纳米载体固定化脂肪酶及其在生物柴油转化中的应用进展

随着全球能源需求量的不断上升和日益加剧的环境压力,固定化脂肪酶在可持续生物柴油合成中的应用受到广泛关注。纳米材料,包括纳米粒子(磁性和非磁性)、碳纳米管和纳米静电纺丝,具有比表面积大、结构稳定、易于功能化修饰等优势,是固定化脂肪酶领域的重要载体之一。综述了纳米材料作为载体在脂肪酶固定化中的应用,重点介绍这类生物催化剂在生物柴油合成中的最新进展,并对纳米材料固定化脂肪酶发展前景进行展望,旨在为固定化脂肪酶的研究和工业化应用奠定基础。     

微生物脂肪酶稳定性研究进展

脂肪酶广泛应用于食品、药物、生物燃料、诊断、生物修复、化学品、化妆品、清洁剂、饲料、皮革和生物传感器等工业领域,微生物脂肪酶是商品化脂肪酶的重要来源。高温、酸性、碱性和有机溶剂等恶劣的工业生产环境使得脂肪酶的进一步工业应用受到限制,获取稳定性好的脂肪酶成为打破这一限制的关键环节。本文重点对提高微生物脂肪酶稳定性的策略进行了综述:挖掘极端微生物脂肪酶资源;利用定向进化、理性设计和半理性设计等蛋白质工程策略改造脂肪酶;利用物理吸附、封装、共价结合和交联等酶的固定化技术提高脂肪酶的稳定性;利用物理/化学修饰、表面展示以及多种改良策略相结合提高脂肪酶的稳定性。结合作者前期对酶工程的研究发现,新型酶催化剂的获得应该基于明确的设计思路,结合多种改造方法,基于定向进化-理性设计、定向进化-半理性设计、蛋白质工程-酶的固定化、蛋白质工程-物理/化学修饰、酶的固定化-物理/化学修饰等组合改造,比单一的改造方法具有更高的效率。     

硅藻土固定中性脂肪酶的制备及其性质

以硅藻土为载体,采用吸附法,对脂肪酶进行固定化,研究了固定化条件对固定化脂肪酶的催化活性的影响,得到最佳的固定化条件：给酶量为33374U/g,固定化温度为35℃,pH值为7.5,时间为4h,此时固定化酶的活力约为5833U/g载体。固定化酶的热稳定性较游离酶有了很大的提高,其在80℃以下能保持80%以上的酶活,而游离酶60℃残余酶活仅为5%。最适反应温度和最适pH值也分别由游离酶的40℃上升至50℃和由7上升到7.5。对固定化中的中性脂肪酶在生物柴油合成中的应用也进行了初步研究。     

固定化糖苷酶在糖苷类化合物合成中的应用

糖苷类化合物在医药、食品、表面活性剂和化妆品等领域应用广泛,通过糖苷酶催化糖苷类化合物合成具有原料成本低、反应条件温和等优点。糖苷酶催化过程可分为逆水解反应和转糖苷反应两大类,但反应体系中的水会限制反应的进行,而适当降低体系中的水活度可以有效提高糖苷酶的催化效率。但游离的糖苷酶在低水活度时容易失活,限制了糖苷酶在低水环境下的应用。固定化酶技术通过载体和酶的相互结合能够有效提高酶结构的稳定性,使得糖苷酶能够在低水环境下甚至有机溶剂体系中保持酶活,从而实现糖苷酶在低水活度环境下的应用,提升糖苷合成效率。从糖苷酶催化性质出发,文中归纳了近30年来糖苷酶固定化的相关研究,其中包括单一或综合的固定化技术,以及近些年发展的结合基因工程的固定化技术,为糖苷酶的固定化及糖苷合成提供了可借鉴的思路和方法。     

