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果膠酶應(yīng)用基理及活性檢測(cè)方法
來(lái)源:中國(guó)紡機(jī)網(wǎng)編輯部 發(fā)布時(shí)間:2013年09月23日
1前言
隨著人們對(duì)健康環(huán)保紡織品需求的增加以及各國(guó)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)強(qiáng)制力度的加大,在紡織印染行業(yè)中一種新型的紡織助劑———生物酶制劑的應(yīng)用逐漸發(fā)展起來(lái)。目前,一種基于果膠酶的新型紡織生物助劑正在應(yīng)用推廣中,它主要用于棉、麻的前處理工藝。由于紡織企業(yè)多數(shù)對(duì)果膠酶的生物特性不甚了解,在工藝應(yīng)用過(guò)程中缺乏相應(yīng)的檢測(cè)手段,使其推廣受到限制。酶活力(活性)是衡量酶生物活性及含量的重要指標(biāo),因此,建立適用于紡織行業(yè)的果膠酶酶活檢測(cè)方法,是十分迫切和必要的。
2果膠酶的酶促作用機(jī)理
果膠酶是一類(lèi)復(fù)合酶,是指分解果膠質(zhì)的多種酶的總稱(chēng)。我們測(cè)定的酶活值通常是這一類(lèi)復(fù)合酶協(xié)同作用的綜合結(jié)果。果膠酶可分為兩大類(lèi):解聚酶和果膠酯酶。解聚酶主要是通過(guò)水解作用和反式消去作用,切斷果膠和果膠酶分子α-1,4糖苷鍵,將果膠分子降解為小分子。果膠酯酶的作用是使果膠分子中的甲酯水解,最后形成果膠酸。
果膠質(zhì)主要是由D-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷鍵連接形成的直鏈狀聚合物。部分D-半乳糖醛酸上的羧基被甲醇酯化、形成甲酯,或被一種或多種堿部分或全部中和。果膠質(zhì)在植物的細(xì)胞組織中起著“粘合”作用,在棉纖維的初生胞壁中,果膠質(zhì)含量約占9%,而麻纖維則更高。
通過(guò)果膠酶的作用,將果膠質(zhì)降解為小分子物質(zhì),從纖維中游離出來(lái),可使與其粘合在一起的其它雜質(zhì)(如蠟質(zhì)、蛋白質(zhì)、灰份等)與纖維素徹底分開(kāi),達(dá)到棉精煉或麻脫膠的目的。
對(duì)于紡織行業(yè),需要的是將果膠催化水解成可游離出纖維的、小分子物質(zhì)的果膠酶活性(力),因此,主要測(cè)定解聚酶的活力。解聚酶對(duì)果膠分子的酶促催化作用表現(xiàn)為,每切斷一個(gè)果膠分子的α-1,4糖苷鍵,就會(huì)形成一個(gè)還原性醛基。通過(guò)測(cè)定這些還原性醛基生成的量,即可判定解聚酶的酶活力。
3測(cè)定酶活力(性)的基本原理
酶作為一種生物催化劑,其酶活力值是與其催化效率及有效(即有生物活性)酶的含量相關(guān)的。酶活力是酶在單位時(shí)間內(nèi)將底物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的
能力,以U(mol/時(shí)間)表示,底物即是酶催化的反應(yīng)物。通常,酶制劑的活力是以U/g酶制劑(或U/mL酶制劑)表示,把酶制劑的量和活力聯(lián)系在一起,稱(chēng)為“比活力”。在特定條件下,通過(guò)測(cè)定單位量的某種酶制劑在單位時(shí)間內(nèi)催化足夠量底物生成反應(yīng)產(chǎn)物的量,即可測(cè)出此酶制劑的比活力。
根據(jù)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的米氏學(xué)說(shuō),從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā),按照“穩(wěn)態(tài)平衡”假說(shuō)的設(shè)想,可推導(dǎo)出如下公式:
產(chǎn)物生成速率=k3[總酶][底物]/([底物]+km)(1)
式中:[總酶]———酶的總濃度(mol/mL);
[底物]———底物濃度(mol/mL);
k3———在酶促反應(yīng)的第二步,形成最終產(chǎn)物的速率常數(shù);
km———米氏常數(shù)(mol/mL),其值是當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。
