乙烯基Ia3d介孔硅分子筛的环氧化及其固定化青霉素酰化酶(英文)

采用直接共聚法合成表面含有乙烯基的具有立方相Ia3d结构的介孔硅分子筛(V-ClMS),然后对乙烯基团进行环氧化制备得到表面环氧基功能化的介孔硅分子筛(E-CIMS),采用X射线衍射、N2吸附-脱附、透射电镜、热重分析和13C固体核磁共振对制备的介孔硅分子筛进行了表征.结果表明,表面含有乙烯基的V-ClMS介孔硅分子筛能被一步成功合成,并易于发生环氧化而获得表面环氧基功能化的E-CIMS介孔硅分子筛.将E-CIMS介孔硅分子筛作为载体用于固定化青霉素G酰化酶(PGA),研究了表面环氧基团对固定化PGA初活性和操作稳定性的影响.结果表明,随着表面环氧基团数量的增加,介孔硅分子筛孔径减小,表面疏水性增加,导致载酶量和初活性减小.但介孔硅分子筛表面适量的环氧基团能增强E-CIMS介孔硅分子筛与PGA之间的相互作用,从而提高固定化PGA的操作稳定性.     

含环氧基亲水性固定化青霉素酰化酶共聚载体的合成与性能研究

环氧基团可以在温和条件下与酶分子的氨基反应使其固定于载体表面.选用含有活性环氧基团的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和亲水性的N-乙烯吡咯烷酮(NVP)两种单体,以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,甲醇水溶液作致孔剂,液体石蜡为主介质,通过反相悬浮聚合技术成功地合成了亲水性大孔GMA-NVP-MBAA三元共聚物载体(GNM).通过调节交联剂的用量和单体NVP与GMA的比例,可以调节载体的孔径、比表面积及在水中的溶胀性能.将巨大芽孢杆菌青霉素酰化酶共价偶联于平均孔径为16.5nm、表面环氧基含量为0.906mmol/g的GNM共聚物载体,制成固定化酰化酶,其表观活性高达625U/g,水解青霉素G钾盐的最适宜温度为50℃,pH值为8.0.固定化酶在4℃保存40d,活性保持不变.经3次使用后,活性达到稳定值(601U/g左右),再经12次使用,活性几乎保持不变.     

亲水性含环氧基磁性聚合物微球的制备与性能表征

选择甲酰胺作磁性Fe3O4微晶的分散剂,通过设计反相悬浮聚合体系,合成了粒径分布窄、球状亲水性含环氧基磁性聚合物(MGM).利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和低温N2吸附以及化学分析方法对聚合物进行了性能表征.结果表明,合成的MGM呈球形,且粒度分布较窄,粒径为0.13~0.28 mm的粒子占91%;甲酰胺分散Fe3O4,微晶表面的亲水性进一步增强,单体甲基丙烯酸缩水甘油酯和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺交联共聚生成的胶粒能够包埋Fe3O4微晶形成胶核,胶核聚集形成均匀、稳定的MGM微球.MGM中Fe3O4含量为6.17%时,比饱和磁化强度σs达6.5 emu/g;其比表面积、平均孔径和孔容分别为117.6 m2/g,15.6 nm和0.46 cm3/g,表面环氧基团含量为0.53 mmol/g.MGM借助自身的活性环氧基团在十分温和的条件下共价偶联青霉素酰化酶(penicillin G acylase EC 3.5.1.11,简称PGA),制备的固定化酶在37℃下催化水解青霉素G钾生成6-氨基青霉烷酸(6-APA)的表观活性达502IU/g,并且在使用过程中没有出现磁聚集现象.     

青霉素酰化酶在含铁MCM-41介孔分子筛上的固定化研究

制备了具有长程有序结构、孔径分布狭窄的含铁MCM-41介孔分子筛，利用直接法和共价结合法将青霉素酰化酶固定在分子筛表面。结果表明，两种方法制备的固定化酶对青霉素G水解反应的表观活性分别为782U/g和256U／g；经6次连续操作使用，二者保持初始活性的49．4％和81．2％，后者的操作稳定性好于前者。共价结合法制备的固定化酶活性较低，是由于Fe—MCM-41表面修饰后比表面积和孔径明显减小所致。     