离子液体修饰的SBA-16材料在猪胰脂肪酶固定化中的应用

合成了功能化的甲基咪唑类离子液体,并将功能化离子液体修饰介孔材料SBA-16。以三乙酸甘油酯的水解为探针反应,考察离子液体修饰的SBA-16固定化猪胰脂肪酶(PPL)的酶活、最适反应条件及重复稳定性等酶学性质。结果表明:固定化酶对温度的敏感度降低,酶活力及稳定性均显著提高,比酶活是原粉SBA-16固定化酶的1.75倍,重复使用6次后仍然保持最初活性的57%;与原粉SBA-16固定化酶保留的38%相比,有明显的提高。同时通过N2吸附-脱附、红外光谱和热重等方法分析了离子液体修饰对SBA-16结构的影响,结果发现,离子液体修饰后材料保持了原有的介孔结构,修饰后载体表面性质和结构性质导致了PPL酶学性质的变化。     

环氧交联剂和氨基载体固定化海洋假丝酵母脂肪酶*

游离酶经过固定化后,稳定性和环境耐受性得到提高,在食品、医药、化工、环境和皮革等领域可以很好的提高酶的利用率并降低生产成本,具有极大的应用潜力。新型交联剂在固定化酶工艺的应用极大推进了固定化酶研究的深入。借助新型交联剂聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE),利用氨基载体LX-1000HA固定化海洋假丝酵母脂肪酶,结合单因素和正交试验优化得到交联及固定化条件为:交联温度30℃,交联2h,交联剂浓度0.75%,pH7.0,加酶量800U,载体量0.5g,固定化2h,固定化温度45℃。根据上述最佳固定化工艺,制备得到固定化酶LX-1000HA-PEGDGE-CRL在最适条件下测得酶活达到160.81U/g,约为此前制备的固定化酶LX-1000HA-GA-CRL(由LX-1000HA和戊二醛交联脂肪酶得到)和LX-1000EA-PEGDGE-CRL(由短链氨基载体LX-1000EA和PEGDGE交联脂肪酶得到)酶活的2倍,发现固定化酶LX-1000HA-PEGDGE-CRL的最适反应温度相比于游离酶提高15℃;在70℃的环境中3h后酶活仍存留70%;循环使用6次后残留65%左右的酶活;酸碱耐受性和储存稳定性也表现良好,4℃保存30天后剩余约70%的初始酶活。同时,将制备的固定化酶LX-1000HA-PEGDGE-CRL与游离酶、固定化酶LX-1000HA-GA-CRL、固定化酶LX-1000EA-PEGDGE-CRL进行了比较,发现固定化酶LX-1000HA-PEGDGE-CRL在温度耐受性和重复使用性等方面具有更好的使用效果。     

大孔树脂固定化脂肪酶及在微水相中催化合成生物柴油的研究

以不同大孔树脂吸附法固定化假丝酵母99_125脂肪酶,在微水有机相中的应用表明非极性树脂NKA是最佳的固定化载体。分别以正庚烷及磷酸盐缓冲液作为固定化介质,发现在正庚烷介质中树脂NKA的固定化效率能够达到98.98%,与采用磷酸盐缓冲液作为介质相比,固定化酶的水解活力和表观酶活回收率分别提高了4.07和3.43倍。考察了在微水相中固定化酶催化合成生物柴油的催化性能,结果表明,在给酶量为1.92∶1(初始酶粉与树脂的质量比),pH值为7.4,体系水含量为15%(水与油的质量比),反应温度为40℃条件下,固定化酶具有最佳的催化能力;以正庚烷为介质固定化脂肪酶催化合成生物柴油,采用三次流加甲醇的方式,单批转化率最高达到97.3%,连续反应19批以后转化率仍保持为70.2%。     

微乳液凝胶及其固定化脂肪酶研究进展

利用微乳液胶凝现象来固定化酶是90年代初建立起来的酶固定化新技术,该技术为胶束酶学在生物合成与转化领域的应用奠定了基础.就微乳液凝胶及其固定化脂肪酶的制备、性质、微观结构及其潜在应用作了带有知识介绍性质的综述.     

