在离子液体中酶催化纤维素的降解

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本文合成了三种醋酸盐类离子液体,研究了纤维素酶在这三种离子液体中的初始酶活,剩余酶活及热稳定性。研究发现:本文中纤维素酶存活的最适宜pH值为4.7,离子液体的存在会抑制纤维素酶的酶活,而且浓度越大抑制作用越强。本文中离子液体对纤维素酶活性的抑制作用的大小分别为:[Emim]OAc>[Bmim]OAc>[C6mim]OAc。在缓冲溶液中,纤维素酶的最适宜温度为45℃,在低浓度的离子液体中,纤维素酶的最适宜温度为50℃,在含有高浓度的离子液体中,纤维素酶的最适宜温度为70℃,说明高浓度的离子液体可以承受更高的温度。通过对比,最终确定应用10%的[Emim]OAc离子液体可以起到很好的降解效果,有利于“一步法”降解反应的发生。在常规条件下,0.1g纤维素最适宜酶解条件为:反应温度为45℃,pH值为4.7,酶用量0.15g,反应时间为24h,其最大酶解率为28.3%。在10%的[Emim]OAc体系中,应用“一步法”对纤维素进行酶降解反应,由正交实验表明:影响酶解因素为:温度>pH值>酶用量>反应时间,最佳条件为:50℃,pH=4.7,0.18g,24h,纤维素的水解得糖率为46.9%,而“两步法”的酶解率可以达到61.4%。对三种方法进行比较,一步法处理的纤维素酶解率为常规条件下的1.7倍,两步法处理的纤维素酶解率为常规条件下的2.2倍。结果证明离子液体确实利于纤维素的溶解,并有助于纤维素酶降解纤维素,效果显著。应用一步法处理工艺,可以省去溶解再生的繁琐过程,而且酶解得糖率也有一定得提高,所以该方法优于其他两种方式。通过对纤维素及再生纤维素的表征,可以看出纤维素经离子液体处理后,未发生衍生化反应,只是纤维素Ⅰ型转变成纤维素Ⅱ型。晶型的转变破坏了纤维素的原有晶型,使结晶度大大降低,破坏了纤维素的大分子结构,使得难降解的大分子纤维素变成容易降解的小分子纤维素,增加了纤维素酶的作用点,加强了纤维素酶对纤维素的降解能力。
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