海藻酸-SiO2杂化凝胶固定化洋葱伯克霍尔德茵脂肪酶的研究

利用四乙氧基硅烷（TEOS）原位水解法将SiO2掺杂于海藻酸（ALG）凝胶中,通过双交联制备出新型ALG—SiO2杂化凝胶以固定化洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶。结果表明,固定化酶的最优条件：质量分数为2．0％的ALG、0．2mol／LCaCl2、V（ALG）／V（TEOS）为5、加酶量为1gALG加100mg酶粉、固定化60min、采用直径为0．8mm的针头滴定、真空冷冻干燥。在此条件下,酶蛋白的包埋率可达100％,酶活回收率可达91％。固定化酶的最适pH为8．0,最适作用温度为50℃,重复使用8次后,酶活性仍能保持80％以上。ALG—Si02杂化凝胶的场扫描电镜（FESEM）观察发现凝胶的整体构造仍然是海藻酸凝胶骨架;与ALG凝胶平滑的内部相比较,杂化凝胶仍具有完整的网络结构,但内部更为粗糙,结构更为致密。     

根瘤菌BK-20固定化细胞生产L(+)-酒石酸

顺式环氧琥珀酸水解酶(CESH)是根瘤菌BK-20生产L(+)-酒石酸的关键酶。为提高其生产效率和生产稳定性,首先优化根瘤菌BK-20的产酶条件,然后利用固定化细胞连续生产L(+)-酒石酸。结果显示,优化后游离细胞酶活达(3 498.0±142.6)U/g,较优化前提高643%。固定化细胞酶活达(2 817.2±226.7)U/g,其最适包埋剂、菌体浓度和凝胶浓度分别为海藻酸钠,10%(W/V)和1.5%(W/V)。固定化细胞连续反应10批后,其形状和酶活均无明显改变,单批次转化率达98%以上,具有良好的生产稳定性。     

海藻酸钠固定化重组川芎咖啡酸-3-O-甲基转移酶

利用IPTG诱导含有川芎咖啡酸-3-O-甲基转移酶(LCCOMT)的大肠杆菌工程菌E.coli BL21(DE3)/pET28a-LCCOMT,经Ni~(2+)亲和层析、质谱鉴定获得纯化的LCCOMT。采用海藻酸钙凝胶包埋固定LCCOMT,单因素实验考察最佳固定化条件对固定化酶活力的影响,并确定了固定化酶的最适温度、pH值、Km、Vmax与反应批次等酶学性质。确定的条件分别为海藻酸钠质量分数1.5%,CaCl_2浓度2.5 g/L,固定化时间2 h,载体与酶质量比40 000∶1。通过正交实验确定最终固定化条件为CaCl_2浓度2.5 g/L,海藻酸钠质量分数2.0%,固定化时间1 h,载体与酶质量分数35 000∶1时,固定化效果最好,此时相对酶活力为75.43%。固定化酶的最适催化温度为37℃、最适pH值为7.5,较游离酶分别增加0℃和0.5;Km、Vmax分别增高0.40和0.74;实验确定固定化酶的半衰期,连续使用6次,酶活力仍保留50%。     

树脂载体固定S-腺苷甲硫氨酸合成酶的研究

目的:筛选一种适合S-腺苷甲硫氨酸合成酶固定化的树脂载体,进行固定化工艺优化及固定化酶性质研究。方法:以固定化率和表观酶活回收率为指标,筛选固定化效果最佳的一种树脂,采用单因素实验对固定化条件进行优化。结果:阴离子交换树脂载体ESR-2表现出最优的固定化率(94.03%)和酶活回收率(47.45%);最佳固定化条件为加酶量4U/g、pH 8.0、15℃吸附10h,最佳条件下固定化酶表观酶活为2.1U/g,表观酶活回收率达51.6%。固定化酶的最适pH为8.5,最适温度为35℃,连续反应10批次后酶活剩余77.92%。结论:树脂载体ESR-2固定化S-腺苷甲硫氨酸合成酶酶活及稳定性较好,能够用于S-腺苷甲硫氨酸的工业化大规模生产。     

