树木纤维素载体固定化酶的制备及其性质研究

来源 :苏州科技大学 苏州科技学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong416
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固定化酶技术是上世纪六十年代以来兴起的一类生物催化技术,它可以提高酶的稳定性,又能够回收后反复利用,其产物对环境的污染也相对较小。由于其在保证绿色生产的同时还降低了能源及成本的消耗,因而深受食品、医药、纺织、化工等行业的欢迎。  固定化酶性质的好坏取决于固定化酶载体和制备方法的选择。优质的载体应满足以下条件:首先应具有优异的通透性,以满足固定化过程中酶与载体的充分接触。其次应具有较强的固定化能力,以提高固定化过程中酶与载体之间的结合能力。再者载体应具有较好的稳定性,以保证在固定化或催化过程中其不与底物或产物发生反应。  树木纤维素是一种含有大量羟基的天然高分子材料。因其含有易于接枝改性的羟基以及改性后易于与酶共价结合的性质等优点,所以在对酶分子的固定化方面有着较大的应用前景。  本文以木材加工废弃物粉末即木质纤维素为原材料,通过化学法制备出四种不同种类(泡桐、杨树、香椿、槐树)的树木纤维素材料,并对它们的微观结构进行了表征。将四种材料作为载体固定木瓜蛋白酶和果胶酶。通过研究载体的微环境和固定化条件对固定化酶效率的影响规律,细致评价了木瓜蛋白酶和果胶酶的固定化性质及稳定性,比较了不同载体的固定化效果。  本文采用化学法(NaOH、H2O2的混合液以及乙酸、NaClO2的混合液)处理四种木质纤维素原料,考察了木质素和半纤维素的脱除效果,并对所提取的树木纤维进行接枝改性,将2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪中的卤素引入到其中。一方面,成功提取出纯度较高的树木纤维素,另一方面,利用NaOH对纤维素的溶胀作用以及引入的卤素来实现载体比表面积增大的目标,成功的制备出比表面积明显增大改性树木纤维素载体。  采用SEM、氮气吸脱附法和FTIR对载体的微观结构和表面性能进行了表征。结果表明,制备出的树木纤维素载体具有大量的纳米级小孔和微米级大孔,这将非常有利于酶与载体的充分接触。改性后的树木纤维素与天然的木质纤维素相比,纤维断裂处变得卷曲圆钝,表面杂质明显减少,细胞壁和胞间层的孔隙增加,部分阻塞的纹孔和毛细管道被打开,且比表面积明显增大,这将有利于提高酶的固定化效率。从对FTIR分析中可知,树木纤维素中的木质素和半纤维素已经部分被溶解掉,同时,2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪中的卤素已经成功的被引入到载体树木纤维素中,有利于载体在制备固定化酶时直接与酶的氨基、酚羟基或者巯基等进行共价结合。  木瓜蛋白酶及果胶酶的固定化结果表明,固定化效果与载体的硬度相关,结构疏松的软木载体的固定化效果要高于结构致密的硬木载体。因此,软木泡桐的固定化效果最佳,即在pH7.5、45℃下固定24h且最佳给酶量为16mg/mL的情况下酶活力可高达81.1U,其酶活力回收率为63.4%,最适pH向碱性方向偏移0.5个单位,最适温度提高了10℃,连续操作6次后的相对酶活力为73.9%,4℃下保存30d的剩余酶活力仍超过95%。与游离酶相比,固定化木瓜蛋白酶的热稳定性、酸碱稳定性、操作稳定性和储存稳定性均有了显著提高。  通过对固定化果胶酶的性质研究可知,四种树木纤维素载体中,以软木改性杨树树木纤维素固定化果胶酶的固定化效果最好:固定28h的最佳给酶量为20mg/mL,得到的酶活力最高为51.9U/g,其酶活力回收率为52.9%,pH作用范围从7.0提高到7.5,热稳定性提高了5℃,储存稳定性和操作稳定性均显著提高。  通过四种改性树木纤维素载体对木瓜蛋白酶和果胶酶的固定化研究可知,树木纤维素是用于酶固定化的良好载体,具有良好的工业应用前景,该载体的开发将为木瓜蛋白酶和果胶酶的固定化提供良好的契机。
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