反胶束中漆酶催化降解愈创木酚的研究

摘要

木质素是一种自然界中储量仅次于纤维素的有机高分子物质，能够以每年500亿吨左右的速度再生。造纸制浆工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品；分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂等工业产品中也用到了木质素及其衍生物，迄今为止，每年有超过95％的木质素以“黑液”形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。
　　反胶束(reversed mice lle)或逆胶束、反胶团是表面活性剂溶于非极性的有机溶剂内浓度超过临界胶束浓度(CMC)时，自发形成的稳定澄清的均相 W/O纳米尺寸聚集体。反胶束中，表面活性剂的非极性疏水基团与外部非极性的有机溶剂接触，极性基团排列在内围绕成一个具有溶解极性物质能力的极性核(polar core)。极性核溶解水后，就形成了“水池”（water pool），反胶束的这种结构能够同时增溶亲水性的酶和疏水性的底物，模拟生物分子中酶反应的天然微环境，使得酶在其中表现出优于水介体中反应的活性。因此，近年来反胶束酶催化体系得到了广泛的关注和研究。
　　本课题将亲脂性的木质素模式物愈创木酚与亲水性的漆酶溶解于反胶束溶液中，探究反胶束中漆酶对木质素的作用机制，并通过实验建立改变反应条件反胶束中漆酶的酶活变化和最佳反应条件下漆酶对愈创木酚的催化效率、建立反应的动力学模型和动力学参数，深入研究反胶束中漆酶催化愈创木酚的反应机理。本文的具体研究工作及成果包括以下内容：
　　本课题首先构建 CTAB，Tween-80，AOT以及鼠李糖脂四种反胶束体系，然后研究CTAB，Tween-80，AOT以及鼠李糖脂的最佳表面活性剂浓度、相对应的最佳含水率条件下漆酶催化愈创木酚的效率和动力学机制。并且对反胶束体系中酶催化愈创木酚降解的反应机制进行研究，测定反应产物，参照已有研究，分析漆酶催化愈创木酚的反应机制。最后引入甘油对鼠李糖脂构建的反胶束体系进行改性，构建鼠李糖脂/异辛烷/正己醇/甘油/水反胶束体系并且筛选出最佳表面活性剂浓度以及对应的最大增溶水量，测定优化反应条件下反胶束中漆酶催化愈创木酚的效率，对甘油改性前后漆酶的催化效率进行分析比较。
　　通过对不同反胶束环境中漆酶酶活的对比分析，确定在 CTAB,Tween-80，AOT以及鼠李糖脂4种表面活性剂构建的反胶束体系中，适合酶解反应的最佳表面活性剂浓度和对应的最佳含水率W0分别为：CTAB浓度20mmol/L，W0=20；Tween80浓度50mmol/L，W0=25；AOT浓度30mmol/L，W0=10；鼠李糖脂浓度10mmol/L，W0=30。在阳离子、阴离子和非离子几种类型的表面活性剂中，同属于阴离子表面活性剂的AO T和鼠李糖脂构建的反胶束体系的底物降解率均高于CTAB和Tween80体系，说明阴离子表面活性剂更适宜漆酶的反应，并且同属于阴离子表面活性剂的生物表面活性剂鼠李糖脂构建的反胶束体系中漆酶的活性和稳定性均高于AOT反胶束，在最适含水率条件下制备构建的反胶束体系中，反应6h后，各反胶束体系在底物愈创木酚浓度为1 mmol/L时，CTAB、Tween80、AOT和鼠李糖脂4种表面活性剂构建的反胶束体系中木质素模式物的漆酶降解效率分别为21.33%、30.85%、36.02%、65.45%。
　　四种反胶束体系中漆酶对愈创木酚的催化反应遵循均 Michaelis-Menten动力学。漆酶通过参与愈创木酚的解聚和聚合反应，将愈创木酚催化为水溶性底物4-邻甲基苯酚。通过甘油对鼠李糖脂构建的反胶束体系进行改性，可以增加反胶束体系胶团半径，有利于反胶束中漆酶分子的溶入，增强反胶束中酶构象的稳定性，有利于提高漆酶的活性和稳定性。

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第1章 绪 论

1.1 木质素污染物的概况

1.2 反胶束

1.3表面活性剂

1.4选题背景、研究内容和思路

第2章 反胶束体系构建

2.1 前言

2.2 材料和方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 反胶束中漆酶对愈创木酚的反应

3.1 前言

3.2 实验材料、设备与方法

3.3 实验结果与讨论

3.4 小结

第4章 甘油改性对反胶束的影响

4.1 前言

4.2 实验材料、设备与方法

4.3 实验结果与讨论

4.4 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间所参与的研究课题

致谢