α-熊果苷(α-Arbutin,α-Ar)是一种安全且高效的美白活性物质,通过抑制酪氨酸酶的活性,阻断黑色素合成,达到美白的功效。目前α-Ar主要的生产方法是微生物和酶转化法,催化一分子葡萄糖和一分子对苯二酚(HQ)来合成。由于底物HQ具有细胞毒性,当其浓度过高时会导致细胞凋亡从而降低α-Ar产量。本课题构建了一个底物和细胞双固定化的反应体系,一方面将HQ负载在磁性壳聚糖微球(Fe3O4@CTS)载体上,通过缓释作用来降低反应过程中游离HQ的浓度,以达到减小其对微生物细胞的毒性及底物能够持续转化的目的,反应结束后,通过外加磁场可以对载体进行快速分离;另一方面选用吸附法和包埋法对细胞进行固定,固定化细胞可进行多次重复使用。主要研究内容如下:(1)底物固定化载体磁性壳聚糖微球的制备及其对HQ的负载:首先通过氧化水热法制备出了直径为30-40 nm的Fe3O纳米粒子,然后通过乳化交联法制备Fe3O4@CTS微球,经FTIR红外表征获得席夫碱键(C=N)和Fe-O键的特征吸收峰,可以证明Fe3O4@CTS制备成功。通过振动样品磁强计(VSM)分析了 Fe3O4纳米粒子和Fe3O4@CTS微球的磁响应性,包裹壳聚糖后,Fe3O4@CTS微球的磁化强度较于Fe3O4纳米粒子有较大程度减弱,但仍具有良好的磁响应性,可通过外加磁场快速分离。对交联过程中影响Fe3O4@CTS微球得率以及对HQ负载作用的因素进行了探究,结果表明,当25%戊二醛添加量为6 mL,Span-80添加量为8 mL,转速1200 rpm的条件下制得的Fe3O4@CTS微球负载性能最好;在HQ初始浓度为8 g/L,吸附温度25℃,pH值为中性的条件下吸附24 h时Fe3O@CTS微球对HQ的负载量达到最大值300-320 mg HQ/g Fe3O4@CTS 微球。(2)吸附法固定化细胞的制备及其催化活性:首先从多种载体中筛选出对黄单胞杆菌BT-112吸附量最大的硅藻土载体545,然后对吸附条件进行了探究,结果表明振荡吸附的效果要远远高于静置吸附,且在温度28℃,固液比1:15,初始菌浓度OD660 0.94,摇床转速100 rpm的条件下吸附2 h,硅藻土载体545对细胞的吸附量可以达到112.95 mg/g,催化活性达到36.20 mgα-Ar/g固定化细胞。(3)海藻酸钙(Calcium alginate,CA)固定化细胞的制备及其催化活性:研究了 CA包埋法制备固定化细胞过程中影响固定化细胞催化活性的因素,结果表明当氯化钙浓度为0.2%,海藻酸钠(Sodiumalginate,SA)浓度3%,小球粒径1.8 mm,菌体细胞浓度OD660值为0.372,固化时间16h的条件下制备的凝胶小球活性最高,在磷酸缓冲盐溶液(PBS)中反应,HQ的转化率可达45.20%。对比培养基和PBS发现,以培养基作为反应溶液时,底物的转化率大大提高,最高可以达到78.12%,与同批次反应PBS中底物的转化率(44.97%)相比提高了 73.72%。(4)利用固定化底物和细胞催化合成α-Ar的研究:首先比较了 CA固定化细胞和硅藻土载体545固定化细胞的催化活性,结果表明CA固定化细胞效果更好。研究了固定化底物浓度、反应温度、摇床转速、CA固定化细胞使用寿命等因素对双固定反应的影响。结果表明,在固定化底物浓度30 g/L、温度30℃、转速160 rpm的反应条件下,α-Ar的产量可达8.33 g/L,与游离底物相比提高了 2.05倍。通过对CA固定化细胞使用寿命的研究,结果表明CA固定化细胞重复使用5次后,α-Ar产量仍可达3.99 g/L,有效降低了 α-Ar的生产成本。