细菌纤维素的制备及其应用于酶的固定化研究

论文摘要

细菌纤维素（Bacterial Cellulose,简称BC）是一类由细菌（主要是木醋杆菌Acetobacter xylinum）发酵产生的纯纤维素。与植物纤维素相比其具有独特的三维网状结构、高纯度、高结晶度、高杨氏模量、易于生物降解等特性,目前已广泛应用于食品、医疗、造纸、纺织、声音振动膜等各个领域,现已成为国际研究的热点。本文主要以细菌纤维素膜为载体,分别研究了细菌纤维素膜应用于漆酶和葡萄糖氧化酶的固定化方法及固定化酶的性质,研究了细菌纤维小球应用于漆酶的固定化,初步研究了以椰子水为碳源发酵培养制备纤维素及该纤维素的物理化学性质。以细菌纤维素膜块为载体,研究了吸附法中各因素对固定化漆酶和葡萄糖氧化酶的影响,以理论吸附率、活力回收率、固定化酶活力、比活力、蛋白载量为指标,探讨了膜块尺寸大小、相对表面积、吸附时间、加酶量等因素对酶的固定化的影响；通过游离酶、吸附法固定化酶和吸附-交联法固定化酶性质的比较,系统研究了固定化酶的酶学性质,即研究固定化酶的特性和酶促反应,包括最适反应温度、最适反应pH值、热稳定性、酸碱稳定性和重复使用稳定性等方面。试验结果表明：固定化漆酶的最适反应温度为60℃,吸附法固定化漆酶的最适反应pH为3.5,吸附一交联法固定化漆酶的最适反应pH为4.0；固定化葡萄糖氧化酶的最适反应温度为35℃,吸附法固定化酶的最适反应pH为5.0,吸附-交联法固定化酶的最适反应pH为6.0。与游离酶相比固定化漆酶和固定化葡萄糖氧化酶的热稳定性、酸碱稳定性和重复使用稳定性均有一定程度的提高。以细菌纤维素小球为载体,用吸附法固定化漆酶。漆酶经固定化后其最适反应温度为60℃；固定化酶和游离酶的最适反应pH都为pH3.5,固定化酶的最适反应pH范围明显变宽,固定化漆酶在pH2.5-4.0的范围内稳定性较游离酶好。本实验初步研究了以椰子水为碳源制备细菌纤维素,椰子水发酵的最适总糖浓度为25 g／L,最佳初始pH为4.5,纤维拉力随着纤维产量的增加而增加,但是受发酵初始pH影响较大,椰子水的最佳预处理方式为调pH5.0,110℃火菌,产BC的最佳容器形状为顺锥形容器。同时研究了纤维素的物理化学性质,包括纤维网络结构、直径分布范围、热重分析、DSC分析等。本文的研究工作拓展了细菌纤维素材料的应用领域,为以后进一步开发适用于工业生产、性能优良的固定化酶载体提供了必要的实验和理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 细菌纤维素的生产
• 1.2.1 产纤维素的菌株
• 1.2.2 细菌纤维素的发酵生产
• 1.3 细菌纤维素的结构和特性
• 1.3.1 细菌纤维素的结构
• 1.3.2 细菌纤维素的特性
• 1.4 细菌纤维素的应用
• 1.4.1 细菌纤维素在食品工业中的应用
• 1.4.2 细菌纤维素在造纸工业中的应用
• 1.4.3 细菌纤维素在高级音响设备振动膜上的应用
• 1.4.4 细菌纤维素在渗透汽化膜方面的应用
• 1.4.5 细菌纤维素在电子显示器方面的应用
• 1.4.6 细菌纤维素在燃料电池方面的应用
• 1.4.7 细菌纤维素在生物医学材料上的应用
• 1.4.7.1 BC在组织工程支架中的应用
• 1.4.7.2 BC在人工血管上的应用
• 1.4.7.3 BC在人工皮肤以及皮肤损伤治疗上的应用
• 1.4.8 其它用途
• 1.5 细菌纤维素应用于固定化技术研究进展
• 1.5.1 固定化技术简介
• 1.5.2 酶的固定化方法
• 1.5.3 固定化酶载体的材料及特性
• 1.5.4 细菌纤维素应用于固定化技术的研究进展
• 1.6 本课题的主要研究内容与创新点
• 1.6.1 主要研究内容
• 1.6.2 课题创新点
• 第二章 细菌纤维素固定化漆酶的研究
• 2.1 实验材料及试剂
• 2.1.1 菌种和漆酶来源
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 主要培养基组成
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 细菌纤维素载体的制备
• 2.2.2 吸附法制备固定化漆酶
• 2.2.3 吸附-交联法制备固定化漆酶
• 2.2.4 漆酶活力的测定
• 2.2.5 酶活力的计算
• 2.2.6 蛋白载量的测定
• 2.2.7 固定化酶的最适反应温度
• 2.2.8 固定化酶的最适反应pH
• 2.2.9 固定化酶的热稳定性研究
• 2.2.10 固定化酶的pH稳定性研究
• 2.2.11 固定化酶的重复使用稳定性研究
