91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：張毅      

  目前利用谷物和薯類(lèi)的淀粉進(jìn)行生物乙醇的生產(chǎn)收到國(guó)家糧食戰(zhàn)略的影響，越來(lái)越多的研究集中于研發(fā)利用農(nóng)產(chǎn)品加工殘?jiān)�、農(nóng)業(yè)殘余物以及甘蔗渣等木質(zhì)纖維素進(jìn)行生物乙醇的生產(chǎn)。生物乙醇轉(zhuǎn)化過(guò)程中面臨最主要的挑戰(zhàn)是解決提高纖維素酶的利用效率的問(wèn)題。關(guān)于纖維素酶回收重復(fù)再利用提高其利用效率技術(shù)主要包括3種方法：(1)利用載體進(jìn)行纖維素酶的固定化；(2)利用吸附劑進(jìn)行重吸附法回收利用；(3)采用超濾技術(shù)進(jìn)行纖維素酶的回收再利用。而超濾膜技術(shù)目前大量應(yīng)用于不同領(lǐng)域溶液和溶質(zhì)的分離以及溶質(zhì)的濃縮，或者生物活性物質(zhì)以及天然產(chǎn)物中提取有效物質(zhì)等。超濾技術(shù)的最大的特點(diǎn)是其操作過(guò)程簡(jiǎn)便高效。研究主要利用中空纖維超濾膜對(duì)纖維素酶進(jìn)行回收，從而提高其利用率。

  在纖維素酶膜反應(yīng)體系構(gòu)建過(guò)程中，中空纖維超濾膜的膜壁微孔密布，原液在外界適當(dāng)?shù)膲毫�條件下通過(guò)膜的一側(cè)，酶解的可發(fā)酵糖和一些小分子物質(zhì)能夠透過(guò)中空纖維超濾膜，為濾出液；而溶液中的纖維素酶等大分子蛋白組分被超濾膜所截留，為截留液，從而實(shí)現(xiàn)纖維素酶的重復(fù)利用，提高其利用率。研究利用的纖維素酶為里氏木霉（Trichoderma reesei）纖維素酶，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康难芯坎捎昧司垌恐锌绽w維超濾膜( PS)，選定的超濾膜組件的孔徑分別為6、10和30 k Da，分別標(biāo)記為PS06，PS10和PS30。

1  材料與方法

1.1材料與儀器

  纖維素酶：工業(yè)酶制劑，為T(mén)richoderma reesei纖維素酶，來(lái)源于甘肅華羚生物科技有限公司。

  試劑：考馬斯亮藍(lán)G-250，濃鹽酸(37)等分析級(jí)；小牛血清蛋白為生物級(jí)，Sigma公司。

  超濾膜分離裝置：型號(hào)TIANFANG-TP-10-20，購(gòu)自天津膜天膜科技股份有限公司。

  中空纖維素膜：根據(jù)膜孔徑分為PS6，PS10和PS30三種型號(hào)，購(gòu)自大連先路科技發(fā)展有限公司。

1.2方法

1.2.1纖維素酶含量測(cè)定

  纖維素酶含量測(cè)定利用Bradford方法進(jìn)行測(cè)定，這一方法是目前靈敏度較高的蛋白測(cè)定法。首先進(jìn)行BSA蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制。

  首先將21支經(jīng)過(guò)滅菌的試管分3組編號(hào)，進(jìn)行平行試驗(yàn)，根據(jù)下述方法(1)依次加入試劑，利用振蕩器進(jìn)行混勻，室溫條件下放置30 s后分組編號(hào)的試管加入3.5 m L考馬斯亮藍(lán)G-250溶液，同時(shí)利用振蕩器混勻，室溫條件下放置10 min后，以0號(hào)試管作為空白對(duì)照，測(cè)定其他編號(hào)試管在595 nm處的吸光度。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，如圖1所示。

  纖維素酶蛋白濃度的測(cè)定方法如下：

  1)在經(jīng)高壓滅菌試管中，先加入80 μL ddH2O，然后加入一定濃度范圍的小牛血清蛋白樣品10μL ，加入配制好的HCI10 進(jìn)行振蕩器混勻30 s后，加入3.5 m L考馬斯亮藍(lán)G-250溶液，振蕩器搖勻，室溫放置10 min后在595 nm處測(cè)定吸光度。

  2)按照方法(1)在試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定3個(gè)平行樣，然后取3個(gè)纖維素酶蛋白平行樣的平均值，利用圖1標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算纖維素酶的含量。

