米花，固定化脂肪酶，乙酰丙酸酯，碳酸甘油酯IABSTRACTMonodispersecore-shellmagneticnanoflowersmaterials,whichpossesshighspecificsurfacearea,porevolumeande

8、asily