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木瓜蛋白酶是一种纯天然的蛋白水解酶,可催化水解多种蛋白质中的肽键和多种化合物中的酯键、酰胺键等,具有蛋白酶和酯酶双重酶活性质,被广泛应用于食品、医药、纺织、化妆品和生物等领域。但木瓜蛋白酶在催化反应中存在易受环境影响而变性失活,其催化中心易与金属离子配位结合失活,以及难以与催化产物分离等不足,导致生产成本增加,限制其推广应用。此外,贵州是我国核桃主要产地之一,近年来,随着核桃产业的快速增长,核桃加工产生的核桃壳废弃料日益增多,常以堆弃或焚烧处理,造成资源浪费与环境污染。核桃壳材质坚硬成分接近于木材,是制备活性炭的优质原料。据此,本文开展研究工作,提出并采用核桃壳为原料,H3PO4为活化剂,定向制备活性炭,用于木瓜蛋白酶的固定化。以解决木瓜蛋白酶易失活、难以与产物分离及难以重复使用等问题,同时实现对核桃壳废弃物的资源化利用,具有双重意义。 论文通过热重分析对核桃壳及核桃壳浸渍料热解过程进行探讨,研究H3PO4对核桃壳活化机理,并确定炭化、活化温度;通过测定活性炭77K N2等温吸附线、碘吸附值和亚甲基蓝吸附值,以及FT-IR、Boehm滴定和零电荷点,探究所制备活性炭孔隙结构及表面化学性质对吸附性能的影响,提供酶固定化载体的基本数据。 通过研究高温N2二次活化、HNO3及NH3·H2O对制备的活性炭进行改性,获得孔隙结构和表面化学性质都适用于固定化木瓜蛋白酶用载体。通过对酶固定化条件、不同活性炭固定化木瓜蛋白酶和添加戊二醛吸附—交联固定化木瓜蛋白酶的研究,确定了固定化酶条件、最适宜固定化木瓜蛋白酶用活性炭和戊二醛添加量,并进行固定化酶特性测定。 研究结果表明:核桃壳是制备活性炭的优良原料;制备核桃壳活性炭适宜工艺条件为:核桃壳粒度20~60目、浸渍比4:1、炭化温度250℃、炭化时间60min、活化温度500℃、活化时间60min。高温N2二次活化适宜改性工艺条件为:二次活化温度900℃、二次活化时间120min;HNO3与NH3·H2O适宜改性工艺条件为:HNO3浓度1mol/L、NH3·H2O浓度5mol/L。适宜固定化条件:转速150r/min、吸附时间2.5h、酶给量0.5mg/mL;AC-Nt120最适宜用于固定化木瓜蛋白酶,酶负载量达95.56mg/g、酶活为133.72U,比AC-At60分别提高1.28倍、1.36倍,酶活为游离酶活0.994倍。戊二醛最适添加量为6%,酶负载量181.03mg/g、酶活91.33U,单位载体质量固定化酶的催化酪氨酸产量最高;固定化酶特性评价:pH稳定性及热稳定性均有提高,最适pH向碱性方向平移0.5个单位(pH7.5)、最适温度升高10℃(50℃),经7次重复使用后剩余酶活达60.00%。