【摘 要】
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酶催化反应精馏(ERD),是一种基于反应精馏(RD)改良的工艺流程,其采用固定化酶替代了传统RD中的酸碱催化剂。ERD因其高的底物选择性和温和的工艺条件而备受研究者们的青睐。然而,要将ERD应用到工业生产过程,解决固定化酶催化剂的成本和稳定性等限制因素是至关重要的。因此,本文将南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)通过疏水相互作用固定于商业树脂“NKA”中,同时通过串联的反应对固定化酶进行聚乙二醇化修饰
【基金项目】
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国家自然科学基金(NO.21878066); 天津市企业科技特派员项目基金(NO.18JCTPJC56500);
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酶催化反应精馏(ERD),是一种基于反应精馏(RD)改良的工艺流程,其采用固定化酶替代了传统RD中的酸碱催化剂。ERD因其高的底物选择性和温和的工艺条件而备受研究者们的青睐。然而,要将ERD应用到工业生产过程,解决固定化酶催化剂的成本和稳定性等限制因素是至关重要的。因此,本文将南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)通过疏水相互作用固定于商业树脂“NKA”中,同时通过串联的反应对固定化酶进行聚乙二醇化修饰。考察了固定化酶的催化性能和稳定性,并对固定化酶催化剂催化酯交换反应合成乙酸正丁酯的本征动力学进行了研究。主要研究内容如下:第一部分,将CALB通过疏水相互作用固定于大孔吸附树脂“NKA”中(NKACALB);同时,优化了NKA-CALB的制备条件,得出了固定化中最佳吸附时间、最适缓冲液p H、最佳酶与载体比例和最优干燥方式;并且,利用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段对NKA-CALB进行表征,结果表明CALB成功固定于NKA大孔吸附树脂上;再者,研究NKA-CALB的酶学稳定性,相较于游离酶,NKA-CALB具有更好的热稳定性、p H稳定性、有机溶剂耐受性和储存稳定性;最后,将NKA-CALB应用于正丁醇与乙酸乙酯的酯交换反应中,其展现出优于游离酶和Novozyme435的催化性能和操作稳定性。第二部分,对NKA-CALB进行进一步的聚乙二醇化修饰,得到NKA-CALBPEGylated;利用红外光谱分析(FT-IR)、热重分析(TG)、比表面积分析(BET)、接触角测定(θ)等表征方法对NKA-CALB-PEGylated进行表征,表明NKA-CALB成功聚乙二醇化,并且具有更优的热稳定性;研究了NKA-CALB-PEGylated的酶学稳定性,相较于NKA-CALB,NKA-CALB-PEGylated具有更好的热稳定性、p H稳定性、有机溶剂耐受性和储存稳定性;最后,NKA-CALB-PEGylated在催化正丁醇与乙酸乙酯的酯交换反应中展现出优于NKA-CALB的催化性能和操作稳定性。第三部分,在间歇反应釜中进行了NKA-CALB-PEGylated催化剂催化正丁醇与乙酸乙酯的酯交换反应的本征动力学研究,确定了转速、催化剂用量、酯醇摩尔比和温度等最优反应条件,将试验数据拟合得到反应动力学方程,比较试验值与计算值,结果表明此宏观动力学方程具备合理性。
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