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文獻名：多糖酶解動態(tài)特性表征與剪切機理分析及動力學(xué)建模
作者：李秋瑾（天津大學(xué)， 化學(xué)工程， 2009， 博士）
導(dǎo)師：何志敏
摘要：本文綜合運用色譜、光譜等測試技術(shù)系統(tǒng)研究了纖維素酶解非均相體系和魔芋葡甘聚糖(KGM)酶解均相體系,旨在表征多糖酶解歷程動態(tài)特性,揭示酶對底物剪切機理,構(gòu)建反應(yīng)動力學(xué)方程。具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下:第一,三種結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同的纖維素酶解歷程動態(tài)特性多尺度表征、酶解機理分析及吸附—反應(yīng)動力學(xué)建模1.結(jié)晶纖維素Avicel酶解過程中固態(tài)剩余底物分子量分布不發(fā)生顯著改變,體現(xiàn)了外切酶CBH對結(jié)晶纖維素的“順次”剪切機理。2.結(jié)晶相與無定形相并存的纖維素Whatman濾紙酶解過程中固態(tài)底物分子量分布先向低值移動,后向高值移動,峰形先變寬后變窄,體現(xiàn)內(nèi)切酶EG對無定形相“拉鏈”剪切與外切酶CBH對結(jié)晶相“順次”剪切的協(xié)同作用。3.離子液體預(yù)處理Avicel與Whatman濾紙后所得無定形纖維素酶解過程中,固態(tài)底物分子量快速下降且其分布變寬,主要體現(xiàn)EG對無定形纖維素的快速“拉鏈”剪切;離子液體預(yù)處理可破壞纖維素規(guī)整結(jié)構(gòu)降低氫鍵及結(jié)晶度,顯著提高酶解效率,水解24h轉(zhuǎn)化率接近100%。4.酶解過程中,Avicel及Whatman濾紙對酶的吸附符合Langmuir定律,離子液體預(yù)處理后無定形纖維素對酶的吸附不符合該定律;對于Avicel與Whatman濾紙,構(gòu)建了吸附—反應(yīng)動力學(xué)方程;濾紙酶解速率高于Avicel;預(yù)處理所得無定形纖維素酶解速率明顯高于原始纖維素。第二,KGM酶解過程分子量變化規(guī)律分析、酶剪切機理討論及分段與擴散反應(yīng)動力學(xué)研究1.初始KGM絕對分子量為9.028×105,多分散性指數(shù)為1.10,隨酶解反應(yīng)進行重均與數(shù)均分子量迅速下降,分子量分布先變寬后變窄,多分散性指數(shù)先增大后減小,說明KGM的酶解是酶分子對底物的多次剪切與中央剪切聯(lián)合作用的結(jié)果。2.固定酶量且相對底物酶量較大(酶與底物比例為1:102數(shù)量級)條件下,反應(yīng)速率較快,KGM酶解初始階段,反應(yīng)動力學(xué)模型為M w 0 3 M w 3= 1+ M n 0k ct;酶解反應(yīng)中后期,反應(yīng)動力學(xué)模型為1 M w = 1M w 0 + kM w0 2 m 2w0 ? t,反應(yīng)為零級動力學(xué)。3.固定酶與底物比例且相對底物酶量較小(酶與底物比例為1:103數(shù)量級)條件下,反應(yīng)速率較慢,擴散對于反應(yīng)的貢獻得以體現(xiàn),通過引入酶分子的擴散時間參數(shù),建立了KGM酶解過程擴散—反應(yīng)動力學(xué)模型01 M n = 1 M n0+ 17.175t ? 17.398e ?wt,該模型體現(xiàn)了底物濃度以及擴散現(xiàn)象對反應(yīng)速率的影響。
關(guān)鍵詞：纖維素； 魔芋葡甘聚糖； 酶促水解； 分子量； 剪切機理； 反應(yīng)； 動力學(xué)模型；
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