基于聚多巴胺的磁性纳米生物催化剂高效催化二氢杨梅素酰化

脂肪酶是一种三酰基甘油水解酶,目前广泛用于油脂化学、食品、有机合成和生物医药等领域.但是,游离脂肪酶在有机反应体系中容易失活,难以从反应体系中回收,导致其循环利用困难和生产成本增加.因此,需要对游离脂肪酶进行固定化,提高酶的稳定性和重复使用性,使其能够大规模用于工业生产.
　　磁性四氧化三铁纳米粒子(MNPs)具有其超顺磁性和大比表面积等性质,但MNPs需表面修饰才能进一步应用.近年来,仿生矿化法制备的聚多巴胺纳米材料受到人们关注.在仿生矿化过程中,单体多巴胺经自聚合作用后形成聚多巴胺,该反应活性高,能对各类有机和无机纳米材料进行表面修饰.而且,聚多巴胺表层中的活性基团能与含有氨基和巯基的生物大分子发生迈克尔加成或席夫碱反应,从而将生物大分子固定在材料表面.
　　本文利用聚多巴胺表面修饰MNPs,对所得聚多巴胺表面修饰的四氧化三铁纳米粒子(PD-MNPs)进行了结构表征.结果表明, PD-MNPs尺寸在14 nm左右.同时,成功将黑曲霉脂肪酶(ANL)固定在PD-MNPs上,结果显示在pH=8、固定化时间为12 h条件下,酶负载量为138 mg/g,酶活回收率达到83.6%,而且固定化酶的pH稳定性及热稳定性、储藏稳定性都优于游离酶.动力学研究表明,固定化酶Km值(63.2 mmol/L)低于游离酶(74.5 mmol/L),固定化酶的底物亲和性增强.进一步研究了固定化酶和游离酶在乙腈、二甲基亚砜、乙醇和[HMIm]BF4这四种溶剂中的溶剂耐受性,结果显示固定化酶的耐受性均强于游离酶.采用红外光谱对游离酶和固定化酶二级结构的分析表明,游离黑曲霉脂肪酶经固定化后,α-螺旋和β-折叠含量分别增加了0.84%和2.74%,使得固定化后α-螺旋和β-折叠中存在的氢键能够更好地保持酶结构刚性,避免因结构改变而引起酶失活,增强了固定化酶在溶剂中的耐受性.
　　二氢杨梅素是一种具有类黄酮结构的天然产物,具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤和保护肝脏等作用,但其脂溶性很差,很难透过细胞膜被人体吸收.本课题组曾首次以乙酸乙烯酯为酰基供体,采用游离脂肪酶生物催化方法成功将二氢杨梅素酰化.本文考察了PD-MNPs固定化脂肪酶在二氢杨梅素酰化反应中的应用.结果表明,与游离酶相比,固定化酶在反应介质二甲基亚砜中的耐受性更强,反应48 h后其催化二氢杨梅素酰化的转化率接近80%,明显好于游离酶(69%).固定化酶催化二氢杨梅素酰化的最适底物摩尔比、温度和酶量分别为10：1(乙酸乙烯酯：二氢杨梅素)、45oC,和40 U.此外,固定化酶在外界磁场作用下能迅速从反应混合物中分离,从而可回收利用,在重复使用10次后,其活性仍保持在初始活性的55%以上,具有良好的工业应用前景.     

PDA/SiO2大孔复合材料固定化荧光假单胞菌脂肪酶

以具有三维骨架结构的大孔聚合物为模板制备SiO_2大孔材料,通过多巴胺在SiO_2大孔材料孔道表面的原位聚合制得聚多巴胺表面功能化修饰的二氧化硅大孔材料(PDA/SiO_2)。应用SEM、EDX、MIP、BET、TG-DTA和FTIR等技术对修饰前后的材料进行表征。以PDA/SiO_2为载体固定荧光假单胞菌脂肪酶(PFL),优化固定化条件并对比游离脂肪酶和固定化脂肪酶的性质。结果表明SiO_2大孔材料具有三维连续贯通的孔道结构,孔径分布在300~500 nm,聚多巴胺修饰后形成聚多巴胺/二氧化硅复合纳米薄膜构筑的大孔材料。在固定化时间为14 h、p H值为8、初始脂肪酶浓度为0.4 mg·m L-1时,固定化效果最佳,酶活回收率达246%。与游离脂肪酶相比,固定化脂肪酶有更宽的温度和p H适用范围、热稳定性显著提高,并展现出良好的储存稳定性和操作稳定性,固定化脂肪酶的Km低于游离脂肪酶的,酶与底物的亲和性较好。     

