电化学传感器用于堆肥中简青霉产漆酶检测的研究

论文摘要

堆肥一直被视为是处置工业和农业固体废物的一种非常有效的处理方式,在这个过程中的生物发挥着重要作用。电化学传感器是基于生物化学反应进行信号传导的电化学装置,具有方便、省时、精度高等优点,已成为环境监测领域的一种新型的检测技术。电化学生物传感器因为具有高效性和专一性的特点,成为电化学传感器的研究热点,其构建的关键技术在于基于多壁碳纳米管（CNTs）修饰的工作电极,创造了漆酶的电信号放大的微环境中。本研究致力于提高堆肥中分离的简青霉Penicillium simplicissimum的漆酶的产量,对于漆酶的电化学反应、表征及其在CNTs修饰后的放大效果进行了研究。主要完成了以下工作:对简青霉Penicillium simplicissimum产漆酶的液态发酵条件进行了研究,结果表明摇瓶培养产漆酶的最佳培养基组成为:麦芽糖2g/L,蛋白胨1.2 g/L,大量元素体积分数为100 mL/L,微量元素体积分数为25 mL/L,VB1质量为100μg,吐温80浓度为0.05%,将含有107个分生孢子/mL的此培养液恒温30℃振荡（150r/min）培养8d,产漆酶量达12.44 U/L。培养液初始pH 3.5最有利于漆酶的产生,一定浓度的Cu2+有利于酶活提高,最适合浓度为60μmol/L。本实验研制成的一种电化学传感器检测分离于堆肥简青霉Penicillium simplicissimum所产生的漆酶的活性。该传感器是基于多壁碳纳米管（CNTs）修饰的玻碳电极。采用碳纳米管加入这一检测系统可以大大提高电化学分析法的信号,因此比常规的分光光度测定法具有更高的敏感度,选择性和速度。经研究发现,电解系统的最佳pH值为5.6。结果表明:电流和分光光度检测法测量出的漆酶酶活的浓度之间具有一个良好的线性关系,通过电流计时法检测出的电流的斜率所显示的相关系数为0.9835。因此,这个电化学传感器可用于快速检测堆肥中简青霉Penicillium simplicissimum所产生的漆酶的酶活。此外,它还在通过根据漆酶的酶活与生物量之间的相关性来来对Penicilliumsimplicissimum进行快速的定量分析方面具有潜在的可能性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 堆肥过程的影响因素及其控制
• 1.1.1 水分
• 1.1.2 C/N
• 1.1.3 含氧量
• 1.1.4 温度
• 1.1.5 pH
• 1.2 堆肥过程中腐熟度判定
• 1.2.1 物理学指标
• 1.2.2 化学指标
• 1.2.3 生物学指标
• 1.3 堆肥腐熟度的检测方法
• 1.3.1 Solvita测试法
• 1.3.2 Dewar自热测试法
• 1.3.3 电化学传感器
• 1.4 电化学传感器概述
• 1.4.1 电化学传感器原理及特点
• 1.4.2 电化学传感器的分类
• 1.4.3 电化学传感器的特点
• 1.4.4 电化学传感器在堆肥监测中的研究前景
• 1.5 电化学传感器运用于堆肥中微生物研究
• 1.5.1 漆酶在堆肥中的作用
• 1.5.2 漆酶的特性
• 1.5.3 漆酶酶活的测定方法
• 1.5.4 电化学方法检测漆酶
• 第2章 简青酶液态发酵条件下漆酶的产生与活性
• 2.1 实验设备与药品
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 菌种制备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌丝生长量确定
• 2.2.2 粗酶液的制备
• 2.2.3 培养中漆酶活力的测定
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 在初始培养条件下的生长曲线
• 2.3.2 不同碳源及其浓度对产酶的影响
• 2.3.3 不同氮源对产酶的影响
• 2.3.4 碳源和氮源最佳浓度及最适pH值测定
• 2+浓度对产酶的影响'>2.3.5 Cu²⁺浓度对产酶的影响
• 2.4 小结
• 第3章 基于碳纳米管修饰电极的化学传感器对堆肥中简青霉产生的漆酶的检测
• 3.1 化学修饰电极
• 3.2 电极的修饰——纳米管的引用
• 3.2.1 纳米的特性
• 3.2.2 碳纳米管的应用
• 3.3 实验设备和药品
• 3.3.1 化学品和微生物
• 3.3.2 酶液及电极的制备
• 3.3.3 漆酶活力的纯化
• 3.3.4 制备碳纳米管-壳聚糖/玻碳电极（CNTs-CS/GC）
• 3.4 试验方法
• 3.4.1 分光光度测定酶活性
• 3.4.2 电化学方法对漆酶酶活的测量
• 3.5 实验结果
• 3.5.1 简青霉胞外漆酶的纯化:
• 3.5.2 漆酶的电化学特性及CNTs-CS/GC电极的作用
• 3.5.3 电化学方法检测漆酶酶活系统的优化
• 3.5.4 电流检测酶的校准
• 3.6 小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 硕士期间文章发表情况
• 致谢