杂化纳米生物催化剂CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8的构建及性能

以脂肪酶(lipase,CALB)为模型酶,利用功能性纳米材料四氧化三铁纳米粒子与金属有机骨架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-8相杂化的同时,将CALB包埋在杂化材料中,制备杂化纳米生物催化剂CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8,研究了温度、机械搅拌转速、光照条件以及Fe_(3)O_(4)添加量对CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8活性的影响,获得制备CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8的最佳条件为:温度20℃、转速400 r/min、光照波长380 nm、Fe_(3)O_(4)质量5 mg。在此条件下CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8的最大酶活回收率82%,比优化前提高了16%。随着具有光热效应的Fe_(3)O_(4)纳米粒子的加入,CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8表现出较强的光热效应,光照(光强和光照波长)显著提高酶与底物的亲和力和反应速率,使CALB@Fe_(3)O_(4)@ZIF-8表现出更高的酶活力。该研究为开发新型功能性纳米杂化MOF固定化酶生物催化剂提供参考。

酶固定化技术的最新研究进展

酶作为一种催化性能好且安全可靠的生物催化剂,在食品、医药及环境治理等诸多领域得到了广泛应用,但因受限于游离酶较差的环境稳定性而难以实现进一步的工业化应用。酶固定化技术有助于提高游离酶对敏感环境的耐受性和操作过程中的稳定性,大大缩减了应用成本。回顾了近五年内固定化技术的发展及现状,总结了吸附法、结合法等传统固定化方法,共固定化酶法等新型固定化方法,以及天然材料载体、复合材料载体和纳米载体等不同固定化载体在各个领域的研究进展。相比于游离酶,固定化酶体系在稳定性和重复使用性等方面得到了显著提升,但同时也存在一些不足,如固定后的活性回收率降低、载体合成途径繁琐且成本较高以及固定化酶作用机理尚不完善等。结合这些不足之处提出了酶固定化技术在未来的发展方向。

贻贝仿生涂层修饰聚合物微球固定化脂肪酶的制备及应用

为构建新型固定化酶催化体系,以聚甲基丙烯酸缩水甘油酯为载体,利用贻贝仿生技术——多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积进行修饰,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、Zeta电位及红外光谱(FT-IR)表征所得材料,并研究其固定化近平滑假丝酵母CICC 33470所产脂肪酶的表征及酶学性质。最佳酶固定化条件为:固定化温度为30℃,固定化pH为7.0,固定化时间为5 h,初始酶活为337.76 U/mL,载体添加量为0.2 g。固定化酶最佳反应温度为50℃,最佳反应pH为8.0,最佳反应时间为10 min,最优条件下固定化酶酶活为484.42±5.97 U/g-载体。固定化酶的稳定性明显提高,重复使用8次后,固定化酶仍有39.22%的初始酶活。进一步将固定化酶用于催化乙酰丙酸与十二醇的酯化反应,转化率可达75.94%,充分证明聚甲基丙烯酸缩水甘油酯经修饰后是固定化脂肪酶的优良载体,为未来扩大脂肪酶的应用范围提供了基础数据。

VKT多肽介导的固定化疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶催化制备生物柴油

生物柴油是一种环境友好的生物液体燃料,对于酶法生产生物柴油,迫切需要找到廉价和高效的固定化脂肪酶。本研究利用固体结合肽(SBPs)VKT,将其与疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶(Thermomyces lanuginosus lipase,TLL)融合构建融合脂肪酶,并将其固定化在硅基材料上,获得了一种新型的生物催化剂。在所测试的硅基材料(ZSM-5、Na-Y、SAR-100、MCM-41和SiO_(2)微粉)中,固定在ZSM-5沸石上的TLL-VKT(TLL-VKT@ZSM-5)表现出最佳的固定化效率和最大负载,且具有优异的pH、温度、储存和洗脱稳定性。以TLL-VKT@ZSM-5为生物催化剂,对麻疯树籽油进行转酯化反应,48h生物柴油得率即达到93.9%。此外,TLL-VKT@ZSM-5还表现出较高的重复使用性能,在7次重复使用后,生物柴油得率依然保持71.9%。本研究的酶固定化方法具有简单高效、稳定性高和重复使用性能高等优点。本研究显示VKT肽在酶蛋白固定化的应用方面具有较好前景。