大孔树脂共吸附固定葡聚糖-脂肪酶催化合成香茅酯

以大孔树脂为载体对脂肪酶和葡聚糖进行共吸附固定,考察葡聚糖的共吸附对脂肪酶固定化效果的影响,并应用所得固定化酶在无溶剂体系催化合成月桂酸香茅酯。结果表明:在固定化过程中添加终质量浓度为0.75mg/m L的葡聚糖可提高固定化酶酶活回收率,使用该固定化酶在无溶剂体系催化月桂酸与香茅醇酯化,酶的催化效率及操作稳定性均有提高。在底物月桂酸与香茅醇物质的量的比为1∶1,加入1 U的固定化脂肪酶,在50℃时无溶剂体系中反应10 h,反应的酯化率达95.3%。添加终质量浓度为0.75 mg/m L的T-20及T-40(葡聚糖相对分子质量为2×10~4和4×10~4)制备的固定化酶可将到达95%酯化率的反应时间缩短至6 h,其中添加T-40的固定化酶经10次连续催化后,仍保持75%以上的催化活性。     

磁性纳米粒子固定化酶技术研究进展

磁性纳米粒子因兼具磁学特性和纳米材料独特性能,被广泛应用于各个领域。就磁性纳米粒子的种类、特性、制备和表面修饰四个方面展开介绍,综述了脂肪酶、漆酶、淀粉酶及其复合酶等生物酶固定化酶技术的最新研究动态,针对磁性纳米粒子在固定化酶技术的研究应用现状进行了总结,以期为磁性纳米粒子固定化酶技术的应用研究提供参考。     

酶法合成医药级油酸失水山梨醇酯成功通过鉴定

由无锡轻工大学生物工程学院承担的江苏省科技厅应用基础研究项目“酶促生物转化医药级油酸失水山梨醇酯合成的研究”日前通过了由江苏省科技厅组织的鉴定。该成果从增强技术创新、提高我国生物转化产业的技术水平出发 ,以高纯油酸为原料 ,用微生物来源的脂肪酶在非水相减压体系中酶法合成和制备医药级油酸失水山梨醇酯。与传统方法相比 ,该技术采用固定化微生物脂肪酶酶促反应转化油酸山梨醇酯 ,具有反应条件温和、节省能耗 ,反应的特异性高 ,副产物少 ,安全性强 ,产品品质高等特点。其中固定化微生物脂肪酶酶促反应 1 0批次后的酶活力仍然…     

有机溶剂中固定化脂肪酶催化硅醇的酯化反应

固定化Mucor miehei脂肪酶可催化有机硅醇和脂肪酸的酯化反应．对固定化酶用量、脂肪酸链长、不同有机硅醇底物、有机溶剂极性和水含量等影响因素进行了初步研究．     

酶催化法制备新型结构脂质研究进展

结构脂质是一类具有营养保健功效的酯类化合物,可潜在地预防或辅助治疗特定疾病。以酶为核心的生物催化法,在结构脂质的制备中扮演着关键的角色。本文根据脂质的结构特点,从各类结构脂质的功能、脂肪酶的选择、酶载体材料的设计、固定化脂肪酶制备以及应用等方面分别介绍了LML型中长链结构脂、长链多不饱和脂肪酸结构脂、人乳脂替代品及含共轭亚油酸甘油三酯等新型结构脂质的酶法制备手段和技术,总结了制备各结构脂质的常用脂肪酶种类,重点介绍了固定化酶中载体材料的理性设计对脂肪酶活性及结构脂质产率的影响。今后,此方面的研究可围绕新脂肪酶资源发掘,新型固定化酶载体材料的设计与合成,结构脂质的制备方法拓展、反应体系构建及新生产工艺开发等方面进行。     

氨基载体共价结合固定化海洋假丝酵母脂肪酶

共价结合法是重要的工业酶固定化方法,利用稳定的共价键固定化工业酶,在载体和酶间形成多点共价连接,可以制备稳定性较好的固定化酶,更具有实际应用价值。利用氨基载体共价结合固定化海洋假丝酵母脂肪酶,采用较为廉价的戊二醛进行辅助交联,通过单因素和正交试验,确定最佳固定化条件为:25℃、pH5. 0、0. 1%戊二醛、0. 25g载体、交联0. 5h、固定化1h、加酶量为800U,最终得到的固定化酶酶活达到83. 01U/g。固定化脂肪酶的最适pH较游离酶向碱性方向偏移,最适反应温度提高10℃,固定化酶的热稳定性和酸碱稳定性比游离酶好且重复使用性和储存稳定性明显优于游离酶。同时发现交联剂是制备固定化脂肪酶的重要因素,因此探索新型交联剂对于固定化效果的提高具有重要意义,为海洋假丝酵母脂肪酶的固定化工艺技术和工业应用奠定了良好基础。     

