试析纤维素酶在几种咪唑类离子液体中活性研究

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1、天津大学硕士学位论文纤维素酶在几种咪唑类离子液体中活性研究姓名：耿月姗申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张毅民20090501中文摘要近年来，以纤维素为原料得到乙醇、氢气等替代能源的工艺路线受到了人们的广泛关注。这条工艺路线主要包括纤维素的预处理、酶水解、还原糖的发酵三部分。目前的水解工艺需要将预处理后的纤维素分离出来进行，效率不高。用离子液体这种新型溶剂溶解纤维素，其可行性已经在2002年被证实，由此为纤维素的处理开辟了新的思路。如果可以在离子液体中同时完成纤维素的溶解、酶水解，那么必然可以提高反应效率，更重要的是可以为清洁能源

2、的生产提供更“绿色”的生产工艺。本实验研究了一系列离子液体中(【C4mim]Cl，【C6mim]Cl，【C8mim]Cl，【C2mim]BF4，【C4mim]BF4，[C6mim]BF4，【CSmim]BF4，[C4mim]PF6，【C6mim]PF6，【C8mim]PF6)纤维素酶的活性和稳定性，以及体系中添加微量水后对纤维素酶稳定性的影响，并且初步试验了离子液体／纤维素酶回收重复利用的可能性。对纤维素酶在离子液体中的活性的研究表明：在疏水性的离子液体中(【C4mim]PF6、【C6mim]BF4、【CSmim]BF4)纤维素酶能保持很

3、高的初始活性(>85％缓冲液初始酶活)。其中在[C4mim]PF6中的初始酶活为纤维素酶本身活性的94％。而在亲水性离子液体中则有不同程度的失活现象。从溶液极性的角度看，纤维素酶在极性较高的离子液体中保持良好的活性。最佳的ENT范围在O．67～0．68之间。当离子液体的∥T低于O．65，纤维素酶在其中失活严重，而过高的极性也会对酶造成不利的影响。综合溶液的亲疏水性与极性这两个因素考虑，前者的影响大于后者。纤维素酶在与水不互溶、极性强的离子液体中能保持良好的活性。三种阴离子对酶活的影响不尽相同：Cl。会造成酶的严重失活，BF4离子液体中纤维

4、素酶较稳定，而PF6。离子不够稳定，容易分解，造成酶的失活。对纤维素酶在离子液体中稳定性的研究表明：七天的培养中，纤维素酶在离子液体中表现出了良好的稳定性。相比在缓冲液中20％的失活，离子液体中纤维素酶的剩余酶活波动不大。说明离子液体环境能够起到保护纤维素酶的作用。对体系中微量水分的影响的研究表明：向干燥后的离子液体中添加2％v／v的微量水分，并没有提高其中纤维素酶的活性，反而造成剩余酶活的损失，酶的稳定性变差。说明2％v／v的添加量已经超过了酶的必需水量，造成了活性结构的失去。这种现象在含PF：的离子液体中更加明显。【C4mim]PFd

5、纤维素酶的回用效果不佳，可以接受的使用次数是两次，但是对于在离子液体对酶的固定化作用的研究，值得做进～步的努力。本实验通过一系列离子液体中纤维素酶活性和稳定性的研究，发现和揭示纤维素酶在离子液体中的活性和稳定性规律，为寻找、设计既可以溶解纤维素，又可以让酶在其中保持良好活性的新型离子液体，探索“一釜”反应器中离子液体处理纤维素的工艺路线奠定了实验基础。关键词：纤维素酶离子液体初始酶活性酶稳定性微量水分ABSTRACTInrecentyears，producingalcoholandhydrogenfromcelluloseisapromi

6、singissuethatisattractingpeople’Seyes．Thistechnologyinvolvesthreemainstages，whicharepretreatment，hydrolysisandfermentation．Thewidelyusedpretreatmentsofcelluloseincludediluteacid，dilutealkalineandsteamexplosion．However,thesemethodsareofenvironmentalhazardousandlowefficienc

7、y．Tohydrolyzethepretreatedcellulose，thecommonprocedureisseparatingthecellulosefromthepretreatmentsystem，andaddingcellulaseintotheproperhydrationmixtures．Obviously,thisprocessinvolvesanotherseparatingstep，andthehydrolyticreactionisheterogeneous．Thus，theefficiencyofthisenzy

8、matichydrolyseprocessisatalowlevel．Itwasfoundthattheionicliquids(ILs)coulddissolvecellulosein200