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《中国农业大学》 2004年
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橄榄绿链霉菌E-86木聚糖酶的固定化及低聚木糖制备研究

艾志录  
【摘要】: 本论文针对低聚木糖工业化生产中的关键技术问题,研究木聚糖酶固定化技术,通过对30多种不同性能的载体的固定化试验筛选出效果优良的载体,对其固定化工艺进行了优化,进而系统研究了固定化酶的酶学特征和应用特性,并对固定化酶直接利用稀碱处理玉米芯生产低聚木糖和利用玉米芯汽爆液生产低聚木糖进行了研究,优化了固定化酶水解的工艺条件。主要研究内容和结果如下: 1.对30多种不同性能的载体进行了固定化试验,筛选出对橄榄绿链霉菌E-86来源的木聚糖酶固定化效果优良的Eudragit S-100、Eupergit C和大孔苯乙烯系阳离子交换树脂D380。 2.在国内首次引入可逆溶解性聚合物固定化酶方法,对橄榄绿链霉菌E-86来源木聚糖酶的固定化效果最好,1%的Eudragit S-100固定化得率91.8%,固定化酶活力74.68 U·ml~(-1),为国内最高固定化得率和固定化木聚糖酶活性。 3.在国际首次报道采用环氧基载体固定化木聚糖酶,酶与载体比232 U·g~(-1),在1M、pH5.8的磷酸二氢钾缓冲溶液中固定化36~48h,橄榄绿链霉菌来源木聚糖酶的活力回收35%,固定化酶活性82U·g~(-1)。 4.与游离酶相比,Eudragit S-100固定化橄榄绿链霉菌来源木聚糖酶的最适pH由5.8升高到6.3,在pH 4~10之间稳定性良好。固定化酶的最适温度由60℃提高到65℃,温度稳定性明显增加,半衰期提高50%以上。Eudragit固定化基本保持了原有的酶与底物亲合性,对桦木木聚糖、榉木木聚糖、水溶性燕麦木聚糖的K_m值由原酶的1.54、1.42和1.15mg·ml~(-1),微弱增加到2.34、2.07和1.36 mg·ml~(-1),但固定化后V_(max),显著增加,这在以前的固定化研究中尚未见报道。供试的所有离子对木聚糖酶都没有激活作用,Cu、Ag、Hg以及NBS则使酶完全失活。固定化酶具有良好的重复使用性能,连续4批次操作产糖能力仍保持80%以上。 5.在玉米芯浓度4%、加酶量150U·g~(-1)(玉米芯)、水解时间8小时可获得良好的水解效果,此时水解液糖组分中单糖含量11.0%、木二糖45.7%、木三糖32.5%、木四糖量10.8%,低聚木糖量占总糖量的89%,以总糖计的水解率为(对玉米芯木聚糖)72%、33.5%(对原料玉米芯)。与目前酶法生产低聚木糖在相同水解时间时的最高水平相当。而固定化酶法直接利用稀碱处理玉米芯水解生产低聚木糖在国际上尚未见报道。 6.Eupergit C固定化橄榄绿链霉菌E-86来源木聚糖酶研究结果表明:固定化酶的最适pH、pH稳定性和最适温度基本无变化,但温度稳定性明显提高,与Eudragit固定化相比其对金属离子的稳定性显著提高。在55℃、pH 5.8的条件下,中浓度汽爆液(总糖含量12.8mg·ml~(-1),直接还原糖含量5.39mg·ml~(-1))以底物空间流速1.5 h~(-1)(底物流速0.5ml·min~(-1)、停留时间40min)下行通过填充床式固定化酶反应器连续生产低聚木糖,可获得52%的总糖水解率,固定化酶反应器生产效率0.1 mg·ml~(-1)(酶柱体积)·min~(-1),固定化酶生产效率0.12mg·g~(-1)(湿酶)·min~(-1),低聚木糖占总糖含量78.88%。连续操作10天相对产糖量保持在93%以上,半衰期可达107天。 本研究的特点与创新在于: ① 利用可逆溶解性聚合物载体固定化酶在国内尚未见报道,而利用固定化酶直接水解玉米芯生产低聚木糖在国际上尚未见报道。本研究采用可逆溶解性聚合物Eudragit S-100固定化木聚糖 中国农业大学博士学位论文摘要 里里照里里里里口里月里里里里里里里典目里里里里里里里里里里里里皿里里里里 酶工艺简单、条件温和、通过改变环境pH值可以很容易的实现在溶解状态下进行酶反应,降低 固定化酶扩散限制,改善酶与底物的亲合性,而在不溶状态下进行酶与酶解产物的分离和重复利 用。采用稀碱液预处理玉米芯则可以简单有效地脱除木聚糖结合的木质素,改善底物与酶的亲和 性,消除了木质素的屏蔽效应对固定化酶作用的影响,两者的结合使得固定化酶能高效利用玉米 芯中的木聚糖生产低聚木糖。本研究为利用固定化酶直接水解玉米芯生产低聚木糖开辟了一种全 新的思路,为工业化利用固定化酶法生产低聚木糖提供了基础。因此可以期待其在工业化低聚木 糖生产中发挥其应有的作用。 ②在国际上首次报道采用环氧基载体固定化木聚糖酶得到良好效果,并经连续水解玉米芯汽 爆液生产低聚木糖证明了其可行性。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TS245

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