要估計(jì)[總酶],首先要固定所有可控制的獨(dú)立變量,如pH值、溫度等。
當(dāng)[底物]>>Km時(shí),底物對(duì)反應(yīng)速率的影響可忽略(酶飽和),酶促反應(yīng)達(dá)到最大反應(yīng)速率Vmax,其結(jié)果是:
產(chǎn)物生成速率=k3[總酶]=Vmax=U
U就成為總酶量的一種測(cè)量。因此,可以通過(guò)測(cè)定U來(lái)反映酶制劑中有效酶蛋白的含量。
4果膠酶酶活的測(cè)定方法概述和比較
測(cè)定果膠酶酶活的方法有很多,但基本上都是利用酶促分解果膠產(chǎn)生的粘度下降或生成的還原性醛基來(lái)測(cè)定果膠酶酶活。這些方法概括起來(lái)主要有粘度降低法、滴定法和分光光度法3種。本文分別選取一種較典型的測(cè)定方法加以介紹。
4.1粘度降低法
4.1.1原理
果膠溶于水后形成粘稠狀溶液,其粘度和溶解度與其聚合和酯化程度有關(guān)??梢岳霉z的這種性質(zhì),測(cè)其酶活力。即在一定溫度、酶濃度下和一定反應(yīng)時(shí)間內(nèi),測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)果膠溶液粘度的降低率。
4.1.2操作方法
浴中保溫10min后,加入1mL酶液,繼續(xù)保溫,在不同時(shí)間分別測(cè)定反應(yīng)混合液流出粘度計(jì)小球的時(shí)間。對(duì)照實(shí)驗(yàn)采用經(jīng)熱處理已失活的酶液。
4.1.3計(jì)算
粘度下降百分?jǐn)?shù)可用下式表示:
粘度
下降(%)=100(To-T)/(To-Tα)(2)
式中:T、To和Tα分別為反應(yīng)混合液、對(duì)照混合液和緩沖液的流出時(shí)間(s)。
酶溶液要預(yù)先稀釋,使粘度降低范圍在20%~80%。在此范圍內(nèi),酶濃度對(duì)數(shù)與粘度降低率成正比。以酶作用時(shí)間為橫坐標(biāo)、粘度下降百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn),在圖中查出粘度下降50%時(shí)對(duì)應(yīng)酶的作用時(shí)間(T1/2)。在上述條件下,引起粘度下降50%的酶量為10個(gè)果膠酶活力單位,即酶活單位=10/(T1/2/3600)。
4.2滴定法
4.2.1原理
果膠酶徹底水解果膠,生成半乳糖醛酸;半乳糖醛酸可與碘(過(guò)量)反應(yīng)。反應(yīng)后剩余的碘可用硫代硫酸鈉溶液滴定,據(jù)此可得出酶解反應(yīng)產(chǎn)生的半乳糖醛酸的量。以生成半乳糖醛酸的量衡量果膠酶的活力。
4.2.2測(cè)定方法
取1%果膠溶液10mL,加入到5mL酶液和5mL水,調(diào)pH至3.5,在50℃水浴中保持2h,取出加熱煮沸。冷卻后,取5mL反應(yīng)液移入碘量瓶中,加1M碳酸鈉溶液1mL,0.1N碘液5mL,搖勻,加塞,于室溫下放置20min,加2N硫酸2mL,用0.05N硫代硫酸鈉滴定至淡黃色,加0.5%淀粉指示劑1mL,繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失為止。記錄所消耗的硫代硫酸鈉毫升數(shù)A。空白試驗(yàn)用10mL果膠溶液、10mL水,不加酶液,不經(jīng)保溫,直接取此混合物5mL于100mL三角瓶中用于滴定,記錄消耗的硫代硫酸鈉毫升數(shù)B。
4.2.3計(jì)算
在上述條件下,1h酶促轉(zhuǎn)化果膠、生成1mg當(dāng)量游離半乳糖醛酸所需的酶量定為一個(gè)酶活單位。
每毫升酶液的活力單位=(B-A)N×0.51×20.(5×2×5)(3)
式中:N———硫代硫酸鈉的當(dāng)量濃度;
0.51———1mg當(dāng)量硫代硫酸鈉相當(dāng)于0.51mg當(dāng)量的半乳糖醛酸;
20———分解果膠反應(yīng)液的總體積數(shù);
5、2、5———分別表示反應(yīng)中加入酶液的毫升數(shù)、反應(yīng)時(shí)間、滴定時(shí)所取反應(yīng)液的毫升數(shù)。
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