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    纖維素酶應用技術
    時間:2023-04-14
         酶活性的調節控制主要有下列幾種方式:
         1、酶濃度調節
         2、pH值調節
         3、激素調節
         4、共價修飾調節
         5、抑 制劑調節
         6、反饋調節
         7、金屬離子調節
         和其它小分子化合物的調節。
         影響纖維素酶催化效率的因素主要有:
         (1)纖維素酶來源的影響
         纖維素酶的來源十分廣泛,但從生產纖維素酶的角度看,利用微生物以外的生物生產沒有現實意義,因此,篩選和培育高產高 效菌種是纖維素酶生產的關鍵。
         (2)纖 維素超分子結構的影響
         纖維素纖維的超分子結構對纖維素酶的作用有較大影響.纖維素纖維的超分子結構主要包括結晶度、取向度、原纖維砌結構等.在同等條件下,結晶度越高(無定形區比例越低),纖維素酶的作用效率越低.
         (3)抑 制劑和活化劑  
         大多數羥基化合物是抑 制劑,但少數幾種羥基化合物,如甘油、山梨醇等則對纖維素酶起活化作用。
         (4)表面活性劑對纖維素酶的活力的影響
         離子型表面活性劑對纖維素酶的活力保持是不利的,非離子型表面活性劑對纖維素酶的活力有一定的促進作用,這對實際應用非常有利。
         (5) pH值對酶穩定性和酶活力的影響
    典型的酶活力pH曲線有如鐘罩形,它和兩性電解質在不同pH值時的解離曲線(不同pH條件下兩性電解質的兩性離子含量曲線)很相似。因此,z初就認為,pH值影響酶活力的原因可能是由于改變了酶的解離狀態。
         深入的研究發現:
         酶反應都有各自的z適pH值,而這種z適pH往往和它的等電點不一致。
         經過部分修飾的酶,其z適pH通常不變。

         對某些酶的研究表明,它們的z適pH主要和活性部位側鏈基團的解離直接有關。


         酶的溫度穩定性和z適處理溫度:
         通常在0—10℃(z好是0—5℃)酶的穩定性較好,低于0℃酶也可能因凍結而失活。有的酶在0—10℃時比在20—30時℃更不穩定個別的酶有著穩定的耐高溫性能,如核糖核酸酶在100℃保持幾分鐘仍有活力,結晶胰蛋白酶在pH為2—3時,加熱到沸騰酶活力也不會永 久的消失。因而,不同的酶在熱穩定性上會顯示一定的差別。
         增效劑在纖維素酵洗中的應用:
         纖維素酶是一組能夠降解纖維素生成葡萄糖的酶的總稱,在食品、飼料、醫藥、紡織、洗滌劑和造紙等眾多的工業領域有廣泛的應用價值。
         從酶的作用特性出發可分成兩大類:堿性纖維素酶和酸性纖維素酶。
         通常所說的堿性纖維素酶是具有3~10種或更多組分構成的多組分酶,根據其作用方式一般又可將纖維素酶分為3類:外切β-1,4-葡聚糖苷酶(簡稱CBH).內切β-1,4-葡聚糖苷酶(簡稱EG)和β-1,4-葡萄糖苷酶(簡稱BG)。在這3種酶的協同作用下,z終將其分解成葡萄糖。
         到目前為止,還沒有能夠在堿性條件下分解天然纖維素的纖維素酶。自從1906年Seilliere從蝸牛消化液中發現纖維素酶以來,人們對纖維素酶做了大量的研究,特別是80年代以來,由于分子生物學的發展及生物工程技術的興起,纖維素酶的研究出現了新的前景。
         棉的形態結構及基本組成:
         棉纖維的形態結構
         棉纖維是棉籽表皮上的細胞突起生長而形成的,每根棉纖維就是一個細胞,從棉籽殼上脫落下來的棉纖維是一個上端封閉、下端截斷的管狀不完整的細胞。其形態結構如下:
         (1)角質層: 角質層是棉纖維j薄的z外層,它大概是由油蠟和果膠物質所組成,生長過程中緊包于棉纖維的初生胞壁上,但不屬于該胞壁的一部分。
         (2)初生胞壁: 初生胞壁厚約0.1~0.2μm與纖維的寬度(2μm)相比是較薄的一層,主要是纖維素的網狀組織,但也有一定的雜質,如果膠,油蠟等。
         (3)次生胞壁: 次生胞壁是由纖維素組成,是纖維的主體部分,約占纖維總重量的90%以上,是由纖維素在初生胞壁內部沉積而成的原纖網狀組織。
         (4)胞腔:當纖維干燥后原生質的殘渣便干涸在細胞內壁上,所以胞腔中含有蛋白質,礦物以及一些色素等。
         纖維的組成
