一種提高纖維素酶活性的方法
2023-12-02 09:22:46 1
專利名稱：一種提高纖維素酶活性的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高纖維素酶活性的方法，特別是涉及一種利用磁場與表面活性劑的協同效應來提高纖維素酶活性以及穩定性的方法。
背景技術：
纖維素佔植物乾重的35% 50%，是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物。對人類而言，它同時又是自然界中數量最大的可再生性物質，它的降解是自然界碳素循環的中心環節。因此，纖維素的利用與轉化對於解決目前世界能源危機、糧食短缺、環境汙染等問題具有十分重要的意義。纖維素酶是一種高活性的生物催化劑，可以有效的分解纖維素，具有廣泛的應用價值。但是纖維素酶的價格普遍比較昂貴，而在實際使用中又受到溫度和PH值等條件的限制，為了使纖維素酶在催化反應中有效提高活性和催化效率以及對使用環境的適應性，以期在催化反應中提高催化效率，創造更大的經濟效益，目前亟需一種 效率高、能耗低、成本小的提高纖維素酶活性及使用穩定性方法。磁場是空間中的一種向量場，環繞移動中的電荷以及磁偶極，例如出現在電流與磁鐵周圍。當這樣的場存在時，對於其他相似的物體會出現磁力作用。所有的物質材料或多或少對磁場有反應，可能是與磁場產生斥力，或者是受到磁場的吸引。具有順磁性的酶在生命活動中有重要功能，例如穀氨酸變位酶、琥珀酸脫氫酶、核糖核苷酸氧化酶等。各種生物磁技術在農業、工業、環境保護、醫藥和生物工程等方面的應用。例如高梯度磁分離技術在食品工業和環境保護中的應用；磁水治療、心和腦等磁圖和核磁共振成像技術在醫學診斷中的應用；磁場處理、磁水處理和磁性肥料在農業上的應用等。表面活性劑是具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，並能使顯著下降的物質。表面活性劑具有以下化學結構的特徵(I)含有對一種環境相(即溶劑)極少吸引的分子，通常叫做疏液基團；(2)含有對環境相強吸引的化學單元，即親液基團。當表面活性劑溶解在溶劑中，疏液基團的存在引起液體結構不利的畸變，增加了體系的總自由能。例如在水溶液表面活性劑溶液中，由於疏水基團引起的水結構畸變，從而降低了體系的總熵。另外，表面活性劑分子的兩親結構不僅導致表面活性劑分子在界面上的吸附，隨之改變相應的界面能，而且常導致吸附分子的優勢取向，使得疏液基團脫離溶劑本體相而取向。由於表面活性劑具有疏水和親水的兩親性分子結構，通常認為存在於酶和表面活性劑複合體中的結合力可能具有靜電和疏水的性質，從而導致酶的活性位點發生變化。活性位點的變化會導致酶的活性及穩定性發生變化。目前通過外場來提高纖維素酶活性的工藝方法很多，包括電場、超聲場、高壓場、電磁場等，但是將表面活性劑與磁場的協同效應來提高纖維素酶活性的方法尚未見此技術的相關報導。
發明內容
本發明的目的是克服已有提高纖維素酶活性工藝技術的缺陷，提出一種以協同效應為基礎的高效、簡單、成本低的方法來提高纖維素酶的活性及穩定性。本發明的技術方案概述如下一種利用磁場與表面活性劑的協同作用來提高纖維素酶活性及穩定性的方法，包括如下步驟(I)在溫度4°C，採用O. 1T-0. 5T不同磁場強度的靜磁場對纖維素酶進行磁化處理。首先配製一定濃度的纖維素酶溶液，溶液的PH由緩衝液控制，將配製好的溶液密封避光放置在靜磁場中，保存溫度4°C，保存時間1-10小時。
(2)在溫度4°C下，將磁化處理後的纖維素酶溶液中加入一定量不同類型的表面活性劑，表面活性劑為陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)，陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，非離子表面活性劑OP 10。加入後繼續攪拌1-2小時，攪拌速度為100轉/分鐘。(3)對經過(I)、(2)處理後的纖維素酶溶液進行活性及穩定性檢測。具體條件為活性檢測，反應底物是羧甲基纖維素鈉，反應溫度為60°C，檢測試劑為DNS試劑。