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酶催化具有高效、绿色、低碳、可持续等独特优势。同游离酶相比,通过物理或化学方法固定在不溶性载体上的固定化酶具有可回收、重复使用、稳定性增加等优势,因而显著降低生物催化过程的经济性。固定化酶在食品加工、酶传感器、生物化工催化及手性药物的酶法拆分等领域具有良好的应用前景。载体与酶的共价结合是实现酶固定化的重要方法之一。针对传统的共价结合载体使用前需要繁琐的活化程序、载体与酶分子共价结合需要剧烈的固定化条件、固定化酶的活力回收率低、固定化酶稳定性差、单位质量载体固定的酶量低等严重制约共价结合载体在工业催化领域的应用问题,本论文以开发在温和的条件下即可与酶分子共价结合、固定化效率高(酶的装载量大、活力回收率高、操作稳定性好)、使用前无需活化的活性固定化酶载体为目标,应用悬浮聚合与乳化聚合技术合成活性载体、并应用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、磁震动(VSM)等对制备的载体进行了表征,研究合成条件对载体形貌、大小、孔径等理化因素的影响,探讨载体的化学修饰技术,评价载体对酶的固定化效率。
采用悬浮聚合技术,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为聚合单体,过氧化苯甲酰为引发试剂,制备的环氧基Poly(GMA-EGDMA-HEMA)载体呈单一分散,载体表面光滑,近似球形,其粒径约为200μm,比表面积为87.34m2/g,孔径为0.11ml/g。通过乙二胺化学修饰,可以将环氧基载体Poly(GMA-EGDMA-HEMA)表面的部分活性环氧基转变为氨基;在无表面活性剂条件下,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为聚合单体,过硫酸铵为引发试剂,以聚乙烯戊醇溶液为稳定剂,制备的磁性环氧基Poly(GMA-EGDMA-HEMA)载体,近似球形,平均粒径约400nm,比表面积达到622.65m2/g。载体的最大磁饱和值为60.2emu/cm3,载体通过磁场容易被分离回收;初始酶浓度为3.0mg/ml,pH为6.5,离子浓度为0.5mol/L、pH为7.0的磷酸盐缓冲溶液体系,纳米环氧基Poly(GMA-EGDMA-HEMA)载体对K.fragilisβ-D-半乳糖苷酶的固定化量为145.6mg/g,固定化酶活性的活力回收率为72.6%,同样条件下微米载体固定化的酶载量只有69.8mg/g。固定化酶具有良好的操作稳定性,分批连续反应10次,固定化酶的活力保存率为81.5%,固定化K.fragilisβ-D-半乳糖苷酶催化合成低聚半乳糖的最适温度为30℃,反应4小时GOS的产率达到最大。