有机溶剂/缓冲液双相体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇不对称氧化反应

在有机溶剂/缓冲液双相体系中,利用固定化醋酸杆菌Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞高对映体选择性地催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇(MOPE)的不对称氧化反应,成功地拆分外消旋MOPE得到对映体纯(S)-MOPE.与游离细胞相比,固定化细胞催化反应速度有所降低,但其稳定性(包括操作稳定性、热稳定性和储藏稳定性)明显提高.固定化细胞连续使用10批次(每批次12 h)后,仍能保留其初始催化活性的58%以上,而游离细胞仅保留约20%的相对活性.在所考察的不同有机溶剂中,正己烷不仅能较好地溶解底物,而且对细胞的生物相容性相对较好,因而提高了反应底物浓度、反应初速度、对映体回收率及残留底物e.e.值,是反应体系中最适宜的有机相.该反应的最适宜正己烷体积分数为60%,辅底物为50 mmol/L丙酮,底物浓度为40 mmol/L,缓冲液pH=6.5,反应温度为30℃;在此条件下,反应初速度为80.4μmol/min,反应12 h后,对映体回收率和残留底物e.e.值分别为51.0%和99.9%,明显好于水单相反应体系.

固定化异养硝化-好氧反硝化菌在污水生物强化中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌可以在有机碳存在的好氧条件下实现同时硝化和反硝化,广泛应用于各类污水处理过程中。综述了HN-AD菌株的脱氮特性和代谢途径,总结了其在污水处理中的应用和研究现状,比较了不同载体材料的优缺点,重点讨论了固定HN-AD菌株提高反应器处理效果和稳定性的作用机理。最后,展望了固定化HN-AD菌株在污水处理中面临的挑战和未来的研究方向。

含水有机溶剂体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化乙酰乙酸乙酯不对称还原反应

本论文报道了含微水有机溶剂体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化乙酰乙酸乙酯不对称还原为(R)-3-羟基丁酸乙酯。研究表明,Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞能遵循反Prelog规则高选择性地催化乙酰乙酸乙酯不对称还原。与单水相反应体系相比,含有机溶剂体系不仅可有效地解决底物和产物的抑制作用,而且可提高反应底物的浓度和产率。在所研究的不同有机溶剂中,正己烷为该反应的最适有机相,其能较好溶解底物且对Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞的毒性较小,从而导致反应的初速度较快,产率较高。异丙醇为该反应的最佳辅底物,其最适浓度为60 mmol/L;该反应体系中的最适正己烷体积百分比、反应温度、底物浓度分别为约100.00%(水含量约为0.01 wt%),35℃,40 mmol/L。在此条件下,反应的初速率、产率和产物的e.e.值分别为0.72μmol/min,85.24%和99.00%以上,明显好于水单相反应体系进行该反应的结果。

无载体复合酶固定化技术提取革胡子鲶下脚料中的磷脂酰胆碱

鱼类废弃物中含大量的磷脂酰胆碱,为提高磷脂酰胆碱的回收提取率,本研究设计构建了无载体复合酶固定化技术对革胡子鲶鱼内脏中磷脂酰胆碱的提取。该提取体系包含复合酶和戊二醛,研究对戊二醛的浓度、交联pH、交联温度、该固定化复合酶的重复利用次数、该固定化酶的保存时间进行的探索研究。单因素实验结果表明,提取体系最佳交联浓度为5%、最佳交联温度为30℃、最佳交联pH为6.5;该固定化酶基本可以重复使用3~4次,保存25天以后提取率就比较低了。另外,通过三因素三水平的正交实验得出酶固定化的最佳组合工艺条件,即交联浓度为7%、交联温度为35℃、交联pH为7.5时的提取率最高。该工艺可为鱼类废弃物提取磷脂酰胆碱积累新技术的经验,为其实现工业化提供有力支持。

