磁性納米材料固定纖維素酶研究進(jìn)展

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1、磁性納米材料固定纖維素酶研究進(jìn)展　　纖維素酶以其高效、專一的催化作用已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究者開發(fā)的關(guān)注點(diǎn)，下面是小編搜集的一篇關(guān)于磁性納米材料固定纖維素酶研究的論文范文，供大家閱讀查看?！　∧举|(zhì)纖維素是地球上已知的最為豐富的可再生有機(jī)物質(zhì)，利用纖維素酶的生物催化能力可將大量未被利用的廢棄木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為生物乙醇[1],具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。酶的水解過(guò)程是木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為生物乙醇的關(guān)鍵步驟，但游離纖維素酶在工業(yè)上的應(yīng)用并不理想:游離的纖維素酶在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高離子濃度及存在部分有機(jī)溶劑等條件下不夠穩(wěn)定，容易失活而降低其催化

2、能力，難以實(shí)現(xiàn)回收和重復(fù)利用，造成了在工業(yè)應(yīng)用上的很大限制。采用固定化技術(shù)對(duì)纖維素酶進(jìn)行固定，可提高其穩(wěn)定性和抗抑制性，使其能重復(fù)使用，在一定程度上提高其催化活性和選擇性[2-4].但是酶的固定化技術(shù)中酶使用后的分離限制了酶固定化技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，其中載體材料的選擇影響著酶的活性以及后續(xù)工藝的開展，是現(xiàn)今研究的關(guān)鍵之一[5].在多種載體材料中，磁性納米載體除可有效固定化纖維素酶外，還可利用外加磁場(chǎng)替代工業(yè)生產(chǎn)中的傳統(tǒng)攪拌方式;與其他載體材料相比，磁性納米載體無(wú)毒、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良。復(fù)合型的納米磁性材料是將納米磁性材料與特

3、定的載體材料相結(jié)合設(shè)計(jì)的新型載體材料，目前這方面的技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?。　　本文介紹了纖維素酶的固定化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，就近年來(lái)的研究熱點(diǎn)--磁性納米材料載體，總結(jié)歸納了建立在磁性納米材料載體上的纖維素酶固定化方法研究，著重分析了以殼聚糖-磁性納米材料為代表的復(fù)合載體的優(yōu)缺點(diǎn)以及進(jìn)一步開發(fā)的方向，旨在為后續(xù)的纖維素酶固定化研究提供一定的參考?！　?纖維素酶固定化發(fā)展過(guò)程　　酶的固定化技術(shù)最早由Nelson和Griffin[6]在1916年提出，他們發(fā)現(xiàn)將蔗糖酶與氧化鋁和焦炭結(jié)合以后，蔗糖酶仍具有催化活性。至20世紀(jì)80年代這一意外

4、的發(fā)現(xiàn)才被接受為近代酶固定化技術(shù)的基石，隨后固定化酶的技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展[7].　　現(xiàn)階段，酶的固定化(Immobilizationofenzymes)主要是指利用物理或化學(xué)的方法將酶束縛在一定區(qū)域內(nèi)，使得酶分子仍能進(jìn)行其特有的催化反應(yīng)并能有效回收重復(fù)使用的技術(shù)[8,9].傳統(tǒng)意義上用來(lái)固定化酶的載體也可以特異性地用來(lái)固定纖維素酶[10],其中最為常見的種類包括:無(wú)機(jī)載體、合成高分子載體、天然高分子載體以及復(fù)合載體等[11],各類載體都有廣泛的應(yīng)用?！　o(wú)機(jī)載體是最早應(yīng)用于固定化酶的載體材料，之后載體除了充當(dāng)酶的固定化支持物以

5、外，在實(shí)際應(yīng)用中還可以用于改造酶的性質(zhì)、提高酶的催化活性、穩(wěn)定性與選擇性[12,13].高分子載體(天然及合成載體)相對(duì)于無(wú)機(jī)載體，可供修飾的官能團(tuán)增多，其表面性質(zhì)、電荷分布和尺寸大小都可以預(yù)先設(shè)計(jì)以滿足實(shí)際要求[14].復(fù)合載體兼具了組合材料的優(yōu)良性質(zhì)，不再單一選擇載體材料，具有更加自由的開發(fā)空間。各類固定化載體在實(shí)際研究中并沒(méi)有嚴(yán)格的時(shí)間先后順序和絕對(duì)的優(yōu)劣性，這是由于纖維素酶分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性，不可能有一種固定化方法和固定化載體是適用于每一種工業(yè)應(yīng)用的?！　∫虼?，針對(duì)需要研究的酶的使用狀況開發(fā)及選擇新的固定化方法和固

6、定化載體顯得尤為重要?！　〗陙?lái)，納米材料的優(yōu)良性能逐漸顯現(xiàn)[15],研究者們逐漸把目光投向開發(fā)納米材料作為酶的固定化載體研究[16].從實(shí)際應(yīng)用的層面出發(fā)，納米材料也是一類特殊的無(wú)機(jī)載體，因此兼具了無(wú)機(jī)載體的優(yōu)良性質(zhì)，納米材料是指廣義上三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質(zhì)為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的材料，同時(shí)納米尺寸的物質(zhì)因具有與宏觀物質(zhì)所迥異的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，可以構(gòu)建不同的形狀[17,18],應(yīng)用于制備固定化纖維素酶[19].在實(shí)驗(yàn)室階段，納米粒子作為纖維素酶固定化載體時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)良

7、的性質(zhì)[20],但是實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中仍然存在不易分離、酶固載率偏低和酶活力回收率較低等問(wèn)題。為了有效的解決上述問(wèn)題，研究者們通過(guò)固定化策略的改進(jìn)[21],包括結(jié)合不同的固定化技術(shù)、設(shè)計(jì)開發(fā)新的固定化載體以及固定化條件，來(lái)提高固定化酶的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性，磁性納米材料的應(yīng)用是其中一個(gè)有效方法[22].當(dāng)固定化酶載體具有磁性時(shí)，制備得到的固定化酶易于從反應(yīng)體系中分離回收，操作簡(jiǎn)單;同時(shí)可以利用外加磁場(chǎng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的攪拌方式?！　?磁性納米材料固定纖維素酶研究進(jìn)展　　傳統(tǒng)使用的磁性材料是四氧化三鐵，一般而言，鐵的氧化物及羥基氧化物，按

8、價(jià)態(tài)、晶型和結(jié)構(gòu)的不同可分為(α-,β-,γ-)Fe2O3、Fe3O4、FeO和(α-、β-、γ-和δ-)FeOOH,其中研究較多和具有實(shí)用價(jià)值的鐵的氧化物主要有Fe3O4、&gam