脂肪酶固定化常用载体及方法的研究进展

脂肪酶被广泛应用于生物传感器、精细化工和生物催化等诸多领域,在此情形下脂肪酶固定化是提高其重复利用率和催化效率的重要手段。文章按照微生物属、海洋属、动植物属的分类,分别介绍了脂肪酶的不同来源,重点总结了金属有机框架、介孔氧化硅和凝胶等常用的新型酶固定化载体,并讨论了吸附法、共价交联法、包埋法、复合法等脂肪酶固定化常用方法的优缺点,以期为后续研究提供理论依据和参考。

固定化c-ω-转氨酶催化合成(4S)-四氢萘酮

以T4噬菌体衣壳为载体,探索了海绵假弧菌-ω-转氨酶(P-ω-TA)的自组装固定化,以将P-ω-TA与T4噬菌体非必需小外壳蛋白(Soc)融合的方式实现了P-ω-TA在T4噬菌体衣壳上的亲和固定及较高的位点结合数。对固定化P-ω-TA的适应性、回收性能、(S)-型异构体选择性拆分及(1S,4S)-去甲基舍曲林的催化能力进行了测试。结果表明,固定化的P-ω-TA保持了完整的活性及适应性,可通过离心操作轻松地回收,并进行重复使用。在5次回收和重复使用过程中,每次酶活回收率均>91%,经5次催化,最终酶活保持率约为84%。固定化P-ω-TA保持了在底物手性中心处的(S)-型异构体选择性拆分以及对(1S,4S)-去甲基舍曲林的催化能力。

酶促酯交换反应中金属有机框架固定化脂肪酶研究进展

酶促油脂转化为脂肪酸酯能同时满足食品安全和“双碳”战略的需求,然而游离脂肪酶性质脆弱、回收难、成本高等弊端限制了其大规模工业化应用。利用多孔材料为载体固定化脂肪酶能够克服上述问题,合理设计载体结构和功能是脂肪酶固定化的关键。金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)因孔径可调、易修饰、生物相容性好等优势成为固定脂肪酶的优良载体。该文首先介绍了MOFs的种类及其不同的合成方式,并论述其优缺点,再详细阐明脂肪酶在MOFs上的固定化方法,最后对MOFs-脂肪酶作为催化剂在酯交换反应中的应用进行讨论与总结归纳,为固定化酶及油脂转化提供理论和技术支撑。

固体甲基铝氧烷用于负载茂金属催化剂的研究

在烯烃聚合领域,甲基铝氧烷(MAO)是茂金属催化剂体系中最常用的助催化剂。本研究以苯甲酸催化三甲基铝(TMA)受控水解生成甲基铝氧烷(MAO),经热解过程后合成了一种不溶形式的固体聚甲基铝氧烷(sMAO)。系统考察了制备过程条件如前驱体三甲基铝浓度、热解温度、己烷用量等对产品sMAO形貌的影响规律。利用扫描电镜、电感耦合等离子体质谱仪、激光粒度分布仪等手段对sMAO进行了分析表征。sMAO可以作为载体负载茂金属化合物,用于乙烯淤浆聚合反应。以rac-乙烯双(1-茚基)二氯化锆为茂金属活性组分,将其固定化于sMAO载体上,可在己烷溶剂中获得极高的催化聚合活性,与传统硅胶负载茂金属催化剂相比提高了4~5倍。

固定化酶技术在油脂精炼及结构脂制备过程中的应用研究进展

生物酶技术在油脂精炼和结构脂制备中具有广阔的应用前景,而酶的固定化有利于实现酶的重复利用。为了促进固定化酶技术在油脂行业中的应用,就固定化酶技术在油脂脱胶、油脂脱酸和结构脂制备中的应用研究现状进行了综述,并对研究方向进行了展望。固定化酶技术的应用对于油脂产业提质增效具有积极的作用。未来应围绕新型生物酶的发掘以及生产过程中酶活的保持展开研究。