青霉素G酰化酶在含环氧基团的顺磁性聚合物微球上的固定化（英文）

青霉素G酰化酶(PGA)是一种重要的工业生物催化剂,常用于以青霉素G为底物生产7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)和6-氨基青霉烷酸(6-APA)等半合成β-内酰胺类抗生素.然而,PGA较差的稳定性和可重复使用性能限制了其在工业上的广泛应用.因此,将PGA固定在固体载体上是很有必要的,可以形成一种可重复使用的高性能的多相催化剂.用于生物酶固定化的良好载体应具备以下条件:(1)载体表面具有可用于与生物酶多点结合的高密度的官能团;(2)载体具有较大的比表面积以固定更多的生物酶.通常情况下,可以通过减小载体的粒径来增加其比表面积,然而,小粒径的载体很难从反应混合液中分离出来,造成固定化酶回收使用困难.为了将聚合物微球的优异固定化性能与磁性纳米粒子的独特顺磁性结合起来,我们制备了一种含环氧基团的顺磁性聚合物微球作为PGA的固定化载体.但由于Fe_3O_4纳米颗粒具有较高的表面能,在反相悬浮聚合反应过程中容易团聚成大颗粒,从而导致制备的顺磁性聚合物微球的磁体含量、表面形貌和粒径分布存在差异.此外,Fe_3O_4纳米颗粒与聚合反应单体之间的相容性不好,使得部分磁性颗粒不能很好地包埋于聚合物微球内部,影响固定化酶的活性和操作稳定性.本文以N,N′–亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以甲基丙烯酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油醚为功能性单体,用反相悬浮聚合方法在SiO_2包覆的Fe_3O_4纳米颗粒表面成功制备出含环氧基团的顺磁性聚合物微球.用SEM,FT-IR,XRD,VSM和低温氮气吸附等手段对含环氧基团的顺磁性聚合物微球进行了表征.研究了SiO_2对Fe_3O_4纳米颗粒的包覆和Fe_3O_4/SiO_2纳米颗粒的数量对于固定化酶的初始活性和操作稳定性的影响.SiO_2在反相悬浮聚合过程中发挥重要作用,用SiO_2对Fe_3O_4纳米颗粒进行亲水性改性,有效改善了Fe_3O_4纳米颗粒与聚合反应单体的相容性,将其引入反相悬浮聚合体系中,可以制备得到球形度好、粒径分布均匀和超顺磁性的含环氧基团的顺磁性聚合物微球,其中当Fe_3O_4/SiO_2纳米颗粒的质量比为7.5%时制备的含环氧基团的顺磁性聚合物微球具有最好的PGA固定化性能.PGA通过其活性非必需侧链基团–氨基与顺磁性聚合物微球表面的环氧基团的共价结合来制备顺磁性固定化酶,该固定化PGA的初始活性为430 U/g(wet),在外加磁场的作用下容易回收使用,重复使用10次后可保留99%的初始活性,具有良好的热稳定性和酸碱稳定性,具有较好的工业应用前景.     

亲水性交联聚合物载体的合成及其固定化青霉素酰化酶

选用含环氧基团的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和亲水性的N-乙烯吡咯烷酮(NVP)单体,以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,甲酰胺作致孔剂,通过反相悬浮聚合技术成功合成了一系列大孔、珠状GMA-NVP-MBAA三元共聚物载体.N-乙烯吡咯烷酮介入共聚物体系,使共聚物载体具有较强的亲水性,有利于青霉素酰化酶的固定化.通过调节交联剂的用量和单体NVP与GMA的比例,可以调节共聚物载体的孔结构与表面性能.用合成的平均孔径为15.7nm、表面环氧基含量1.11mmol·g-1亲水性珠状载体固定青霉素酰化酶,固定化酶水解青霉素G钾盐的活性达491U·g-1;在4℃保存30d,活性保持不变.经4次使用后活性达到稳定(444U·g-1),再经14次使用后,活性没有明显变化.     

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.     

含环氧基的交联聚合物载体的制备方法对固定化青霉素酰化酶活性的影响

 以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体，N，N′－亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用两种方法合成了大孔、珠状的交联聚合物固定化酶载体．用红外光谱、扫描电子显微镜及N2吸附等方法测定了其结构、比表面积、孔径分布和表观活性．结果表明，以液体石蜡为主介质、甲醇水溶液为致孔剂合成的聚合物GM1（60）作载体时，固定化酶水解青霉素G的活性达537U／g；以正庚烷与四氯乙烯混合溶剂为介质、甲酰胺为致孔剂合成的聚合物GM2（60）作载体时，固定化酶的活性较低，为426U／g．在37℃下连续进行10次间歇操作（每次反应10min）后，前者活性降至487U／g，保持了初始活性的90．7％；后者活性降至378U／g，保持了初始活性的88．7％．二者催化活性的不同是由于两种方法制备的载体在结构与性能上存在着明显的差异．GM1（60）载体孔径大，水中溶胀性能好，对青霉素酰化酶的偶联作用强，固定化效果显著．     

