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逆胶束萃取纯化酶类及多环芳烃在逆胶束中降解的研究

彭馨  
【摘要】:环境中存在的固体废物使得对木质素降解酶类的需求更加迫切。逆胶束酶技术是环境领域中的一项新型技术,应用逆胶束酶技术进行酶制剂的分离提纯和污染物的降解是近年来的研究热点,也是工业应用中的难点。特别是在化学合成表面活性剂逆胶束萃取纯化的效果一般、固体废物的降解效率低和针对生物表面活性剂逆胶束体系的研究非常有限等现状的情况下,采用生物表面活性剂逆胶束技术研究推动了环境污染治理的发展。本文首先研究逆胶束体系,对比研究化学合成表面活性剂与生物表面活性剂逆胶束体系的性质特征,然后探究生物表面活性剂分离纯化蛋白酶类的技术以及复合表面活性剂逆胶束萃取纯化技术,明确生物表面活性剂纯化蛋白酶类的影响因素,同时对近似组分木质素过氧化物酶类进行同步萃取。进一步采用电子自旋共振技术对逆胶束酶体系进行分析研究。在上述基础上,在逆胶束体系中应用酶类对污染物进行降解,优化降解参数。论文总体研究分为以下七个部分:首先,采用生物表面活性剂构建逆胶束体系,考察逆胶束体系对水的增溶性,并与化学合成表面活性剂逆胶束体系相对比。考察化学合成表面活性剂和生物表面活性剂在异辛烷中临界胶束浓度,结果表明生物表面活性剂鼠李糖脂具有较小的临界胶束浓度,证明形成逆胶束体系所需要的鼠李糖脂分子个数比较少。测量不同逆胶束体系中粒径的大小,验证得出逆胶束体系中粒径有大小粒径之分,其中大粒径所占比例超过70%,表明逆胶束基团大部分都聚集在一起,只有少量的分散在有机溶剂中。总的来说,生物表面活性剂构建逆胶束体系具有较明显的优势。其次,在构建逆胶束体系的基础上,探究表面活性剂在纯化酶类方面的作用,对逆胶束体系纯化酶类进行研究。采用鼠李糖脂构建表面活性剂逆胶束,进行漆酶的逆胶束萃取。同时与其他化学合成表面活性剂逆胶束萃取进行对比,结果表明,生物表面活性剂逆胶束萃取取得了较高的酶活回收率和纯化倍数,最高酶活回收率达92.7%。并在此基础上验证逆胶束体系的可重复利用性。再次,作为表面活性剂纯化酶类的另外一种方法,表面活性剂沉淀技术具有一定的研究价值。采用表面活性剂沉淀技术提取纯化纤维素酶,并与逆胶束萃取纯化作对比。此方法的优势是所采用的表面活性剂浓度更低,低于临界胶束浓度,生物表面活性剂相对于化学合成表面活性剂更具有优势。实验研究寻找出技术参数的最优值。再次,在单一表面活性剂逆胶束萃取酶类的研究基础上,对复合逆胶束体系萃取纯化酶类进行研究。采用不同配比的生物表面活性剂和非离子表面活性剂制备复合逆胶束体系,以期研究不同复合逆胶束体系萃取纯化纤维素酶的萃取纯化效率。实验结果得出最具优势的表面活性剂配比及条件。复合表面活性剂逆胶束萃取对逆胶束萃取工艺有一定的指导意义,并且能够有效降低工艺的运行成本。再次,在逆胶束萃取纯化单一酶类的研究基础上,探究近似组分木质素过氧化物酶的同步萃取。研究表明生物表面活性剂逆胶束体系同步萃取能够取得较好的效果。实验研究证实逆胶束同步萃取的可能性,有效地将两种木质素降解类酶从粗酶液中同步提取出来,木素过氧化物酶与锰过氧化物酶达到最高的酶活回收率分别为93.56%和88.79%,同时,研究将同步萃取过程的条件参数得以优化。再次,作为逆胶束微观特性的深入研究,应用电子自旋共振技术研究不同种类逆胶束及逆胶束酶体系的微观性能与构象变化,以期能够引导逆胶束体系在环境领域中应用。采用该技术计算得出逆胶束酶体系的性能参数,推断出自旋探针在逆胶束中运动受阻的情况。并采用超速离心分析技术进一步证明逆胶束体系的状态特征,再一次证实逆胶束体系的分布情况。红外光谱分析证明位于逆胶束水核中心的酶的构象有所变化,α-螺旋和β-折叠存在着相互转换的过程,揭示了逆胶束酶体系的特殊性质,对在逆胶束酶体系的构象研究以及在逆胶束体系中降解污染物有一定指导作用。最后,在以上研究基础上,研究漆酶在逆胶束体系中降解环境污染物多环芳烃。考察不同参数对降解率的影响。降解过程的条件参数,如反应时间、表面活性剂浓度和漆酶浓度等进行优化。研究结果对生物表面活性剂逆胶束体系中多环芳烃的降解具有开创性的意义,为开发高效绿色降解环境污染物提供创新型技术途径,为逆胶束酶体系在环境领域的应用导入确凿的理论依据与具体的方法。


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