海藻酸钙固定化重组暗紫贝母PAL蛋白

利用IPTG诱导含暗紫贝母(Fritillaria unibracteata)苯丙氨酸解氨酶FuPAL-pET28a的重组大肠杆菌BL21菌株,经Ni2+亲和层析与质谱鉴定获得纯度较高的FuPAL重组蛋白。以海藻酸钙凝胶为固定化介质,包埋FuPAL重组蛋白。单因素考察试验与统计学分析结果表明,海藻酸钠质量分数、CaCl_(2)浓度、固定化时间、海藻酸钠与酶质量比影响固定化酶的活性,它们的最优条件分别为3.5%、1g/L、4 h与40 000:1。进一步采用L9(3~4)正交试验设计,确定影响因素的重要性从高到低依次为CaCl_(2)浓度、海藻酸钠质量分数、固定化时间、海藻酸钠与酶质量比,最佳的固定化条件是CaCl_(2)浓度为2 g/L,海藻酸钠质量分数为4%,固定化时间为3 h,海藻酸钠与酶质量比为40 000:1。在该优化工艺条件下,制备的固定化酶凝胶颗粒呈较好的圆整性和均一性,相对酶活力达到最高,为68.53%。该固定化方法具有试验成本低、工艺流程简单、反应条件温和的特点,应用前景较好,并为固定化FuPAL蛋白的制备优化提供了重要的理论基础。

新型固定化酶技术的研究进展

固定化酶技术是近年逐渐发展起来的一种发酵的方式,通过物理或化学方法将游离酶封锁在固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用。固定化酶技术提高了酶的稳定性,易于控制,可多次利用,成本低廉等优势。克服了游离酶的不足,广泛应用于制药、食品发酵、工业化生产、新能源材料、医学及临床、环境保护等领域。固定化技术是一种基因调控技术,为生物高分子的提纯分离技术研究、医学临床分析提供了新思路。本文将对酶的固定化方法及近几年固定化酶技术在食品药品、环境监测、临床检测等方面的应用进行集中论述。

脂肪酶固定化技术的研究进展

该文介绍了脂肪酶的传统及新型固定化技术,特别针对纳米载体、磁性载体、微波辅助固定化技术、膜固定化技术等近年来发展的新载体和新技术进行概述,描述了通过固定化来改善脂肪酶的催化性能,包括酶的活力、稳定性、最适条件以及特异性等。提出目前脂肪酶固定化所面临的稳定性差、难以工业化应用等问题,并指出未来脂肪酶固定化技术应向着性质稳定、操作简单以及规模化生产的方向发展。

基于磁性纳米粒子的固定化胰脂肪酶制备条件的研究

胰脂肪酶(Pancreatic Lipase,PL)作为一种高效的生物催化剂和治疗肥胖的关键靶点,已经在食品工业和医药领域广泛应用,但游离胰脂肪酶稳定性较差,活力不易保持且难以重复利用。本研究以磁性纳米粒子(Magnetic Nanoparticles,MNPs)为载体,利用MNPs与PL的亲和作用,构建了PL功能化的MNPs(PL-MNPs)筛选模型。以PL的酶固载量和相对酶活为考察指标对PL-MNPs的合成条件进行单因素和响应面优化,确定PL-MNPs的最佳合成条件为pH=6.53,酶浓度25.28 mg·mL^(-1),固定化温度30.69℃,固定化时间3.00 h。在此条件下,理论酶固载量为144.95μg·mg^(-1),相对酶活为94.27%。

海藻酸钠-明胶协同固定化交联漆酶及在鼓泡式反应器中降解双酚A

为了提高漆酶的稳定性,该研究预先将酶与戊二醛反应形成交联漆酶,然后再以海藻酸钠和明胶为载体对交联漆酶进行包埋固定化,考察了影响固定化交联漆酶制备的主要因素。结果显示,当戊二醛的质量分数为2.0%、m(海藻酸钠)∶m(明胶)=1∶1、CaCl_(2)15 g/L时的固定化效果最好,所制备的固定化交联漆酶的稳定性比固定化游离酶有了较大的提高。在鼓泡式反应器中对双酚A的降解试验表明,连续5个批次的反应以后固定化交联酶剩余酶活力为34.93%,双酚A的降解率仍能达到71.13%,分别是固定化游离酶的7.97倍和4.43倍。该研究提供了一种固定化漆酶的新方法,适合重复性和连续性的操作,具有一定的应用潜力。

还原氧化石墨烯固定化溶菌酶的研究

为了改善游离酶稳定性差、易失活、不易储存等缺点,将还原氧化石墨烯(RGO)作为载体进行溶菌酶固定化研究。考察了溶菌酶浓度、缓冲液pH和固定化时间对固定化酶活力的影响,通过正交实验得出最佳固定化条件,溶菌酶质量浓度为0.5 mg/mL、缓冲液pH为6.0、固定化时间为2 h时,固定化酶的活力最高。固定化酶的最适温度为55℃、最适pH为6.5,热稳定性、耐酸碱性和储存稳定性都比游离酶有所提高。固定化酶的抑菌性明显优于游离酶,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌均具有较好的抑制效果。

