探索魔芋葡甘聚糖酶解历程动态特性研究

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1、天津大学硕士学位论文魔芋葡甘聚糖酶解历程动态特性研究姓名：袁素霞申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：何志敏20080601中文摘要近年来，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)一p．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

2、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p．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

3、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—p．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1／M，=1／心+17．175f—17．398e一～，，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O．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

4、，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。关键词：魔

5、芋葡甘聚糖酶解反应扩散剪切分子量分布ABSTRACTDuringthepastdecades，considerableinterestshaVedeVelopedinenzymatichydrolysisofpolysaccharides，becauseOfits铲eatinduStrial印plicationsranging矗ombioenergyrefining，oil／gasexploration，t0iIrugreleaseandfoodadditiVes．Inthisthesis，basedonthe

6、analysisofcharacteristicsofseVeralpolymerenzymaticdepolymerization，enzymaticdegradationofkonjacglucoman锄(KGM)byB．mannanasewassystematicallyinVestigatedbyusinggelpe咖eationchromatography(GPC)anddynamiclIghtscattering(DLS)，includingchangesinnumber—andweight．ave

7、ragemolecular、耽ights，molecularwei曲tdistribution(MWD)，thedif如sionbehaviorsofem拶meandsubstrates，andbondscissionmannerofenzyme．Themainaspectsandconclusionsweredisplayedasfollows：Analysisin锣picall【ineticsofdepolymer娩ation：GeneralreactionkineticequationtoIdnumber

8、-averageorweight．aVeragemolecularweight(肘。，^钆)had1inearrelationshipwithtime，nomatterwhichnumbertheorderwas．Theslopoflinebetweensurfacereactionrate‰andconcentrationChad幽rectrelationshipwjththerea