D-阿洛酮糖3-差向异构酶在枯草芽孢杆菌中的高效表达及固定化细胞研究

将来源于Clostridium cellulolyticum H10的DPEase基因在食品级表达系统Bacillus subtilis中进行产酶研究,在3L发酵罐中高密度发酵最终酶活可达495U/ml,得到高表达量的DPEase酶液。通过硅藻土-海藻酸钠(吸附包埋法)对重组细胞进行固定化研究,结果表明,当海藻酸钠浓度为2%、细胞包埋量为50g/L、CaCl_2浓度为2%、硅藻土浓度为1%时,固定化细胞酶活回收率可达64%,固定化细胞与游离细胞相比最适pH不变,最适温度提高5℃,热稳定性明显提高,连续反应7个批次后转化率仍然为28%,仍保持81%的残余酶活,具有很高的工业应用价值。     

亚栖热菌透性化细胞的耦合固定化研究

将海藻酸盐凝胶包埋法与交联法和聚电解质静电自组装覆膜法相耦合,对含有海藻糖合酶活性的亚栖热菌的透性化细胞进行了固定化研究。结果表明,利用重氮树脂和聚苯乙烯磺酸钠对海藻酸凝胶微球交替覆膜,可以显著提高凝胶微球在磷酸盐缓冲液中的稳定性,以碳二亚胺对固定化细胞进行交联处理则可以提高固定化细胞中海藻糖合酶的热稳定性。透性化细胞经包埋－交联－覆膜耦合固定化后,酶活回收率为32％,最适酶反应pH值由6.5左右升至7.0左右,最适反应温度未变,仍为60℃。所得固定化细胞间歇反应时,催化麦芽糖转化为海藻糖的转化率可达60％,重复使用4次（每次50℃、反应24h）,酶活损失小于20％,转化率可保持在50％以上。     

d-阿洛酮糖3-差向异构酶重组枯草芽孢杆菌构建及固定化应用

d-阿洛酮糖3-差向异构酶 (d-allulose-3-epimerase) 是异构化d-果糖生成d-阿洛酮糖 (d-allulose) 的关键酶。为提高d-阿洛酮糖3-差向异构酶的热稳定性并获得可重复使用的d-阿洛酮糖3-差向异构酶重组枯草芽孢杆菌固定化细胞,N端融合双亲短肽,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS-PAGE) 分析,异源d-阿洛酮糖3-差向异构酶在枯草芽孢杆菌中正确折叠,蛋白大小为33 kDa。40 ℃孵育48 h,SAP1-DSDPEase残余酶活仍保持在58%。固定化细胞最优条件为海藻酸钠浓度2%、二氧化钛添加量1︰4 (二氧化钛︰海藻酸钠)、氯化钙溶液浓度2%、戊二醛0.02%作为交联剂。该条件下固定化细胞酶活回收率高达82%,固定化细胞与游离细胞相比,最适反应温度不变均为80 ℃,热稳定性提高,连续10次操作使用,酶活回收率仍保留58%,机械强度仍保持100%,转化率仍保持在28.8%,残余酶活保持在70.5%。在海藻酸钠溶液中加入二氧化钛可减少固定化细胞的细胞泄露,增大了机械强度。     

利用基因工程菌HC01固定化细胞转化生产D-对羟基苯甘氨酸

对一菌两酶工程菌HC01转化底物DL-对羟基苯海因(DL-HPH)的最适条件及其细胞固定化进行了研究,HC01游离细胞转化DL-HPH的最适条件为40°C、pH7.5。通过对固定化细胞酶活力测定,确定细胞固定化的最优条件为海藻酸钠浓度2.5%、细胞浓度0.029g/mL、钙离子浓度3%。固定化HC01的热稳定性比游离细胞高5°C,二价金属离子Mn2+、Mg2+、Cu2+、Co2+和Ni2+在浓度为0.1mmol/L时对固定化细胞中D-海因酶(HYD)和N-氨甲酰-D-氨基酸酰胺水解酶(CAB)两酶的活力无显著影响,Mn2+和Mg2+可分别使游离细胞中CAB活力提高至原来的2.1和2.7倍。在氮气保护下,当初始pH为9.0、转化温度为40°C、转速为80r/min,利用固定化HC01转化30g/L的DL-HPH时,36h后转化率可达97%左右,产物D-HPG经纯化后光学纯度达到99.7%,得率可达85%。     

