囊泡状二氧化硅的制备及对脂肪酶的固定化研究

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以阳阴离子表面活性剂CTAB和SDS为双模板剂,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,通过添加不同量(TIPB:SDS=n:1, n=0,1)的1,3,5–三异丙基苯(TIPB)作为膨胀剂,利用水热合成法合成了囊泡状二氧化硅VS-0和VS-1。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附以及场发射扫描电子显微镜(FESEM)等表征手段对合成的材料进行表征。结果显示,VS-0和VS-1均具有层状排列的单室和多室囊泡结构,两种样品的平均孔径分别为15.24nm、20.51nm,比表面积分别为314m2g1、362m2g1,孔体积分别为0.92cm3g1、1.45cm3g1。同时,提出了VS-1合成机理的可能性解释,证明TIPB的处理是一种有效调控囊泡状二氧化硅孔径大小的手段之一。将VS-0和VS-1作为载体用于假丝酵母脂肪酶(CRL)的固定化研究,对比了自由酶和固定化酶催化三乙酸甘油酯水解的性能。VS-1-CRL较VS-0-CRL具有更高的酶负载量和催化活性;固定化酶比自由酶具有更优异的pH适应性和耐高温性:CRL的最佳催化条件为pH=7.0及T=35°C,而VS-0-CRL和VS-1-CRL的最佳催化条件分别为pH=8.0及T=50°C﹑T=60°C;同时具有较高的热稳定性和重复利用性:60°C水浴中热处理2.5h后,VS-0-CRL和VS-1-CRL仍能保持各自最初活性的46.91%和53.22%,而CRL则在热处理1.5h后酶活只保持在41.86%,重复利用6次之后,VS-1-CRL的酶活仍能保持其原始活性的33.92%,而VS-0-CRL的相对酶活仅保留25.74%,说明VS-1-CRL的重复利用效果更好。在酸性条件下,以三嵌段共聚物P123和阴离子表面活性剂SDS为共模板剂,TIPB为添加剂,通过调控不同的摩尔比SDS:P123=n:1(n=0.6,1.72),水热法合成出不同孔径的囊泡状二氧化硅VS-0.6和VS-1.72。SAXRD、FESEM、TEM、N2吸附-脱附等温曲线和FT-IR等表征结果显示,随着摩尔比SDS:P123的增加,材料的比表面积增大,而孔径和孔体积均减小。以VS-0.6和VS-1.72作为载体对CRL进行固定化研究,研究发现:在pH=7的磷酸缓冲液中吸附固定6h时,VS-1.72对CRL的固定量(431.57mg g1)高于VS-0.6的CRL固定量(384.69mgg1);与CRL的最适反应条件(pH=7.0、T=35°C)相比较,VS-0.6-CRL和VS-1.72-CRL的最适反应pH和温度(pH=8.0、T=50°C)发生了偏移,表明固定化酶具有较好的pH和温度适应性。与自由酶相比较,固定化酶具有较好的热稳定性和重复利用性,其中VS-1.72-CRL的热稳定性和重复利用性最好,在60°C水浴中热处理2.5h后其相对活性仍能保持在52%,6次重复利用实验后相对酶活还能剩余34%。利用水热合成法,以P123和阳离子表面活性剂CTAB为复合模板剂,在相同硅源和扩孔剂存在的条件下,制备了六方相的棒状和囊泡状共存的介孔二氧化硅MS-0.5(CTAB:P123=0.5:1)和MS-1(CTAB:P123=1:1)。从透射电镜图可以发现,两种样品均具有六方相排列的平行孔道和层状排列的多室囊泡结构,且包含孔径分布不均匀的介孔和大孔两种孔。通过对CRL的物理吸附研究,N2吸附-脱附分析结果显示酶分子已固定到载体材料的孔道当中,并且其在载体中的固定量按照MS-1(412.13mg g1)和MS-0.5(381.58mg g1)的顺序依次下降。通过研究水解pH和温度因素对自由酶和固定化酶催化性能的影响,结果显示固定化酶的耐碱性和耐温性更好。随着重复利用次数的增加,两种固定化酶的相对活性也随之降低,但是MS-0.5-CRL的活性下降较快。经过6次重复实验后,MS-1-CRL具有更好的重复利用性,其催化活性为初始活性的28%,而MS-0.5-CRL的相对活性仅达到25%。
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