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 漆酶固定化方法的研究
• 2.3.2 固定化漆酶性质的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 细菌纤维素固定化葡萄糖氧化酶的研究
• 3.1 实验材料及试剂
• 3.1.1 菌种和葡萄糖氧化酶来源
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 实验仪器
• 3.1.4 主要培养基组成
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 细菌纤维素载体的制备
• 3.2.2 吸附法制备固定化葡萄糖氧化酶
• 3.2.3 吸附-交联法制备固定化葡萄糖氧化酶
• 3.2.4 葡萄糖氧化酶活力的测定
• 3.2.5 酶活力的计算
• 3.2.6 蛋白载量的测定
• 3.2.7 固定化葡萄糖氧化酶的最适反应温度
• 3.2.8 固定化葡萄糖氧化酶的最适反应pH
• 3.2.9 固定化葡萄糖氧化酶的热稳定性研究
• 3.2.10 固定化葡萄糖氧化酶的pH稳定性研究
• 3.2.11 固定化葡萄糖氧化酶的重复使用稳定性研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 固定化葡萄糖氧化酶方法的研究
• 3.3.2 固定化葡萄糖氧化酶性质的研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 细菌纤维素小球固定化漆酶的研究
• 4.1 实验材料及试剂
• 4.1.1 菌种和漆酶酶液来源
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 试验仪器
• 4.1.4 主要培养基组成
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 细菌纤维素小球载体的制备
• 4.2.2 吸附法制备固定化漆酶
• 4.2.3 游离酶和固定化酶的酶活力测定方法
• 4.2.4 固定化酶的最适反应温度
• 4.2.5 固定化酶的最适反应pH
• 4.2.6 固定化酶的热稳定性研究
• 4.2.7 固定化酶的pH稳定性研究
• 4.2.8 固定化酶的重复使用稳定性研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 固定化酶的最适反应温度
• 4.3.2 固定化酶的最适反应pH值
• 4.3.3 固定化酶的温度稳定性
• 4.3.4 固定化酶的pH稳定性
• 4.3.5 固定化酶的重复使用稳定性
• 4.4 本章小结
• 第五章 椰子水制备细菌纤维素及其物理性质的研究
• 5.1 实验材料及试剂
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验试剂
• 5.1.3 实验仪器
• 5.2 实验内容及方法
• 5.2.1 培养基组成
• 5.2.2 总还原糖的测定
• 5.2.3 总糖的测定
• 5.2.4 细菌纤维素膜的制备及处理
• 5.2.5 细菌纤维素的产量分析
• 5.2.6 椰子水总糖浓度对细菌纤维素的影响
• 5.2.7 初始pH对细菌纤维素的影响
• 5.2.8 不同碳源对细菌纤维素的影响
• 5.2.9 不同容器对细菌纤维素的影响
• 5.2.10 椰子水不同处理方式对生产细菌纤维素的影响
• 5.2.11 细菌纤维素膜性质检测方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 椰子水总糖浓度对细菌纤维素的影响
• 5.3.2 初始pH值对细菌纤维素的影响
• 5.3.3 不同碳源对细菌纤维素的影响
• 5.3.4 不同容器对细菌纤维素的影响
• 5.3.5 椰子水不同处理方式对生产细菌纤维素的影响
• 5.3.6 细菌纤维素的纳米纤维网络结构及纤维直径范围
• 5.3.7 细菌纤维素的TGA分析
• 5.3.9 细菌纤维素的DSC分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 细菌纤维素膜固定化漆酶
• 6.2 细菌纤维膜固定化葡萄糖氧化酶
• 6.3 细菌纤维素小球固定化漆酶
• 6.4 椰子水制备细菌纤维素的研究
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目
• 致谢