[01216026]磁性高分子微球固定化脂肪酶的研制及油脂酯交换中应用

本项目主要合成了磁性壳聚糖和磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）两种高分子微球,并用于脂肪酶的固定化。实验结果表明：采用共沉淀法合成的磁性壳聚糖微球,经戊二醛活化后进行脂肪酶的固定化,其最佳固定化条件为：磁性壳聚糖微球200mg时,酶浓度2.0mg·mL-1,缓冲液pH7.5,温度35℃,固定化时间3h,戊二醛浓度10%;水解反应最适温度35℃,最佳pH7.5。采用分散聚合法合成的磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球,经碳二亚胺活化后进行脂肪酶的固定化,其最佳固定化条件为：磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球200mg时,酶浓度 2.0mg·mL-1,缓冲液pH7.5,温度35℃,固定化时间4h,碳二亚胺盐酸盐浓度0.25%;水解反应最适温度35℃,最佳pH 7.5。采用IR,XRD,TEM和VSM等手段对所制备的载体及其固定化酶进行了表征,表征结果说明脂肪酶已成功固载于磁性高分子微球表面,并具有较强的稳定性,且磁性微球及其固定化酶显示出超顺磁性,便于分离与回收。脂肪酶固载化后,其活性没有下降,稳定性有所提高。 将自制的两种磁性高分子微球固定化脂肪酶催化大豆油与甲醇的酯交换反应,探讨了反应条件包括催化剂用量,醇油摩尔比,水含量,溶剂及游离脂肪酸对生物柴油收率的影响。实验结果表明：磁性壳聚糖微球固定化脂肪酶催化大豆油酯交换反应的最佳条件是：醇油摩尔比4:1,催化剂用量15wt.%,水含量0.2wt.%,反应时间30h,溶剂为正己烷,大豆油转化率可达到84%;磁性聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）微球固定化脂肪酶催化大豆油酯交换反应的适宜条件是：醇油摩尔比5:1,催化剂用量20wt.%,反应时间30h,溶剂为正己烷,大豆油转化率可达到83%。向酯交换体系中加入游离脂肪酸和水时,在一定范围内两种催化剂活性受到的影响都不大。两种固定化酶都有较高的重复使用性能,而且容易在反应体系中分散,没有团聚现象发生。此外,两种磁性固定化酶还均表现出催化脂肪酸酯化的活性。 本项目充分利用磁性高分子微球的特征,采用交联剂共价结合法将脂肪酶固载到磁性高分子微球上,得到两种新型固定化酶催化剂,该催化剂在生物柴油制备中表现出良好的催化性能。本项目的研究拓展了磁性高分子微球在催化领域中的应用范围,并为开发制备生物柴油的高效固定化脂肪酶催化剂提供了较好的实践和指导作用。在进行系统和全面细致的研究工作后,我们完成了预定研究开发内容,达到了预期目标,从固定化脂肪酶的性能看,合成的二种磁性固定化酶具有优良的催化性能。纵观该项目的研究开发过程和国内外文献检索结果,该项目在以下方面具有创新性： （1）提出将脂肪酶固载到磁性高分子微球材料上合成易分离的磁性固定化酶催化剂,并进一步运用到大豆油与甲醇反应制备生物柴油。 （2）提出共价结合法将脂肪酶固载到磁性壳聚糖和磁性聚苯乙烯-甲基丙烯酸上的新方法。该方法由于采用交联剂共价结合法,避免了吸附法导致脂肪酶与载体结合力弱的缺点,没有损伤脂肪酶活力,而且合成路线简单、便捷,既可保持磁性高分子材料和脂肪酶的结构特征,又具有针对特定目标催化反应高活性的催化活性组元,同时经多次重复利用后,该磁性固定化酶仍具有相当高的活性。 （3）采用天然和合成高分子材料包覆磁性微粒,并作为脂肪酶固定化载体,既保持了载体的磁分离性能,又在一定程度上避免了磁性材料自身引力而引起团聚现象。制备的二种磁性固定化酶在液相反应体系中容易分散。