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魔芋葡甘聚糖酶解历程动态特性研究

作　者: 袁素霞
导　师: 何志敏
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 魔芋葡甘聚糖酶解反应扩散剪切分子量分布
分类号: O643.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近年来,多糖酶促水解在生物能源炼制、油气开采、药物缓释、功能保健中得以广泛应用,受到各国学者热切关注。本文以魔芋葡甘聚糖(KGM)―β-甘露聚糖酶为研究体系,分析了多种聚合物酶解动力学特点,利用凝胶排阻色谱和动态光散射技术对KGM酶解历程均值分子量变化、分子量分布、酶扩散、底物和产物扩散及酶剪切方式等多方面内容进行研究,主要结论如下:典型反应动力学分析:在普适动力学中,任何反应级数下数均或重均分子量的倒数随时间线性变化,由表观反应速率的依浓度性可获得反应级数;在数学零级动力学中,数均分子量倒数、重均分子量、分散度分别与反应时间呈线性增加、线性减小和二次函数的变化规律;在米氏动力学中,重均分子量三次方和数均分子量具有相同的变化规律,且可获得彻底水解时体系的分散度特点。KGM酶解全程特性解析:固定酶与底物比时,KGM在β-甘露聚糖酶作用下分子量快速下降,且当底物浓度越高现象越明显,证明酶扩散行为对反应起着重要作用;KGM酶解产物的分子量分布逐渐分裂为两个区域,大分子量区域仅含量变化,分子量基本不变,表明KGM酶解存在多次剪切模式。动力学分析表明,水解初期属于表面反应,受大分子体系的网格构造影响;水解中期表现出零级动力学反应特征,水解后期主要受酶的扩散行为影响。KGM酶解历程反应扩散动力学:将反应动力学与扩散规律结合,推导出KGM -β-甘露聚糖酶体系在稀或半稀浓度下的反应扩散动力学方程为,该模型说明了酶的扩散和底物浓度对反应速率的影响,较好地拟合了浓度为0.1%～0.5%的KGM溶液酶解反应。KGM酶解历程扩散行为分析:酶解初期呈现非稳态运动,主要为大分子和小分子的运动,大分子的运动制约中等分子的运动,体系主体由大分子组成;随着反应的进行,大分子含量逐渐减少,中等分子成为体系主体,并制约着小分子的扩散运动。酶作用于底物的剪切规律:计算机模拟结果表明:底物起始分子量分布(MWD)强烈影响其在反应历程中的变化,窄分布导致MWD峰形下降;在中央剪切模式中,MWD变化最快,且当底物分散度较低时,MWD存在双峰的变化规律。KGM酶解历程分子量变化(尤其是双峰模式)与中央剪切相近,但不完全吻合。KGM的酶解同时具有中央剪切和多次剪切的分子量分布特点。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
前言  9-11
第一章文献综述  11-25
  1.1 聚合物降解机理研究  11-14
    1.1.1 降解历程分子量分布研究——剪切机理  11-13
    1.1.2 酶解分子量变化动力学研究及存在的问题  13-14
  1.2 聚合物体系的扩散理论  14-18
    1.2.1 聚合物溶剂中的分子扩散  14-16
    1.2.2 聚合物的扩散  16-18
  1.3 魔芋葡甘聚糖  18-21
    1.3.1 KGM 的化学结构和理化性质  19-20
    1.3.2 KGM 降解产物的功能特性  20-21
    1.3.3 KGM 的酶解特性  21
  1.4 多糖分子量的测定  21-23
    1.4.1 粘度法  22
    1.4.2 凝胶排阻色谱  22-23
    1.4.3 光散射法  23
    1.4.4 凝胶排阻色谱－光散射联用  23
  1.5 本文的主要研究内容  23-25
第二章聚合物酶解反应动力学  25-39
  2.1 普适反应动力学  25-27
    2.1.1 动力学推导  25-26
    2.1.2 特性分析  26-27
  2.2 数学零级动力学  27-30
    2.2.1 动力学推导  27-29
    2.2.2 特性分析  29-30
  2.3 米氏动力学  30-37
    2.3.1 米氏方程的推导及阐述  30-32
    2.3.2 聚合物酶解历程米氏方程推导  32-33
    2.3.3 从基元反应推导的米氏动力学  33-37
  2.4 小结  37-39
第三章魔芋葡甘聚糖酶解历程反应特性  39-48
  3.1 实验部分  40-41
    3.1.1 材料  40
    3.1.2 仪器  40
    3.1.3 KGM 的酶解  40-41
    3.1.4 KGM 酶解物分子量分布的测定  41
  3.2 结果与讨论  41-46
    3.2.1 普适标定曲线  41
    3.2.2 KGM 酶解产物分子量分布变化解析  41-43
    3.2.3 KGM 酶解中前期平均分子量变化规律  43-45
    3.2.4 KGM 酶解后期平均分子量变化规律  45-46
  3.3 小结  46-48
第四章魔芋葡甘聚糖酶解历程反应－扩散动力学  48-56
  4.1 实验  48-49
    4.1.1 材料  48
    4.1.2 分析测试仪器  48-49
    4.1.3 KGM 的酶解  49
    4.1.4 KGM 酶解物分子量分布的测定  49
  4.2 结果与讨论  49-55
    4.2.1 KGM 酶解过程产物分子量分布变化规律  49-50
    4.2.2 KGM 酶解过程反应－扩散动力学模型  50-55
  4.3 小结  55-56
第五章魔芋葡甘聚糖在酶解历程中的扩散行为  56-64
  5.1 动态光散射（DLS）理论  56-58
  5.2 实验  58-59
    5.2.1 材料  58
    5.2.2 仪器  58-59
    5.2.3 KGM 的酶解  59
    5.2.4 DLS 测定  59
  5.3 结果与讨论  59-63
    5.3.1 高分子在溶液中的运动  59-60
    5.3.2 KGM 酶解产物扩散运动变化行为  60-61
    5.3.3 KGM 酶解体系中扩散系数分布规律  61-63
  5.4 小结  63-64
第六章魔芋葡甘聚糖酶解历程剪切规律分析  64-72
  6.1 实验  65-66
    6.1.1 材料  65
    6.1.2 仪器  65
    6.1.3 KGM 的酶解  65-66
    6.1.4 软件分析  66
  6.2 结果与讨论  66-71
    6.2.1 剪切机理  66-69
    6.2.2 KGM 酶解历程剪切规律  69-71
  6.3 小结  71-72
第七章结论与展望  72-75
  7.1 结论  72-74
  7.2 展望  74-75
参考文献  75-81
发表论文和科研情况说明  81-82
附录  82-89
致谢  89

魔芋葡甘聚糖酶解历程动态特性研究

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