双模型介孔硅固定化脂肪酶研究

以溶胶-凝胶法合成双模型介孔SiO_(2)材料,并以该材料为载体吸附固定化脂肪酶。通过BJH法孔径分析和XRD表征表明,制备的载体呈现出孔径约为3nm和30nm的硅基结构的特征。以考马斯亮蓝法考察固载率,当固定化时间为2h、缓冲溶液pH值为8、固载温度为40℃时,固定化脂肪酶的固载率最大,可达到72.9%。

氧化石墨烯固定化溶菌酶的研究进展

氧化石墨烯(GO)具有高比表面积、丰富的活性位点、良好的亲水性以及生物相容性,是一种酶固定化的良好载体。综述了近年来GO在溶菌酶固定化方面的研究成果,介绍了GO固定化溶菌酶的两种途径;解析了GO对固定化溶菌酶的吸附量及酶活性的影响;阐述了调控酶与载体间的相互作用、避开酶活性位点、减少对酶构象的变化,避免酶在固定过程中活性的损失的方法。最后指出,改性GO载体和改良固定方法,是未来GO固定化溶菌酶研究的主要方向。

变色栓菌来源漆酶的酶学性质及对染料脱色性能的研究

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,能催化多种酚类化合物和芳香族胺氧化,在食品、造纸、能源、高分子化合物合成等领域有着广阔的应用前景。近年对于漆酶的开发利用逐渐受到重视,作者在变色栓菌摇瓶发酵过程中,通过加入法尼醇诱导调控菌丝形态以提高漆酶产量,结果表明,变色栓菌发酵获得的漆酶酶活力和蛋白质质量浓度分别达到(161.37±1.58) U/L和(29.19±1.30) mg/L,均比对照组提高了10倍以上,其最适反应温度为40℃,最适pH为4.0,且在25~55℃有较好的热稳定性。进一步在酶促反应动力学研究基础上,发现漆酶对伊文思蓝、铬黑T、刚果红3种染料均有一定的脱色效果,其中对伊文思蓝的脱色能力最强,具有较好的应用潜力。

共价有机框架材料的合成及其在酶固定化中的应用进展

酶是一类具备优异催化活性和高区域选择性的天然催化剂,在工业催化领域具有广阔的应用前景。然而,酶促转化的应用受到酶在恶劣条件下的脆弱性的阻碍。幸运的是,固定化已被证明是改善酶不稳定性一种有前途的方法。由于物理化学特性可调,高结晶度,大比表面积、优越的吸附能力、可预先设计的结构和出色的稳定性等特性,共价有机框架(COFs)被认为是固定化酶的理想载体材料。与其他传统载体材料相比,COFs的高度多孔性使其具有更高的酶载量,表现出更优的催化效果。酶是通过物理吸附、直接共价连接或通过交联剂,实现与COFs的结合。首先介绍了COFs的合成方法与功能化,然后系统总结了COFs固定化酶的策略与最新研究进展,最后初步讨论了COFs在固定化酶领域面临的挑战与机遇。

离子型磁性COFs负载GOx实现纳米酶与天然酶的级联反应

【目的】一锅反应中将天然酶的高选择性与纳米酶的高稳定性相结合,已成为一种提高生物催化级联多样性/复杂性和多酶系统稳定性的理想解决方案。【方法】设计合成了一种离子型磁性Fe_(3)O_(4)@EB-COFs材料,在静电作用诱导下制备了葡萄糖氧化酶(GOx)-磁性共价有机框架材料(GOx/Fe_(3)O_(4)@EB-COFs)。【结果】Fe_(3)O_(4)@EB-COFs扮演了纳米酶与载体材料的角色,且所得复合材料可用于葡萄糖浓度的比色测定。酸性条件下,GOx/Fe_(3)O_(4)@EB-COFs展现出极好的催化葡萄糖氧化与2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)氧化的级联反应。动力学研究表明,反应遵循Lineweaver-Burk方程,说明构建纳米酶与天然酶的级联反应时仍呈现了生物催化的特点。在磁性Fe_(3)O_(4)的加持下,GOx/Fe_(3)O_(4)@EB-COFs表现出良好的可回收性。【结论】构建纳米酶与天然酶的多酶催化系统对于实现仿生催化具有重要意义。