基于壳聚糖多级组装双重限域脂肪酶油—水界面催化研究

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脂肪酶作为最重要的工业酶之一,能在温和的条件下高效专一的进行多种反应,但是脂肪酶是水溶性酶,其底物通常为有机物在水溶液中的溶解度很低,这也就限制了脂肪酶的催化反应。添加表面活性剂又会给脂肪酶的回收带来困难。本课题结合大分子自组装技术和Pickering乳液技术,通过将壳聚糖多级组装将脂肪酶双重限域在油-水界面,有利于激活脂肪酶的催化活性,提高脂肪酶的循环使用稳定性,强化脂肪酶在油-水界面的催化反应,被认为是一种很有潜力的方法。具体研究内容分为以下两个部分:(1)壳聚糖多级组装双重限域脂肪酶油-水界面催化研究首先,以天然大分子CS与脂肪酶在水溶液中自组装形成CRL/CS NPs,发现固体颗粒的大小可以通过p H,溶液配比来调节。并以此固体颗粒为基础成功制备O/W型Pickering乳液,并考察了油水比、p H、CRL/CS NPs浓度、均质时间、均质转速对Pickering乳液的影响与脂肪酶的生物催化性能的影响。研究表明p H 6.0、VCS:VCRL为1:2、油水比为1:1形成的Pickering乳液的粒径为63.56μm,在p H 6.0、VCS:VCRL为1:2、油水比为1:1、反应温度37°C、溶液浓度为2.0 mg·m L-1是最佳的催化反应条件。(2)基于透明质酸/壳聚糖多级组装构建温敏性Pickering乳液双重限域脂肪酶油-水界面催化研究以相变材料为油相,制备一种温敏性Pickering乳液,应用于脂肪酶的双重限域及生物催化。首先以相变材料十六烷为油相,以脂肪酶/透明质酸/壳聚糖自组装纳米粒子(CRL/HA/CS NPs)为乳化剂构建温敏性Pickering乳液;通过温度改变诱导油相发生凝固溶解过程,达到油-水分离回收脂肪酶的目的。通过红外光谱、扫描电镜、粒径/Zeta电位分析对壳聚糖基固定化酶载体进行观察,并评估在水/十六烷Pickering乳液中对橄榄油的催化性能。研究表明,HA的引入有利于提升脂肪酶的催化活性与循环稳定性,在HA浓度为0.8mg·m L-1,p H为4.5,转速为8000 rpm,油水比为1:1,反应温度37°C时橄榄油可以被很快的催化水解,反应1 h橄榄油水解率达到94.8%,脂肪酶的催化活力能达到1.815 U·mg-1。通过引入温敏性物质改善回收方式使得CRL/HA/CS NPs循环稳定性上升,循环使用10次(20h)后,其催化活性仍有原始活性的57%。本课题为Pickering乳液两相界面酶催化提供一种新的具有良好生物相容的材料,为生物酶的回收提供了一种新的方法,在能源,精细化学品化学,医药等行业具有潜在应用价值。
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