固定化酶制备及应用的研究进展

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1、固定化酶制备及应用的研究进展摘要：本文主要从分析酶单独应用中的不足、酶的固定化载体、固定化方法等方面介绍了固定化酶制备中的研究进展情况，并且从医药、食品、环保、化学工业、能源等方面其在其中的新应用出发，对固定化酶在新领域中的应用作了综述，给固定化酶研究的发展前景进行了展望，并且指出了今后酶固定化研究的主要方向是多酶的固定化及制备高活性、高负载、高稳定性的固定化酶。关键字：酶；酶的固定化；载体；酶固定化应用领域酶是重要的生物催化剂，具有专一性强、催化效率高、无污染、反应条件温和等特点，在制药、食品、环保、酿造、能源等领域都得到了广泛的应用。但在实际应用中，酶也存在许多不足，如大多

2、数的酶在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失活，不够稳定；与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用，这种一次性使用酶的方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产；并且分离纯化困难，也会导致生产成本的提高等。固定化酶（immobilizedenzyme）这个术语是在1971年酶工程会议上被推荐使用的。随着固定化技术的发展，出现固定化菌体。1973年，日本首次在工业上应用固定化大肠杆菌菌体中的天门冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产L-天门冬氨酸。固定化酶技术为这些问题的解决提供了有效的手段，从而成为酶工程领域中最为活跃的研究方向之一

3、。本文将从酶生物催化剂固定化载体、固定化方法和技术及固定化酶的应用等几个方面出发，归纳和综述这些方面近年来的研究进展。1酶固定化的传统方法关键在于选择适当的固定化方法和必要的载体以及稳定性研究、改进。1.1吸附法吸附法是利用物理吸附法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。显著特点是：工艺简便及条件温和，包括无机、有机高分子材料，吸附过程可同时达到纯化和固定化；酶失活后可重新活化，载体也可再生。但要求载体的比表面积要求较大，有活泼的表面。1.2包埋法包埋固定化法是把酶固定聚合物材料的格子结构或微囊结构等多空载体中，而底物仍能渗入格子或微囊内

4、与酶相接触。这个方法比较简便，酶分子仅仅是被包埋起来，生物活性被破坏的程度低，但此法对大分子底物不适用。1)网格型将酶或包埋在凝胶细微网格中，制成一定形状的固定化酶，称为网格型包埋法。也称为凝胶包埋法。1)微囊型把酶包埋在由高分子聚合物制成的小球内，制成固定化酶。由于形成的酶小球直径一般只有几微米至几百微米，所以也称为微囊化法。1.2结合法酶蛋白分子上与不溶性固相支持物表面上通过离子键结合而使酶固定的方法，叫离子键结合法。其间形成化学共价键结合的固定化方法叫共价键结合法。共价键结合法结合力牢固，使用过程中不易发生酶的脱落，稳定性能好。该法的缺点是载体的活化或固定化操作比较复杂，

5、反应条件也比较强烈，所以往往需要严格控制条件才能获得活力较高的固定化酶。1.3交联法交联法是用多功能试剂进行酶蛋白之间的交联，使酶分子和多功能试剂之间形成共价键，得到三向的交联网架结构，除了酶分子之间发生交联外，还存在着一定的分子内交联。多功能试剂制备固定化酶方法可分为：(1)单独与酶作用；(2)酶吸附在载体表面上再经受交联；(3)多功能团试剂与载体反应得到有功能团的载体，再连接酶。交联剂的种类很多，最常用的是戊二醛，其他的还有异氰酸衍生物、双偶氮二联苯胺、N，N-乙烯马来酰亚胺等。交联法的优点是酶与载体结合牢固，稳定性较高；缺点是有的方法固定化操作较复杂，进行化学修饰时易造成

6、酶失活。各类固定化方法的特点比较:比较项目吸附法结合法交联法包埋法物理化学方法分类物理吸附化学共价键结合物理离子键结合化学键连接物理包埋制备难易易难易较难较难固定化程度弱强中等强强活力回收率较高低高中等高载体再生可能不可能可能不可能不可能费用低高低中等低底物专一性不变可变不变可变不变适用性酶源多较广广泛较广小分子底物、药用酶2固定化载体的要求固定化酶载体应具备以下要求大体上有[1]：1)在酶催化反应过程的惰性：载体应不与底物、产物及介质发生反应。2)有良好的渗透性：制备成柱子后，能使底物和产物能快速通过减少吸附。3)有生物亲和性和相容性，有利于酶活力发挥和稳定。4)有较高酶负载

7、量，载体表面能提供多个活性位点利于酶分子偶联。3新型固定化技术传统酶的固定化方法虽在一定程度上可以增强生物催化剂的稳定性，但增强幅度有待进一步提高，并且在此过程中，生物催化剂酶催化活力通常损失严重。运用当代高新技术和设计合成新型载体以及两者的有机结合是引人注目的研究动向。因此目前不断地有新的载体和技术引入每的固定化领域，如：无载体固定化、微波/超声辅助的固定化、阳光照射、离子液体，电辅助固定化等等，且固定化生物催化剂的应用也越来越广泛地应用于医疗、生物医药、环境保护、食品工业、化学工业、能源