固定化细胞拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的研究

【目的】筛选鉴定一株产酯酶用于选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,利用该菌株固定化细胞催化拆分外消旋底物。【方法】通过富集培养、罗丹明B平板初筛及复筛培养获得一株选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,通过对其形态、生理生化特征及16S r DNA序列分析,确立该菌株系统发育地位。优化了利用硅藻土-戊二醛吸附交联法对该菌体细胞固定化的条件,研究固定化细胞催化性质及操作稳定性。【结果】该菌为革兰氏阴性菌,鉴定其为甲基球状菌属(Methylopila)。固定化体系最优条件:聚乙烯亚胺0.15%(V/V),戊二醛0.2%(V/V),硅藻土6 g/L,菌体质量浓度100 g/L。与游离细胞相比,固定化细胞最适p H由8.0变为8.5,最适温度由35°C变为40°C,p H稳定性和温度稳定性都有所提高。Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ca~(2+)能促进酶活,Zn~(2+)、Fe~(2+)抑制酶活。固定化细胞的有机溶剂耐受性较游离细胞有所提高。动力学分析细胞固定化后Km值变大,底物亲和力降低。利用固定化细胞水解(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯,底物浓度200 g/L,反应20 h,保留构型为S型,得率47.8%,对映体过量值ees为99.4%,重复使用12次后仍保留初始酶活的80%以上。【结论】开发了利用Methylopila sp.cxzy-L013固定化细胞择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的工艺,该工艺具有良好的工业应用前景。     

海藻酸钙凝胶包埋法制备固定化小球藻

采用海藻酸钙凝胶包埋法对普通小球藻进行固定化,考察了海藻酸钠浓度、Ca Cl2浓度、胶球直径和胶球培养密度对固定化小球藻生长的影响,比较了游离和固定化小球藻细胞的生长特性,并测试了固定化小球藻的连续培养性能。结果表明,小球藻适宜的固定化条件为:海藻酸钠浓度2%(W/V)、Ca Cl2浓度1.5%(W/V)、凝胶球直径3 mm、凝胶球培养密度200粒/100 m L;与游离态小球藻相比,固定化小球藻的生长周期较长,在对数期后期和稳定期的生长态势优于游离态细胞,并可实现重复循环利用;连续培养实验显示,在优化条件下制备的固定化小球藻可连续使用200 h左右,有望用于生物催化和生物转化中的连续反应体系。     

ALG-SiO2杂化凝胶固定化多酶体系催化CO2转化甲醇研究

采用甲酸脱氢酶（FateDH）、甲醛脱氢酶（FaldDH）和醇脱氢酶（ADH） 3种脱氢酶为催化剂,以原型烟酰胺腺嘌呤二核甙酸（NADH）作为电子供体,通过3步连串反应将CO2转化为甲醇。采用正硅酸甲酯原位水解方法将二氧化硅掺杂于海藻酸（ALG）溶胶中,通过双交联制备出新型ALG-SiO2杂化凝胶。与ALG凝胶相比,ALG-SiO2结构更加紧密,酶的泄漏率大大降低,酶活性得以很好保持。将酶包埋于ALG-SiO2后,存放60 d以后或重复使用10次以上,酶活性都能保持80%以上,与之相比,包埋于ALG凝胶中的酶活性几乎完全丧失。     