1.2.2膜通量的測(cè)定

  在利用中空纖維超濾膜進(jìn)行纖維素酶回收利用過(guò)程中，要進(jìn)行膜通量的相關(guān)分析，超濾膜分離主要推動(dòng)力是膜兩側(cè)的壓力差。利用膜孔徑的滲透作用及其選擇性截留現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)溶液體系中根據(jù)分子量大小進(jìn)行膜分離。要達(dá)到較好的膜分離效果，體系中不同組分間的相對(duì)分子量理論上應(yīng)該相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。超濾膜進(jìn)行纖維素酶蛋白分離濃縮的指標(biāo)通常以膜通量作為衡量中空纖維素超濾膜組件的性能。膜通量是指超濾膜在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位膜面積的透過(guò)液的體積（L．m-2．h-1）。膜通量計(jì)算如公式(1)所示。

  式中：J----膜通量(L．m-2．h-1)；V一通過(guò)超濾膜透過(guò)液體積(L)；S一有效膜面積( m2)；

t一超濾時(shí)間(h)。

  中空纖維素超濾膜組件的純水滲透系數(shù)是指與純水的膜通量成正比以及與膜兩側(cè)的壓力差成反比關(guān)系。可以用公式(2)進(jìn)行表示。

  式中：J——超濾膜組件的膜通量(L/m2．h)；L p——純水滲透系數(shù)；△P-----超濾膜兩側(cè)的壓力差( Pa)。

  超濾膜組件的膜通量衰減比率與纖維素酶溶液膜處理前后的超濾膜組件的純水透過(guò)通量J0和J1有關(guān)，可由公式(3)計(jì)算出膜通量衰減比率。

 式中：J0一纖維素酶蛋白溶液膜處理前純水透過(guò)通量；Jt——纖維素酶蛋白溶液膜處理后純水透過(guò)通量。

1.2.3纖維素酶理論截留率的測(cè)定

  在利用超濾膜對(duì)纖維素酶進(jìn)行回收重復(fù)利用提高其利用率的膜分離過(guò)程中，由于濃差極化的原因，其截留效果會(huì)出現(xiàn)一定的變化。需要對(duì)纖維素酶的截留率作進(jìn)行研究分析。理論截留率的計(jì)算方法如公式(4)所示。

  式中：R0——理論截留率；Cp----透過(guò)液質(zhì)量濃度( mg/L)；Cb一原料液質(zhì)量濃度(mg/L)。

2結(jié)果與分析

2.1  超濾膜分離組件的篩選

  根據(jù)中空纖維超濾膜的推動(dòng)力不同，可以在中空纖維超濾膜的外側(cè)或內(nèi)腔進(jìn)行加壓超濾，可以分為外壓式超濾與內(nèi)壓式超濾。內(nèi)壓式超濾是水從超濾膜的內(nèi)表面向外表面進(jìn)行超濾，而外壓式超濾是水從超濾膜的外表面向內(nèi)表面進(jìn)行超濾。

  利用中空纖維超濾膜的主要目的是為了對(duì)纖維素酶進(jìn)行回收利用，提高其利用率，通過(guò)截留作用得到濃度更高的纖維素酶，通過(guò)膜過(guò)濾試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壓式超濾膜可以得到的更少的截留液，因此纖維素的濃縮效果更好，可以達(dá)到預(yù)期目的；對(duì)于外壓式超濾膜由于設(shè)計(jì)問(wèn)題，超濾過(guò)程中截留液的量較大，因此濃縮效果相對(duì)不很理想。內(nèi)壓式超濾膜被截留液中的組分

（纖維素酶）在超濾膜管內(nèi)，可以被水直接沖走，而外壓式超濾膜中的截留組分則通常存留與膜管之間，因此截留組分無(wú)法全部被水沖洗干凈，長(zhǎng)時(shí)間作用非常容易造成濃差極化，因此造成膜通量的衰減現(xiàn)象嚴(yán)重，容易引起超濾膜堵塞。

2.2膜孔徑的純水滲透系數(shù)分析

  超濾膜組件的分離特性主要是指超濾膜的膜通量（包括純水透過(guò)通量和溶液透過(guò)通量）和對(duì)分離組分的截留性能。而純水滲透作為中空纖維超濾膜組件的一個(gè)重要參數(shù)，其滲透系數(shù)直接和膜孔徑有關(guān)，能夠反映出中空纖維超濾膜的阻力的大小。

  利用去離子水對(duì)超濾膜組件進(jìn)行純水膜通量的研究分析膜組件的分離性能，對(duì)不同控徑的中空纖維超濾膜進(jìn)行研究。各個(gè)孔徑的中空纖維超濾膜的內(nèi)外徑分別為0.8和1.3 mm．其組件特性如表1所示。

