【理学论文】氨基化二氧化硅固定化纤维素酶催化去除三氯杀螨醇

 　三氯杀螨醇作为一种广谱杀螨剂，其在环境中的暴露，危害动植物和人类。
　　本文研究了以有序介孔材料氨基化二氧化硅为载体，以戊二醛为交联剂，制备固定化纤维素酶，并将其用于三氯杀螨醇的降解研究。探讨了固定化方法的最佳条件，用最佳条件下制备的固定化纤维素酶去除三氯杀螨醇。探讨了影响降解反应的因素、反应动力学以及纤维素酶降解三氯杀螨醇的机理。
　　采用共价交联法制备固定化纤维素酶，固定化方法的最佳条件为：加入的交联剂戊二醛浓度为4%，交联时间为1h，给酶量为31.9U/g载体，固定化反应的时间为5h，在此条件下制备的固定化纤维素酶酶活力达到最佳。相比于游离纤维素酶，固定化纤维素酶对pH值和温度的敏感性降低，其贮存稳定性和热稳定性均优于游离酶。热动力学研究表明，与游离酶相比，固定酶的失活活化能Ed、失活焓ΔH*、失活熵ΔS*、失活自由能ΔG*的数值均有所增加，减小了酶失活反应速率，降低了酶失活反应趋势。
　　氨基化二氧化硅固定化纤维素酶催化去除三氯杀螨醇的催化反应在8h后保持平衡，催化去除率可达50%，与游离酶相比，催化去除率受固定化影响而有所降低。游离酶对去除三氯杀螨醇反应的最适pH值范围较小，固定化酶适用的PH值范围较大。40℃时游离酶去除三氯杀螨醇的效率最高，固定酶则在50℃时去除三氯杀螨醇的效率最高。降解反应动力学分析表明，固定化后纤维素酶与底物的亲和力有所降低，最大反应速率减小。对降解三氯杀螨醇的反应，正一价碱金属离子基本没有效应，正二价金属有抑制也有促进作用。其中Cd2+是可逆竞争性抑制作用，Pb2+是不可逆抑制作用。与游离酶相比，固定化酶受金属离子的影响较弱，具有较好的金属离子耐受性。
　　凝胶层析分离得到具有降解三氯杀螨醇和CMC双功能活性的内切酶组分。经过混合底物酶动力学分析判断纤维素酶作用于三氯杀螨醇和CMC的是两个独立的活性中心。通过与Fenton试剂比较、引入抑制剂、GC-MS和离子色谱等方法分析表明，推断纤维素酶降解三氯杀螨醇的反应机理是纤维素内切酶上的氧化性活性中心产生了·OH自由基，·OH自由基具有强氧化性，它进攻三氯杀螨醇分子中羟基的邻位碳，降解得到的产物是4,4'-二氯二苯酮，羟基邻位碳上的有机氯被氧化降解为无机氯离子，降低了三氯杀螨醇的毒性。