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多孔壳聚糖磁性微球的制备及对固定化木聚糖酶的研究

张丽萍  
【摘要】:磁性高分子微球做为一种新型的功能材料,因其独特的超顺磁性和高分子表面丰富的功能基团特性,已在生物化工、细胞学、生物医学工程等领域得到了广泛应用。多孔高分子磁性微球的制备是目前这一领域研究的热点之一,多孔高分子磁性微球独特的多孔结构可以增加微球的比表面积,增大微球与反应物接触的机会,提高使用效率。 本论文的主要研究内容是多孔壳聚糖磁性微球(Porous Chitosan Magnetic Microspheres, PCMM)的制备及微球在蛋白质吸附、金属离子吸附和酶的固定化方面的应用: 1.选用CaCO_3为致孔剂,以纳米Fe为磁核、环氧氯丙烷做交联剂、Span-80做乳化剂、液体石蜡为分散介质,采用反相悬浮包埋法制备了PCMM;非多孔壳聚糖磁性微球(Chitosan Magnetic Microspheres, CMM)的制备不加入CaCO_3致孔剂。用扫描电镜和透射电镜等对两种微球进行了表征,从电镜的结果可以看出,PCMM的表面粗糙并有凹陷,有效地增大了微球的使用比表面积。研究了两种不同微球经辛巴蓝(Cibacron Blue F3G-A)修饰后对牛血清白蛋白(BSA)的吸附性能。实验结果表明:当牛血清白蛋白浓度为1.50 mg·mL~(-1)时,PCMM的吸附量为131 mg·g~(-1),CMM的吸附量为117 mg·g~(-1)。 2. PCMM还可以用于含金属离子废水的处理。以PCMM为载体,对水中Cu~(2+)的吸附性能进行了研究。实验结果表明:在相同实验条件下,PCMM对Cu~(2+)吸附性能远远高于CMM;PCMM对Cu~(2+)的最佳吸附时间为6 h,最佳吸附pH为5.50,当Cu~(2+)的浓度为150 mg·L~(-1)时,PCMM对Cu~(2+)的吸附达到95.0 mg·g~(-1);通过绘制Langmuir等温线和Freundlich等温线可以看出,PCMM对Cu~(2+)的吸附属于单分子,属于优先吸附;经过8次重复利用之后,PCMM对Cu~(2+)的吸附量降低了20%,重复利用率比较高。 3.分别以PCMM和CMM为载体,采用亚氨基二乙酸(IDA)为螯合剂螯合Cu~(2+),制备了固定化木聚糖酶。研究了两种微球对不同Cu~(2+)浓度的吸附量及螯合不同Cu~(2+)的量对酶活力的影响;同时探讨了给酶量、pH值、时间对固定化木聚糖酶活力的影响。研究结果表明两种微球固定化木聚糖酶的最适pH均为5.0-5.5之间,最适温度均为50°C,Km值分别为0.0722 mg·mL~(-1)和0.0557 mg·mL~(-1)。磁性壳聚糖固定化酶与自由木聚糖酶(Free Xylanase)相比,对热、pH稳定性等方面都有较大的改善;多孔壳聚糖磁性微球固定化酶(Porous Chitosan Magnetic Microspheres Immobilized Enzyme, PCMM-IE)的性质也优于非多孔壳聚糖磁性微球固定酶(Chitosan Magnetic Microspheres Immobilized Enzyme, CMM-IE);将两种壳聚糖磁性微球固定化酶用于降解稻壳中的木聚糖,结果表明:PCMM-IE不仅稳定性高于CMM-IE,而且在对木聚糖的降解实验中也优于CMM-IE,所以固定化木聚糖酶尤其是多孔壳聚糖磁性固定化木聚糖酶在实际应用中具有广泛的前景。


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