ГЕТЕРОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ ГАММА ОКСИДА АЛЮМИНИЯ С ИММОБИЛИЗОВАННОЙ КСИЛАНАЗОЙ ДЛЯ ГИДРОЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ КСИЛАНА

Дарья Павловна Тамбасова, Полина Николаевна Любякина, Денис Олегович Антонов, Елена Германовна Ковалева

Аннотация


В данной работе были получены гетерогенные катализаторы на основе порошкового γ-оксида  алюминия с иммобилизованным ферментом ксиланазой и проведено исследование их каталитической активности возможности их многократного использования. Целью работы являлось создание эффективной гетерогенной каталитической системы на основе γ-оксида алюминия с иммобилизованным ферментом для разложения природного полисахарида ксилана с максимальным выходом целевого продукта. В ходе работы проводилась иммобилизация ксиланазы на γ-Al2O3 двумя способами, а именно, физической адсорбцией и ковалентным связыванием с использованием глутарового альдегида как сшивающего агента. Реакции фер-ментативного гидролиза ксилана, исследование каталитической активности и операционной стабильности иммобилизованного фермента в 4-х циклах проводились на полученных системах. Образец оксида алюминия синтезирован золь-гель методом с температурой обжига 550 °С в течение 4 часов, что соответствует γфазе оксида алюминия. Заряд поверхности полученного образца был охарактеризован методом ЭПР pH-чувствительных нитроксильных радикалов. Установлено, что по сдвигам кривых ЭПР титрования поверхность γ-Al2O3 имеет положительный заряд, что подразумевает наличие центров Льюиса на поверхности. Было установлено, что каталитическая активность ксиланазы, иммобилизованной на поверхности γ-Al2O3 методом ковалентного присоединения через глутаровый альдегид выше, чем при иммобилизации посредством физической адсорбции в 1,83 раза и составляет 12,23U/мг. Найдено, что, ферментативная активность ковалентно иммобилизованной ксиланазы при первых двух циклах достаточно высока, на третьем цикле она снижается до 37,5 % и выходит на плато. При иммобилизации фермента физической адсорбцией активность продолжает снижаться до 23 % в 4-м цикле. Разложение ксилана гетерогенными каталитическими системами на основе γ-Al2O3 и иммобилизованного на нем различными способами фермента ксиланазы, и проведение сравнительного анализа полученных данных, позволяет сделать вывод о перспективности дальнейшего использования полученных систем, например, в птицеводстве в силу эффективности применения иммобилизованной ксиланазы в высвобождении редуцирующих сахаров.

Ключевые слова


гетерогенный катализ; полисахариды; гидролиз; ксилан; иммобилизованные ферменты; ксиланаза; оксид алюминия; нитроксильные радикалы; электронный парамагнитный резонанс.

Полный текст:

PDF

Литература


Bajpai P. Xylanolytic Enzymes / P. Bajpai. – Academic press, 2014. – 121 p.

Laine C. [et al.] Extraction of xylan from wood pulp and brewer’s spent grain // Industrial Crops and Products. – 2015. (70). – P. 231–237.

Sousa S. [et al.] Surface properties of xylan and xylan derivatives measured by inverse gas chromatography // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2016. – (506). – P. 600–606.

Ramawat K. G., Mérillon J. M. Polysaccharides: Bioactivity and biotechnology / K. G. Ramawat, J. M. Mérillon, 2015. 1–2241 p.

Li H. [et al.] The hydrolytic efficiency and synergistic action of recombinant xylandegrading enzymes on xylan isolated from sugarcane bagasse // Carbohydrate Polymers. – 2017. – (175). – P. 199–206.

Soleimani M., Tabil L. G., Panigrahi S. A kinetic study of xylose recovery from a hemicellu-lose-rich biomass for xylitol fermentative production // Chemical Engineering Communications. – 2019. – № 2 (206). – P. 193–206.

Болотова К. С. Применение ферментных технологий для повышения экологической безопасности целлюлозно-бумажного производства / К.С. Болотова, Е. В. Новожилов // Химия растительного сырья. – 2015. – № 3. – С. 5–23.

Саловарова В.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов: учеб. пособие / Ю.П. Козлов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский дом «Энергия», 2006. – 544 с.

Carvalho E.A. [et al.] Thermoresistant xylanases from Trichoderma stromaticum: Application in bread making and manufacturing xylo-oligosaccharides // Food Chemistry. – 2017. – (221). – P. 1499–1506.

Thomas L. [et al.] Industrial Enzymes: Xylanases // Current Developments in Biotechnology and Bioengineering: Production, Isolation and Purification of Industrial Products. – 2016. – P. 127–148.

Krajewska B. Application of chitin- and chitosan-based materials for enzyme immobilizations: A review // Enzyme and Microbial Technology. – 2004. – № 2–3 (35). – P. 126–139.

Arya S.K., Srivastava S.K. Kinetics of immobilized cyclodextrin gluconotransferase produced by Bacillus macerans ATCC 8244 // Enzyme and Microbial Technology. – 2006. – № 3 (39). – P. 507–510.

Nagar S. [et al.] Immobilization of xylanase on glutaraldehyde activated aluminum oxide pellets for increasing digestibility of poul-try feed // Process Biochemistry. – 2012. – № 9 (47). – P. 1402–1410.

Тихонов В. Н. Аналитическая химия алюминия. – М: Наука, 1971. – 266 с.

Пантелеев И.Б. Получение и свойства алюмооксидного прекурсора / И.Б. Пантелеев, А.А. Циренников, Н.А. Андреева // Известия СПбГТИ(ТУ). – 2017. – № 40. – С. 8–12.

ГОСТ 31488-2012 Препараты ферментные. Методы определения ферментативной активности ксиланазы. – М: Стандартинформ, 2012. – C. 2–10.

Kovaleva E.G. [et al.] Interfacial Electrostatic Properties of Hydrated Mesoporous and Nanostructured Alumina Powders by Spin Labeling EPR // Cell Biochemistry and Biophysics. – 2017. – № 2 (75). – P. 159–170.

Akratopulu K. C., Vordonis L., Lycourghiotis A. Effect of temperature on the point of zero charge and surface dissociation constants of aqueous suspensions of γ-Al2O3 // Journal of the Chemical Society, Faraday Trans-actions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. – 1986. – № 12 (82). – P. 3697–3708.

Fadouloglou V.E., Kokkinidis M., Glykos N.M. Determination of protein oligomerization state: Two approaches based on glutaraldehyde crosslinking // Analytical Biochemistry. – 2008. – № 2 (373). – P. 404–406.

Xiao H.Y. [et al.] Immobilization of laccase on amine-terminated magnetic nano-composite by glutaraldehyde crosslinking method // Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition). – 2006. – (16). – P. 414–418.

López-Gallego F. [et al.] Enzyme stabilization by glutaraldehyde crosslinking of adsorbed proteins on aminated supports // Journal of Biotechnology. – 2005. – № 1 (119). – P. 70–75.

Lee H. R. [et al.] Preparation of

glutaraldehydetreated lipase-inorganic hybrid nanoflowers and their catalytic performance as immobilized enzymes // Enzyme and Microbial Technology. – 2017. – (105). – P. 24–29.

Khramtsov V.V. and Volodarsky L.B. Biological Magnetic Resonance. – New York: Kluwer Academic Publishers, 2002. – P. 109–180.

Молочников Л.С. Метод спинового зонда в исследовании кислотности неорганических материалов / Л.С. Молочников, Е.Г. Ковалева, Е.Л. Головкина и др. // Коллоидный журнал. – 2007. – № 6. – С. 821–828.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.