氨基多糖载体分子量对固定化脲酶的影响及其微球形态的研究

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几丁质是一种储量丰富的天然多糖,它是虾,蟹和昆虫等外壳的主要成份。作为固定化载体它具有以下优点:对蛋白质有高亲和性;具有许多反应基团,可被广泛的进行化学改性等。几丁质因具有生物相容性好,安全无毒,廉价易得等特点,且由于对金属离子的螯和作用,以它为载体制成的固定化酶活性不会受到溶液中Cu2+,Cd2+,Ni2+等离子的干扰和抑制,因此是一种极具潜力的固定化载体。若将几丁质制成多孔的微晶小球,可进一步提高固定化酶的机械强度和单位体积载体负载的酶量。但几丁质作为高分子多糖,其分子量为几十万到几百万,不溶于水,仅能溶于少数有机溶剂。氨基多糖是几丁质脱乙酰化产物。分子量通常数十万,由于氨基的暴露,在酸性条件下可行成离子化,只能溶于少数弱酸,很大程度上限制了它的推广应用。当氨基多糖在一定条件下降解成小分子量氨基多糖后,其溶解性能大大改观,分子量数千时能直接溶于水,并易于被吸收,具有抗菌,抗肿瘤和提高植物防御能力的功效,因而比几丁质和大分子氨基多糖具有更广泛的用途,本文用已知脱乙酰度的大分子氨基多糖采用酸降解法处理,制备了分子量为214577,171113,154627,136198,118962和97666的6种氨基多糖,并以所制成的不同分子量的氨基多糖为载体,分别以包埋法,戊二醛共价交联法制备固定化脲酶。比较氨基多糖载体分子量对固定化酶性质的影响。 包埋法是利用黄原胶与氨基多糖溶液形成水性凝胶,将脲酶包埋在其微孔结构中。结果表明,固定化脲酶的热稳定性较游离酶明显提高,6种不同分子量载体所制固定化酶最适反应温度在65℃~70℃之间,游离酶为50℃;固定化脲酶的pH耐受性也较游离酶有所提高,最适pH为5或6,而游离酶最适pH为7。综合固定化脲酶性质各项指标的测定结果和固定化酶活力,以分子量居中(为136198)的氨基多糖载体的固定化酶效果最佳。 戊二醛交联法则首先用戊二醛处理氨基多糖,将已知脱乙酰度的大分子氨基多糖分别制成粉末状、凝胶状、海棉状三种载体,加入酶液固定化3小时。游离酶的表观米氏常数Km为3.5nM,三种形式载体的固定化酶的Km依次为27.8nM、14.5nM、中国海洋人学硕!泪f究生学位论文34.5。M;固定化脉酶的最适温度分别为55℃、55℃、45℃,游离酶为50℃;固定化服酶的最适pH都是6,而游离酶得最适PI1为7。经比较固定化效率,固定化酶性质各项指标测定中的酶活力,发现凝胶状载体固定化效果最好。所以进一步将分子量为171113,136198和97666的3种氨基多糖用凝胶状载体制备方法进行脉酶固定化。所得固定化服酶的最适温度在55℃一75℃之间,且随载体分子量下降固定化酶最适温度升高;固定化服酶的最适PH为4或5,游离酶得最适pH为7。比较固定化效率,同样发现随载体分子量下降固定化效率升高,最小分子量载体固定化效率为85.6%。通过比较固定化酶性质各项指标测,发现降低氨基多糖载体的分子量有助于改善固定化脉酶的性质。用分子量为97666的载体所制的固定化酶制成柱式反应器,进行尿素转化实验。此柱反应器在室温(20℃)下,柱容留时间为5分钟时,对〔soomg/l尿素溶液转化率在 99.9%以上。这种粉末状氨基多糖载体用戊二醛交联法固定化服酶,固定化效率较高,酶贮存时间较长,对一般的含尿素废水,此反应器均能将其中尿素有效的转化。 在以上实验结果的基础上本文进一步探索了氨基多糖微球载体的制备方法,认真观察了所制微球载体的形态特征,并将光滑表面微球载体和多孔微球载体用戊二醛交联法固定化脉酶,分别制作柱式反应器进行尿素转化实验。其中,采用0.5%乙酸制成巩氨基多糖溶液(分子量为1133598和97666的大,小分子氨基多糖,质量比1/5均匀混合),用7号针头滴入1.5%三聚磷酸钠水溶液,制成光滑表面氨基多糖微球载体;在此基础上用与氨基多糖质量比为1:1的碳酸钙粉末,在氨基多糖溶液中搅拌均匀后立即用7号针头滴入1.巩三聚磷酸钠水溶液,放置过夜后冷冻干燥,制成多孔微球载体。其尿素转化实验结果如下:多孔微球载体所制固定化服酶固定化效率为6既,室温下,柱容留时间为3分钟时,300尿素溶液转化率为84.4%;柱容留时间为15分钟时,300尿素溶液转化率为99.8%。光滑表面微球载体所制固定化服酶固定化效率为51.溅,室温下,柱容留时间为3分钟时,300尿素溶液转化率为58.08%;柱容留时间为15分钟时,300尿素溶液转化率为88.7%。
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