pH穩定性檢測範圍為pH在3. 5-6之間。溫度穩定性檢測範圍為溫度在30-90°C之間。熱穩定性檢測範圍為溫度在30-90°C之間保存2小時。優選的是所述步驟(I)中，靜磁場強度為O. 35T，磁化時間2小時。所述步驟(2)中，陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的濃度為ImM，陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的濃度為O. 1禮，非離子表面活性劑OP 10的濃度為0.1% (v/v)，攪拌時間為I. 5小時。所述步驟(3)中，反應底物羧甲基纖維素鈉的濃度為1% (w/w)。本發明涉及一種提高纖維素酶活性的方法，採用靜磁場與表面活性劑的協同效應來提高纖維素酶的活性及穩定性。與普通的活性提高方法相比，本發明纖維素酶活性最高可提高85%。同時，本發明還可同時提高纖維素酶的pH及熱穩定性。經過處理後的纖維素酶最佳PH範圍為4. 5，最佳使用溫度範圍為60°C。
本發明所用磁場為釹鐵硼永磁場，為中空的圓柱形結構，磁化過程在中空腔中進行。參數如下表I磁場參數
磁場強度E/T磁場半徑/mm
0.1072
0.1588
0.35106
0.45118
0.60139表2不同磁場強度及磁化時間下磁化處理對纖維素酶活性的影響
權利要求
1.一種提高纖維素酶活性的方法，其特徵在於包括以下步驟 (1)在溫度4°c，採用O.IT-ο. 5T不同磁場強度的靜磁場對纖維素酶進行磁化處理。首先配製一定濃度的纖維素酶溶液，溶液的PH由緩衝液控制，將配製好的溶液密封避光放置在靜磁場中，保存溫度4°C，保存時間1-10小時； (2)在溫度4°C下，將磁化處理後的纖維素酶溶液中加入一定量不同類型的表面活性齊U，表面活性劑為陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)，陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，非離子表面活性劑OP 10。加入後繼續攪拌1-2小時，攪拌速度為100轉/分鐘； (3)對經過(I)、(2)處理後的纖維素酶溶液進行活性及穩定性檢測；具體條件為活性檢測，反應底物是羧甲基纖維素鈉，反應溫度為60°C，檢測試劑為DNS試劑；pH穩定性檢測範圍為pH在3. 5-6之間；溫度穩定性檢測範圍為溫度在30-90°C之間。熱穩定性檢測範圍為溫度在30-90°C之間保存2小時。
2.根據權利要求I所述的一種提高纖維素酶活性的方法，其特徵是步驟(I)、(2)和(3)甲所述採用靜磁場與表面活性劑的協同效應來提高纖維素酶的活性及穩定性。
3.根據權利要求I所述的一種提高纖維素酶活性的方法，其特徵是步驟(I)中所述靜磁場強度為O. 35T，處理時間為2h，處理溫度為4°C。
4.根據權利要求I所述的一種提高纖維素酶活性的方法，其特徵是步驟(2)中所述採用表面活性劑0P10，濃度為O. 1% (v/v)。
5.根據權利要求I所述的一種提高纖維素酶活性的方法，其特徵是步驟(3)中所述羧甲基纖維素鈉的濃度為1% (w/w), pH值為4. 5，溫度為60°C。
全文摘要
本發明公開了一種提高纖維素酶活性的方法，提出以磁場及表面活性劑的協同效應為全面的的方法來提高纖維素酶的活性及穩定性，該方法具有高效、簡單、成本低等特點。該方法的過程包括在溫度4℃下，採用0.35T磁場強度的靜磁場對纖維素酶進行磁化處理2小時；磁化處理後的纖維素酶溶液中加入非離子表面活性劑OP 10，使濃度為0.1％(v/v)；加入後繼續攪拌1.5小時，攪拌速度為100轉/分鐘。經過本發明的方法處理後，纖維素酶活性最高可提高85％；同時，本發明還可同時提高纖維素酶的pH及熱穩定性。經過處理後的纖維素酶最佳pH範圍為4.5，最佳使用溫度範圍為60℃。
文檔編號C12N9/42GK102965363SQ20121054772
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者韓煦, 王為民, 王健 申請人:天津工業大學