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摘 要

脂肪酶（Lipase，EC3.1.1.3）是酯酶下的一个亚类，它作为一种多功能的生物催化剂，不仅可以催化水解反应，也可以催化醇解，酸解和氨解等反应。由于脂肪酶的分布广泛、高催化效率、反应温和及对环境友好等性质，使得其在食品、医药、洗涤、日用化工、生物柴油及环境治理等方面得到越来越广泛的应用。但在实际的工业应用中，天然脂肪酶成本高，稳定性较差，在生物转化过程中难以回收和循环利用等问题，极大的限制了脂肪酶的工业化应用。本文利用多种甜菜碱类离子液体化学修饰南极假丝酵母脂肪酶（CALB），修饰后CALB的酶活均得到明显提高，C16-CALB-Cl酶活提升较为明显，接近原酶活性的3.5倍。证明了利用离子液体对脂肪酶进行化学修饰是一种提升脂肪酶催化性能的可行方法。

关键词：离子液体 化学修饰 脂肪酶

Abstract

Lipase (Lipase,EC3.1.1.3) is a subclass of esterase. As a multi-functional biocatalyst, lipase can catalyze not only be used in hydrolysis, but also alcoholysis, acidolysis and ammonolysis reactions. Because of its wide distribution, high catalytic efficiency, mild reaction and environmental friendliness, lipase has been more and more widely used in food, medicine, washing, daily chemical industry, biodiesel and environmental treatment. However, in the actual industrial application, the cost of natural lipase is high, the stability is poor, and it is difficult to recover and recycle in the process of biotransformation, which greatly limits the industrial application of lipase. In this paper, many kinds of betaine ionic liquids were used to modify Candida Antarctica lipase (CALB), and the activity of CALB was significantly increased, and the activity of C16-CALB-Cl was nearly 3.5 times of that of the original lipase.

KeyWords:Ionic liquid; Chemical modification; Lipase

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.2脂肪酶及其应用 1

1.2.1脂肪酶简介 1

1.2.2脂肪酶在食品行业的应用 1

1.2.3脂肪酶在生物医药中的应用 2

1.2.4脂肪酶在化学工业中的应用 2

1.3脂肪酶分子改造的研究进展 3

第二章 甜菜碱类离子液体化学修饰南极假丝酵母脂肪酶B 7

2.1实验试剂与仪器 7

2.2实验内容 8

2.2.1离子液体的合成 8

2.2.4修饰度的测定 9

2.2.8热稳定性的测定 10

2.2.9有机溶剂耐受性测定 10

2.2.10荧光色谱的测定 10

2.3结果与讨论 10

2.3.1最适酶活与修饰度的测定 10

2.3.2温度对脂肪酶活性的测定 11

2.3.3 pH对脂肪酶活性的影响 11

2.3.4原酶与修饰酶的热稳定性 13

2.3.5有机溶剂耐受性 13

2.3.6 荧光光谱 14

第三章 实验结论与展望 16

3.1结论 16

3.2展望 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 文献综述

1.1研究背景

脂肪酶（Lipase，EC3.1.1.3）是酯酶下的一个亚类，其主要功能是催化非水溶性甘油三酯水解成脂肪酸、甘油二酯及甘油单酯。除此之外，也可以在温和的条件下催化其他类型的反应，例如醇解，酸解和氨解等^[1]，因此脂肪酶是一种多功能的生物催化剂。由于脂肪酶的分布广泛、催化效率比较高、反应温和及对环境友好等性质，使得其在食品、医药、洗涤、日用化工、生物柴油及环境治理等方面具有广泛的应用前景。但目前脂肪酶的工业化应用受到种种限制，需要寻找新的方法来打破这一困境。

1.2脂肪酶及其应用

1.2.1脂肪酶简介

脂肪酶在自然界的分布极其广泛，虽然在动物、植物、微生物几乎中都含脂肪酶，但在细菌、真菌和酵母等微生物群落中的脂肪酶更为丰富^[2]；脂肪酶的本质是具有复杂结构的蛋白质，其一级结构通常由200 ~ 700个常见氨基酸组成，分子量也在29 kDa ~ 100 kDa之间。虽然不同的脂肪酶在基因上可能有较大的差别，但他们的蛋白折叠结构和催化机制大致相同，大多数都以α/β水解酶折叠为基础^[3]。脂肪酶的活性中心大多是由组氨酸（His）、色氨酸（Ser）和谷氨酸（Gly）组成的一个催化三联体，具有高度的同源性，同源区段的氨基酸序列满足His-X-Y-Gly-Z-Ser-AA-W-Gly这样的排列规律。大多数脂肪酶的活性中心会被一个含有α-螺旋结构的片段包住，该片段被形象地命名为“盖子”结构。“盖子”结构中α-螺旋的外表面相对亲水，靠近活性中心的内表面则呈现出一定的疏水性。当脂肪酶存在于油/水两相中时，内表面的疏水性得到增强，从而促使“盖子”结构打开，使底物与活性中心结合并发生反应，该现象被称为“界面激活效应”^[4]，广泛存在于含有“盖子”结构的脂肪酶中。绝大多数脂肪酶含有“盖子”结构，但南极假丝酵母脂肪酶较为特殊，不存在“盖子”结构。

1.2.2脂肪酶在食品行业的应用

脂肪酶已经成为现代食品工业不可或缺的一部分。在过去的十几年里，利用酶来改进食品生产的传统化学工艺得到了发展。如今，脂肪酶通常用于生产果汁、烘焙食品、和浓缩乳制品等^[5]。脂肪酶可以根据反应介质的不同而产生不同的风味。因此，在食品工业中，脂肪酶可用于改善产品的风味，在调味乳制品行业，可用于改善奶酪奶和黄油的风味^[6]。表皮葡萄球菌脂肪酶基因在大肠杆菌中过度表达，产生的脂肪酶具有较高的催化效率。它可以以水为介质催化酯化反应，因此更适合于食品加工，所得产品被认为是天然的，可直接在食品工业中应用。应用范围涵盖香料合成、葡萄酒、烘焙食品、乳化剂和乳制品等领域^[7,8]。糖酯由于其表面活性和乳化能力，在食品工业中具有广阔的应用前景。与传统的化学合成相比，酶法合成糖酯具有一些优点，如一步合成不需要多元醇的保护和去保护。同时由于酶反应过程的区域选择性和温和的反应条件，脂肪酶作为糖酯生产的生物催化剂的应用得到越来越多人的关注^[9,10]。

1.2.3脂肪酶在生物医药中的应用

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