含氨基和环氧基双功能基的聚合物刷磁性微球的制备及对青霉素G酰化酶的固定化

在内部分散超顺磁性Fe3O4纳米粒子的二乙烯苯交联聚丙烯酸微球表面引入原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂,引发聚合向微球表面分别引入P(GMMA-r-DMAEMA-r-GMA)、P(GMMA-r-DMAEMA)和P(GMMA-r-GMA)无规共聚物刷(GMMA为甲基丙烯酸甘油单酯,DMAEMA为甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯,GMA为甲基丙烯酸缩水甘油酯),聚合物刷中GMMA链节的作用是使聚合物刷具有亲水性,DMAEMA引入氨基,GMA引入环氧基.研究了青霉素G酰化酶在这些载体上的固定化和其酶活性.结果表明,同时引入环氧基和氨基的P(GMMA-r-DMAEMA-r-GMA)刷磁性微球固定化青霉素G酰化酶的活性和活性收率都最高,其固定化动力学比只含环氧基P(GMMA-r-GMA)刷磁性微球的好.固定化酶比自由酶更耐热,固定化酶的最佳pH值比自由酶的略高,固定化酶重复使用10次后其活性保留70%.     

固定化青霉素酰化酶新型载体PEI/SiO2的制备及其特性

通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷的媒介, 将聚乙烯亚胺(PEI)化学偶联在硅胶微粒表面, 制备了固定化青霉素酰化酶的新型复合载体PEI/SiO2, 最终制得了活性高且稳定性好的固定化青霉素酰化酶. 通过测定复合载体表面PEI的偶合量, 考察了各种反应条件对复合载体制备的影响规律; 通过红外光谱与电导滴定法测定, 对复合载体表面的化学结构与组成进行了表征; 为探索复合载体PEI/SiO2固定化酶的作用机理, 测定了复合载体在固定化酶前的ζ电位. 研究结果表明, 通过氯丙基硅烷偶联剂的媒介, 聚胺大分子PEI可以充分地被化学偶联在SiO2表面, 键合量可达到15%. 偶联反应的适宜条件: 反应温度90-94 ℃; 反应时间5h; PEI的质量浓度0.45-0.50 g/mL. 由于PEI分子链中含有大量氨基, 少量的共价键联与大量的物理吸附相结合, 既可使青霉素酰化酶被快速稳定地固定化, 又能很好地保持酶的构象, 使其具有较高的催化活性与活力回收率, 而且具有良好的连续操作稳定性, 重复使用15次, 固定化酶的活性可稳定地保持在初活性的87.5%水平上.     

Di-functional magnetic nanoflowers: A highly efficient support for immobilizing penicillin G acylase

The novel di-functional magnetic nanoflowers (DMNF) which had both epoxy groups and hydrophilic catechol as well as phthaloquinone groups capable of covalently coupling of penicillin G acylase (PGA) were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscope (TEM), vibrating sample magnetometer, N₂ adsorption, and so on. The studies showed that DMNF possessed “hierarchical petal” structure of nanosheets had specific saturation magnetization of 39.7 emu/g and average pore diameter of 25.4 nm as well as specific surface area of 17.28 m²/g. For hydrolysis of penicillin G potassium catalyzed by the PGA immobilized on DMNF with enzyme loading of 106 mg/g-support, its apparent activity reached 2,667 U/g, which benefited from the “hierarchical petal” and large pore structure of the magnetic DMNF leading to high enzyme loading and fast diffusion of substrate molecules to the immobilized PGA to reaction. The apparent activity of the immobilized PGA could keep 2,408 U/g (above 90% of its initial activity) after repeating use for 10 cycles. The magnetic immobilized PGA exhibited excellent operational stability due to covalently coupling of the enzyme molecules between the support by covalent interaction of the amino groups of PGA and the reactive groups of epoxy, catechol, and phthaloquinone groups on DMNF. Furthermore, the PGA displayed good acid and alkaline resistance as well as thermal stability by immobilization using DMNF.     

