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固定化酶降解壳聚糖的研究

陈晓军  
【摘要】:甲壳素是一种丰富的自然资源,是地球上仅次于纤维素的第二大丰 富可更新有机资源。壳聚糖是甲壳素经脱乙酰化处理的产物。在甲壳素/ 壳聚糖大分子中,由于其分子结构中内外氢键的相互作用,形成了有序 的大分子结构,溶解性能很差。经过脱乙酰化处理生成的壳聚糖大分子 中存在大量的游离氨基,使其溶解性能大大改观,特别是分子量低于1 万低聚壳聚糖,更由于其独特的的生理活性和物化性质,使壳聚糖的应 用范围大大加宽。 同壳聚糖大分子相比低聚壳聚糖具有一些独特的功能性质,这些性 质包括低聚壳聚糖良好的水溶性、保湿增湿性、抑菌抗菌作用、抗肿瘤 和免疫促进作用等。同时由于低聚壳聚糖所特有的各种生理活性和功能 性质,使其在保健食品、生物医药、日用化妆品、医疗诊断和生物生理 等方面具有独特的应用价值。 壳聚糖分子量通常在几十万上百万,若在适当的条件下,对其进行 降解反应,则能得到平均分子量小于1万的可直接溶于水的水溶性壳聚 糖。通过降解反应得到低聚水溶性壳聚糖的制备方法大致可分为酸降解 法、氧化降解法和酶降解法三大类。 利用各种降解方法对壳聚糖进行降解处理,都可以得到低聚水溶性 壳聚糖。酸降解法降解过程较难控制,所得降解产物的分子量范围很 宽。虽然这种方法早已用于工业化生产,各种分子量范围的壳聚糖产品 都能得到,但要得到特定分子量范围且具有较高收率的壳聚糖产品还是 比较困难的;酸解过程引入了强酸,还会造成一定的环境污染。氧化降 浙汁人学帧卜学位论义 解法普遍采用了多种试剂进行降解反应或降解产物的后处理,这给产品 的分离、纯化增添了困难。州村;J卜Z“,氧化降解方法在制备较高分厂量 范围*万人右)的壳聚糖产.*lzJ更为有利。酶降解法降解条件温和,反应 过程易于控制,易于得到所需分了针范围的壳聚糖产品。但在选择合适 的酶种以适合工业化大规模生产上尚存在困难。 固定化酶比游离酶具有许多力‘山i的技术优点,国内外已有很多用壳 聚糖作为载体来固定化酶的州究报道,说明以壳聚糖来固定化酶是切实 可行的技术。本实验选取较为廉价的非专一性酶:木瓜蛋臼酶、果胶酶 和纤维素酶,以壳聚糖为载体、戊二醛为交联剂来固定化酶,探索固定 化的最佳条件。然后用固定化木瓜蛋白酶、果胶酶和纤维素酶对蝉虾壳 聚糖进行降解并寻找降解反应的最佳条件,最后采取甲醇-丙酮溶剂分级 沉淀法对降解产物进行粗分离,从而得到低聚壳聚糖。 本实验说明用壳聚糖为载体、戊二醛为交联剂来固定化木瓜蛋白 酶、果胶酶和纤维素酶是可行的且效率较高。酶活回收率分别达到 78.of%、82.53%和 84.86%,最佳固载量均为 25mg/g壳聚糖。在固定化 条件的选择上,戊H醛处理温度均为室温,处理时间均以sh为宜,木瓜 蛋白酶和纤维素酶的固定化PH以8较好,而果胶酶固定化PH以7较 好。 采用非专一性酶来降解壳聚糖,已有不少这方面的研究。但是采用 固定化非专一性酶来降解壳聚糖的报道还比较少见。本部分实验用固定 化木瓜蛋白酶、果胶酶和纤维素酶来降解壳聚糖,以还原糖含量来测定 降解程度。结果说明用固定化木瓜蛋白酶和果胶酶降解壳聚糖的适宜条 件为反应 pH3.5、温度 50 oC,固定化酶:壳聚糖(CW)为 8:1;用固定 )化纤维素酶降解壳聚糖的适宜条件为反应PfI4.5、温度50℃,固定化酶: 壳聚糖(W仪)为81。固定化纤维素酶降解壳聚糖的效果明显要比固定 iii 浙江人学灿卜学位论义 化木瓜蛋白酶和果胶酶高得多,而果胶酶比木瓜蛋白酶略高些。三种固 定化酶都是在反应初期降解壳聚糖很快,4小时后趋于缓和,8小时后趋 于稳定。三种固定化酶连续使用 1()次(每次 12小时),反应时间达到 120小时,仍然还有活力;其中固定化纤维素酶活力下降更为迅速,连 续反应 108小时后还原糖含量就降到 t)J始的一半以下。 三种固定化酶降解壳聚糖10小时后用甲


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