磁性离子液体纳米载体固定化脂肪酶的分子设计及非水相催化调控

针对非水相酶催化过程存在的酶稳定性差、易失活、酶回收困难，非水介质挥发会造成环境污染等问题，本课题将结合超顺磁性纳米载体和离子液体的双重优势，利用化工材料的多尺度设计方法，构建离子液体修饰的磁性纳米粒子固定化脂肪酶，应用于2-辛醇的手性拆分。从分子水平、介观结构水平和过程工程水平对离子液体-磁性纳米粒子-脂肪酶固定化体系的催化特性进行设计和调控。本课题兼具纳米固定化酶高运动性和高反应效率的优势，离子液体可设计性绿色清洁溶剂的特点，外加磁场强化反应与分离过程传质和方便回收利用的特色，具有节能降耗、降低成本和环境友好的三重优势。研究成果不仅可以创立高效经济环境友好的生物转化过程，而且将有力地推动材料科学、生物技术和化学工程等相关学科的交叉融合发展，对实现我国科学技术进步和经济的可持续发展具有重要的战略意义

本项目按照项目计划书的技术路线和内容开展了科学研究，圆满达到了预期目标。针对非水相酶催化过程存在的酶稳定性差、易失活、酶回收困难，非水介质挥发会造成环境污染等问题，本项目结合超顺磁性纳米载体和离子液体的双重优势，利用化工材料的多尺度设计方法，构建的磁性纳米粒子固定化脂肪酶在离子液体系统中成功进行了2-辛醇的手性拆分，并从分子水平、介观结构水平和过程工程水平对离子液体-磁性纳米粒子固定化脂肪酶催化体系的机制进行了阐明和调控。在外加交变磁场频率下，磁性固定化脂肪酶拆分2-辛醇的表观速率明显提高，是未加磁场对照组催化速率的2.2倍，获得的光学纯手性2-辛醇异构体对映值eep> 99%。磁性固定化酶重复使用5次后，仍能保持95%的酶活。制备出表面螯合铜离子的超顺磁性介孔颗粒，实现了从发酵液中直接捕获漆酶，提纯的漆酶纯度和酶活均超过Sigma商品漆酶的水平；从发酵液中直接捕获的漆酶不解离下来，可以作为固定化的漆酶磁性催化剂直接使用进行酚类化合物降解，磁性漆酶催化剂的催化活性明显高于游离酶；在磁稳定流化床的连续处理过程中，由于加强了混合和传质，磁性漆酶催化剂能使酚类化合物的降解率进一步提高。该项目的成果不仅可以创立高效经济环境友好的生物转化过程，而且将有力地推动材料科学、生物技术和化学工程等相关学科的交叉融合发展，对实现我国科学技术进步和经济的可持续发展具有重要的战略意义。