纤维素酶降解香蕉茎制葡萄糖工艺条件研究

1、��品预准备

（1）用烧杯取一定量的香焦茎干粉放到60℃干燥箱干燥备用（注：以免吸湿）。

（2）用电子天平称取1克纤维素酶，在用200ml的容量瓶配制纤维素酶溶液，放到电冰箱冷藏备用（注：冷藏的酶溶液最多只能用两天）。

2、��润浸泡

每次用500ml或300ml的烧杯称取1克的香蕉茎干粉倒入20ml水浸泡到30min以上才进行单因素或正交酶解反应。

3、��节参数

浸泡时间到，按所需的各单因素参数调节。

（1） 时间分别为30min，40min，50min，1h，1.5h，2h，2.5h，3h单因素下。PH值为7.10，反应温度55℃，酶用量10%，料液比1:80g:ml。

（2） 温度分别为35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，60℃，65℃，70℃，75℃单因素下。  PH值为7.10，反应时间1h，酶用量10%，料液比1：60g:ml。

（3） 料液比分别为1:100g:ml，1:90g:ml，1:80g:ml，1:70g:ml，1:60g:ml，1:50g:ml，1:40g:ml单因素下。PH值为5.00，反应时间1.5h，酶用量10%，反应温度45℃。

（4） 加酶量分别为12.5%，10%，7.5%，5%，2.5%单因素下。PH值为5.00，反应时间1.5h，料液比1:70g:ml，反应温度45℃。

（5） PH值分别为4.00，4.50，5.00，5.50，6.00，6.50，7.00单因素下。反应时间1.5h，料液比1:50g:ml，酶用量10%，反应温度45℃。

4、��解

将调好参数的香蕉茎干粉液用恒温磁力搅拌器进行酶解反应一定时间

5、��滤

等酶解反应时间到，用循环水式多用真空泵两次抽滤，第一次抽滤用滤布过滤，并用自来水润洗两次滤渣。第二次抽滤用滤纸。最后滤渣用表面皿回收放到干燥箱。

6、��缩

将抽滤好的滤液用旋转蒸发器浓缩至小于5ml。浓缩好的滤液用注射器经过0.45μm滤膜转移入样品瓶，贴上标签。

7、��相色谱仪检测

用液相色谱仪检测样品中葡萄糖的含量,先打个葡萄糖标准样，因此可知葡萄糖出峰时间在5.0min左右，可知第二个峰是葡萄糖的峰，在记录其峰高(如图2-2所示)。

8、��萄糖产量的计算

根据其峰高、浓缩体积、浓缩液中葡萄糖的浓度等之间的关系，来计算出葡萄糖的产量。

Y=3313.9X+12430（Y为峰高，X为浓缩液中葡萄糖的浓度）[12]，产量=X*V（V

9、��佳因素的确定

由调节参数部分知道，先固定其中四个单因素，然后在改变一个单因素，最后通过高效液相色谱检测，求出葡萄糖的产量，从而确定较佳单因素PH值，温度，时间，料液比，酶用量。

10、正交实验

从单因素的实验中，得到较好的单因素条件，在运用L16（45）进行正交实验，找出纤维素酶降解香蕉茎干制备葡萄糖最佳工艺条件。

11、��验结果与讨论

3.1单因素实验

3.1.1反应时间对酶解法制取葡萄糖产率的影响

称取1g香蕉茎干粉分别放入8个标有序号容量为500ml烧杯中，如表3-1调参数，然后进行实验，找出在不同反应时间下对香蕉茎干粉降解葡萄糖产率的影响。结果如图3-1所示。

表3-1反应时间对酶解法制取葡萄糖的试验参数调节

因素  时间/min   温度/℃   PH值       料液比 / g:ml      酶用量/%

序号

1        30

2        40

3        50

4        60     55      7.10      1:80         10

5        90

6       120

7       150

8       180

图3-1反应时间对酶解法制取葡萄糖产率的影响

根据图3-1，反应时间越长，葡萄糖的产率也跟着高，直到150min时，葡萄糖产率达到最大值4.45%，超过150min后，产率快速下降，说明酶解制取葡萄糖最佳反应时间是150min，超过或不到150min，对葡萄糖制取产率都会有影响。至于为什么当反应时间60min时产率会比90min,120min时高，可能是浓缩体积太大或在调节参数时存在误差过大所造成。

3.1.2料液比对酶解法制取葡萄糖产率的影响

称取1g香蕉茎干粉分别放入7个标有序号容量为500ml烧杯中，如表3-2所示，进行试验，然后找出在不同料液比的条件下对香蕉茎干粉降解葡萄糖产率的影响。结果如图3-2所示。

表3-2料液比对酶解法制取葡萄糖的试验参数调节

因素     料液比/g:ml    温度/℃    PH值       酶用量/%     反应时间/h

序号

1      1:40

2      1:50

3      1:60

4      1:70      45     5.00        10       1.5

5      1:80

6      1:90

7      1:100

图3-2料液比对酶解法制取葡萄糖产率的影响

从图3-2可以看出随着料液比的增大，葡萄糖产率也跟着升高，直到料液比为1:80g:ml时，产率达到最大值12.29%，料液比超过1:80g:ml时，产率下降。说明最佳料液比为1:80g:ml，小于或大于1:80g:ml，都不利于酶解葡萄糖。

3.1.3酶用量对酶解法制取葡萄糖产率的影响

称取1g香蕉茎干粉分别放入5个标有序号容量为500ml烧杯中，如表3-3所示，进行试验，然后找出在不同酶用量的条件下对香蕉茎干粉降解葡萄糖产率的影响。结果如图3-3所示。