高分子载体固定化酵母脂肪酶的研究

合成了一系列丙烯酸甲酯－双甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸羟乙酯－双甲基丙烯酸乙二醇酯、苯乙烯－双甲基丙烯酸乙二醇酯交联共聚物作为固定化酵母脂肪酶的载体,比较了这些载体固定化酵母脂肪酶催化橄榄油水解反应的效果,结果发现疏水性较强的苯乙烯－双甲基丙烯酸乙二醇酯交联共聚物固定化酵母脂肪酶的效果最好．比较了酵母脂肪酶溶液和苯乙烯－双甲基丙烯酸乙二醇酯文联共聚物固定化酶催化橄榄油水解反应的最适ｐＨ值、最适离子强度、最适温度和Ｋ＿ｍ值．同时考察了苯乙烯－双甲基丙烯酸乙二醇酯交联共聚物固定化酶在有机溶剂中催化十六酸戊酯合成反应的活力．     

酶的固定化技术最新研究进展

酶是一种高效、绿色、应用广泛的生物催化剂,因其固定化形态在多种性质上均优于游离态,酶固定化技术应运而生并不断发展。我国固定化技术研究始于20世纪70年代,目前固定化酶在食品、医疗、能源、环境治理等领域得到了广泛的应用,但现有固定化技术仍存在适用范围小、成本较高等缺陷。因此,在较为成熟的传统固定化技术基础上,研究者们对新型固定化技术的研究与创新进行了大量尝试,形成了一批以固定化载体和固定化方式为核心的新型固定化技术。文中作者结合团队十余年对固定化技术的研究和理解,归纳介绍了新型酶固定化技术的发展方向和应用趋势,并阐述了对固定化技术未来发展的理解和建议。     

微生物脂肪酶资源挖掘及其催化性能改良策略

脂肪酶催化在食品、医药、化工、能源等领域发挥重要作用.开发新型微生物脂肪酶资源,对脂肪酶进行修饰改良,是脂肪酶催化领域的重要研发内容.极端微生物和不可培养微生物脂肪酶的发掘是获取新型工业催化剂的热点;体外定向进化、杂合酶、表面展示等蛋白质工程等分子生物学技术手段为开发特定性质"新酶"提供了有力工具;生物印迹、pH记忆、定向固定化、交联酶晶体、脂质体包埋等高效物理化学修饰方法拓宽了脂肪酶原有的催化性质.微生物脂肪酶资源挖掘及其改良将推动脂肪酶的生物催化产业快速发展.     

共固定化生物催化剂的制备及其应用

固定化酶和固定化细胞业已用于工业、化学分析、环境保护等领域。近年来建立的酶与微生物细胞(或二种微生物细胞)共固定化技术,进一步扩大了固定化生物催化剂的应用范围。本文就共固定化生物催化剂的制备方法及其在食品发酵工业中的应用作一概要介绍。     

脂肪酶及其在化学品合成中的应用

脂肪酶催化过程具有高效和高选择性、条件温和以及环境友好等特点。目前可再生能源和绿色化工领域对新型酶催化转化技术的迫切需求使得越来越多的脂肪酶被应用到生物柴油、精细化学品和医药中间体合成的领域。本文主要介绍了脂肪酶的催化技术及其在化学品合成中的应用。     

脂肪酶的固定化及其性质研究

采用吸附与交联相结合的方法国定化脂肪酶,研究了脂肪酶固定化的工艺条件,并考察了固定化脂肪酶的催化性能和稳定性。试验结果表明,WA20树脂固定化脂肪酶的最适条件是：酶液pH7．0、给酶量300IU／g树脂、固定时间8h,所得固定化脂肪酶的活力约为165IU／g树脂;固定化酶稳定性较高,在冰箱内贮存6个月活力没有下降,操作半衰期约为750h,而未用戌二醛文联的固定化脂肪酶操作半衰期仅约290h;固定化脂肪酶催化橄榄油水解的最适条件是：PH8．0、温度55℃、底物浓度60％（V／V）、搅拌转速500r／m。