微波辅助蛋白酶水解反应工艺和反应器的研究

论文摘要

由于常规的酶解反应所需时间比较长,本课题主要研究了微波辐射辅助蛋白酶水解蛋白质的反应。研究发现采用微波辐射可以加快蛋白酶水解反应,提高反应速率。设计制造了实验室规模的微波辐射-蛋白酶催化反应器,该装置中由夹套反应器、螺旋形管道微波辐射器,流体循环系统和水浴循环控制恒温系统等部分组成。螺旋形管道反应器置于微波炉内,采用循环式的方法解决了蛋白酶在微波辐射过热时使酶失活的问题。并且该反应器实现了微波辐射功率可调,物料反应温度可调。设计计算了夹套式传热反应器,利用循环水浴加热使物料始终保持在一定温度下反应。本文以木瓜蛋白酶水解大豆蛋白为研究对象,验证反应器系统的优越性。首先研究了在常规实验下木瓜蛋白酶的最佳水解条件,水解的效果用甲醛滴定法测氨基氮含量的高低来确定,通过单因素实验和正交试验得到木瓜蛋白酶对大豆蛋白水解的最佳工艺条件为:固液比是1:8、酶用量5%（酶与大豆蛋白比）、酶解温度50℃、酶解时间5 h、酶解pH值6.7。由于反应系统中物料是循环式的,固液比是1:8时循环不顺畅,所以取固液比1:10。反应器内循环反应条件为固液比是1:10、酶用量5%、酶解温度50℃、酶解pH值6.7,在不加微波辐射条件下酶解时间5 h与用480 W微波辐射反应120 min试验对比,结果表明用微波辐射60 min氨基氮含量就达到了不用微波辐射下反应5 h的氨基氮含量,反应速率提高了5倍以上。研究了微波功率对水解的影响,功率越高水解速率越快。用液相色谱分析比较了用微波辐射水解1 h和不用微波辐射水解5 h水解液游离氨基酸的含量,结果表明各种游离氨基酸含量和总氨基酸含量基本相同。最后对反应器的通用性和放大性进行了研究。本课题研究表明,微波辐射能辅助蛋白酶水解,设计的反应器有优越性,能提高反应速率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波化学的发展
• 1.1.1 微波加速化学反应的机理
• 1.1.2 微波辐射应用于有机化学的研究进展
• 1.1.3 微波辐射辅助酶反应的技术的发展
• 1.2 大豆水解的意义
• 1.2.1 大豆及大豆蛋白
• 1.2.2 大豆水解的国内外研究现状
• 1.2.3 大豆水解的发展前景
• 1.3 水解的现状
• 1.3.1 酸水解
• 1.3.2 碱水解
• 1.3.3 酶水解
• 1.4 本课题的创新
• 1.5 本课题研究内容
• 第二章 实验设备的设计
• 2.1 反应器的设计现状
• 2.2 反应系统的设计
• 2.2.1 物料反应循环系统
• 2.2.1.1 搅拌反应器的设计
• 2.2.1.2 微波系统的设计
• 2.2.1.3 循环泵的选用
• 2.2.2 恒温控制水浴循环系统
• 2.2.2.1 温控水浴锅
• 2.2.2.2 水浴循环泵
• 2.3 微波反应器通用性研究
• 2.4 微波反应器放大性研究
• 2.4.1 物料搅拌反应器的放大
• 2.4.2 微波发生器的放大
• 2.5 本章小结
• 第三章 木瓜蛋白酶水解大豆蛋白的工艺
• 3.1 蛋白酶的选择
• 3.2 水解的原理
• 3.3 木瓜蛋白酶水解大豆蛋白工艺
• 3.3.1 主要设备和原料试剂
• 3.3.1.1 主要设备
• 3.3.1.2 原料试剂
• 3.3.2 测定方法
• 3.3.2.1 氨基氮含量测定方法
• 3.3.2.2 蛋白质测定方法
• 3.3.3 试验方法
• 3.3.3.1 固液比的选择
• 3.3.3.2 酶用量的选择
• 3.3.3.3 酶解pH 值的选择
• 3.3.3.4 酶解温度的选择
• 3.3.3.5 水解时间的选择
• 3.3.4 结果与分析
• 3.3.4.1 固液比浓度的影响
• 3.3.4.2 酶用量的影响
• 3.3.4.3 酶解pH 值的影响
• 3.3.4.4 酶解温度的影响
• 3.3.4.5 最佳水解时间的影响
• 3.3.5 大豆蛋白酶解的正交设计
• 3.3.6 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 微波辅助木瓜蛋白酶水解大豆蛋白
• 4.1 微波辅助蛋白酶水解研究现状
• 4.2 微波反应的注意事项
• 4.3 微波辅助蛋白酶水解得的影响
• 4.3.1 微波炉的加热方式
• 4.3.2 实验设备和试剂
• 4.3.3 实验方法
• 4.3.4 检测方法
• 4.3.5 实验结果分析
• 4.3.6 不同微波功率的影响
• 4.4 酶解液中游离氨基酸的高效液相色谱分析
• 4.4.1 材料与方法
• 4.4.1.1 实验材料
• 4.4.1.2 仪器与试剂
• 4.4.1.3 分析方法
• 4.4.1.4 实验方法
• 4.4.2 结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 本文的创新
• 5.3 展望与设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文