混合溶剂系统中固定化脂肪酶对酮基布洛芬的催化酯化反应

以硅藻土吸附的脂肪酶为催化剂,对外消旋酮基布洛芬[2-(3-苯甲酰苯基)丙酸]进行对映选择性酯化反应;考察了不同的脂肪酶制剂,固定化时所加缓冲液的体积与pH值,酰基受体(醇)的种类以及混合溶剂系统的组成等因素对酶活性的影响.结果表明,在所考察的7种脂肪酶中,以LipaseOF的酪化活性最高;用硅藻土吸附固定化酶时,缓冲溶液的最适pH为7.0左右,每克酶粉加1.0mL缓冲溶液为最佳;固定化酶催化酯化的活性比游离的脂肪酶高.在酮基布洛芬与不同酰基受体(醇)的酶促酯化反应中,以丙醇的反应速度为最快.在由一种主溶剂与一种助溶剂组成的混合溶剂系统中,酶促酯化的速度要比在单一的主溶剂或助溶剂系统中快.当以1gP值较大的环己烷或异辛烷等为主溶剂,甲苯为助溶剂时,脂肪酶催化酮基布洛芬酯化反应的活性最高.     

中空纤维膜固定化甲酸脱氢酶催化CO_2合成甲酸

以紫外光表面接枝改性的聚乙烯(PE)中空纤维膜为载体,采用共价结合的方式固定化甲酸脱氢酶(FDH),考察了CO2通入方式、溶液pH值、缓冲液种类和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的浓度对酶催化CO2合成甲酸反应的影响.结果表明,与加压法相比,CO2鼓泡法更有利于甲酸的生成;磷酸盐缓冲液优于Tris-HCl和盐酸三乙醇胺缓冲液;体系pH值对反应的影响较大,固定化FDH的最佳pH值仍为6.0,但pH耐受性增强;随着辅酶NADH浓度的增加,反应初速度加快,收率下降;游离酶和固定化酶的最大酶活分别为0.246和0.138mmol/(L.h);固定化FDH在4℃贮存两周后活性仅下降4%,而游离酶活性下降50%.FDH催化膜重复利用10次后,活性没有明显降低.     

聚甲基丙烯酸羟乙酯载体固定化酵母脂肪酸在有机溶剂中催化酯合成反应的研究

用悬浮聚合法合成了一系列聚甲基丙烯酸羟乙酯载体，考察了它们固定化酵母脂肪酶活力与载体的交联度和致孔剂用量之间的关系。研究了这些固定化酵母脂肪酶在有机溶剂中催化酯合成反应的活性。脂肪酶的固定化使之活力表达更为充分，对亲水性较强的有机溶剂有更强的耐受性，并能为其在有机溶剂中催化酯合成反应提供必需水。考察了ｐＨ值，底物种类对固定化酵母脂肪酶催化酯合成反应的影响。     

聚甲基丙烯酸羟乙酯载体固定化酵母脂肪酶在有机溶剂中催化…

用悬浮聚合法合成了一系列聚甲基丙烯酸羟乙酯载体，考察了它们固定化酵母脂肪酶活力与载体的交联度和致孔剂用量之间的关系。研究了这些固定化酵母脂肪酶在有机溶剂中催化酯合成反应的活性，脂肪酶的固定化使之活力表达更为充分，对亲水性较强的有机溶剂有更强的耐受性，并能为其在有机溶剂中催化酯合成反应提供必需水。考察了ＰＨ值，底物种类对固定化酵母脂肪酶催化酯合成反应的影响。     

有机相中固定化脂肪酶催化合成植物甾醇酯

酶法合成植物甾醇酯具有反应条件温和、产物纯度和产量高等优点,但非水相酶催化的活性和稳定性普遍较低.本文以大孔树脂固定化脂肪酶为催化剂,并在催化过程中添加乳糖的类似物,构建了有机相高效合成植物甾醇酯的工艺过程.以酯化率为考察指标,对脂肪酶和反应溶剂进行筛选,对酯化条件进行优化,同时考察了糖的种类及添加量对酶催化性能的影响.结果表明,大孔树脂NKA吸附固定化的褶皱假丝酵母(Candida rugosa)脂肪酶(NKA-CRL)为最适宜的催化剂,以正己烷为反应介质,在酸醇摩尔比为2和添加酶蛋白质量7.5%的海藻糖的条件下,40°C反应10 h,酯化率达到96.6%.连续6次催化后,植物甾醇的酯化率仍维持在85.0%以上.     