海藻酸钠-活性炭固定化藻菌球的制备及其对碱性橙Ⅱ的降解

以海藻酸钠和活性炭为包埋剂、CaCl_(2)为交联剂,采用吸附-包埋法制备了固定化藻菌球,处理偶氮染料碱性橙Ⅱ.通过响应面法优化了制备条件,采用扫描电镜观察了藻菌球外部和内部的结构,并考察了其重复利用性能.结果表明,藻菌球的最佳制备条件为:海藻酸钠、活性炭、CaCl_(2)质量浓度分别为2.58%、0.838%、2%;固定化生物量为1.139%(质量浓度),泥和藻的质量比为2:1;固定化时间为14h.当进水染料浓度在50~250mg/L,进水pH值在6~10.5范围内,脱色率均可达到90%以上,TOC的去除率在74%~90%之间.由紫外-可见全波长扫描图谱和GC-MS扫描图谱可知,碱性橙Ⅱ中的氮氮双键、共轭体系以及苯环结构均被破坏,发生脱色降解反应,实现了对该偶氮染料的矿化.藻菌球经过5次重复利用,仍可保持较高的脱色率和TOC去除率.

净水污泥固定化硫氧化菌去除河道中AVS污染的试验研究

目的 研究净水污泥固定化硫氧化菌去除河道中的酸可挥发性硫化物污染方法,为净水污泥资源化利用提供一种新的思路。方法 通过高温焙烧的方法制备净水污泥固定化载体,采用XRD、SEM、BET对载体进行表征,使用净水污泥、绿沸石、活性炭3种载体对硫氧化菌进行固定化,分析其对底泥中AVS的去除效果以及固定化效果的影响,并通过高通量测序技术分析其对微生物种群变化的影响。结果 净水污泥固定化载体的最佳焙烧温度为600℃,无论是单一载体,还是固定化硫氧化菌,净水污泥组对于AVS的去除效果均要优于绿沸石和活性炭;同时硫氧化菌在温度为30℃、pH=6、固定化时间为24 h条件下的固定化效果最好;净水污泥固定化硫氧化菌的加入有利于降解硫化物优势菌种的群居,抑制了硫酸盐还原菌的生长繁殖。结论 净水污泥固定化硫氧化菌能有效去除河道中的AVS污染,降低底泥生物种群的多样性,有利于去除AVS优势菌种的群聚,抑制硫酸盐还原菌的繁殖,促进水体黑臭环境的改善。

水相体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化(S)-3-氯苯丙醇不对称合成

光学纯的3-氯苯丙醇是合成抗抑郁类药物的重要中间体。本论文报道了水相体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞高效、高选择性地催化3-氯苯丙酮不对称还原为(S)-3-氯苯丙醇,采用聚乙烯醇与海藻酸钠的混合载体对醋酸杆菌细胞进行固定化,所得的固定化细胞的稳定性(热稳定性、p H稳定性及操作稳定性)均明显优于游离细胞。同时,固定化后的微生物细胞具有较好的重复利用性,连续反应3个批次后固定化细胞仍保留了80.0%以上的活性,而游离细胞的相对活性则小于20%。在所研究的体系中,葡萄糖为该反应的最佳辅底物,其最适浓度为50.0 mmol/L;该反应体系中的最适缓冲液p H值、反应温度、底物浓度分别为5.5、30℃和3.0 mmol/L。在此条件下,反应的初速度、产率以及产物的e.e.值依次为1.77 m M/h,88.9%和99.0%以上。

微生物固定化技术及在废水处理中的应用

在探究了微生物固定化技术在不同废水环境中的应用情况后,总结了不同微生物固定方法且比较了各种方法的优缺点,并对微生物固定化载体的选择因素及材料分类进行说明。最后,简要讨论了微生物固定化技术在水污染治理实际应用中所存在的问题,并对未来的研究提供了参考方向。

共价有机框架材料固定化酶的研究进展

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一种新型的多孔材料,具有结构规整、骨架稳定、孔径结构可调等特点,被视为固定化酶的理想载体.我们综述了近10年来COFs材料作为载体,通过物理吸附、共价连接、包埋的固定化策略制备固定化酶的研究进展与应用,并讨论了COFs材料在酶固定化领域所面临的机遇和挑战.

