固定化酶及其在化工等领域中的应用

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1、固定化酶及其在化工等领域中的应用08牛:物工程2班陈永良*引言酶是一类具有牛:物催化功能的分子量适中的蛋口质,具有极高的催化效率、髙度的特界性及控制的灵敏性。大多数酶是水溶性的。由于酶催化反应具冇底物专一性、催化高效性、反应条件温和等优点，符合绿色化学的要求，从而被人家高度重视，已在许多领域得到了广泛的应用。但是，人们也逐渐注意到了它的不足之处：①酶的稳定性差，容易失活；②腮催化反应过后，与反应体系混在一起，难于回收,不利于连续化生产；③产物分离纯化困难，产品成木较高。有鉴于此，人们一肓都在不断地研究如何在克服传统酶技术的缺点的前提下利用酶的技术

2、，固定化酶就是人们在寻求克服这些不足的过程中不断改进发展起来的一项技术。1.固定化酶的制备技术固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应，整体结构保持不变，酶的催化活性得到很好保留。但是，由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用，因此対一些反应不适用。化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分了载体匕使川偶联剂通过酶表面的呈团将酶交联起來，而形成相对分子量更人、不溶性的固定化酶的方法。1.1传统固定化技术1.1.1吸附法利用各种固体吸附剂将酚或含腮菌体吸附在其表血而

3、使輛固定化的方法称为物理吸附法，简称吸附法。吸附法包括物理吸附和离子结合法。工艺简便和条件温和是该方法显著的优点,可供选择的载体涉及天然或合成的无机与有机高分了材料，有时酶的纯化与固定化也可同时实现。因醜分了与载体z间的共价结合而呈现良好的稳定性及重复使用性，共价结合法是n前研究最为活跃的一•类酶固定化方法。物理吸附法常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、疑基磷灰石等。吸附法制备固定化酶，操作简便，条件温和，不会引起酶的变性失活，载体价廉易得,而且川仮复使用。但酶与载体的结合不牢易于脱落，所以它的使用受到一定的限制。但是

4、,吸附法屮由离了键、氢键、偶极键及疏水键周定的酶易反应介质的pH、离了强度等的影响而从载体上脱落。1.1.2包埋法将陆或輛菌体包埋在多孔载体中使酶固定化的方法称为包埋法。包埋法分为网格型和微囊型两类，其制备工艺简便H.条件较为温和、可获得较高的酶活力回收。包埋法专用的载体主要有:明胶・、聚酰胺、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、光交联树脂、海藻酸钠、火棉胶等。1.1.3结合法选择适宜的载体，使Z通过共价键或离子键与酶结合在一起而制成固定化酶的方法，称为结合法。根据酶与载体结合的化学键的不同，结合法可分为离子键结合法和共价键结合法。离子键结合法通川的载体是

5、各种离了交换剂，用离了键结合法制备的固定化酶，操作简便，活力损失少，但是结合不牢固，在pH值和离子强度等条件变化时，酶容易脱落。共价键结合法常用的载体有:纤维素.琼脂糖凝胶•衙聚糖凝胶.甲壳素.氨基酸共聚物，甲基丙烯酸共聚物等。川共价结合法制备的固定化酶，结合牢固，酶不易脱落，可连续使川相当长的时间。但载体的活化操作比较复杂，因为结合法有较激烈的反应而使酶活力损失较人。结合法制备I古I定化酶所用的高分子载体带冇强的反应基团，如璽氮盐、醛、酰氯、活性酯等活性基团,以保证醜的固化过程得以在比较温和的条件下进行。常用的载体有重氮化聚苯乙烯、缩醛类聚合物

6、、聚酰胺等。近年來，固定化酶的载体研究发展很快，已产牛儿大类别的载体。可分为有机高分子载体、无机载体和复合载体。在冇机高分了载体中，天然高分了凝胶载体一般无毒性，传质性能好，但存在强度较低、在厌氧条件下容易被细菌分解和寿命短等问题。常见的有琼脂，海藻酸钠，明胶等。近年来新兴起的新载体是甲壳素和壳聚糖。而合成高分了凝胶载体一般强度较大，但传质性能较差,会对陋的活性产生影响。常见的载体有聚内烯酰胺和聚乙烯醇等。近年來，人们乂合成出许多貝有优良性能的新载体。1.2传统固定化技术的改进保持各种传统固定化方法的优点并改进其不足一肓是固定化酶方而研究的重要内

7、容。将酶吸附于离子交换树脂上后，再用多官能基化合物交联可提高固定化胰蛋口酶的活性及稳定性。在有硫酸钱或水溶性聚乙二醇存在吋,会大幅度提高疏水性载体对陋的吸附率;在底物反应液中加入维牛•素C(Vita2minC)时,可提高固定化葡萄糖氧化腮的使用性能;调节pH值，则能使酶固定化及固定化酶处于一个最佳的微坏境屮。戊二醛类双官能团偶联剂的一端保护后活化载体,再脱保护并同定化酶时可人幅度提高酶活力的冋收率。这些研究结果表明，通过改进传统固定化方法而改善固定化酶的性能是可行的。2.固定化酶的应用随着酶固定化技术的发展，固定化酶的应用范围不断扩大。目询它己应

8、用于化学及化工领域、食品及环境废水处理等方面。2.1固定化酶在化学及化工领域中的应用研究水解蛋白酶固定化后可用于肽及有机化合物的酶促合成