  利用去離子水對(duì)超濾膜組件進(jìn)行純水滲透性能研究，首先用去離子水對(duì)膜組件進(jìn)行壓實(shí)，然后測(cè)定不同膜孔徑膜組件的純水滲透系數(shù)LP，結(jié)果如圖3所示。

  由圖3可以看出，三種孔徑的中空纖維超濾膜組件的純水滲透系數(shù)的大小順序?yàn)镻S30>PS10>PS06，這說(shuō)明了三種孔徑的中空纖維超濾膜組件的膜阻力大小順序?yàn)镻S06>PS10>PS30。因此也說(shuō)明了中空纖維超濾膜組件的親水性的大小順序?yàn)镻S30>PS10>PS06。

  試驗(yàn)結(jié)果表明了中空纖維超濾膜組件的膜孔徑越大，膜阻力就越小，同時(shí)膜的親水性就越強(qiáng)。中空纖維超濾膜組件的純水滲透系數(shù)反映了中空纖維超濾膜組件的通透性能，然而在實(shí)際的利用中空纖維超濾膜組件進(jìn)行纖維素酶蛋白濃縮分離的試驗(yàn)過(guò)程中，纖維素酶蛋白自身的物理和化學(xué)特性對(duì)超濾結(jié)果也影響巨大，僅僅靠純水滲透通量并不能說(shuō)明問(wèn)題，也不能完全模擬試驗(yàn)結(jié)果，需要利用纖維素酶蛋白對(duì)膜通量進(jìn)一步的超濾試驗(yàn)，從而達(dá)到中空纖維超濾膜組件對(duì)纖維素酶蛋白濃縮分離的性能研究。

2.3膜孔徑對(duì)纖維素酶膜通量的影響  

在研究中空纖維超濾膜組件的膜孔徑對(duì)纖維素酶蛋白膜通量影響的過(guò)程中，需要考慮濃差極化造成的膜通量衰減的現(xiàn)象，濃差極化的產(chǎn)生的原因是在壓力驅(qū)動(dòng)中空纖維超濾膜組件的過(guò)程中，被濃縮分離的組分在壓力差的推動(dòng)下，通過(guò)對(duì)流方式流向中空纖維超濾膜的表面，被截留的纖維素酶蛋白往往容易聚積在中空纖維超濾膜表面，從而造成纖維素酶蛋白在中空

纖維超濾膜表面的濃度高于溶液中纖維素酶濃度的現(xiàn)象。在利用中空纖維超濾膜組件進(jìn)行濃縮分離纖維素酶蛋白或其他生物活性物質(zhì)大分子時(shí)，濃差極化的存在往往會(huì)引起中空纖維超濾膜通量的急劇下降，因此在很大程度上影響了中空纖維超濾膜分離或濃縮效率。往往利用膜通量的衰減程度對(duì)膜通量的衰減作用進(jìn)行衡量。

  利用膜通量衰減對(duì)不同膜孔徑的中空纖維超濾膜進(jìn)行纖維素酶蛋白溶液的分離情況分析，結(jié)果如圖4所示。由圖可知，在纖維素酶溶液的超濾過(guò)程中，膜通量的衰減和超濾時(shí)間基本上呈對(duì)數(shù)關(guān)系，是一個(gè)典型的錯(cuò)流超濾模式的標(biāo)記。

  總的超濾過(guò)程通�？梢苑譃�2個(gè)階段，超濾膜分離的第一個(gè)階段就是在超濾膜分離前20 min，在分離的前20 min，膜通量出現(xiàn)迅速下降的現(xiàn)象，PS30中空纖維超濾膜組件的膜通量從5 min時(shí)的4.2 L／m2．h下降到了2.4 L／m2．h，超濾膜通量下降了大約42.9%；PS10中空纖維超濾膜組件的膜通量從5 min時(shí)的3.4 11m2．h下降到了1.98 L/m2．h，超濾膜通量下降了大約41.2%；同樣PS06中空纖維超濾膜組件的膜通量從5min時(shí)的2.3 L/m2．h下降到了1.59 L/m2．h，超濾膜通量下降了大約30.4%。在超濾膜分離進(jìn)行到20 min之后的膜通量逐漸趨于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。超濾膜的膜通量衰減的主要原因是在中空纖維超濾膜的表面吸附纖維素酶蛋白，從而在超濾膜表面形成了濃差極化層。而截留液的濃度對(duì)中空纖維超濾膜組件的膜通量影響是間接的，其宏觀表現(xiàn)為截留液濃度高、超濾膜的作用時(shí)間長(zhǎng)都能夠加劇PS中空纖維超濾膜的膜通量的衰減。從而降低中空纖維超濾膜的工作效率。結(jié)果表明在纖維素酶蛋白進(jìn)行三種膜處理前后的超濾膜組件的膜通量衰減比率大約都在40%左右，盡管PS06中空纖維超濾膜衰減比率最小，主要原因是在纖維素酶蛋白濃縮分離之前，其純水透過(guò)通量比較小，因而會(huì)影響超濾效果。而PS30在纖維素酶濃縮分離之前，其超濾膜的純水透過(guò)通量是最大的。