表3-3酶用量对酶解法制取葡萄糖的试验参数调节

因素     酶用量/%  温度/℃ PH值   反应时间/h  料液比/ g:ml

序号

1       2.5

2       5

3       7.5       45    5.00      1.5      1:70

4       10

5       12.5

图3-3用酶量对酶法制取葡萄糖产率的影响

从图3-3可以看出随着酶用量的增大，葡萄糖产率也跟着升高，直到酶用量12.5%时，产率达到最大值12.33%，说明最佳酶用量为12.5%，小于或大于12.5%，都不利于酶解葡萄糖。而当酶用量为5%时，产率却比酶用量为7.5%大，可能原因是浓缩体积差距太大或配酶液及调节各参数时存在误差。

3.1.4 PH值对酶解法制取葡萄糖产率的影响

称取1g香蕉茎干粉分别放入7个标有序号容量为500ml烧杯中，如表3-4所示，进行试验，然后找出在不同PH值的条件下对香蕉茎干粉降解葡萄糖产率的影响。结果如图3-4所示。

表3-4 PH值对酶解法制取葡萄糖的试验参数调节

因素        PH值    温度/℃      料液比/g:ml   酶用量/%   反应时间/h

序号

  1      4.00

  2      4.50

  3      5.00

  4      5.50      45      1:70     10        1.5

  5      6.00

  6      6.50

  7      7.00

图3-4 PH值对酶解法制取葡萄糖产率的影响

从图3-4可以看出随着PH值的增大，葡萄糖产率也跟着升高，直到PH值为4.50时，产率达到最大值12.33%，说明最佳PH值为4.50，大于4.50，都不利于酶解。

3.1.5温度对酶解法制取葡萄糖产率的影响

称取1g香蕉茎干粉分别放入9个标有序号容量为500ml烧杯中，如表3-5所示，进行试验，然后找出在温度的条件下对香蕉茎干粉降解葡萄糖产率的影响。结果如图3-5所示。

表3-5 PH值对酶解法制取葡萄糖的试验参数调节

因素  温度/℃   PH值   料液比/g:ml     酶用量/%   反应时间/h

序号

  1      35

  2      40

  3      45

  4      50

  5      55     7.10    1:80       10       1

  6      60

  7      65

  8      70

  9      75

图3-5 温度对酶解法制取葡萄糖产率的影响

从图3-5可以看出最佳温度是50℃，超过了50℃，产率下降。

3.2正交实验

从单因素的实验中，得到较好的单因素条件，在运用L16（45）进行5个因素4个水平正交实验，从而找出制取葡萄糖的最佳工艺条件，结果见表3-6和表3-7。

表3-6酶解香蕉茎干粉纤维素的正交试验水平因素

因素       A        B      C        D       E                          

水平 反应时间/h  料液比/g:ml 酶用量/%  PH值   温度/℃

1          1      1:90      5         4       50

2         1.5      1:80      7.5       4.5      55

3          2      1:70      10        5       60

4         2.5      1:60      12.5      5.5      65

表3-7酶解香蕉茎干粉纤维素的正交试验结果

试验号       A         B         C        D         E       产率/ %    

1            1         1          1        1         1        5.04

2            1         2          2        2         2        4.10

3            1         3          3        3         3        6.64

4            1         4          4        4         4        0.02

5            2         1          2        3         4        4.18

6            2         2          1        4         3        2.90

7            2         3          4        1         2        7.18

8            2         4          3        2         1        6.79

9            3         1          3        4         2        7.87

10           3         2          4        3         1        10.32

11           3         3          1        2         4        4.60

12           3         4          2        1         3        5.84

13           4         1          4        2         3        10.83

14           4         2         3        1          4         5.77

15           4         3         2        4          1         4.10

16           4         4         1        3          2         3.58

k1      3.95%      6.98%     4.03%    5.96%      6.56%

k2      5.26%      5.77%     4.56%    6.58%      5.68%

k3      7.16%      5.63%     6.77%    6.18%      6.55%

k4    6.07%     4.06%     7.09%    3.72%       3.64%

R     3.21%     2.92%     2.97%    2.86%       2.92%

从表3-7正交实验结果的极差可知影响降解香蕉茎干粉制取葡萄糖的主次因素为：反应时间>酶用量>料液比 = 温度>PH值，因此由主次关系及根据k1、k2、 k3、 k4的大小，可以找出各因素水平的最优工艺条件组合为A3B1C4D2E1，即最优工艺因素条件是时间为2h、料液比为1:90g:ml、酶用量为12.5%、PH值为4.5、温度为50℃。但是各因素水平最优工艺条件组合A3B1C4D2E1没在做的实验里出现，为了验证最优工艺条件组合的可靠性，以时间为2h、料液比为1:90g:ml、酶用量为12.5%、PH值为4.50、温度为50℃进行实验。实验结果表明，结果产率为11.85%，因素水平A3B1C4D2E1组合是酶解香蕉茎干粉制取葡萄糖的最佳工艺条件。

12、结论

（1）影响纤维素酶法降解香蕉茎干粉制取葡萄糖的主次因素为：反应时间>酶用量>料液比 = 温度> PH值

（2）纤维素酶法降解香蕉茎干粉制取葡萄糖的最佳工艺条件为反应时间2h，料液比1:90g:ml，酶用量12.5%，PH值为4.50，温度为50℃，在用该条件进行实验，葡萄糖的产率为11.85%。