多酶抗生物粘泥涂层构建及特性能研究

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1、多酶抗生物粘泥涂层构建及特性能研究第一章绪论1.1生物粘泥生物粘泥是微生物及其产生的胞外聚合物，与其它有机和无机杂质混合在一起，粘在物体表面的粘性物质[1]。广泛存在于冷却循环水系统的管道、冷却塔等内壁上以及船体、水下作业设备的表面上。主要危害是引起设备的结垢和严重腐蚀，导致传热效率降低、使用寿命减短，运营成本增加等，严重影响了装置的正常运行。因此，对生物粘泥的控制、清洗十分必要[2-5]。循环冷却水系统一般由热交换器、冷却塔及管道等部分组成，在工业生产中有着广泛的应用。循环水系统中，生物粘泥一般包括多种微生物（如真菌、细菌、藻类）及无机和有机的杂质。外界因素很难

2、对其构成影响，如一些杀菌剂可能会由于生物粘泥的吸附、分解而失去功能。所以，要杀死粘泥中的微生物比杀死浮游的微生物更难。由于工业生产用水量大且水资源缺乏，为达到降低成本和节约用水的目的，机械设备和生产工艺在设计时尽可能多的采用了循环水系统。但长时间运用，由于水质恶化、生物粘泥等造成的设备热交换效率降低、严重腐蚀将威胁设备的安全运行[6]。设备的良好运行是企业长期、稳定、健康生产的必要条件之一，因此，要选择合适的水处理剂，以达到控制生物粘泥，减缓腐蚀，延长设备使用寿命的目的。提高控制生物粘泥的技术水平，降低能耗，实现资源和设备的良好运用是企业整体经济效益提高的一条重要

3、途径。1.2多酶体系酶（enzyme）是一种生物催化剂，由生物体内的活细胞产生，可高效催化各种生物化学反应，维持生物体正常的新陈代谢过程。酶催化具有精确的区域选择性和立体选择性，因此可以完成许多常规催化无法完成的反应过程。目前，实验室中进行的大多是单一的酶催化反应，反应效率较低。而细胞内的多数物质的转化将涉及到多个或多种酶间的协同催化过程，反应效率和能量利用率较高[26]。实验室进行多步反应参与的催化过程，一般中间产物都要经过分离纯化再进入下一步反应，反应过程复杂，中途损失较多，造成反应效率及产率较低。模拟细胞内多酶催化体系，为构建实现多酶催化过程开辟了新途径。多

4、酶体系是由多种生物催化剂互相偶合而成的结构和功能统一的一个整体，能够对密切相关的一组反应进行连续催化。因此，在多步反应参与完成的催化过程中，可通过对参加催化反应的多种酶进行理性设计，使其可以同时进行相互协同的催化反应，可有效减少反应过程中间产物的损失，减少反应步骤和操作时间，提高反应效率[27-28]。在催化反应过程中多酶体系表现出的高效率性和高度协调性，为多酶反应体系的构建和生物催化过程的优化改造提供了借鉴。酶作为生物催化剂，与一般催化剂相比具有选择性强和催化效率高等特点，在现代化学工业中的应用也日益广泛。但作为生物催化剂，环境（如：pH值，温度，离子强度等）对

5、酶的活性、稳定性等影响较大，在极端环境中，酶分子的空间结构容易改变，最终导致其变性失活[29]。另外，催化反应中反应得到的产物和酶分离困难，酶重复使用率低，酶制剂价格一般比较昂贵，由此造成的浪费较严重，生产成本也随之增加，严重的限制了酶在催化工业中的发展。固定化酶（Immobilizedenzyme）可以有效解决上述问题，提高酶的稳定性和重复使用性，降低酶的消耗速率，进一步提高催化效率[30]。第二章α-淀粉酶和葡萄糖氧化酶溶液性质的研究2.1引言α-淀粉酶（α-Amylase）在微生物、动物和植物中广泛存在，可以从淀粉分子的内

6、部任意切开α-1，4糖苷键，并能越过α-1，6糖苷键继续水解,将淀粉断裂成许多小分子，随后小分子再被水解为麦芽糖和葡萄糖。α-Amylase在淀粉加工业中作为主要的催化剂已经基本替代了化学降解法,在纺织、造纸等工业中应用广泛,在制药行业等，也有潜在的应用价值。葡萄糖氧化酶（GOD）是一种含有两个黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的结合位点的同型二聚体分子,GOD氧化葡萄糖生成葡萄糖酸和H2O2，对人体没有毒副作用，广泛用于葡萄糖酸、尿糖试纸和生物传感器的生产应用[70]。在细胞内，种类繁多的酶催化过程维持着正常的代谢过程，其中很多的物

7、质转化涉及多种或多个酶相互协同的催化过程。多酶协同体系是高效而精确的催化系统，体系反应过程中第一种酶催化的产物，作为底物被第二种酶催化，第二种酶催化的产物，作为底物被第三种酶催化，如此构成一条结构和功能紧密的流水生产线。多酶协同反应具有如下优点：1.充分发挥不同酶的特点并使其催化特性有机结合起来，可扩大体系中任一种酶的应用范围。2.在催化过程中，前一种酶的产物作为后一种酶的底物，产物到本体溶液的扩散受到扩散阻力，使得一定区域内底物有效浓度较高，提高了酶的催化效率。3.在多酶协同催化反应过程中，产物抑制较单步反应明显减少，逆反应速率也随之降低，使得正反应进行的更彻底

8、，提高了产