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生物催化剂改良土壤结构效果研究

生物催化剂改良土壤结构效果研究

作者：吕晗辽宁石油化工大学

学位级别：硕士

土壤是农业生产的基础,但是工业发展过程中,相应的副产品(氮氧化物、硫化物、氯化物、重金属废渣)排放,化学农业生产方式造成了土壤污染越来越严重。土壤退化程度不断提高。由于土壤形成过程缓慢,恢复已退化土壤的微生态是扩大农业用地... 详细信息

土壤是农业生产的基础,但是工业发展过程中,相应的副产品(氮氧化物、硫化物、氯化物、重金属废渣)排放,化学农业生产方式造成了土壤污染越来越严重。土壤退化程度不断提高。由于土壤形成过程缓慢,恢复已退化土壤的微生态是扩大农业用地面积,增加粮食产量,改善土壤环境的有效方式。现阶段,通过高效利用生物修复技术,能使得土壤污染得到妥善治理,利用土壤结构改良剂可以改善土质,而土壤改良剂的类别繁多,优缺点明显,改良过程尚不明确等,对于改良剂和粪肥配施对于退化土壤的修复效果需要通过实践检测。为此,本实验选择生姜作为研究对象,采用盆栽和地栽的两种种植方式,对比研究了有机肥组、生物菌肥组和生物菌肥+有机肥组3种不同施肥处理下对土壤物理性质(土壤容重、土壤孔隙度)、土壤pH值、土壤化学性质(有机质含量、铵态氮含量、速效磷含量、速效钾含量)、土壤酶活性动力学特征、土壤酶活性(过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性、碱性磷酸酶活性)以及生姜品质(生姜产量、生姜株高、姜块干物质含量、Vc含量、可溶性葡萄糖含量、挥发油含量)的影响。试验结果表明,3种不同施肥方式对土壤改良作用效果依次为生物菌肥+有机肥组>生物菌肥组>有机肥组,生物菌肥与有机肥的结合施用可显著的减少土壤容重,增加土壤总孔隙度,增加土壤持水能力,使土壤酸碱度保持在中性或偏酸性,可以有效的提高土壤肥力,延长肥效持续时间,同时增加土壤中酶的活性。采用生物菌肥+有机肥施肥方式不仅可以改良土壤,对生姜品质提升效果也十分显著,生姜收获时期,总产量与对照组相比高16.8%,姜块中干物质含量,VC含量、可溶性糖含量、挥发油含量均比其他处理组高出5.5%到11%之间。生物菌肥作为一种生物催化剂可以直接达到优化土壤结构、提高理化指标和生物指标,具有增加产量,提升品质等多种显著效果。生物催化剂的开发利用不仅可以为绿色农业的发展创造条件,而且具有较高的经济,生态和社会效益,是农业可持续发展的有力保障。

关键词：土壤微生态土壤改良生物菌肥土壤酶活性生物催化剂

共价有机框架材料的合成及其在酶固定化中的应用进展

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化工新型材料 2023年第7期51卷 37-42页

作者：张衡杨帆任瑞鹏吕永康太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室太原030024

酶是一类具备优异催化活性和高区域选择性的天然催化剂,在工业催化领域具有广阔的应用前景。然而,酶促转化的应用受到酶在恶劣条件下的脆弱性的阻碍。幸运的是,固定化已被证明是改善酶不稳定性一种有前途的方法。由于物理化学特性可调,... 详细信息

酶是一类具备优异催化活性和高区域选择性的天然催化剂,在工业催化领域具有广阔的应用前景。然而,酶促转化的应用受到酶在恶劣条件下的脆弱性的阻碍。幸运的是,固定化已被证明是改善酶不稳定性一种有前途的方法。由于物理化学特性可调,高结晶度,大比表面积、优越的吸附能力、可预先设计的结构和出色的稳定性等特性,共价有机框架(COFs)被认为是固定化酶的理想载体材料。与其他传统载体材料相比,COFs的高度多孔性使其具有更高的酶载量,表现出更优的催化效果。酶是通过物理吸附、直接共价连接或通过交联剂,实现与COFs的结合。首先介绍了COFs的合成方法与功能化,然后系统总结了COFs固定化酶的策略与最新研究进展,最后初步讨论了COFs在固定化酶领域面临的挑战与机遇。

