邓啸
,
曹诗林
,
李宁
,
吴虹
,
ThomasJ. Smithd
,
宗敏华
,
娄文勇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61045-2
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.
关键词:
磁性四氧化三铁
,
纳米粒子
,
聚多巴胺
,
黑曲霉脂肪酶
,
二氢杨梅素
,
酰化
张媛媛
,
宗敏华
,
娄文勇
,
林颖敏
,
吴虹
催化学报
基于在反应体系中添加碳酸氢铵可有效地促进酶促外消旋对羟基苯甘氨酸甲酯不对称水解这一有趣现象的发现,探讨了利用有机介质中酶促外消旋对羟基苯甘氨酸甲酯不对称水解制备对映体纯D-对羟基苯甘氨酸及其衍生物的可能性,研究了不同来源的酶、摇床转速、水含量、对羟基苯甘氨酸甲酯浓度、反应介质及温度等因素对该反应的影响. 结果表明,在所研究的11种酶中脂肪酶Novozym 435对该反应的催化活性和对映体选择性较高,叔丁醇为最合适的反应介质,最适水含量为0.4%(V/V),对羟基苯甘氨酸甲酯的适宜浓度为20 mmol/L,最适摇床转速和反应温度分别为130 r/min和30 ℃. 在此优化条件下反应26 h后,底物转化率和产物ee分别为39.8%和95.2%.
关键词:
脂肪酶,Novozym 435,对羟基苯甘氨酸甲酯,不对称水解,D-对羟基苯甘氨酸,有机介质
韩龙
,
徐炎华
,
吴虹
,
郑小红
,
李磊
黄金
doi:10.3969/j.issn.1001-1277.2012.03.013
采用实际工业含氰废水,通过对比试验研究了氰离子(CN-)在D296强碱阴离子交换树脂Cl型和OH型上的吸附行为,从热力学和动力学方面对交换吸附过程进行了分析,初步探讨了吸附机理.试验结果表明:CN-在D296 Cl型和OH型树脂上的交换吸附是放热过程,同时符合Freundlich等温吸附方程；颗粒内扩散为CN-在D296 Cl型树脂上吸附速率的主要控制步骤,随着含氰废水初始质量浓度的增大,交换吸附量逐渐增大；D296 Cl型对CN-交换吸附性能优于D296 OH型.
关键词:
氰离子
,
离子交换树脂
,
吸附特性
,
动力学
,
热力学
李南薇
,
吴虹
,
宗敏华
,
娄文勇
催化学报
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%.
关键词:
扩展青霉脂肪酶
,
固定化
,
生物柴油
,
玉米油
,
甲醇
,
转酯反应
何俊
,
宗敏华
,
刘应瑾
,
张媛媛
,
吴虹
催化学报
对比研究了不同条件下苦杏仁醇腈酶催化乙酰基三甲基硅烷及其碳结构类似物3,3-二甲基-2-丁酮的转氰反应. 结果表明,苦杏仁醇腈酶催化乙酰基三甲基硅烷转氰反应的初速率及对映体选择性均高于其碳结构类似物在同一条件下的对应值. 动力学研究结果表明,苦杏仁醇腈酶催化乙酰基三甲基硅烷转氰反应的表观动力学参数为Km=27.12 mmol/L和vmax=7.05 mmol/(L*h),活化能为51.92 kJ/mol. 苦杏仁醇腈酶催化3,3-二甲基-2-丁酮转氰反应的表观动力学参数为Km=146.58 mmol/L和vmax=2.52 mmol/(L*h),活化能为75.04 kJ/mol. 根据硅原子的特性及酶反应机理合理解释了实验结果.
关键词:
有机硅化合物,苦杏仁,醇腈酶,乙酰基三甲基硅烷,3,3-二甲基-2-丁酮,不对称转氰
陈志锋
,
吴虹
,
宗敏华
催化学报
探讨了固定化脂肪酶Novozym 435催化高酸废油脂与乙酸甲酯酯交换生产生物柴油. Novozym 435能催化高酸废油脂与乙酸甲酯的酯交换反应,反应24 h后甲酯产率为77.5%,但该值大大低于以精制玉米油为原料时的甲酯产率(86.2%). 系统研究了反应体系中的水、游离脂肪酸和乙酸对反应的影响. 当反应体系中的水含量低于0.05%时,水对酶反应速率和甲酯产率影响甚小,而水含量高于0.05%时,酶反应速率和甲酯产率随着水含量的增加而降低. 游离脂肪酸对反应有较大影响,甲酯产率随着游离脂肪酸含量的增加而急剧下降. 乙酸甲酯与游离脂肪酸反应产生的副产物乙酸是导致甲酯产率显著下降的原因. 在反应体系中添加适量(油重的10%)的有机碱三羟甲基氨基甲烷或三乙胺可有效提高酶促高酸废油脂的酯交换反应速率和甲酯产率,使反应12 h后的甲酯产率分别达到85.9%和80.8%; 碱的加入还提高了酶的操作稳定性,添加有机碱三羟甲基氨基甲烷或三乙胺可使反应10批次后Novozym 435的相对酶活力分别由对照值86%提高到97%和93%.
关键词:
固定化脂肪酶
,
高酸废油脂
,
乙酸甲酯
,
酯交换反应
,
生物柴油
吴虹
,
宗敏华
,
娄文勇
催化学报
探讨了无溶剂系统中固定化脂肪酶Novozym 435催化餐饮业废油脂转酯生产生物柴油. 反应副产物甘油可吸附在固定化酶载体表面,采用丙酮洗涤除去甘油可提高酶的稳定性. 适宜的醇/油摩尔比、酶用量、反应温度和摇床转速分别为1, 6.6 U/g, 35～40 ℃和150 r/min,不宜加水到反应体系中. 采用分步加入甲醇的方式可减轻甲醇对酶的毒害作用. 分别在反应进行到6和14 h时用丙酮除去酶表面的甘油,然后按醇/油摩尔比为1的比例加入甲醇继续反应,反应30 h后产物中的脂肪酸甲酯含量为88.6%. 连续反应300 h后,酶活性基本没有下降.
关键词:
脂肪酶
,
固定化酶
,
废油脂
,
转酯反应
,
生物柴油
,
无溶剂系统