         棉纖維含雜(纖維共生物)6%~10%,這些纖維共生物應該在前處理中被去除。其組成為:
         1、纖維素:纖維素是β-D葡萄糖?;舜艘?,4甙鍵結合而成的大分子,在結晶區內相鄰的葡萄糖環相互倒置,糖環中的氫原子和羥基分布在糖環平面的兩側;
         2、果膠物質:果膠是棉纖維中影響z嚴重,又z難去除的物質,在棉纖維中以果膠的鈣、鎂鹽和甲酯形式存在,親水性比纖維低,對纖維的潤濕性和染料的上染都有不良影響,其染色牢度也差。它還存在于棉籽殼中,將多層殼層粘在一起,使之難以去除。
         3、含氮物質:主要是以蛋白質形式存在于纖維的胞腔中,量不多,但會使纖維發黃。
         4、蠟狀物質:是棉纖中能溶于有機溶劑的雜質的總稱,主要存在于纖維的表層,對纖維的潤濕有影響。也有人認為,只要蠟狀物質在纖維外表的完整包覆狀被破壞,即使還有部分蠟狀物質存在,纖維也可以有良好的潤濕性,且具有良好的手感;對絨類織物而言還有利于起絨。
         5、灰分:灰分由各種無機鹽組成,包括硅酸、碳酸、鹽酸、硫酸,磷酸的鉀、鈣、鈉、鎂、錳鹽及氧化鐵和氧化鋁。無機鹽的存在對纖維的吸水性,白度和手感有一定的影響,而且某些鹽類和氧化鐵對漂白劑的分解有催化作用。
         6、棉籽殼:棉籽殼的化學組成是木質素、單寧、纖維素、半纖維素以及多糖類,除此之外還含有少量的蛋白質,油脂,礦物質。棉籽在軋花后,雖然棉籽和纖維得以分離,但仍有少量殘片附在纖維上,紡紗時嵌入紗中,嚴重地影響織物的外觀,應予以去除。
         7、糖類:糖類一般指半纖維素。半纖維素是一個不確定的術語。原指纖維素在17.5%的氫氧化鈉溶液中,20℃條件下,處理45 min能溶解的部分。從化學結構上來說,包括多縮戊糖(木聚糖),多聚己糖。
         纖維素酶的基本特征
         酶是一種無毒,環境友好的生物催化劑,是主要由氨基酸組成的蛋白質。它具有高 效率,高度專一性。酶的高 效性和專一性不需要高溫、高壓、強堿和強酸的作用條件,不但對普通的化學催化反應來說是一個飛躍,而且對它在各個領域中的應用也具有十分重要的價值,可以獲得低能耗、高產率、高質量和一些特殊的功能效果。
         酶的特點:
         (1)反應條件溫和
         酶發生催化作用可在常溫、常壓下進行,不需要強酸、強堿,對設備的要求較低,勞動條件較好。同時,一般酶的催化反應均在生理溫度25℃~37℃范圍內進行,僅少數酶在較高溫度下進行,這可節約大量能源
         (2)催化效率高
         一般酶與被催化的反應物有親和力,從而以一定的有利于反應的位置相結合,所以用酶做催化劑時頻率因子也會大大增加,故也使反應速度大為加快。所以,酶在化學反應中起降低活化能和增加頻率因子(即反應因子間的碰撞率)的作用,從而大大加快反應速度。酶催化反應的速度比非催化反應的速度高108~1020倍,比其他催化劑催化的速度高107~1013。
         (3)催化反應具有專一性
         酶的催化反應具有高度的專一性,即酶對作用底物有嚴格的選擇性,一種酶只能催化特定的一類或一種物質。酶對底物的這種選擇性表現在兩方面,即對被作用的反應是專一的和對被催化的反應是專一的。
         (4)活性可以控制
         酶本身是由蛋白質所組成,因而具有蛋白質的性質——無毒、對酸堿和溫度敏感。因此,可通過調節溫度或PH值來抑 制酶制劑的反應,達到控制反應的目的。
         生命是嚴格有序的。一方面這種有序的過程依賴于酶的催化作用;另一方面,酶又必然受到這個有序過程的嚴格控制。肌體內不同反應體系的酶,采用不同的方式進行調控,十分嚴密。這是酶和一般催化劑不同的一個重要性質。酶的調節控制方式很多。在生物體內,酶和酶之間,酶和其他蛋白質之間以及酶和其他生物高分子之間存在著相互作用,會影響酶的活力。一種酶的反應往往和其他酶的反應相聯系。紡織加工中所用的酶是在生物體外發生反應的。也有許多因素影響酶的活力,一些物質可激活其活力,一些物質可抑 制其活力。
         (5)來源廣
         動物、植物、微生物都可以作酶的原料,特別是微生物不受季節、氣候和地域的限制。而且微生物品種繁多,容易培養,又繁殖較快,產量又高,可以在短時間內大量生產。尤其,近期使用基因工程進行DNA順序重組和編排,可使人們按不同需要生產出不同性能的酶制劑,使酶制劑發生了突破性的進展。
         (6)綠色環保
         酶本身很易被生物降解,且不需加入大量的化學品,所以能大大降低污水處理負擔,被稱為21世紀的環保助劑。
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