关键词：共价有机框架固定化酶物理吸附共价相互作用生物催化剂

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生物催化剂的应用现状

盐科学与化工 2022年第11期51卷 1-3,9页

作者：何璐红赵扬贺素姣河南应用技术职业学院河南郑州450042

生物催化剂的应用越来越普遍,生物催化行业对化工行业有重大影响,全球酶市场规模近10亿S|。在传统化学中,微生物和酶的过程被用作生物繁殖的原料,现在正在扩大到石油衍生的原料。在小分子药物和中间体的生产中,生物转化作用化学和传统... 详细信息

生物催化剂的应用越来越普遍,生物催化行业对化工行业有重大影响,全球酶市场规模近10亿S|。在传统化学中,微生物和酶的过程被用作生物繁殖的原料,现在正在扩大到石油衍生的原料。在小分子药物和中间体的生产中,生物转化作用化学和传统化学最显著的区别之一是非常有效地不对称合成手性化合物的能力。生物催化用在大规模的工业化生产上则是从20世纪60年代才开始的,一般说来反应完成后不会留下诸如金属催化剂一类的废弃物。文章主要综述了生物催化剂在制药、环保、化妆品、有机合成等方面的应用,总结了生物催化剂的应用现状。

关键词：生物催化剂环保有机合成能源工业应用现状

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新型花生壳生物炭基催化剂催化酯交换反应

太阳能学报 2020年第4期41卷 257-263页

作者：严军华王舒笑袁浩然陈勇单锐中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 中国科学院大学北京100049 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广州510640

以固体废弃物花生壳为原料,制备一系列固体碱复合催化剂,并应用于酯交换反应实验。催化剂的表征通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)、N2吸脱附(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及Hammett指示法进行检测。同时对... 详细信息

以固体废弃物花生壳为原料,制备一系列固体碱复合催化剂,并应用于酯交换反应实验。催化剂的表征通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)、N2吸脱附(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及Hammett指示法进行检测。同时对催化剂的制备条件、催化反应条件及重复利用进行分析。实验结果表明:催化剂30K/PB-600具有优良的催化剂活性,在最佳反应条件下(6%的催化剂用量,7∶1的醇油物质量比和150 min的反应时间)生物柴油的产率可达96.3%;经过8次循环利用后产率仍大于82%,催化剂的失活是由于少量K+的流失。

关键词：催化生物催化剂生物柴油固体废弃物花生壳

牛血清白蛋白:一种催化四组分反应合成吡喃[2,3-c]并吡唑类化合物的高效和绿色生物催化剂（英文）

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Chinese Journal of Catalysis 2016年第9期37卷 1461-1468页

作者：黄杏甜李志鹏王东阳李毅群暨南大学生命科学技术学院广东广州510632 暨南大学化学系广东广州510632

多组分反应(MCRs)是通过一锅法同时或先后加入3种或3种以上起始原料合成目标产物的过程,具有原子经济性高、化学键构造效率高和反应选择性高等优点,而且可以避免中间体分离和纯化,从而减少废物产生,节省时间,简化分离纯化过程.MCRs由于... 详细信息