2.4膜孔徑對(duì)纖維素酶蛋白截留率的影響

  不同膜孔徑的超濾膜組件對(duì)纖維素酶蛋白的截留率的影響如圖5所示，從圖中可以看出PS06，PS10，PS30中空纖維超濾膜對(duì)纖維素酶蛋白的截留率分別為99%，98%和95%。

  從不同膜孔徑的PS中空纖維超濾膜的純水滲透系數(shù)和對(duì)纖維素酶膜通量以及纖維素酶蛋白截留率的綜合影響分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PS30的對(duì)纖維素酶的膜通量較大，雖然其截留率稍低，然而PS06和PS10的膜通量過(guò)小，這不利于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并且Trichoderma reesei纖維素酶蛋白組分中EGI、EGⅡ、EGⅢ、CBH I、CBHⅡ、GB的相對(duì)分子量分別為50，46，25，65，58和75 k Da。其中EGⅢ的分子量最小，分子量為25 kDa, PS30的膜孔徑大小為30 kDa，然而EGⅢ纖維素酶組分具有一定的空間結(jié)構(gòu)，也不能夠通過(guò)PS30中空纖維超濾膜進(jìn)入到透過(guò)液中，從而保留在截留液中。

3結(jié)論

  利用不同孔徑的PS超濾膜對(duì)纖維素酶進(jìn)行回收，從而提高其利用率。在纖維素酶膜反應(yīng)體系構(gòu)建過(guò)程中，纖維素酶液在外界適當(dāng)?shù)膲毫�條件下通過(guò)膜的一側(cè)，水和無(wú)機(jī)鹽等小分子物質(zhì)能夠透過(guò)中空纖維超濾膜；而溶液中的纖維素酶等大分子成分被PS超濾膜所截留，從而實(shí)現(xiàn)纖維素酶的重復(fù)利用，提高其利用率。試驗(yàn)結(jié)果表明：

  1)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壓式超濾膜能夠得到的更少的截留液，因此可能得到濃度更高的纖維素酶，達(dá)到試驗(yàn)的理想結(jié)果。

  2)超濾膜組件的膜孔徑越大，膜阻力就越小，同時(shí)膜的親水性就越強(qiáng)，三種孔徑的超濾膜組件的純水滲透系數(shù)的大小順序?yàn)镻S30>PS10>PS06，這說(shuō)明了三種孔徑的超濾膜組件的膜阻力大小順序?yàn)镻S06>PS10>PS30。

  3)在纖維素酶蛋白溶液超濾的過(guò)程中，膜通量的衰減和超濾時(shí)間基本上是一個(gè)對(duì)數(shù)關(guān)系，這是一個(gè)典型的錯(cuò)流過(guò)濾模式的標(biāo)記，PS30在纖維素酶濃縮分離之前，其超濾膜的純水透過(guò)通量是最大的。

  4) PS30的對(duì)纖維素酶的膜通量較大，雖然其截留率稍低，然而PS06和PS10的膜通量過(guò)小，這不利于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

4摘要利用不同孔徑的PS超濾膜對(duì)里氏木霉(Trichoderma reesei)纖維素酶進(jìn)行回收，從而提高其利用率。在纖維素酶膜反應(yīng)體系構(gòu)建過(guò)程中，纖維素酶等大分子成分被PS超濾膜所截留，從而實(shí)現(xiàn)纖維素酶的重復(fù)利用，提高其利用率。試驗(yàn)結(jié)果表明：發(fā)現(xiàn)內(nèi)壓式超濾膜能夠得到更少的截留液，可以得到濃度更高的纖維素酶，達(dá)到試驗(yàn)的理想結(jié)果。超濾膜組件的膜孔徑越大，膜阻力就越小，同時(shí)膜的親水性就越強(qiáng)，三種孔徑的超濾膜組件的膜阻力大小順序?yàn)?

PS06>PS10>PS30。PS30的對(duì)纖維素酶的膜通量較大，其截留率稍低，而PS06和PS10的膜通量過(guò)小，這不利于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。