Pepsin-catalyzed Chitosan Hydrolysis and Its Hydrolysis Mechanism.pdf

1、殼聚糖因其具有良好的性能，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、造紙、印染和日化等領(lǐng)域，成為21世紀(jì)重點(diǎn)開發(fā)的生物新材料。胃蛋白酶能高效降解殼聚糖且便宜，易于工業(yè)化。因此，研究胃蛋白酶對(duì)殼聚糖的水解特性能夠?qū)γ傅幕瘜W(xué)本質(zhì)、殼聚糖的化學(xué)特性做出深入的了解，有助于探討胃蛋白酶水解殼聚糖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，為水溶性低聚糖的工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
　　胃蛋白酶純度檢測(cè)表明，胃酶抑素對(duì)胃蛋白酶的半抑制劑濃度為1/4(M/M)，當(dāng)該濃度達(dá)到1時(shí)，胃

2、酶抑素對(duì)胃蛋白酶完全抑制，表明該胃蛋白酶為單一高純度化合物。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值、溫度、底物濃度和酶-底物比例，對(duì)胃蛋白酶催化殼聚糖(C6H11NO4)的水解反應(yīng)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，當(dāng)體系反應(yīng)溫度為25℃時(shí)，殼聚糖水解的pH值范圍是1.5~6.0，pH值通過控制殼聚糖的溶解度對(duì)胃蛋白酶水解殼聚糖反應(yīng)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在單因素考察基礎(chǔ)上，進(jìn)一步運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化胃蛋白酶水解殼聚糖反應(yīng)工藝參數(shù)，得其最佳水解條件為：系統(tǒng)初始pH4、溫度47

3、℃、胃蛋白酶濃度0.011g/L以及酶-底物比為1/100，反應(yīng)70min時(shí)，該反應(yīng)的水解收率較單因素優(yōu)化條件所得收率高出10％。殼聚糖水解產(chǎn)物經(jīng)FT-IR、UV-Vis和SEM分析鑒定，可較好的水解成殼低聚糖和低分子量的殼聚糖，商業(yè)價(jià)值更高，可用于生物材料、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥以及食品工業(yè)中。
　　在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了胃蛋白酶水解殼聚糖動(dòng)力學(xué)研究。在系統(tǒng)初始pH4、溫度47℃、胃蛋白酶濃度0.011g/L和酶-殼聚糖比為0.22

4、~2g/L條件下，根據(jù)中間產(chǎn)物理論，充分考慮底物對(duì)胃蛋白酶水解殼聚糖動(dòng)力學(xué)影響的基礎(chǔ)上，探究了胃蛋白酶催化水解殼聚糖的反應(yīng)機(jī)理和底物抑制動(dòng)力學(xué)模型。采用非線性擬合方法對(duì)所得模型進(jìn)行了擬合，求動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)值。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)孜锍跏紳舛葹?.22~1.10 g/L范圍內(nèi)，酶解反應(yīng)無底物抑制；當(dāng)其在1.10~2.00g/L時(shí)，酶解反應(yīng)過程出現(xiàn)底物抑制，符合底物抑制動(dòng)力學(xué)模型。通過動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算所得反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)KS=4.2760g/L，k

5、2=18.6637min-1，k3=0.0236min-1，該模型理論值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，實(shí)驗(yàn)擬合相對(duì)誤差為3.02%(小于10%)，說明該模型可有效的用于該反應(yīng)過程的預(yù)測(cè)。
　　殼聚糖廣泛應(yīng)用于以滿足某些特殊的功用與需求。殼聚糖微球的包合效率隨殼聚糖結(jié)合化合物的種類及特性而有所改變?？赏ㄟ^胃蛋白酶水解殼聚糖調(diào)控制備所需的殼聚糖顆粒的大小進(jìn)行調(diào)控以達(dá)到制備符合不同需要的微球種類以滿足各種臨床要求。很多治療藥劑比如干細(xì)胞、抗糖尿病藥