多组分反应(MCRs)是通过一锅法同时或先后加入3种或3种以上起始原料合成目标产物的过程,具有原子经济性高、化学键构造效率高和反应选择性高等优点,而且可以避免中间体分离和纯化,从而减少废物产生,节省时间,简化分离纯化过程.MCRs由于其灵活性和高效性超过了传统多步合成方法,已成为构建结构新颖的多样性有机分子的新兴工具,尤其是在新药开发中具有广泛应用.吡喃[2,3-c]并吡唑是一类重要杂环化合物,是许多重要新兴药物的关键内核,这些药物具有抑制人类Chk1激酶活性、抗肿瘤活性、止痛镇痛活性、抗菌活性和抗炎活性等.目前已有通过三组分反应(3CRs)、四组分反应(4CRs)乃至五组分反应(5CRs)合成吡喃[2,3-c]并吡唑的文献报道.所用催化剂大多为无机或有机碱性催化剂,所报道的多组分反应或多或少存在一些不足,如反应条件苛刻、所使用试剂昂贵和不易获得、使用定量的催化剂、产率不理想及操作繁琐等.牛血清白蛋白(BSA)是一种来源于牛,在生物体系中没有天然催化功能的廉价易得的非酶转运蛋白.由于生物催化剂如蛋白质、酶及完整细胞等具有催化效率高、选择性高和操作简单等优点,将生物催化剂用于催化有机反应已成为化学领域的研究热点.在这些生物催化剂中,BSA能催化一系列有机反应,包括还原反应、Knoevenagel缩合、aldol缩合、Morita-Baylis-Hillman反应和Biginelli反应等.考虑到吡喃[2,3-c]并吡唑衍生物的重要性以及BSA催化有机反应的多样性,我们设想利用生物催化剂BSA催化4CRs合成吡喃[2,3-c]并吡唑衍生物,即在45oC下,于90%乙醇水溶液中,催化量BSA催化乙酰乙酸乙酯、水合肼、丙二腈和羰基化合物反应.反应完成后,产物经乙醇重结晶纯化,BSA可回收重复使用,重复使用5次,催化活性基本保持不变.在优化条件下,合成了22个吡喃[2,3-c]并吡唑衍生物或及其螺环衍生物.迄今为止,该法尚未见文献报道.总之,我们发展了一种新颖和有效的BSA催化构建结构多样性吡喃[2,3-c]并吡唑衍生物的绿色方法.该法具有环境友好、反应条件温和、反应时间短、产率高和操作简单等优点.同时,该法底物适应范围广,可以使用各种羰基化合物为起始原料,这使它成为一种高效实用的合成结构多样性吡喃[2,3-c]并吡唑衍生物的方法.

关键词：牛血清白蛋白生物催化剂多组分反应吡喃[2,3-c]并吡唑生物催化多样性

Nanozymes： an emerging field bridging nanotechnology and biology

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Science China(Life Sciences) 2016年第4期59卷 400-402页

作者： Lizeng Gao Xiyun Yan Key Laboratory of Protein and Peptide Pharmaceuticals CAS-University of Tokyo Joint Laboratory of Structural Virology and Immunology Institute of Biophysics Chinese Academy of Sciences Beijing 100101 China Jiangsu Key Laboratory of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine for Prevention and Treatment of Senile Diseases School of Medicine Yangzhou University Yangzhou 225001 China

Enzymes are biological catalysts that can convert substrates into products in biochemical reactions.In 1926,the first enzyme,urease,was determined to be a protein by James B.Sumner who won the Nobel Prize in 1946.Since then,enzymes have been considered to be proteins,which allows them to achieve their high catalytic activity with high specific activity under mild conditions.However,in general,the enzyme activity of proteins is lost after exposure to extremes of p H and high temperature,and proteins are also susceptible to digestion by proteases in the environment,which dramatically hinders their practical applications

关键词：生物技术领域纳米技术生物催化剂生化反应诺贝尔奖温和条件蛋白质蛋白酶

晶胶固载副干酪乳杆菌及合成苯乳酸的实验研究

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高校化学工程学报 2020年第1期34卷 143-148页

作者：许娜关今韬张颂红贠军贤关怡新姚善泾浙江工业大学化学工程学院绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地浙江杭州310032 浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027

针对生物法合成苯乳酸存在成本高、高产菌株缺乏、工业化困难,稳定性低等问题,利用阴离子交换晶胶对副干酪乳杆菌的吸附作用,在发酵过程中形成复合生物催化剂,用于苯乳酸发酵和转化合成。对复合催化剂微观结构、形成过程特性、发酵和转... 详细信息

针对生物法合成苯乳酸存在成本高、高产菌株缺乏、工业化困难,稳定性低等问题,利用阴离子交换晶胶对副干酪乳杆菌的吸附作用,在发酵过程中形成复合生物催化剂,用于苯乳酸发酵和转化合成。对复合催化剂微观结构、形成过程特性、发酵和转化性能进行了测定。结果表明:发酵时投入晶胶可形成固载细胞的超大孔复合生物催化剂,不仅促进菌体生长,使生物量达7.10 mg·mL^-1,是同条件下无晶胶时的2.5倍,而且通过减轻底物抑制,将苯乳酸产量由0.71 mg·mL^-1提高到0.95 mg·mL^-1;以浓度0.5、1和2 mg·mL^-1的苯丙氨酸为底物,采用复合催化剂转化生成苯乳酸的产量是相应全细胞催化剂时的3、2.5和1.5倍。

