聚砜膜上固定纤维素酶及其酶膜反应器的研究

论文摘要

纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,纤维素的利用与转化对解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。纤维素酶是利用纤维素所必需的,但是纤维素酶成本过高是纤维素糖化工艺中的主要障碍,酶的固定化技术以其优越的性能为解决此问题提供了可能。本文对固定化纤维素酶的条件、固定化酶的性质以及简单的酶膜反应器等方面进行了研究。选择聚砜膜为载体,采用加压过滤的方法固定化纤维素酶,实验以酶活性、蛋白载量为指标,探讨了酶的浓度、戊二醛的浓度、交联时间、过滤时间四因素对固定化纤维素酶的影响,得到该实验条件下的最佳固定条件,酶浓度:1.25mg·ml-1,戊二醛的浓度:7.0%,交联时间:0.5h,过滤时间:2.0h,在此条件下膜的最大固定量为:0.131mg·cm-2,酶的活性为:1.305μmol·cm-2·min-1。通过游离酶和固定化酶性质的比较,系统研究了固定化酶的酶学性质,包括最适pH值、最适温度、米氏常数、热稳定性、重复使用稳定性和储存稳定性等方面,固定化纤维素酶性质实验结果表明:固定化酶的最适反应pH值为3.6,最适反应温度为60℃,固定化酶的Km为26.853g·L-1。固定化酶的热稳定性、重复使用稳定性和储存稳定性都有很大的提高。同时,利用简单的酶膜反应器检测固定化酶的应用性能,实验结果表明最佳实验条件下固定的酶膜反应器,膜的分离性能很好,但是膜的通量较小。本文的研究工作为进一步开发适用于工业生产、性能优良的固定化酶以及研究固定化酶酶催化反应过程提供了一定的实验和理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 纤维素及纤维素酶简介
• 1.1.1 纤维素
• 1.1.2 纤维素酶
• 1.2 固定化技术简介
• 1.2.1 酶的固定化方法
• 1.2.2 固定化酶的研究意义
• 1.3 酶膜反应器
• 1.3.1 酶膜反应器的种类
• 1.3.2 酶膜反应器的应用
• 1.4 本课题的意义与主要研究内容
• 1.4.1 国内外研究现状和课题的意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 纤维素酶的固定
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验流程
• 2.2.2 实验装置示意图
• 2.2.3 纤维素酶固定量的测定
• 2.2.4 纤维素酶酶活性的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 戊二醛浓度对固定化的影响
• 2.3.2 纤维素酶浓度对固定化的影响
• 2.3.3 交联时间对固定化的影响
• 2.3.4 过滤时间对固定化的影响
• 2.4 固定酶对膜性能的影响
• 2.4.1 固定酶前后聚砜膜形貌的变化
• 2.4.2 固定酶前后聚砜膜通量的变化
• 2.5 本章小结
• 3 固定化纤维素酶的性质研究
• 3.1 实验材料与仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 反应温度对酶的影晌
• 3.2.2 反应pH值对酶的影响
• 3.2.3 米氏常数的测定
• 3.2.4 热稳定性研究
• 3.2.5 pH值稳定性研究
• 3.2.6 固定化纤维素酶重复使用稳定性研究
• 3.2.7 固定化酶的相对活性
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 固定化纤维素酶、游离纤维素酶最适反应温度
• 3.3.2 固定化纤维素酶、游离纤维素酶最适反应pH
• 3.3.3 固定化纤维素酶、游离纤维素酶的米氏常数
• 3.3.4 游离酶与固定酶的热稳定性研究
• 3.3.5 游离酶与固定酶的pH值稳定性研究
• 3.3.6 固定化纤维素酶重复使用稳定性研究
• 3.3.7 固定酶与游离酶的贮藏稳定性研究
• 3.4 本章小结
• 4 酶膜反应器
• 4.1 实验材料与仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 固定酶的制备以及产物的测定方法
• 4.2.2 固定酶后聚飒膜对产物和反应物的分离效果
• 4.2.3 底物浓度对酶膜反应器性能的影响
• 4.2.4 操作压力对酶膜反应器性能的影响
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 固定前后聚砜膜通量的变化
• 4.3.2 酶膜反应器对反应物以及产物的分离效果
• 4.3.3 底物浓度
• 4.3.4 操作压力
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