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。

多孔HZIF-8固定化酶及其降解苯酚的性能研究

以水凝胶为模板,采用模板乳化法制备锌基MOF材料HZIF-8,利用包埋法和交联法相结合的方法固定辣根过氧化物酶,研究温度、pH以及苯酚浓度对HZIF-8固定化酶降解苯酚的影响。结果表明,HZIF-8固定化酶的最适温度为50℃,最适pH为7,环境耐受力远高于游离酶,半衰期为16 d。放置10 d时,相对酶活性仍达82%,124.64 U/mg。HZIF-8固定化酶最佳降解苯酚条件:50℃,pH=8。重复回收使用6次,相对酶活仍达到50%以上。酸根过氧化物酶(HRP)与HZIF-8固定化酶的K m值分别为9.57 mmol/L和5.69 mmol/L。HZIF-8固定化酶对底物的亲和力高于游离酶,其催化效率相对游离HRP有所提升,固定化酶的操作稳定性和酶活性也显著增强。

两种不同固定化方法对木聚糖酶Xyn11A酶学性质的影响及在低聚木糖制备中的应用

为了提高木聚糖酶Xyn11A的稳定性及在低聚木糖生产中的应用潜力,该研究利用有机-无机杂化纳米花技术和以氨基乙基-琼脂糖为载体共价结合法固定Xyn11A,制备了固定化酶Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)和Xyn11A-Agarose,并比较研究了2种固定化酶的酶学性质,发现2种固定化酶的pH稳定性和热稳定性均有所提高,Xyn11A-Agarose稳定性更佳,在pH 4.0~4.5处理24 h后仍有40%~65%的残余活性,50℃处理3 h后仍有60%的残余活性。以榉木木聚糖为底物,与游离酶相比,Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)和Xyn11A-Agarose对底物的亲和力和催化效率有所降低,但有较好的重复使用次数。特别是Xyn11A-Agarose循环使用12轮后,仍有90%的残余活性。Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2)水解甘蔗渣和玉米芯粉生成的低聚木糖中木二糖和木三糖含量最高,木四糖含量最低;而Xyn11A-Agarose催化生成的不同低聚木糖含量相当。2种固定化方法均能显著提高Xyn11A的稳定性,但Xyn11A-Agarose的稳定性和重复性优于Xyn11A-Cu_(3)(PO_(4))_(2),表明Xyn11A-Agarose在生产低聚木糖中具有更大应用潜力。

固定化蟹壳生物炭制备及吸附Pb^(2+)的研究

以废弃的蟹壳为原料制备蟹壳生物炭(BC),采用海藻酸钠固定制备复合凝胶球。结合成球形态和对Pb^(2+)的去除率发现,在BC与海藻酸钠质量比为1∶2的条件下制备的蟹壳生物炭-海藻酸钠凝胶球(BC-SA)的性能最佳。探究了影响BC-SA吸附Pb^(2+)的因素及其再生能力,通过扫描电镜和傅里叶红外光谱仪对未添加BC的凝胶球和吸附Pb^(2+)前后的BC-SA进行表征。结果表明,Pb^(2+)溶液初始pH、BC-SA投加量、Pb^(2+)初始浓度和反应时间都会对BC-SA吸附Pb^(2+)产生显著影响。吸附过程符合拟二级动力学模型,表明吸附以化学吸附为主,Langmuir等温线可以更好地拟合实验数据,Pb^(2+)最大去除率为91.06%。再生结果表明,经5次解吸-吸附循环后,BC-SA对Pb^(2+)的去除率为82%,展现出良好的可重复利用性。BC得以成功地固定且BC-SA表面的羟基和羧基与Pb^(2+)之间发生了官能团的络合作用。

固定化耐酸曲霉对Pb2+的去除及机理研究

固定化微生物技术凭借处理效率高、投入成本低的优势在重金属废水处理领域应用颇为广泛,然而相关的重金属去除机理尚不明确。以从酸性矿山废水中筛出的耐酸曲霉Aspergillus sp.MF1作为研究对象,对其进行固定化处理,运用亚细胞分离技术以及五步提取法并通过SEM、FTIR表征初步揭示固定化Aspergillus sp.MF1去除Pb^(2+)的机理。研究结果表明,在pH为3.5,初始Pb^(2+)质量浓度为10 mg/L时,固定化Aspergillus sp.MF1对于Pb^(2+)的去除率最高可达78.26%。固定化Aspergillus sp.MF1去除Pb^(2+)的机理可归纳为两点,一是源于固定化Aspergillus sp.MF1载体的高比表面积、聚乙烯醇和海藻酸钠等材料表面活性基团对Pb^(2+)的吸附,二是归于Aspergillus sp.MF1细胞壁对于Pb^(2+)的螯合、吸附和离子交换作用,以及液泡和其他细胞器的隔室化作用。此外,固定化Aspergillus sp.MF1连续循环使用5次对Pb^(2+)的去除率均能达到30%以上,且在去除过程中未发生破裂、细胞泄露等情况。