PEI接枝纳米二氧化硅载体的构建及碳酸酐酶的固定化

碳酸酐酶(CarbonicAnhydrase,CA)是生物催化法转化CO2的关键酶类,游离状态下易失活变性。一般通过固定化修饰提高其稳定性,但现有的固定方法往往会对CA的活性造成较大的抑制。为了克服上述问题,本研究在商品化纳米二氧化硅表面接枝聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)得到载体SNPs-PEI,并通过静电相互作用对CA进行吸附固定,在此基础上探究了固定化酶(SNPs-PEI@CA)和游离酶的活性、稳定性及循环利用性。结果显示,固定化酶的活性可达游离酶的76%且热稳定性、酸碱耐受性及储藏稳定性均显著增强。经过8次循环使用后,固定化酶仍能够保持初始活性的70%左右。通过CaCO_3沉淀法进一步考察了固定化酶及游离酶的CO_2水合活性,固定化酶生成的沉淀量[(149.8±2.1)mg]与游离酶生成的沉淀量[(164.3±2.3)mg]几乎相等。以上实验结果表明本研究构建的SNPs-PEI@CA是一种能够高效捕获并转化CO_2的纳米生物催化剂。     

碳酸钙固定化猪胰脂肪酶的稳定性及催化PDO开环聚合研究

本文研究了不同温度、pH值和储存时间下,游离猪胰脂肪酶与自制碳酸钙固定化猪胰脂肪酶的稳定性,并将固定化猪胰脂肪酶用于催化对二氧环己酮开环聚合。研究结果显示,固定化酶的热稳定性、pH稳定性以及储存稳定性均优于游离酶。当固定化酶用量为单体质量30%,反应温度为80℃,反应时间为72 h时可获得数均分子量为2024 g·mol-1的聚合物。     

脂肪酶催化缩聚法合成可完全降解的聚羟基丙酸酯(英文)

以3-羟基丙酸甲酯为聚合单体,建立了以固定化脂肪酶Novozym 435为催化剂的酶催化缩聚反应体系,合成可完全降解的高分子聚酯聚羟基丙酸酯,考察了反应条件和介质对反应性能的影响,结果表明,纯度大于95%的单体即可在温和条件下合成聚羟基羧酸酯;降低反应压力可有效提升产物产率和分子量.通过选择合适的有机溶剂介质和表面活性剂,可使产物分子量提升至13000(Mw)以上.脂肪酶催化剂重复利用能力优异,经6批次反应后,其相对活性保持在95%以上.     

纳米载体固定化酶的最新研究进展（英文）

催化剂是化学工业的重要基础,其中酶是重要的高效天然催化剂.近年来,酶被越来越多地应用于工业领域,如精细化工、食品工业、制药工业、纺织业和制浆造纸.然而,由于游离酶存在价格昂贵及操作稳定性(特别是回收与重复使用性能)低等缺点,其在工业上的进一步应用受到一定限制.对酶进行固定化是解决上述问题的有效途径.一个理想的酶固定化技术需要载体具有良好的生物相容性和高比表面积,能够负载适量的酶并且具有很好的重复使用性能,固定化酶的过程简单温和,所得到的固定化酶制剂具有良好的催化性能、稳定性以及工业应用价值.尽管固定化酶技术经过了多年的发展,但仍需进一步研究.近几年,人们研究了基于纤维素纳米晶类、聚多巴胺类纳米载体以及生物相容性合成有机物纳米胶等新型载体对酶的固定化,取得了较好的成果.本文综述了这些新型纳米载体的制备以及酶的固定化过程,阐述了纳米载体固定化酶的结构和催化性能,并展望了发展前景.纤维素是全球产量最高、来源最广的生物聚合物.纤维素经过一定的酸(常用硫酸和盐酸)水解处理后,剩下的是具有高结晶度的纤维素纳米晶.它具有高比表面积、高机械强度和高长径比等优异性能.因此,研究者利用纤维素纳米晶作为载体进行酶固定化,获得了高负载量、高催化性能的固定化酶制剂.基于仿生矿化法制备的聚多巴胺类材料近年来获得研究者越来越多的关注.多巴胺具有良好的自聚合能力,可以对无机、有机等各种材料进行表面修饰.同时,聚多巴胺中含有的活性官能团可以与酶发生交联,从而达到固定化酶的效果.基于合成性聚合物纳米胶载体的固定化酶技术同样是一个新兴的、有意义的研究领域.相关的固定化过程可分为两大类:(1)在酶分子表面通过原位聚合生成纳米胶(growing-from过程);(2)将酶与预先合成的纳米胶进行交联(grafting-to过程).其中,growing-from过程是先将酶分子丙烯酰化,再进行原位聚合.而原位聚合又可分为自由基聚合、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT).其中,ATRP和RAFT主要用于制备环境响应型的酶-聚合物纳米凝胶.     

