| 固定化糖化酶催化剂的制备与特性研究 | |
| 龚伟中 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 索继栓 |
| 2004-12-13 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | ERC国家工程研究中心 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 固定化酶 包埋-交联法 聚乙烯醇复合凝胶 固定化葡萄糖淀粉酶 聚丙烯酰胺凝胶 固定化酶反应器 酸性离子液体 固体氨基磺酸 Immobilization Enzyme Immobilized Glucoamylase Polyvinyl Alcohol Composite Gel Polyacrylamide Gel Entrapment-crosslinking Biological Reactor Acid Ion-liquid Sulfamic Acid |
| Abstract | 酶的固定化（Immobilizatiollofenzyme）是用适当的物理、化学方法将酶束缚或限制于固体材料的一定区域内，而仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复使用的一类技术。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效、专一及温和的酶催化反应特性的同时，还呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续及可控、工艺简便等一系列优点，不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域得到迅速发展，而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。 酶的固定化及其酶促反应是最具发展前景的生物技术前沿领域之一。酶法生产葡萄糖是糖化酶的一项重要应用，有关利用固定化葡萄糖淀粉酶连续生产葡萄糖的研究较多，但目前在我国尚没有固定化葡萄糖淀粉酶商品出现。主要是没有较为合适的固定化载体材料和较好的固定化方法，如固定化载体材料的成本较高、固定化效率低及稳定性较差等等。因此，我们致力于研究开发更简便、更适用的固定化方法以及性能更优异的固定化载体材料，同时筛选设计适宜的生物反应器等等，以期早日实现固定化糖化酶的工业生产应用。 本研究正是着眼于固定化材料和酶的固定化方法以及载体结构与性能的关系，在大量文献调研的基础上，确定研究课题为“固定化糖化酶催化剂的制备与特性研究”。 本论文分两部分，第一部分重点探讨了几种低成本、生物活性较高、操作稳定性较好的固定化载体材料以及固定化糖化酶的制备方法和特性；第二部分探讨了新型固体酸催化剂一一氨基磺酸在有机合成反应中的催化性能。具体研究内容包括以下几个方面： （1）针刘一我国目前生产量和使用量最大的酶制剂产品—葡萄糖淀粉酶，研制出了在高底物浓度和混料情况下具有稳定操作性的固定化葡萄糖淀粉酶试制产品，解决了生产实践中的难题。 （2）首次研究了聚乙烯醇复合凝胶固定化糖化酶的制备方法。研究表明，使用包埋一交联方法，采用聚乙烯醇复合凝胶作为糖化酶固定化载体，具有载体制备简单、快速、载体机械强度较高、固定化酶酶活回收率较好等特点。可制成干基酶活达到1558u/g·dry·gel且操作稳定性好的酶产品。 （3）研究了固定化糖化酶的化学修饰。结果表明，采用浓度为2.5％的戊二醛溶液进行固定化酶的交联修饰，所得固定化酶活性提高了10-20％，最高达到62.7％（膜载体）。但与未修饰的固定化酶相比，其操作稳定性稍差。这可能是由于聚乙烯醇多孔网状结构中残留的戊二醛造成酶分子变性、失活或酶活性部位的部分游离氨基参与了反应。 （4）研究了聚乙烯醇复合凝胶固定化糖化酶的性质。与游离酶相比，最适反应pH值提高了0.6～1个单位；最适反应温度与游离酶相近；动力学研究表明，固定化作用降低了酶对底物分子的亲和力，这是由于受到内、外扩散限制效应的影响；固定化葡萄糖淀粉酶经固定后，其热稳定性和贮存稳定性明显优于游离酶；该固定化糖化酶能够适应巧％的高底物浓度，且操作稳定性好，能满足工业应用的要求；可重复使用23批次，其产葡萄糖DE值＞95％，半衰期为350小时。 （5）研究了聚丙烯酞胺凝胶固定化糖化酶的制备和性质。研究表明，悬浮聚合聚丙烯酞胺固定化糖化酶的制备采用包埋一交联法，能够得到较高的固定化效率，固定化糖化酶经戊二醛交联修饰后酶活回收率达到56％；通过对聚丙烯酰胺固定化酶的特性及稳定性的研究，发现该固定化酶能在较宽的pH和温度范围内保持较高的催化活性，而且具有较好的贮存稳定性和操作稳定性，贮存8个月后固定化酶的残余活力仍保持在94％左右。该固定化酶的这些特性在实际工业应用中具有明显优势。 （6）通过自制的生物反应器，进行了固定化糖化酶的玉米淀粉等水解实验。结果表明，通过连续操作，发现该反应体系的操作稳定性和重复使用性较好，10-15％的淀粉液经过三级水解后，DE值均高于95％，产物转化率最高可达到98.2％，生产强度最高为28.9（g/Lh），可连续使用24～28天。运转成本降低25％～45％，同时又简化了操作工序，具有较好应用推广价值。 （7）对于环境友好酸性催化剂的新型固体酸催化剂——氨基磺酸在有机合成反应中的催化性能进行了初步探讨。结果表明，在该催化剂作用下，以原甲酸酷作为保护试剂的醛狱基官能团保护反应和环醚酞解反应都取得了很好的结果。同时表明了该催化反应的特点是反应条件温和，操作简便，催化剂廉价及催化剂可回收重复使用。这对于清洁化有机催化和绿色化学的发展都具有重要意义。 |
| Subject Area | 酶催化 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5500 |
| Collection | 精细石油化工中间体国家工程研究中心（ERC） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 龚伟中. 固定化糖化酶催化剂的制备与特性研究[D]. 中国科学院研究生院,2004. |
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