菠萝皮渣纤维素改性及应用于固定化脂肪酶的研究

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1、菠萝皮渣纤维素的改性及应用于固定化脂肪酶的研究摘要菠萝是世界最大宗的热带水果贸易品种之一，加工过程中菠萝皮渣的产生率高达40‰50％，由于缺乏有效的利用手段，大量菠萝皮渣一直是困扰企业发展的难题。粗纤维是皮渣的主要成分，约占干重的66．29％，但鲜有粗纤维直接利用的研究报道，造成资源的极大浪费。本文以菠萝皮渣为原料，探讨不同方法制备的菠萝皮渣纤维素组成及物化性质，研究用离子液对菠萝皮渣纤维素进行均相改性和与氨基酸接枝聚合的最适反应条件及聚合物的结构特性，研究以改性纤维素为载体固定化脂肪酶的最适条件及固定化脂肪酶的部分酶学性质，以期为菠萝皮渣的综合利用和脂肪酶的固定化研究

2、提供理论依据。主要实验结果如下：(1)酵母菌发酵法、乳酸菌发酵法和化学法制备的菠萝皮渣纤维样品中粗纤维的含量分别是85．59％，88．70％和91．98％；三种样品的主要成分均为纤维素和半纤维素；不同的是，用酵母菌发酵法和乳酸菌发酵法制备的样品中半纤维素含量高于化学法，纤维素含量则低于化学法；三种方法制各的样品所含酸不溶性木质素的含量都较少，其中乳酸菌发酵样品中含量最高，化学法的最少。通过SEM、XRD、FTolR和TG．DTG等方法对酵母菌发酵法和化学法制备的菠萝皮渣纤维素的物化特性进行比较发现，它们具有相同的晶型，均属纤维素I型，化学结构也相同；酵母茵发酵法制备的纤

3、维素表面不规则且结构疏松，而化学法制备的纤维素结构致密，而且化学法制备的纤维素热稳定性较好。(2)选用甘氨酸和丝氨酸分别对酵母菌发酵法、乳酸菌发酵法和化学法制备的纤维素在[Amim]C1，[Bmim]C1和[Emim]Cl三种离子液中进行改性研究。经FT-IR图谱证实改性成功；但采用[AmimlCl溶剂体系，氨基酸接枝量最大，且[Amim]O常温下为液态，可以节约溶化时间，因此宜选用[Amim]C1作为菠萝皮渣纤维素接枝聚合氨基酸的溶剂。以氨基酸接枝量为指标，采用响应面设计研究甘氨酸和纤维素分子链的单糖比例、反应温度和反应时间对纤维素改性的影响，优化了纤维素的改性工艺条

4、件，确定了最佳条件为：Gly：AGU=2．88(mol／m01)，温度为86．4℃，时间为146min，接枝量达21．39mg／g。在最适条件下用三种方法制备的纤维素分别接枝甘氨酸和丝氨酸，得到六种改性纤维素，发现酵母发酵法制备的纤维素接枝甘氨酸能力最强，接枝量为19．47mg／g，化学法制备的纤维素接枝丝氨酸的能力最强，接枝量为24．67mg／g。对酵母发酵法纤维素接枝甘氨酸聚合物和化学法纤维素接枝丝氨酸聚合物进行SEM，XRD，FT-IR，TG-DTG和NMR等结构表征。离子液再生的纤维素和改性纤维素的微观结构表面变平整，且热稳定性均有所下降，重结晶样品的晶型由纤维

5、素I变成了纤维素II，而改性纤维素的晶型明显受到了破坏，FT-IR和NMR图谱分析结果均证明氨基酸已经成功接枝到纤维素分子链上。(3)以改性纤维素为载体进行固定化脂肪酶的研究，考察了载体和酶的比例，缓冲液pH值和缓冲液浓度对固定化酶活性的影响，确定了脂肪酶固定化的适宜条件为：载体和酶的比例为8：1．12：1(g／g)，pH7．5．8．O，缓冲液浓度为0．03M。在最适条件下，用甘氨酸改性纤维素和丝氨酸改性纤维素分别采用吸附法、交联法和包埋法制备了六种固定化脂肪酶。发现使用甘氨酸改性的纤维素吸附法固定化酶的蛋白保留率最高，达92．0％，而使用丝氨酸改性纤维素包埋法固定化酶

6、的保留率最高，达93．2％。使用不同的载体，三种固定化方法中，吸附法固定化酶的酶活力均最高，分别达到了1．21×105U／g蛋白和1．31×105U／g蛋白。其他两种方法制各的固定化酶活力都有很大程度的损失。但是与文献中使用无机材料固定化酶的结果相比，酶活力明显提高。考察了六种固定化脂肪酶的热稳定性和操作稳定性。采用60℃恒温处理，游离脂肪酶残余酶活仅为10％，而固定化的脂肪酶中最高余留酶活可达42％。反复使用30天后，游离脂肪酶残余酶活仅为50％，而固定化脂肪酶的残余酶活均高于80％；表明用改性菠萝皮渣纤维素固定的脂肪酶具有较好的热稳定性和操作稳定性。关键词：菠萝皮渣

7、纤维素，纤维素改性，氨基酸，离子液体，物化性质，接枝聚合反应，固定化脂肪酶ⅡTheModificationofPineapple(ananasCOlnOSUS)PeelCelluloseandtheApplicationinLipaseImmobilizationAbstractPineappleisoneofthelargesttropicalfruitvarietiesfortradeintheworld．Pineapplepeel，theby—productsfromprocessingofpineapplehasdeveloped