环氧树脂固定化L-谷氨酸氧化酶

通过环氧树脂作为载体对经(NH4)2SO4盐析处理后的L-谷氨酸氧化酶(LGOX)进行固定化,优化固定化工艺条件,并利用固定化LGOX转化产α-酮戊二酸(α-KG)。结果表明:饱和度45%的(NH4)2SO4为最佳盐析浓度;当选用环氧树脂ES-105作为固定化载体、树脂加量为20 m L酶液(14 U/m L)加入3.5 g载体、固定化K3PO4缓冲液浓度为0.2 mol/L(p H 7.0)、固定化温度25℃、固定化时间24 h时,固定化LGOX酶活力最高,其酶活回收率为85.9%,比酶活55.7 U/g。利用该固定化酶转化L-谷氨酸产α-KG,当谷氨酸钠质量浓度为100 g/L,反应20 h,产物收率达98.2%。固定化酶重复使用14批次后,产物收率仍有90%以上;重复使用20批,收率有83.2%。因此,该固定化酶具有具良好的操作稳定性。     

重组菌BL21/pET22b-argE固定化条件研究

研究了基因工程菌BL21/pET22b-argE固定化条件。最适包埋材料为海藻酸钙,优化后的包埋条件为海藻酸钠20g.L-1(含有12 g.L-1菌液)滴至2%CaCl2溶液中,固定化16 h。固定化细胞酶拆分蛋氨酸的速率比游离细胞酶慢,但其终极拆分能力与游离细胞酶相当。固定化细胞酶反复利用8批时酶活仍保持在95%以上,具有很好的工业应用优势。     

高分子膜载体固定化木瓜蛋白酶

在浸润条件下,以0.5%(v/v)戊二醛交联的高分子膜尼龙载体固定化木瓜蛋白酶。对固定化条件进行了优化,比较了固定化酶与游离酶的酶学参数。结果表明,4℃、pH6.0条件下,将膜载体浸润于2mg/mL酶液中5h,固定化酶活为303.4U/g。固定化酶最适反应pH为6.0～7.0,最适反应温度为65℃。其pH稳定性、热稳定性均比游离酶高。     

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。     

聚乙二醇二缩水甘油醚交联氨基载体LX-1000EA固定化脂肪酶 *

聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)作为双功能环氧试剂,在实验中被用于交联氨基载体LX-1000EA共价固定化海洋脂肪酶,经过处理后的载体共价固定化脂肪酶具有良好的效果。实验经过单因素初筛和正交试验,得到最佳的交联及固定化条件为0.75%交联剂浓度、交联温度35℃、交联时间3h、载体量1.25g、pH9.0、固定化温度55℃、固定化时间1h。对LX-1000EA-PEGDGE固定化酶与游离酶、戊二醛(GA)交联LX-1000HA-GA的固定化酶进行酶学性质的比较,发现LX-1000EA- PEGDGE固定化酶较游离酶最适反应温度未改变,与LX-1000HA-GA相同的是最适反应pH都由7.0提高为8.0。在最适条件中所测LX-1000EA-PEGDGE酶活达到78.84U/g,固定化改变了游离酶的酸碱耐受性,热稳定性和操作稳定性较游离酶和LX-1000HA-GA固定化酶均有提高。LX-1000EA-PEGDGE的热稳定表现优异,在60℃孵育3h后保留90%酶活;使用5次后仍能残余50%酶活;保存30天酶活仍保留60%。首次使用新型双环氧交联剂PEGDGE交联有机氨基载体共价结合固定化脂肪酶,为更有效的固定化方法提供了技术支持,同时也发现交联剂对固定化酶的性质存在较大影响。     

