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脂肪酶作是一类具有多种催化功能的酶,在食品、医药、化工等领域极具应用潜力。然而脂肪酶的大规模工业化应用仍存在一定的挑战:一是游离脂肪酶催化过程中稳定性差、易变性,二是游离脂肪酶在生产过程中不可重复利用。以大孔树脂为载体对脂肪酶进行固定化改造,并采用过程工程的方法对生物催化过程进行系统的设计和优化,提高酶在工业催化过程中的活性和稳定性,同时开发绿色制备工艺,具有重要的理论研究和实际应用价值。本论文的主要研究内容及结果如下: (1)以大孔树脂NKA为载体,对脂肪酶CRL和葡聚糖进行共吸附固定,考察了葡聚糖的共吸附对脂肪酶固定化效果的影响。固定化酶制备最优条件如下:温度30℃,pH为5.0,酶浓度为4 mg/mL,葡聚糖浓度为0.75 mg/mL,反应时间为5h,制备的固定化酶酶活回收率及耐热性提高,pH敏感性降低。 (2)使用固定化酶NKA-CRL对无溶剂体系催化合成香茅醇酯的工艺进行优化,并研究葡聚糖共吸附对香茅酯合成的影响。结果表明,NKA-CRL可催化不同脂肪酸香茅酯的合成,在底物摩尔比为1∶1,添加1.0 U的固定化脂肪酶和4μL微量水的条件下,50℃,200 r·min-1反应10h,月桂酸香茅酯酯化率可达95.6%,油酸香茅酯酯化率达87.6%。将与分子量20 kDa及40 kDa的葡聚糖共吸附制备的固定化脂肪酶用于催化月桂酸香茅酯的合成,50℃反应6h即可达到最佳酯化率,比大孔树脂单一固定化酶反应时间缩短4h,连续10批次催化后仍可保持70%以上的催化活性,而未共吸附葡聚糖的固定化酶10批次催化后相对酶活已降至40%。 (3)选用四种分子量的醛基葡聚糖柔性链修饰氨基大孔树脂LX-1000HA,对醛基葡聚糖制备条件,固定化酶制备条件进行优化,并对固定化酶性质进行考察。醛基葡聚糖制备的最优条件为:温度为35℃,pH为4.0,葡聚糖浓度为40 mg/mL,高碘酸钠与葡萄糖单元的摩尔比为1∶1,氧化时间大于9h,葡聚糖的氧化率可达75%。醛基葡聚糖柔性固定化脂肪酶的最优条件为:pH为7.0,初始糖浓度为8 mg/mL,修饰时间为24 h,酶液浓度为4 mg/mL,与载体反应时间为36h可获得最优固定化效果。动力学参数结果表明,在最优条件下利用醛基葡聚糖链制备的柔性固定化酶比刚性固定化酶能更好的保持与底物的亲和能力,与物理吸附固定化酶相比,柔性固定化酶与底物亲和力虽然有一定程度降低,但具有更好的稳定性。 (4)以固定化脂肪酶HA-CRL为催化剂,实现了无溶剂体系催化合成油酸油醇酯。结果表明,酸醇摩尔比为1.8时可获得96.3%的最大酯化率,40℃-60℃的温度范围不会对酯化率造成明显影响,温度高于60℃时固定化酶酶活受到损伤导致酯化率降低。柔性固定化脂肪酶的催化性能要优于物理吸附及刚性固定化脂肪酶,其中HA-T20-CRL可将到达反应平衡的时间由16h缩短至12h,且在重复使用8次后仍能达到86.7%的酯化率,具有较好的操作稳定性。