论文总字数：19358字

摘 要

脂肪酶是一种重要、高效的生物催化剂，但由于其本质为蛋白质，对环境非常敏感，难以大规模应用。因此本课题以凹凸棒粘土为原料，通过无机铁柱撑液，醋酸熏蒸及煅烧处理，形成磁性Fe₂O₃粒子负载于凹凸棒粘土表面，制备Fe₂O₃-ATP磁性复合材料。采用红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）、N2吸附-脱附（BET）等手段对Fe₂O₃-ATP磁性复合材料进行表征。实验数据得出：球状磁性粒子均匀分布在凹土表面，平均粒径10 nm；凹土经过无机柱撑后，其晶体结构未发生变化；Fe₂O₃-ATP磁性复合材料饱和磁强度为17.86emu/g，剩磁和矫顽力几乎为零，即该复合材料具有超顺磁性；Fe₂O₃-ATP磁性复合材料比表面积为101.65m²/g，平均孔径为10.46 nm，优异的吸附性能使其可以用于吸附固定化脂肪酶。
以Fe₂O₃-ATP磁性复合材料为载体，进行吸附固定化猪胰脂肪酶，并对固定化过程进行了优化，同时对固定化酶的一些性质进行了研究。结果表明：在固定化体系pH7.0、温度25 ℃为固载酶的最佳条件。固定化脂肪酶在50 ℃缓冲溶液中放置一段时间后保持了初始酶活的70%左右；固定化酶在酸碱承受力方面表现出了显著的优越性，酶活性高，且承受范围较广，游离酶对环境pH变化非常敏感，其最大酶活也小于50%，与固定化酶相比仍有很大差距。

关键词：凹土 脂肪酶 固定化 磁性

Study on Preparation of Magnetic Attapulgite and Its Application for Immobilized Lipase

Abstract

Lipase is an important and efficient biocatalyst. As a protein, it is very sensitive to the environment, and applicated difficultly in large-scale. In this study Fe₂O₃-ATP magnetic composites were synthesized by the interaction of acetic acid vapors with iron-exchanged palygorskites leading to iron acetate which upon pyrolysis transform to magnetic iron oxide nanoparticles dispersed onto the external surface of the clay mineral. Fe₂O₃-ATP magnetic composites were characterized with Fourier transform infrared(FT-IR), X-ray diffraction(XRD), transmission electron microscopy(TEM), vibrating sample magnetometer(VSM) and nitrogen adsorption-desorption. These observation clearly indicate that the spherical magnetic nanoparticles average size of about 10 nm disperse quite uniformly over the layered support; the saturation magnetization of the composite was found to be 17.86 emu/g; the specific surface area and average pore diameter of magnetic palygorskite were 101.65 m²/g and 10.46 nm. Fe₂O₃-ATP magnetic composites have excellent adsorption properties. Therefore, they can be used as supports for the adsorbed immobilized lipase.

Then Fe₂O₃-ATP magnetic composites were utilized as carrier for immobilization of Porcine Pancreatic Lipase via physical adsorption. The influence factors of lipase immobilization were studied and optimized. The optimal immobilization conditions were determined as the pH of system 7.0, the immobilization temperature of 25℃. The thermal and chemical stabilities of the immobilized enzyme were greatly enhanced compared to those of the free enzyme. The residual activity was kept at about 70% at 50℃ for several hours. The pH tolerance and tolerance range of immobilized enzyme were better than those of the free enzyme, the residual activity was kept at 50% between pH=5.0-9.0.

KEYWORDS：Lipase; Attapulgite; Paramagnetic; Immobilization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 综述 1

1.1 脂肪酶 1

1.1.1脂肪酶简介 1

1.1.2脂肪酶的结构 1

1.1.3脂肪酶的催化机理 2

1.2 固定化酶 2

1.2.1固定化酶简介 2

1.2.2固定化酶的制备方法 3

1.2.3酶固定化材料 4

1.3 凹土 5

1.3.1凹土概述 5

1.3.2凹土的结构和性质 5

1.3.3凹土的吸附性能和载体性能 5

1.3.4凹土的改性 6

1.4 研究进展 6

1.5主要研究内容 6

第二章 磁性凹土的制备及表征 7

2.1实验 7

2.1.1实验试剂与仪器 7

2.1.2凹土的预处理 8

2.1.3 Fe₂O₃-ATP磁性粒子的制备 8

2.2实验结果及讨论 8

2.2.1 Fe₂O₃-ATP的红外表征（FT-IR） 8

2.2.2 X射线衍射（XRD） 9

2.2.3 透射电子显微镜表征（TEM） 9

2.2.4 N₂等温吸附-脱附表征（BET） 10

2.2.5振动样品磁强计表征（VSM） 11

第三章 脂肪酶固定化 12

3.1实验 12

3.1.1 实验器材 12

3.1.2 实验 12

3.2 实验结果与讨论 14

3.2.1 固定化条件的研究 14

3.2.2 固定化酶的酶学性质研究 17

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

第一章 综述

脂肪酶，系统名称为三酰基甘油水解酶，英文名Lipase，广泛存在于动物肝脏、植物种子和微生物体内。脂肪酶可以与天然底物甘油酯反应，基本功能是催化它生成甘油和脂肪酸。由于水解时产生的甘油和脂肪酸都不于水，而脂肪酶却可以溶于水，所以脂肪酶可以也只能在水油界面上进行。目前，脂肪酶在食品加工业、洗涤剂及造纸工业等领域中有着广泛的应用^[1-5]。脂肪酶作为一种蛋白质，对反应环境及反应条件非常敏感，易失活，且难于从产物中分离，提高了产物分离纯化的难度，因此游离酶难于在工业生产中大规模应用。目前，随着环境污染的加剧，人们也意识到了绿色化学的重要性，其中寻找环境友好型的化学反应条件已经是绿色有机合成化学研究领域中的一个重要课题。酶作为一个环境友好型催化剂，催化条件温和，催化效率高，无毒无害等特点引起了大多数学者的重视，怎样将具有多种选择性的酶应用于化学反应当中已经成为了科学界的一个研究热点。

固定化酶技术则有效地解决了上述问题，在提高了酶稳定性的同时，也使产物的分离变得简单易行，而且经过固定化的酶可以重复利用，延长了酶的使用时间，降低了生产成本。固定化酶的载体材料有很多种，磁性物质作为一种绿色材料^[7]，近几年很受关注，越来越多的人开始研究磁性材料及其在细胞和酶的固定化方面的应用^[8,9,10]。本课题研究的重点是对凹土进行表面改性，得到改性凹土材料。以改性凹土材料和猪胰脂肪酶为原料，使用物理吸附法，制作固定化酶，确定最优实验条件，并比较固定化酶和游离酶的酶学性质。

请支付后下载全文，论文总字数：19358字