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摘 要

微反应器具有反应速度快，强化传质以及传热的性能，反应容易控制等优点。相比于传统固定化酶反应装备，微反应器性能更优越，具有很好的应用前景。本实验采用戊二醛溶液作为交联剂将内切型菊粉酶固定化于PDMS微通道反应器内壁。在优化固定化菊粉酶实验中得到以0.1ml/min的流速通酶90-120min为最优，在初始酶活为50.30U/ml情况下，固定酶活峰值能达到25U左右，并稳定保持。而在优化菊粉降解条件中，以0.1ml/min的流速通菊粉得到的菊粉降解效率最好。24小时后，1%菊粉降解到蔗果六糖（GF6），9%菊粉降解到蔗果七糖（GF7）。

关键词：微反应器 内切型菊粉酶 固定化 戊二醛 菊粉

The Research of Producing Fructo oligosaccharide in Micro-reactor

Abstract

Micro-reactor has the advantages of reducing reaction times, strengthening mass and heat transfer performance and that the reactor is easy to control, etc. Compared to conventional immobilized enzyme reaction equipment, micro-reactor’s performance is superior, and it has good prospects. In this study, the endo-inulinase was immobilized in PDMS micro-reactor wall using glutaraldehyde solution as cross-linking agents. In optimization experiment of immobilization conditions, we could conclude that 0.1ml/min was the best flow rate and that the best time is 90-120min. In the case that the initial enzyme activity was 50.30U/ml, the immobilization enzyme activity could reach 25U and remain stable. In optimization experiment of the degradation of inulin, we could get that the best inulin degradation efficiency was under the flow rate of 0.1ml/min. After 24 hours, 1% inulin was degraded to GF6, and 9% inulin was degraded to GF7.

Key words: micro-reactor； endo-inulinase； immobilization； glutaraldehyde； inulin

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 菊粉酶概述 1

1.2 微反应器概述 1

1.2.1 微反应器 1

1.2.2 微反应器的优点 2

1.2.3 微反应器的分类 3

1.3 固定化酶微反应器 7

1.3.1 物理吸附法 7

1.3.2 配位络合法 7

1.3.3 生物固定法 8

1.3.4 包埋法 8

1.3.5 共价键合法 8

第二章 固定化菊粉酶制备低聚果糖的研究 10

2.1 引言 10

2.2 实验材料及设备 10

2.2.1 实验材料 10

2.2.2 实验仪器 11

2.3 实验方法 11

2.3.1 菊粉酶液浓缩 11

2.3.2 菊粉溶液的配制 11

2.3.3 固定化菊粉内切酶微反应器的制备方法 12

2.3.4 酶活的测定 12

2.3.5 蛋白浓度的测定----Bradford法 14

2.3.6 低聚果糖HPLC的分析方法 15

2.3.7 固定化酶条件优化 15

2.3.8 菊粉酶解条件的优化 16

2.4 结果与讨论 16

2.4.1 固定化时间对固定化效果的影响 16

2.4.2 通酶流速对固定化效果的影响 18

2.4.3 菊粉酶解条件的优化 23

小 结 26

参考文献 27

致 谢 30

第一章 绪论

• 1. 菊粉酶概述

菊粉是一种自然条件下就存在的果聚糖,它通常存在于植物菊芋中，菊粉是由D-呋喃果糖以B-2,1糖苷键连接的，在它的复原端再接一个葡萄糖基，它是一种长链的构造，单个菊粉通常存在30个左右的果糖单元以及1个A-D-葡萄糖^[1]。

菊粉酶是水解类酶，它可以促使菊粉内的糖苷键发生断裂。能够根据对底物的反应方式的差别分为两类：菊粉外切酶是其中之一，多半的从微生物体内提取出来的菊粉酶是属于该类的。它可以从菊粉尾部一个个的切除单个果糖，生成果糖以及少部分的葡萄糖。还有一类是菊粉内切酶，通常是从真菌中提炼出来，比如粗褶金孢子菌以及无花果曲霉等。它是随机切断菊粉分子中B-2,1-糖苷键,最后产生低聚果糖以及小量的果糖。

工业上生产的低聚果糖有两种方法：一种是蔗糖经过B-果糖转移酶(B-fructosy-ltransferase)或转化酶(invertase)的转果糖基反应而生成的蔗果糖类，它的副产品是葡萄糖和蔗糖，而且反应不容易控制。日本明治制果就是选用这种方法，利用黑曲霉实现工业化的。还有一种是由菊粉内切酶作用于菊粉，使之水解，只产生低聚果糖和少数果糖，具有很高的纯度而且原料便宜等优点^[2]。近些年来因为低聚果糖的热能低，对肠道益菌可以起到增殖的作用，抗龋的作用以及可以降低血清中甘油三酯和胆固醇的含量等生理作用，受到人们越来越多的关注，引起了研究的热潮^[3]。

而固定化酶微反应器因其在生物催化过程中有着高产量，低反应时间，高换能效率等优点在化工和生物技术领域引起了广泛的关注。因此我们尝试将内切型菊粉酶固定于微反应器内壁，实现连续可控的低聚果糖制备过程，以此建立新型的菊粉酶解工艺，揭示菊粉在微反应器中连续降解的规律。

• 1. 微反应器概述
     1. 微反应器

微反应器具有很多种形式，是一个宽泛的概念，比如传统意义上的微量反应器、微聚合反应器、固体模板微反应器和反相胶束微反应器等都属于微反应器的范畴。它们都是在细小的空间（微米或者纳米）中发生反应的。图1-1是微型三维构造的反应器，是用来进行化学反应的，图1-2是集混合、换热、分离及分析于一体的微反应系统，在这些当量直径在毫米甚至纳米的孔道中进行了一系列的反应，所以也可以把它们叫作微通道反应器。因为微反应器在构造上与微换热器、微分离器以及微混合器等微通道器械相似，而且在它们的孔道壁面上固定了催化剂后，它们也就是微反应器了，所以国外有一些学者把它们统称为微反应器^[4,5]。微反应器和微全分析设备因为它们的功能和目的完全不同而相区别，虽然它们的结构可以相同^[5]。

图 1-1 简单的微反应器结构

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