共聚微球稳定皮克林乳液的研究及酶固定化应用

以苯乙烯（St）、马来酸酐（MA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为单体，通过自稳定沉淀聚合反应制备了带有环氧基团的形貌规整、粒径均一的纳米粒子（PMG），该纳米粒子可作为乳化剂稳定皮克林乳液，并利用环氧基团来固定化脂肪酶。系统研究了单体投料比、溶剂对纳米粒子形貌和化学组成的影响，以及纳米粒子添加量、脂肪酶质量浓度、溶剂对皮克林乳液粒径和酶催化反应的影响。结果表明，当n(GMA)∶n(St)∶n(MA)为2∶1∶1、纳米粒子质量分数为0.5%、脂肪酶初始质量浓度为3 mg/mL、正庚烷与去离子水体积比为5∶5时，固定化脂肪酶的催化比活性最高，是游离酶催化比活性的7.5倍，且具有优良的重复使用性能。     

固定化扩展青霉脂肪酶的制备及其在玉米油转酯反应中的应用

采用吸附法对来源于扩展青霉Penicillium expansum的脂肪酶进行了固定化.从20种不同来源的树脂中筛选出固定化效率高且价格低廉的D4020树脂作为载体,系统研究了固定化条件对固定化效率及固定化酶转酯活力的影响.结果表明,最适加酶量、缓冲液pH和吸附时间分别为0.7 g/g、9.4和4 h.冻干时添加0.5%的半乳糖有助于提高固定化酶的转酯活力.在上述优化条件下,固定化酶的转酯活力为404.0 U/g,而所用的游离酶不能催化该转酯反应.利用该固定化酶催化玉米油转酯反应生产生物柴油时,叔戊醇为适宜的反应介质,其最适添加量为0.5 ml/g;适宜的酶量、加水量和反应温度分别为60.6 U/g、油重的1.2%和35℃.按醇/油摩尔比为1的比例分别在反应0、2和6 h时加入甲醇,在优化反应条件下,反应24 h后甲酯产率达85.0%;固定化脂肪酶具有较好的操作稳定性,反应10批次时,相对酶活力为62.8%.     

四氢嘧啶类化合物的合成

以羰基衍生物,取代1,3-二羰基化合物,脲和硫脲为原料,经固定化青霉素酰化酶催化的Biginelli反应合成了22个四氢嘧啶类化合物（1a~1v）,其中1s和1v为新化合物,其结构经¹H NMR, ¹³C NHR和IR表征。研究了溶剂、反应温度、反应时间和物料比γ［n(苯甲醛) ：n(脲) ：n(乙酰乙酸乙酯)］对1a产率的影响。结果表明：在最佳反应条件（固定化青霉素酰化酶为催化剂,乙醇为溶剂,γ=1.0 ：1.5：1.0,于50 ℃反应6 h）下,1a产率最高（85%）。     

二氢杨梅素对酪氨酸酶抑制作用研究

研究了二氢杨梅素对酪氨酸酶的单酚酶和二酚酶抑制作用和机理。结果表明,二氢杨梅素对单酚酶、二酚酶的抑制率分别为95.87%、69.01%;二氢杨梅素对单酚酶的抑制作用表现为酶催化反应的迟滞时间延长;二氢杨梅素对二酚酶的抑制作用表现为可逆混合型抑制,对游离酶的抑制常数(KI)和对酶-底物络合物的抑制常数(KIS)分别为150μmol.L-1和83μmol.L-1。二氢杨梅素可作为天然的酪氨酸酶抑制剂。     

紫外分光光度法表征Lipozyme TL IM脂肪酶转酯化活性

建立了一种新的有机相脂肪酶转酯化活性测定方法. 以正己烷为溶剂,脂肪酶催化棕榈酸对硝基苯酯和正丁醇的转酯化反应为模型反应,通过测定反应液中310 nm下吸光值的变化计算反应转化率. 以气相色谱法对新建的紫外分光光度法进行验证,分别采用这两种方法测定了七种商品化脂肪酶的转酯化活性,两种方法所得实验结果基本一致. 利用紫外分光光度检测法考察了Lipozyme TL IM脂肪酶催化转酯化的时间进程及合成活性与酶量的关系,并对Lipozyme TL IM催化转酯化的性质（最适溶剂、酰基受体特异性、醇耐受性、最优反应温度和热力学稳定性）进行了表征.     

