Chất mang polystyrene từ cố định lipase: tính ổn định cao và dễ dàng phục hồi trong phản ứng este hóa

Bối cảnh nghiên cứu và thiết kế vật liệu

Trong môi trường phản ứng có độ nhớt cao như este hóa axit béo, việc tách và tái chế chất xúc tác luôn là một quá trình khó khăn. Các tàu sân bay từ tính cho phép tách chất xúc tác nhanh chóng bằng cách cộng thêm từ trường, do đó đơn giản hóa quá trình sinh học và giảm chi phí. Một nghiên cứu gần đây sử dụng copolymer polystyrene-diethylene benzene từ tính làm chất mang để cố định men giả Nam Cực lipase B (CALB), kiểm tra một cách có hệ thống ảnh hưởng của dạng hạt đối với các thông số cố định và đánh giá tính chất xúc tác của nó trong phản ứng este hóa. Trong nghiên cứu, các hạt polymer được chuẩn bị bằng cách thay đổi mức độ pha loãng của hỗn hợp monomer để khám phá mối quan hệ giữa dạng hạt và các thông số cố định. Ý tưởng thiết kế vật liệu này có điểm tương đồng với việc bổ sung chất độn và điều chỉnh hình dạng của chất mang polymer trong ngành công nghiệp cao su – diện tích bề mặt cụ thể của các hạt, cấu trúc lỗ chân lông và các đặc điểm hình thái khác ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tải và trạng thái phân tán của các thành phần hoạt động.

Dữ liệu chính và tính chất xúc tác

Trong số các chất xúc tác sinh học hàng loạt được chuẩn bị, BioS100 được sản xuất từ polyme pha loãng 100% có hiệu suất nổi bật: năng suất cố định đạt 82,0% và hoạt động este hóa là 493,0 U g⁻U. Ở mọi nhiệt độ được thử nghiệm, tốc độ chuyển đổi axit sang este của CALB tự do thấp hơn so với chất xúc tác sinh học không đồng nhất, cho thấy sự hiện diện của chất mang tăng cường sự ổn định nhiệt của enzyme. Chất xúc tác sinh học không đồng nhất này cho thấy tỷ lệ chuyển đổi cao trong các phản ứng este hóa của axit palmitic, stearic và oleic (tất cả đều là axit béo chuỗi dài). Đáng chú ý hơn, trong 10 phản ứng este hóa liên tiếp, BioS100 đã chứng kiến sự sụt giảm không đáng kể trong tỷ lệ chuyển đổi ethyl oleate, cho thấy sự ổn định hoạt động tốt và dễ dàng tái chế, theo đó các tác giả nghiên cứu lưu ý tiềm năng của nó cho các ứng dụng quy mô lớn. Mặc dù đối tượng trực tiếp của nghiên cứu này là vật liệu xúc tác sinh học, phương pháp thiết kế và đánh giá tàu sân bay có giá trị tham khảo đối với lĩnh vực lốp xe và cao su. Đầu tiên, ý tưởng chuẩn bị và phục hồi của chất mang polymer từ tính, có thể cung cấp tài liệu tham khảo cho thiết kế của chất chống oxy hóa loại tải, chất chống lão hóa trong chất phụ trợ cao su – thông qua chất mang để đạt được sự giải phóng chậm và phục hồi của chất phụ trợ, hy vọng sẽ giảm sự di chuyển của chất phụ trợ và ô nhiễm môi trường. Thứ hai, nghiên cứu về mối quan hệ giữa hình thái hạt và hiệu quả cố định, phù hợp với logic nghiên cứu về sự phân tán của chất độn bổ sung như than trắng đen trong ma trận cao su và vai trò giao diện: kích thước hạt, độ xốp và đặc tính bề mặt của chất độn trực tiếp xác định hiệu quả bổ sung và hiệu quả hiệp đồng của hệ thống lưu hóa. Ngoài ra, tỷ lệ chuyển đổi cao và ổn định nhiệt mà nghiên cứu thể hiện trong quá trình este hóa axit béo chuỗi dài gợi ý không gian ứng dụng có thể có của các chất hỗ trợ xử lý sinh học trong quá trình trộn cao su và lưu hóa. Ví dụ, các este axit béo thường được sử dụng làm chất làm dẻo hoặc hỗ trợ chế biến trong chế biến cao su, nếu xúc tác enzyme cố định để đạt được tổng hợp xanh hiệu quả và có thể tái chế, sẽ giúp giảm tiêu thụ năng lượng và khí thải chất thải của các liên kết sản xuất phụ trợ. Đối với lĩnh vực tân trang và tái chế lốp xe, khái niệm chất xúc tác tái chế từ tính cũng cung cấp những ý tưởng mới cho việc thiết kế hệ thống xúc tác trong quá trình khử lưu huỳnh cao su đã qua sử dụng hoặc quá trình sửa đổi. Nhìn chung, mặc dù nghiên cứu không liên quan trực tiếp đến công thức lốp xe hoặc quá trình lưu hóa, dữ liệu về điều chỉnh hình thái chất mang polymer, phục hồi chất xúc tác và ổn định hoạt động liên tục cung cấp cơ sở vật liệu di động cho thiết kế phụ trợ cao su và sản xuất xanh. Mối quan tâm tiếp theo là sự phù hợp của các chất xúc tác sinh học từ tính như vậy trong các hệ thống tổng hợp phụ trợ cao su phức tạp hơn, cũng như biểu hiện tương thích của vật liệu mang với ma trận cao su.

Nguồn:Development of Biocatalysts Based on Lipase B From Candida antarctica Immobilized on Magnetic Poly(Styrene‐Co‐Divinylbenzene) for Application in Esterification Reactions， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.