文献名：多糖酶解动态特性表征与剪切机理分析及动力学建模

作者：李秋瑾（天津大学， 化学工程， 2009， 博士）

导师：何志敏

摘要：本文综合运用色谱、光谱等测试技术系统研究了纤维素酶解非均相体系和魔芋葡甘聚糖(KGM)酶解均相体系,旨在表征多糖酶解历程动态特性,揭示酶对底物剪切机理,构建反应动力学方程。具体研究内容与结论如下:*,三种结晶结构不同的纤维素酶解历程动态特性多尺度表征、酶解机理分析及吸附—反应动力学建模1.结晶纤维素Avicel酶解过程中固态剩余底物分子量分布不发生显著改变,体现了外切酶CBH对结晶纤维素的“顺次”剪切机理。2.结晶相与无定形相并存的纤维素Whatman滤纸酶解过程中固态底物分子量分布先向低值移动,后向高值移动,峰形先变宽后变窄,体现内切酶EG对无定形相“拉链”剪切与外切酶CBH对结晶相“顺次”剪切的协同作用。3.离子液体预处理Avicel与Whatman滤纸后所得无定形纤维素酶解过程中,固态底物分子量快速下降且其分布变宽,主要体现EG对无定形纤维素的快速“拉链”剪切;离子液体预处理可破坏纤维素规整结构降低氢键及结晶度,显著提高酶解效率,水解24h转化率接近100%。4.酶解过程中,Avicel及Whatman滤纸对酶的吸附符合Langmuir定律,离子液体预处理后无定形纤维素对酶的吸附不符合该定律;对于Avicel与Whatman滤纸,构建了吸附—反应动力学方程;滤纸酶解速率高于Avicel;预处理所得无定形纤维素酶解速率明显高于原始纤维素。第二,KGM酶解过程分子量变化规律分析、酶剪切机理讨论及分段与扩散反应动力学研究1.初始KGM分子量为9.028×105,多分散性指数为1.10,随酶解反应进行重均与数均分子量迅速下降,分子量分布先变宽后变窄,多分散性指数先增大后减小,说明KGM的酶解是酶分子对底物的多次剪切与中央剪切联合作用的结果。2.固定酶量且相对底物酶量较大(酶与底物比例为1:102数量级)条件下,反应速率较快,KGM酶解初始阶段,反应动力学模型为M w 0 3 M w 3= 1+ M n 0k ct;酶解反应中后期,反应动力学模型为1 M w = 1M w 0 + kM w0 2 m 2w0 ? t,反应为零级动力学。3.固定酶与底物比例且相对底物酶量较小(酶与底物比例为1:103数量级)条件下,反应速率较慢,扩散对于反应的贡献得以体现,通过引入酶分子的扩散时间参数,建立了KGM酶解过程扩散—反应动力学模型01 M n = 1 M n0+ 17.175t ? 17.398e ?wt,该模型体现了底物浓度以及扩散现象对反应速率的影响。

关键词：纤维素； 魔芋葡甘聚糖； 酶促水解； 分子量； 剪切机理； 反应； 动力学模型；