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磁性壳聚糖复合微球固定化果胶酶及反应动力学研究

高振红  
【摘要】: 果胶酶是分解植物主要成分之一果胶质的酶类,主要应用于果汁果酒行业。但是由于液态酶用量大,成本较高,加上精制困难,保存期短,难以回收,影响了其在食品工业中的应用。固定化酶可以在一定程度上弥补这一缺陷,同时还可减少外源物质的污染。但果胶物质在植物细胞壁中并不单独存在,它通常与纤维素互相结合,果胶酶没有纤维素酶的协同作用,不能破解纤维素构成的致密保护结构,因此对果胶质的水解便会削弱。目前对果胶酶的固定化虽然已有所研究,但以磁性载体对果胶酶的固定化研究较少,对果胶酶和纤维素酶的共固定化更鲜见报道。本文以自制的磁性壳聚糖复合微球作为载体对果胶酶进行了固定化;并对其反应动力学进行了研究,为固定化酶催化反应器的设计及操作条件的确定提供良好的理论依据,为固定化酶在工业化生产中的实际应用提供一个可靠的技术参考,具有重大的现实意义。同时根据果胶酶和纤维素酶的协同效应,应用联合固定化技术对双酶的共固定化进行了初步探索,为这两种酶开辟了新的应用领域。其主要研究结果如下: 1、试验首先通过化学共沉淀法合成了纳米级Fe3O4粒子,并将其作为磁核利用乳化交联法制备出磁性壳聚糖复合微球,利用TEM、SEM、FT-IR、激光粒度仪及紫外分光光度计等分别对微球的粒径、形貌、结构、粒度分布和磁响应性进行了表征。结果表明所制得的磁性壳聚糖微球的粒径在50nm,分布较窄,且呈规则的球形,红外光谱测定了微球的特征官能团结构,且表明已包覆了Fe3O4粒子,分光光度法表明磁性微球具有很强的磁响应性,是一种固定化酶的优良载体。 2、通过酶促反应动力学试验,得到pH、温度、产物浓度、底物浓度对酶催化反应速度均有较大的影响,且产生了产物抑制和高浓度底物抑制作用。并求出了固定化果胶酶的米氏常数K' m=2.67 ,游离酶的米氏常数K m=2.25,即固定化酶对底物的亲和力减小,这可能与固定化载体壳聚糖的空间障碍和扩散限制影响有关;同时求取产物抑制常数和底物抑制常数分别为K is=0.234和K iP=0.386,并得到了产物抑制和底物抑制下的速率方程。 3、通过研究分配效应、外扩散限制及内扩散限制对固定化酶反应系统的影响,给出了各因素影响下的动力学模型。 4、利用吸附法对果胶酶和纤维素酶进行共固定化试验,优化了共固定化的条件,即戊二醛浓度为5%、两酶量比例为3:2、吸附时间为6h。并通过对游离态的和共固定化后的两酶的酶学性质对比得到:共固定化后两酶的最适温度升高;最适pH值降低,且范围拓宽;热稳定性均有所提高;果胶酶半衰期为45天,纤维素酶为32天。


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