漆酶在纳米金溶胶/多重壁碳纳米管复合载体上固定方法的比较及粒子尺寸效应

以纳米金溶胶（NGS）和多重壁碳纳米管（MWCNTs）的共混物(NGS/MWCNTs)作为固定漆酶的载体,研究了3种固定漆酶方法在酶固定量、比活力上的差异。 研究了不同的固定方法对固定酶热稳定性和重复使用性及纳米金溶胶颗粒粒径对酶固定量和固定酶动力学参数的影响。 实验结果表明,NGS/MWCNTs具有良好的固定漆酶能力和高固酶比活力,NGS/MWCNTs（NGS粒径37 nm）通过简单物理吸附法固定漆酶的量和固酶的比活力最高,分别可达33.80 mg/g和9.433 U/mg。 在NGS-MWCNTs上采用化学键合方法固定的漆酶在70 ℃放置2 h后仍然保持初始活力的75％,重复使用20次后仍保持初始活力的70％。 纳米金溶胶粒子越小（24 nm）,底物和固定漆酶间亲和力越好（KM=0.027 mmol/L）,表观速率常数越大。     

A Process to Produce Penicillin G Acylase by Surface-Adhesion Fermentation Using <Emphasis Type="Italic">Mucor griseocyanus</Emphasis> to Obtain 6-Aminopenicillanic Acid by Penicillin G Hydrolysis

The production of extracellular and mycelia-associated penicillin G acylase (maPGA) with Mucor griseocyanus H/55.1.1 by surface-adhesion fermentation using Opuntia imbricata, a cactus, as a natural immobilization support was studied. Enzyme activity to form 6-aminopencillanic acid (6-APA) from penicillin G was assayed spectrophotometrically. The penicillin G hydrolysis to 6-APA was evaluated at six different times using PGA samples recovered from the skim milk medium at five different incubation times. Additionally, the effect of varying the penicillin G substrate concentration level on the PGA enzyme activity was also studied. The maximum reaction rate, V _max, and the Michaelis constant, K _M, were determined using the Michaelis–Menten model. The maximum levels for maPGA and extracellular activity were found to be 2,126.50 international unit per liter (IU/l; equal to 997.83 IU/g of support) at 48 h and 755.33 IU/l at 60 h, respectively. Kinetics of biomass production for total biomass showed a maximum growth at 60 h of 3.36 and 2.55 g/l (equal to 0.012 g of biomass per gram of support) for the immobilized M. griseocyanus biomass. The maPGA was employed for the hydrolysis of penicillin G to obtain 6-APA in a batch reactor. The highest quantity of 6-APA obtained was 226.16 mg/l after 40-min reaction. The effect of substrate concentration on maPGA activity was evaluated at different concentrations of penicillin G (0–10 mM). K _M and V _max were determined to be 3.0 × 10⁻³ M and 4.4 × 10⁻³ mM/min, respectively.     

An efficient synthesis of ampicillin on magnetically separable immobilized penicillin G acylase

<正>Penicillin G acylase(PGA) was immobilized on the magnetic hydrophilic polymer microspheres with average pore size of 17.1 nm,specific surface area of 128.2 m~2/g and saturate magnetization of 6.4 emu/g.The 96.7%ampicillin yield with 1.60 of the synthesis/hydrolysis(S/H) ratio from 6-aminopenicillanic acid(6-APA) and D-(-)-alpha-phenylglycine methyl ester(D-PGME) can be achieved using the resultant magnetic biocatalyst in ethylene glycol,where only 82.1%yield with 1.40 of the S/H ratio was obtained using the free PGA under the identical reaction conditions.The immobilized PGA can be separated magnetically and recycled for five times without obvious loss of its catalytic activity.     

Beaded reactive polymers 3 effect of triacrylates as crosslinkers on the physical properties of glycidyl methacrylate copolymers and immobilization of penicillin G acylase

Various glycidyl methacrylate (GMA) copolymers were synthesized by suspension polymerization, using pentaerythritol triacrylate (PETA), trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), and trimethylolpropane trimethacrylate (TRIM) as crosslinking comonomers. These copolymers were evaluated for the immobilization of penicillin G acylase. Broad pore-size distribution that was observed was in the range 5-300 nm. Both surface area and pore volume increased with increase in the mole fraction of crosslinking comonomer (increasing crosslink density). The pore volume of the copolymers was more than doubled by including lauryl alcohol as porogen. Binding of penicillin G acylase (PGA) was quantitative on highly crosslinked copolymers. The expression of bound PGA was better on the relatively more hydrophilic GMA-TMPTA and GMA-PETA copolymer supports compared to the GMA-TRIM copolymers. Among the different copolymers studied, GMA-TMPTA copolymer 7411 exhibited highest activity of immobilized penicillin G acylase (167.4 IU/g) with 35.1% expression.