多元介孔MOFs:通过调节表面亲水/疏水性实现酶固定化的多功能平台

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展了固定化酶技术.固定化酶不仅保留了原有的催化活性,而且在稳定性方面有了显著提升,从而极大地提高了酶的利用效率.随着固定化酶材料和酶工程领域的不断发展,固定化酶技术为酶的应用开辟了更广阔的前景.沸石-咪唑骨架材料-8(ZIF-8)作为一种金属-有机骨架(MOFs)材料,因其独特的结构特性而被广泛用作酶固定化载体.然而,ZIF-8的微孔结构和固有的疏水性,以及前体物2-甲基咪唑(2-MeIm)的质子化现象,常常影响固定化酶的活性.为克服这些限制,本文采用多元配体竞争和孔隙工程相结合的策略,设计并制备了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔MOFs(mMOFs),并用作酶固定化载体.在mMOFs的制备过程中,采用亲水性和配位能力更强的3-甲基-1H-1,2,4-三唑(3-MTZ)和5-甲基四唑(5-MTA)配体,以部分替代传统的2-MeIm配体.随后,这些多元配体(包括2-MeIm,3-MTZ和5-MTA)与七水硫酸锌结合,在甲醇溶液中通过自凝聚作用形成透明的胶体溶液,进而完全溶解在水中.在此过程中,七水硫酸锌发挥了软模板的作用,引导介孔的形成,从而成功制备出新型多元介孔mMOFs.接着,利用这些mMOFs作为酶固定化的载体,固定了辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx),并详细研究了其催化性能.结果表明,与传统的ZIF-8载体相比,以mMOFs为载体的固定化酶展现出了更高的酶活性和稳定性.催化性能提升主要归因于mMOFs的亲水性和介孔结构改善了酶和底物间的传质,同时2-MeIm的质子化效应减弱也为酶提供了优良的微环境,稳定了酶的构象.综上,本文采用多元配体竞争与孔隙工程相结合的策略,成功构建了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔mMOFs,并用于酶固定化,所得固定化酶表现出较好的催化性能.通过深入的研究,揭示了该固定化酶表现出良好催化性能的作用机制,为可控设计制备性能优越的、以MOFs为载体的固定化酶提供了新思路,并为进一步拓宽MOFs材料的应用范围提供了参考.

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。

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。

纳米花固定化蔗糖酶的研究

蔗糖酶(Sucrase,EC 3.2.1.26)在工业上具有较高的经济价值,可用于分解蔗糖生成果糖和葡萄糖,现今在工业化技术上存在着蔗糖酶生产果糖方法单一、活力不易保持且难以重复利用等问题。采用共沉淀法制备Mn_(3)(PO_(4))_(2)-蔗糖酶的纳米花固定化酶[以下简称Sucrase@Mn_(3)(PO_(4))_(2)],并对制备条件进行优化;同时对固定化酶的形态、结构进行表征,对固定化酶的动力学特性进行分析。结果表明:制得的Sucrase@Mn_(3)(PO_(4))_(2)纳米花颗粒分散,大小均匀,呈雏菊形、盛开状,且内部晶体结构完整;固定化酶有明显的Mn^(2+)、PO^(3-)_(4)、酶蛋白质的EDS特征峰及明显的酶蛋白质和磷酸根的FT-IR吸收特征;固定化酶表现出良好的温度稳定性和酸碱稳定性;Sucrase@Mn_(3)(PO_(4))_(2)被重复使用7次后其活性仍能保持其最初活力的40.38%;固定化酶在4℃保存28 d时仍保持40%的活性。

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。