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果胶酶固定化载体的制备及固定化工艺、酶学特性研究

王亚辉  
【摘要】: 果胶酶是由黑曲霉经发酵精制而得的用于催化植物细胞间质(即果胶质)水解成半乳糖醛酸和果胶酸的一类酶,主要应用于果蔬汁饮料及果酒的榨汁和澄清,对分解果胶物质具有良好的作用。在我国的果汁果酒制造行业,果胶酶的加入可以提高水果蔬菜汁的出汁率及其稳定性,并防止果蔬汁后混浊的发生。但在实际的工业应用中,使用游离酶存在着酶用量大、生产成本高、精制困难等缺点,而固定化酶则可避免这些缺点,扩大应用范围,降低企业的生产成本。 目前,各个研究机构及有关企业对于果胶酶固定化的研究已有较多的报道,但以磁性微球为载体固定果胶酶的还研究比较少。本论文以自制的壳聚糖磁性微球为载体,首先探讨制备载体的工艺参数;在成功获得载体的基础上,将果胶酶固定化,研究最适的固定化工艺条件,并研究固定化果胶酶的酶学特性。主要试验结果如下: 1、本试验采用改良化学共沉淀法通过正交试验设计优化合成磁性Fe304纳米粒子的最佳条件,并将自制的纳米Fe304作为磁核用乳化交联法通过单因素及正交试验制备载体—磁性壳聚糖微球。自制磁核的最佳条件为:Fe2+与Fe3+之比为1:1.7(n/n)、pH值9-10、晶化时间0.5h、晶化温度80℃;自制磁性壳聚糖微球的最佳工艺参数为:壳聚糖浓度1.5%、油水相比例为4:1(mL/mL)、乳化剂用量2 mL、交联剂用量1.0 mL、反应温度50℃-70℃。 2、利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、激光粒度仪、紫外分光光度计、振动样品磁强计等分别对自制的磁核及微球的外貌形态、颗粒直径及粒度分布、内部结构和磁学特性等进行了表征。试验结果显示,自制的磁核—纳米级Fe304其粒度分布较窄,分散性也较好,实际测得的平均粒径为14.1nm,且具有良好的超顺磁性和晶体结构。自制的果胶酶固定化载体—磁性壳聚糖微球尺寸均匀、成球性较好,实测平均粒径在30μm左右,虽然自制微球具有凹凸面,但微球的骨架结构仍比较完整,也没有团聚现象;自制微球红外光谱特征官能团结构测定结果表明,Fe304粒子成功被壳聚糖材料包覆,且包埋前后的纳米Fe304粒子其晶体结构未改变;试验采用的分光光度法磁性测定结果显示,自制磁性微球磁响应性很强,是酶固定化的优良载体材料。 3、以磁性壳聚糖微球为载体采用单因素试验确定了果胶酶固定化的最佳工艺参数:固定化时间6h、pH值4.0、加酶量1.25 mL、反应温度40℃,在此条件下固定化果胶酶的酶活回收率比较高为83%。 4、对自制固定化果胶酶和游离果胶酶的酶学性质进行了比较,试验结果显示:固定化果胶酶最佳催化温度为60℃,比游离酶(其最佳温度为50℃)高10℃,温度耐受性提高,最佳pH值为4.0,比游离酶的范围稍宽(游离酶最佳pH值为3.5),且固定化酶重复使用六次仍能保持较高活性。 5、以自制固定化果胶酶对苹果汁进行了初步应用研究,试验结果表明:固定化果胶酶用量58mg/L、酶解pH14.0、酶解温度60℃、酶解时间60min的条件下,固定化果胶酶对苹果汁澄清处理的效果较好,透光率可达88.7%以上,且果胶试验呈阴性。


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