关键词：生物催化剂苯乳酸阴离子交换晶胶

Permeabilization of Escherichia coli with ampicillin for a whole cell biocatalyst with enhanced glutamate decarboxylase activity

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2016年第7期24卷 909-913页

作者： Weirui Zhao Sheng Hu Jun Huang Piyu Ke Shanjing Yao Yinlin Lei Lehe Mei Jinbo Wang School of Biotechnology and Chemical Engineering Ningbo Institute of Technology Zhejiang University Ningho 315100 China Department of Chemical and Biological Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China School of Biological and Chemical Engineering Zhejiang University of Science and Technology Hangzhou 310023 China

The activity of whole-cell biocatalysts is strongly compromised by the cell envelope, which is a permeability barrier against the diffusion of substrates and products. Although common chemical or physical permeabilization methods used in cultured cells enhance cell permeability, these methods inevitably add several extra processing steps after cell cultivation, as well as impede large scale processing. To increase membrane permeability and cellbound glutamate decarboxylase(GAD) activity of recombinant Escherichia coli(BL21(DE3)-p ET28a-gad B) cells without the need for an additional permeabilization step, we investigated the permeabilizing effects of adding cell wall synthesis inhibitors or surfactants to the culture media. Ampicillin was the most effective at improving cell-bound GAD activity of the BL21(DE3)-p ET28a-gad B, although it decreased the cell biomass yield. The best permeabilization effect was observed using an ampicillin concentration of 5 μg·ml-1. Using this concentration,the cell biomass did decrease by 40.58%, but the cell-bound GAD activity of BL21(DE3)-p ET28a-gad B and total cell-bound GAD activity per milliliter of culture was enhanced by 6.24- and 3.64-fold, respectively. Treatment of BL21(DE3)-p ET28a-gad B cells with 5 μg·ml-1ampicillin resulted in structural changes to the cell envelope,but did not substantially affect GAD expression. By entrapping the ampicillin-treated cells in an open pore gelation matrix, which is a polymer derived from polyvinyl alcohol(PVA), alginate, and boric acid, the transformation rate of γ-aminobutyric acid(GABA) at the 10 th cycle produced by immobilized and permeabilized cells remained 46% of the first cycle. GAD activity of the immobilized, permeabilized cells remained over 90% after30 days of storage at 4 °C.

关键词：谷氨酸脱羧酶重组大肠杆菌生物催化剂氨苄西林全细胞酶活性通透性细胞膜结构

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基于生物催化法的食品熏蒸剂环氧乙烷制备

农业机械学报 2017年第2期48卷 322-326,321页

作者：徐宁辛嘉英王艳窦博鑫夏春谷哈尔滨商业大学食品科学与工程重点实验室哈尔滨150076 东北农业大学食品学院哈尔滨150030 中国科学院兰州化学物理研究院羰基合成与选择氧化国家重点实验室兰州730030

为了探索一种反应条件温和、方法简单的食品熏蒸剂环氧乙烷制备方法,采用甲基弯菌IMV 3011(Methylosinus trichosporium IMV 3011)细胞作为生物催化剂,催化乙烯的环氧化反应生成环氧乙烷,确定了反应条件。结果表明:反应器中气相的组成... 详细信息

为了探索一种反应条件温和、方法简单的食品熏蒸剂环氧乙烷制备方法,采用甲基弯菌IMV 3011(Methylosinus trichosporium IMV 3011)细胞作为生物催化剂,催化乙烯的环氧化反应生成环氧乙烷,确定了反应条件。结果表明:反应器中气相的组成为氧气50%、乙烯20%、氮气30%(体积分数),30℃、150 r/min振荡反应8 h,采用固定化形式催化剂,环氧乙烷生成量为34μmol/mg,利用甲烷培养对其循环再生,再生8次催化剂中甲烷单加氧酶(MMO)活力仍保留89%,环氧乙烷物质的量为3.4 nmol。

关键词：食品熏蒸剂环氧乙烷甲烷氧化菌生物催化剂环氧化反应