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饲料作物中“磷”元素主要以植酸盐为贮藏形式,但由于单胃动物不能有效吸收植酸磷,使植酸盐随畜禽粪污直接释放进入环境介质,形成重要的农业“磷”污染负荷。 近年来研究发现植酸酶能够特异性催化植酸盐水解为可吸收的无机磷,应用自由植酸酶改善畜禽养殖业“磷”污染问题逐渐受到广泛关注。因此,本文进一步结合固定化酶技术,通过调控制备固定化植酸酶反应微球以有序优化酶稳定性及催化性能,以期遵循“绿色可持续化”原则,溯源性减量化农业“磷”污染,具有明确的科学意义及实际应用前景。主要围绕以下几方面展开: (1)改性海藻酸钠-植酸酶-二氧化硅复合反应微球构建及其催化性能考察:结合扫描电镜、X-射线衍射、热重及压汞等表征手段表明,相应反应微球依据交联多糖分子软模板,通过硅化反应构建稳定的大孔、介孔多维微观孔道结构,引入均匀分布的铁亲和活性位点,以高效固载植酸酶分子。面向自由植酸酶瓶颈问题,固定化酶热稳定性、抗蛋白酶水解能力、pH适应性和重复利用性能均得到明显改善,反应微球重复利用8次后仍保留有94%的初始酶活(182.5 U mg-1)。 (2)基于不同骨架结构的纳米沸石晶粒的固定化植酸酶反应基质及其催化效能:通过吸附法研究了四种骨架结构(MFI、BEA、MOR及 LTA)纳米沸石对于植酸酶的固定化效果,优化得到固定化最佳介质pH为4.5,固定化均符合拟二级动力学模型。基于磷酸化大肠杆菌植酸酶,向沸石阳离子交换位中引入Fe3+及Ga3+离子,有效提高酶固定化量及稳定性。疏水型 Beta及 ZSM-5沸石表现出对植酸酶更优越的固定化效果,通过Langmuir模型拟合得到Ga-ZSM-5沸石酶固定化量最高达1.54 mg mg-1。 (3)应用天然硅铝酸盐及废弃石油催化裂化(FCC)催化剂固定化植酸酶改善生物有机肥“磷”利用度:系统考察了蒙脱石及斜发沸石和两种FCC催化剂材料对于植酸酶的固定化效果,相应固定化酶复合添加剂可作为微型反应器催化分解畜禽排泄物体系中的植酸盐,其效能是自由酶的1.2-1.8倍,重复使用8次平均酶活利用效能可达到初始固定化酶活性的40-60%,具有成本低廉、酶投加量低等优点。 (4)高植酸盐样品背景下植物蛋白质提取新方法初探:针对植酸盐与蛋白质结合形成不溶复合物的性质,采用固定化植酸酶微球分解植酸盐,以有效释放相应蛋白质进入提取溶液。经后续蛋白凝胶电泳-胶上酶解-生物质谱鉴定,玉米胚芽蛋白提取液中相较常规方法可多鉴定得到61%的蛋白质分子信息。