环糊精接枝物及其固定化载体制备在甾体转化中的应用

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环糊精凭借其特殊的空腔结构可增加疏水性甾体底物的溶解度,提高其生物利用率和转化效率,但是环糊精的高价格限制了它在生物催化领域中的应用。本论文研究了β-环糊精与羧甲基纤维素接枝工艺,提高了β-环糊精的接枝率。并且利用氧化石墨烯/海藻酸钠复合载体对接枝物进行包埋成一种机械强度好、孔隙率大、溶胀度低的胶珠。以简单节杆菌(Arthrobacter simplex)催化醋酸可的松(CA)C1,2位脱氢反应为模型,研究β-环糊精接枝羧甲基纤维素胶珠(β-CD-CMC)、β-环糊精接枝物多孔胶珠(β-CD-CMC-GO胶珠)及β-环糊精接枝物多孔细胞胶珠(β-CD-CMC-GO细胞胶珠)对CA生物转化的影响,建立β-环糊精的高效循环利用工艺,增加了胶珠的循环利用次数,从而降低生产成本。以环氧氯丙烷为交联剂制备了β-环糊精-羧甲基纤维素接枝物,研究了不同接枝条件对环糊精接枝率及CA生物脱氢反应的影响,确定了β-环糊精与羧甲基纤维素的最优接枝条件:羧甲基纤维素与β-环糊精的质量比为1:1、环氧氯丙烷8 m L、接枝反应温度为60℃、接枝反应时间6 h,β-环糊精的接枝率最高达到64.2μmol/g。采用X射线衍射法(XRD)、红外光谱法(FTIR)、热重分析法(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)对β-环糊精-羧甲基纤维素的接枝物进行表征,结果表明β-环糊精与羧甲基纤维素成功进行了接枝。将β-环糊精-羧甲基纤维素的接枝物与氧化石墨烯和海藻酸钠进行复合胶珠的制备,通过硬度分析、溶胀度分析和扫描电子显微镜对接枝物胶珠进行表征,该胶珠具有机械强度高、溶胀度低和孔隙率大的特点。并且β-环糊精接枝物多孔胶珠能显著提高CA在水中的溶解度,可使CA的溶解度提高4.7倍。考察了不同β-环糊精接枝物胶珠在CA生物催化反应中的应用,发现其可以提高CA的转化速率,CA的转化率可以达到96%,较对照组提高了10%以上。这说明β-CD接枝后仍能保持其特有的包合特性,能够与CA形成包合物以提高其溶解度,进而提高了CA的转化率并缩短了转化反应时间。建立了不同β-环糊精接枝物胶珠在CA生物脱氢体系中的循环利用工艺,β-环糊精接枝物多孔胶珠循环利用20次,CA转化率仍能达到90%以上,实现了β-环糊精的循环利用。进一步制备了β-环糊精接枝物多孔细胞胶珠,确定了β-环糊精接枝物多孔细胞胶珠的制备工艺和循环利用工艺。通过转化速率和最终转化率,确定最佳固定化细胞浓度为30 g/L,在此条件下,CA的转化率可以达到95.2%,较对照组提高了10%以上。β-环糊精接枝物多孔细胞胶珠在循环利用15次后,CA转化率仍可达到90%以上,可满足工业生产要求,实现了环糊精和细胞的共循环,具有很好的应用前景及工业应用价值。
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