助剂对α-淀粉酶热稳定性及热失活动力学的研究

论文摘要

在对环保、节能要求越来越高的今天,生物酶作为一种绿色催化剂,由于其具有催化效率高、专一性强及反应条件温和等优点,在纺织染整中的应用受到越来越多的关注。其中,α-淀粉酶在棉织物退浆工艺中得到一定程度的应用,但终因其在高温条件下失活半衰期短、易失活等缺点影响使用效果。因此,在α-淀粉酶处理织物时,提高其热稳定性和活力,以扩大其应用领域的研究越来越引起人们的关注。其中,酶剂与相应助剂的有效配合成为一种更为简便有效的途径。为此,本论文系统研究四类助剂对α-淀粉酶活力及其最适反应温度的影响；探讨α-淀粉酶热失活动力学和助剂对其热失活动力学的影响；通过单因素实验和正交实验,确定添加助剂的α-淀粉酶处理棉织物工艺条件。具体内容如下。首先,研究金属离子、醇类、糖类以及不同分子量的聚乙二醇对α-淀粉酶活力及其最适反应温度的影响。结果表明,在金属离子中,1mmol/L K+将α-淀粉酶相对酶活提高到109.56％；在醇类物质中, 250mmol/L D-山梨醇将其相对酶活提高到108.71%,50mmol/L甘油将其相对酶活提高到109.08%；在糖类物质中,250mmol/L葡萄糖将其相对酶活提高到108.81%,250mmol/L海藻糖将其相对酶活提高到108.84%。在氯化钾、D-山梨醇、甘油、葡萄糖和海藻糖最佳添加浓度条件下,将α-淀粉酶最适反应温度分别从原来的60℃提高到80℃、85℃、85℃、85℃、90℃。其次,探讨α-淀粉酶热失活动力学以及添加氯化钾、甘油、D-山梨醇、葡萄糖和海藻糖对其热失活动力学的影响。结果表明,α-淀粉酶热失活动力学符合一级反应动力学,且其热稳定性较差,但添加助剂后,α-淀粉酶热稳定性明显提高。70℃时,添加氯化钾将α-淀粉酶失活半衰期由3min提高到900min,D-山梨醇将其失活半衰期提高到910min,甘油将其失活半衰期提高到920min,葡萄糖将其失活半衰期提高到1000min,海藻糖将其失活半衰期提高到1200min。75℃时,海藻糖将其失活半衰期提高到900min。80℃时,海藻糖将其失活半衰期提高到400min。85℃时,海藻糖将其失活半衰期提高到350min。90℃时,海藻糖将其失活半衰期提高到100min。由此可见,在所研究的助剂中,海藻糖对α-淀粉酶热稳定效果最好。在氯化钾、甘油、D-山梨醇、葡萄糖和海藻糖最佳添加浓度条件下,α-淀粉酶活化能由原来的128.78kJ/mol分别提高到172.34kJ/mol、175.34 kJ/mol、175.89kJ/mol、178.65 kJ/mol、178.99kJ/mol。最后,通过单因素实验和正交实验,探讨海藻糖浓度、α-淀粉酶浓度、堆置温度、堆置时间、溶液pH值、JFC浓度六个因素对α-淀粉酶退浆效果的影响,确定单因素实验和正交实验最佳处理工艺。添加海藻糖的最佳处理工艺：海藻糖浓度为750mmol/L、α-淀粉酶的浓度为3g/L、堆置温度为80℃、堆置时间为1h、溶液pH值为6,此工艺条件下,棉织物退浆率为97.4%。而未加海藻糖的α-淀粉酶在最佳处理工艺条件下,棉织物退浆率为94.55%。与原酶退浆工艺相比,添加海藻糖的退浆工艺中,堆置温度提高10℃,堆置时间缩短1h。这说明在α-淀粉酶退浆过程中,添加海藻糖可以较大程度地提升α-淀粉酶热稳定性和退浆效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 酶分子的特点及其对酶热稳定性的影响
• 1.2.1 酶催化活性的分子基础
• 1.2.2 酶分子的活性中心
• 1.2.3 酶分子结构对其热稳定性的影响
• 1.3 酶的失活机理
• 1.4 酶失活反应动力学
• 1.5 α-淀粉酶热稳定性的研究
• 1.5.1 提高α-淀粉酶热稳定性的方法
• 1.5.2 提高α-淀粉酶热稳定性的助剂种类
• 1.6 α-淀粉酶在棉退浆中的应用和发展
• 1.6.1 棉织物退浆用α-淀粉酶的现状与发展
• 1.6.2 α-淀粉酶退浆工艺现状与发展
• 1.7 研究意义和内容
• 第二章 助剂对α-淀粉酶活性的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料及仪器
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 α-淀粉酶活性的测定
• 2.3.2 α-淀粉酶最适反应温度的测定
• 2.3.3 α-淀粉酶最适反应pH值的测定
• 2.3.4 助剂对α-淀粉酶活性的测定
• 2.3.5 助剂对α-淀粉酶最适温度的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 淀粉溶液标准曲线的绘制
• 2.4.2 α-淀粉酶最适反应条件的确定
• 2.4.3 各种助剂对α-淀粉酶活性的影响
• 2.4.4 各种助剂对α-淀粉酶最适反应温度的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 助剂对α-淀粉酶热稳定性及热失活动力学的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及仪器
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 α-淀粉酶热失活动力学的研究
• 3.3.2 添加助剂对α-淀粉酶热失活动力学的影响
• 3.3.3 α-淀粉酶热失活动力学参数
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 α-淀粉酶热失活动力学的研究
• 3.4.2 氯化钾对α-淀粉酶热稳定性的影响
• 3.4.3 D-山梨醇对α-淀粉酶热稳定性的影响
• 3.4.4 甘油对α-淀粉酶热稳定性的影响
• 3.4.5 葡萄糖对α-淀粉酶热稳定性的影响
• 3.4.6 海藻糖对α-淀粉酶热稳定性的影响
• 3.4.7 不同助剂对α-淀粉酶热稳定效果的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 棉织物α-淀粉酶退浆工艺的优化
• 4.1 引言
• 4.2 实验药品及仪器
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 棉织物的退浆工艺
• 4.3.2 棉织物退浆工艺单因素实验
• 4.3.3 棉织物退浆工艺正交实验
• 4.3.4 棉织物退浆率的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 棉织物α-淀粉酶退浆工艺的优化
• 4.4.2 α-淀粉酶处理棉织物正交实验工艺条件确定
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