混合溶剂中酶促合成维生素A乳酸酯

研究了混合溶剂中脂肪酶催化合成维生素A乳酸酯.首先对催化合成维生素A乳酸酯反应的脂肪酶和反应介质进行了研究,其次对影响合成维生素A乳酸酯反应的因素(温度、底物摩尔比、反应时间和酶量等)进行了探讨,优化了反应条件:在5 mL混合溶剂(叔丁醇/正己烷(v/v)=3:2)中,0.167 g维生素A醋酸酯和0.150g乳酸在25 mg脂肪酶Novozym 435催化下,在35℃、150 r/m in下反应6 h,产率可以达到52.19%,固定化酶可连续使用5次以上,产率仍达45%以上.     

介孔材料的修饰及固定青霉素酰化酶的稳定性研究

利用扩孔剂的作用合成出较大孔径(12 nm)的介孔材料SBA-15, 并进行表面氨基修饰, 以此为载体, 以戊二醛为交联剂, 对青霉素酰化酶进行组装固定, 并对固定化青霉素酰化酶(PGA)的稳定性进行了深入的研究. 实验结果表明, PGA与载体交联后仍保持活性. 热稳定性研究结果表明, 制备的固定化青霉素酰化酶在低于60 ℃时保持稳定; pH在6~11范围内保持稳定; 固定化酶重复使用10次之后, 仍具有高达90%的残留活力.     

预聚-酶催化缩聚法合成超支化聚酯及其结构表征

以丙三醇、1,6-己二醇和己二酸为共聚单体,以固定化脂肪酶Novozym435为催化剂,尝试先进行共聚单体的预聚后在有机介质中进行酶催化直接缩聚反应合成脂肪族超支化聚酯的新途径,考察了反应介质和反应温度对酶催化缩聚反应的影响,并采用凝胶渗透色谱和核磁共振确定产物的分子量和结构.结果表明,将单体的预聚与酶催化缩聚反应相结...     

纳米载体固定化酶的最新研究进展

催化剂是化学工业的重要基础,其中酶是重要的高效天然催化剂。近年来,酶被越来越多地应用于工业领域,如精细化工、食品工业、制药工业、纺织业和制浆造纸。然而,由于游离酶存在价格昂贵及操作稳定性(特别是回收与重复使用性能)低等缺点,其在工业上的进一步应用受到一定限制。对酶进行固定化是解决上述问题的有效途径。一个理想的酶固定化技术需要载体具有良好的生物相容性和高比表面积,能够负载适量的酶并且具有很好的重复使用性能,固定化酶的过程简单温和,所得到的固定化酶制剂具有良好的催化性能、稳定性以及工业应用价值。尽管固定化酶技术经过了多年的发展,但仍需进一步研究。近几年,人们研究了基于纤维素纳米晶类、聚多巴胺类纳米载体以及生物相容性合成有机物纳米胶等新型载体对酶的固定化,取得了较好的成果。本文综述了这些新型纳米载体的制备以及酶的固定化过程,阐述了纳米载体固定化酶的结构和催化性能,并展望了发展前景。纤维素是全球产量最高、来源最广的生物聚合物。纤维素经过一定的酸(常用硫酸和盐酸)水解处理后,剩下的是具有高结晶度的纤维素纳米晶。它具有高比表面积、高机械强度和高长径比等优异性能。因此,研究者利用纤维素纳米晶作为载体进行酶固定化,获得了高负载量、高催化性能的固定化酶制剂。基于仿生矿化法制备的聚多巴胺类材料近年来获得研究者越来越多的关注。多巴胺具有良好的自聚合能力,可以对无机、有机等各种材料进行表面修饰。同时,聚多巴胺中含有的活性官能团可以与酶发生交联,从而达到固定化酶的效果。基于合成性聚合物纳米胶载体的固定化酶技术同样是一个新兴的、有意义的研究领域。相关的固定化过程可分为两大类：(1)在酶分子表面通过原位聚合生成纳米胶(growing-from过程);(2)将酶与预先合成的纳米胶进行交联(grafting-to过程)。其中, growing-from过程是先将酶分子丙烯酰化,再进行原位聚合。而原位聚合又可分为自由基聚合、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)。其中, ATRP和 RAFT主要用于制备环境响应型的酶-聚合物纳米凝胶。