基于金属有机框架的固定化酰胺酶制备及催化合成(S)-4-氟苯甘氨酸

以微水溶剂热法快速制备的稳定锆基金属有机框架为载体,戊二醛为交联剂,采用交联法对酰胺酶进行固定化,考察了不同条件对酰胺酶固定化效率的影响。结果表明,戊二醛浓度为1.0%、交联时间为180 min、载体与酶的质量比为8︰1,固定化效率最佳,固定化酶活力回收率达86.4%,蛋白负载量达115.3 mg/g。固定化酶最适温度为40 ℃,最适pH值为9.0,在40 ℃下半衰期为72.2 d,该固定化酶的Km为58.32 mmol/L,Vmax为16.23 μmol/(min·mg),kcat为1 670 s–1。此外,考察了固定化酶催化合成 (S)-4-氟苯甘氨酸的工艺：最适底物浓度300 mmol/L,固定化酶用量10 g/L,反应时间180 min,在最佳反应条件下转化率达49.9%,对映体过量 (Enantiomeric excess,e.e.) 为99.9%。进一步考察了该固定化酶分批催化反应性能,重复使用20批次后,固定化酶活力仍保留95.8%。     

D-泛解酸内酯水解酶的固定化及酶学性质

为有效提高D-泛解酸内酯水解酶的利用效率,笔者选择合适的载体对酶进行固定化,在优化固定化条件的同时研究固定化酶的最佳反应条件和酶学性质。结果表明,选择的最佳固定化载体为树脂D380,最佳固定化条件为:酶的吸附添加量为30 U(以1 g湿树脂计),吸附pH 7.0,吸附温度30℃,吸附时间5 h,戊二醛体积分数0.1%,交联时间1 h。在最优条件下得到的固定化酶的比酶活为(11.5±0.12) U/g。固定化酶的最适反应温度为37℃,最适反应pH为7.5。游离酶和固定化酶的动力学常数K_m分别为170.25和207.60 mmol/L。Ca~(2+)对酶促反应有激活作用,Mn~(2+)对该酶有较强的抑制作用。     

过氧化氢酶-无机杂化纳米花的制备及催化特性

过氧化氢酶(catalase,CAT)是一种在食品、医疗、纺织等领域广泛应用的工业酶,具有催化效率高、专一性强、绿色环保等突出特点。工业中游离过氧化氢酶无法回收再利用,导致以其为核心的工业生物转化过程成本较高。开发一种简单、温和、低成本并且体现绿色化学理念的方法对过氧化氢酶进行固定化有望提高其利用率并且强化酶学性能,具有迫切的现实需求。本研究将源自枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)168的过氧化氢酶KatA在大肠杆菌中进行重组表达,之后将分离纯化得到的纯酶以酶-无机杂化纳米花形式制备成固定化酶并进行酶学性质研究。结果显示,利用乙醇沉淀、DEAE阴离子交换层析、疏水层析3步纯化,最终获得电泳纯的重组KatA,之后通过优化制备条件获得了一种新型KatA/Ca₃(PO₄)₂杂化纳米花固定化酶。酶学性质研究结果显示,游离酶KatA的最适反应温度为35℃,KatA/Ca₃(PO₄)₂杂化纳米花的最适反应温度为30−35℃,二者最适反应pH值均为11.0。游离酶KatA和KatA/Ca₃(PO₄)₂杂化纳米花在pH4.0−11.0和25−50℃条件下均表现出较好的稳定性。KatA/Ca₃(PO₄)₂杂化纳米花显示出比游离酶KatA更好的储存稳定性,在4℃储存14d后仍保留82%的酶活力,而游离酶仅具有50%的酶活力。此外,纳米花在进行5次催化反应后仍具有55%的酶活力,表明其具有较好的操作稳定性。动力学研究结果显示,游离酶KatA对底物过氧化氢的K_m为(8.80±0.42)mmol/L,k_cat/K_m为(13151.53±299.19)L/(mmol·s);而KatA/Ca₃(PO₄)₂杂化纳米花的K_m为(32.75±2.96)mmol/L,k_cat/K_m为(4550.67±107.51)L/(mmol·s)。与游离酶KatA相比,KatA/Ca₃(PO₄)₂杂化纳米花对底物过氧化氢的亲和力下降,同时其催化效率也有所降低。综上所述,本研究以Ca²⁺作为自组装诱导剂,成功将KatA以酶-无机杂化纳米花形式制备成固定化酶,不仅对部分酶学性能实现了强化,而且为固定化过氧化氢酶的绿色制备和规模化应用奠定了基础。     

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。