纤维素基连续流生物反应器的制备及应用

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连续流动生物反应器由于其自动化的高通量连续处理而受到越来越多的关注。建立这种新型的反应模式也已经开始成为未来发展的导向之一。其中,连续流生物酶反应器越来越广泛被应用,将固定化酶应用在连续流反应器中可实现连续生产并长期重复使用。相比其它的填充材料,整体柱制备简单,结构均匀,重现性好并且不需要填装。其次,它的分级孔结构为酶免于失活提供了屏蔽并且有利于底物的对流传质。所选用的材料均具有良好的生物相容性和生物可降解性,安全环保,是作为酶固定的理想载体材料。本论文以具有分级孔结构的整体柱为基体,通过连续流动的方式固定化酶,建立了连续流酶生物反应器。主要内容如下:(1)以醋酸纤维素为基体,通过热诱导相分离(TIPS)方法制成了具有相互连接的大孔和中孔结构的醋酸纤维素整体柱。该整体柱连续流酶生物反应器,包括酶、用于固定所述酶的载体醋酸纤维素整体柱、热缩管以及自制的四氟乙烯密封头。系统研究了醋酸纤维素整体柱形貌结构及理化性质,并通过BCA试剂盒法测量了酶的固载情况,用气相色谱测试研究了该反应器在植物甾醇酯化和酯交换反应中的催化效果。结果表明所制备出的醋酸纤维素具有分级孔结构,具有较大的比表面积并且结构稳定。通过计算其具有较高的固载量为47.6mg/g。与传统的间歇反应模式相比,动力学参数Vm/Km增加了66.4倍,催化效果(CE)增加了6.1倍。该整体柱连续流酶生物反应器使酶促甾醇酯化/酯交换反应能够在10分钟内完成并不间断地持续200小时,其产量为422g植物甾醇酯/g整体柱。表明该反应器具有很好的催化性能,出色的生产率和稳定性,很长的使用寿命。(2)以椴木为前体,在氮气氛围下煅烧得到碳整体柱。系统研究了碳整体柱形貌结构及理化性质,结果表明木材在生长方向上的良好通道在碳化后得以保留。碳整体柱也同样具有分级孔结构。系统研究了碳整体柱形貌结构及理化性质,并通过BCA试剂盒法测量了酶的固载情况,用高效液相色谱测试研究了该反应器在催化拆分(R,S)-1-苯乙醇反应中的催化效果和选择性。结果表明所制备出的碳整体柱也具有分级孔结构,并且具有更大的比表面积而且结构更加稳定。与传统的间歇反应模式相比,催化效果和选择性均有十分显著的提高。该碳整体柱连续流酶生物反应器在催化拆分(R,S)-1-苯乙醇反应中能够十分迅速地完成并不间断地持续上百个小时的生产。研究可以表明该反应器具有很好的催化性能,很高的选择性,出色的生产率和稳定性,以及十分可观的使用寿命。总而言之,本论文通过制备整体柱材料,建立了连续流反应器。通过连续流动的方式来固定化酶,从而构建连续流酶生物反应器。其分级孔的结构为酶的固定提供了方便而且有利于底物的对流传质。新型的整体柱式连续流酶生物反应器具有高催化活性,高稳定性,易分离,放大和自动化的特点,它为工业催化的可持续发展带来了新的期望。
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