葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶共催化生产葡萄糖酸盐

摘要

葡萄糖酸及其盐类衍生物被广泛应用于化工、食品、医药等行业中，是重要的化工产品之一。目前葡萄糖酸（盐）的制备方式主要有化学催化法、生物发酵法和酶催化法。化学催化法以重金属为催化剂，污染大、废水多、生产成本高;生物发酵法发酵周期长，副产物多，分离工艺复杂;酶催化法的反应条件温和，产品易分离，纯度高。但是游离酶催化生产葡萄糖酸时，游离酶只能使用1批，无法重复利用，酶的成本高，使其成为限制酶法制备葡萄糖酸的关键因素。本文旨在在研究游离酶催化制备葡萄糖酸的基础上，探究一种能降低酶成本，提高酶稳定性和催化效果的绿色催化工艺。主要研究内容如下:
　　1、双酶共固定化催化合成葡萄糖酸（盐）。分别对固定化载体的选择、游离酶量和固定化条件进行了优化，选择阴离子交换树脂D301T为载体，GOD∶CAT为5∶1(v/v)，交联时间为2h，采用NaOH溶液对载体进行活化处理后，固定化酶的酶活提高20％。固定化酶在300 L反应器中催化合成葡萄糖酸的转化率为94％。通过酸碱处理实现载体再生利用。
　　2、针对固定化酶催化反应过程中存在的问题进行分析，尝试采用生物交联剂制备交联酶提高酶的稳定性和反应催化效果。通过对交联剂类型和交联条件的优化，得到谷氨酰胺转胺酶（TG酶）交联效果最佳，交联条件为:0.05 g TG酶，0.2 mlCAT和8.8 ml水混合之后添加0.1g明胶，然后再加入1 ml GOD，在30℃下交联3h后，GOD（交联酶）的活性提高30％。将交联酶用于催化15％的葡萄糖，反应转化率比等蛋白的游离酶的转化率高10％。通过对交联酶和游离酶的热稳定性及H2O2耐受性的研究，在60℃水浴中放置36 h后，交联酶酶活保留57.8％，而游离酶仅保留15.0％，而且交联酶耐受过氧化氢的能力增强。
　　3、酶催化合成葡萄糖酸（盐）反应的调控。通过对双酶催化合成葡萄糖酸（盐）的反应pH和溶氧的研究，发现其恒定pH为5.00左右时，葡萄糖的转化率比不控制pH时高20％，反应32h后，30％的葡萄糖100％完全转化。流加过氧化氢能提高体系溶氧，加快反应速率。当为H2O2流速为8.2 ml/h时，30％葡萄糖浓度反应12 h完成，反应时间缩短约20h。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 葡萄糖氧化酶简介

1．1．1 GOD的催化机理

1．1．2 GOD的组成

1．1．3 GOD的特性

1．1．4 GOD的来源

1．1．5 GOD的应用

1．2 过氧化氢酶简介

1．3 葡萄糖酸盐的生产现状

1．3．1 葡萄糖酸盐简介

1．3．2 葡萄酸盐的生产情况

1．3．2 葡萄糖酸盐的生产方法

1．4 GOD-CAT双酶固定化的研究

1．4．1 固定化方法

1．4．2 GOD固定化研究

1．5 论文主要研究内容及意义

1．5．1 研究内容及研究思路

1．5．2 对社会经济发展的意义

第二章 双酶共固定化制备及反应

2．1 引言

2．2 实验器材

2．2．1 材料和药品

2．2．2 设备和仪器

2．3 实验方法

2．3．1 酶活检测

2．3．2 蛋白含量检测

2．3．3 GOD／CAT共固定化酶制备

2．3．4 固定化条件优化

2．3．5 载体优化

2．3．6 固定化酶反应批次

2．3．7 固定化酶反应放大

2．3．8 载体再生

2．4 结果与讨论

2．4．1 载体的选择

2．4．2 GOD与CAT给酶量(双酶比例)的确定

2．4．3 交联时间的优化

2．4．4 载体优化

2．4．5 固定化酶反应批次

2．4．6 固定化酶与游离酶反应效果比较

2．4．7 固定化酶反应放大

2．4．8 载体再生

2．5 问题分析

2．6 小结

第三章 交联酶制备及其性质

3．1 引言

3．2 实验器材

3．2．1 材料和药品

3．2．2 设备和仪器

3．3 实验方法

3．3．1 交联酶制备

3．3．2 交联剂的选择

3．3．3 交联条件的优化

3．3．4 交联酶与游离酶性质比较

3．3．5 交联酶在高糖浓度下反应

3．3．6 酶回收利用

3．4 结果与讨论

3．4．1 交联剂选择

3．4．2 交联条件的优化

3．4．3 交联酶与游离酶性质比较

3．4．4 酶回收利用

3．5 小结

第四章 反应调控与优化

4．1 引言

4．2 实验器材

4．2．1 材料和药品

4．2．2 设备和仪器

4．3 实验方法

4．3．1 CaCO3的不同添加方式

4．3．2 体系pH值对反应的影响

4．3．3 交联酶在高糖浓度下反应

4．3．4 溶氧影响

4．4 结果与讨论

4．4．1 CaCO3的不同添加方式

4．4．2 体系pH值对反应的影响

4．4．3 交联酶在高浓度底物中反应

4．4．4 溶氧影响

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

附录

致谢

导师介绍

作者介绍