食品酶学课件本第四章固定化酶

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1、第四章固定化酶一、固定化酶的概念二、固定化技术的兴起与发展三、酶和菌体的固定化方法四、固定化酶的特性复习题7/18/20211一、固定化酶的概念固定化酶是指固定在载体上并在一定空间范围内进行催化反应的酶。示意图酶的固定化是指通过某种方式将酶和水不溶性载体相结合，使酶被集中和限制，从而在使用时不再扩散。固定化酶具有稳定性增加、可反复使用并易于和产物分开等优点，克服了游离酶的不足之处。固定化所用的酶可以是经提取分离后得到的一定纯度的酶，也可以是结合在菌体（死细胞）或细胞碎片上的酶或酶系。相应地，前者称为固定化

2、酶，后者称为固定化菌体或固定化死细胞。可见，固定化菌体是固定化酶的一种形式，它不像固定化活细胞（或称固定化增殖细胞）那样，固定化菌体的细胞为死细胞，死细胞可以部分地起到载体的作用。7/18/20212固定化酶示意图水溶性酶水不溶性载体水不溶性酶（固定化酶）固定化技术7/18/20213二、固定化技术的兴起与发展（一）生物催化剂—酶的显著优点（二）游离酶的不足之处（三）固定化酶的发展简史7/18/20214（一）生物催化剂—酶的显著优点酶是生物催化剂，它具有特异、高效、反应条件温和、副反应少等显著优点，因而

3、随着酶学研究的不断深入和酶工程的发展，工业化生产的酶越来越多，酶的应用也越来越广泛。现在酶在食品、化工、医药、农业、环保、能源和科研等各个领域已取得了显著的成效。酶作为生物催化剂的许多优点是任何无机催化剂无法比拟的。7/18/20215（二）游离酶的不足之处（1）酶的稳定性差，这是酶的最大的弱点。酶的化学本质是蛋白质，对酸、碱、热、有机溶剂等条件易变性失活。（2）难于连续化生产。酶一般都是在水溶液中催化反应，与底物和产物混合在反应系统中，反应后酶仍有较高的活力却不易回收利用。这种一次性使用酶的方式，导致成

4、本较高和难以连续化生产。（3）终产品的分离提纯困难。由于酶反应后成为杂质与产物混在一起，无疑给进一步的分离纯化带来一定的困难。针对酶的以上不足，改善的方法之一就是固定化技术的应用。7/18/20216（三）固定化酶的发展简史①1916年Nelson和Griffin就曾经将转化酶吸附在炭和氧化铝上，并且证明这种吸附的酶（即固定化酶）具有活性。②1953年，Grubhofer和Schleith采用聚氨基苯乙烯树脂为载体，经重氮化法活化后，分别与羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合，制成了固定化酶。③19

5、69年，日本的千畑一郎首次在工业生产规模应用固定化氨基酰化酶从DL—氨基酸连续生产L—氨基酸，生产成本仅为游离酶生产成本的60%左右，他开创了固定化酶应用于连续化工业生产的先例，是酶应用史上的伟大变革。④1971年，召开第一次国际酶工程学术会议，确定了固定化酶的统一英文名为ImmobilizedEnzyme。⑤1973年，千畑一郎等人又采用固定化微生物细胞连续化生产L—天冬氨酸，后来又发展到固定化增殖细胞即固定化活细胞。7/18/20217三、酶和菌体的固定化方法（一）吸附法（二）包埋法（三）结合法（四）

6、交联法（五）热处理法各固定方法的特点与比较酶固定化方法示意图7/18/20218酶固定化方法示意图7/18/20219（一）吸附法概念：吸附法是指利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上而使酶固定化的方法。吸附剂：常用有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羟基磷灰石等。特点：最大的优点是廉价简便、条件温和酶活损失少；最大的缺点是酶易从载体上解吸附。7/18/202110（二）包埋法概念：包埋法是指将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中而使酶固定化的方法。分类：据包埋剂和包埋方法不同，又可分

7、为：①凝胶包埋法②半透膜包埋法特点：优点是条件温和，缺点是只适于底物和产物都是小分子的酶的固定化。7/18/202111①凝胶包埋法概念：凝胶包埋法是指将酶或含酶菌体包埋在凝胶内部的微孔中而使酶固定化的方法。由于该方法是将酶截留在凝胶颗粒内部的网格内，所以也称为截留法。凝胶种类：所用的凝胶可分为天然凝胶和合成凝胶两类。前者常有的有琼脂凝胶、海藻酸钙凝胶、卡拉胶、明胶等；后者包括聚丙烯酰胺凝胶、光交联树脂等。7/18/202112②半透膜包埋法半透膜包埋法是指将酶包埋在由各种高分子聚合形成的小球内的方法。由

8、于半透膜包埋法所形成的固定化酶小球的直径一般只有几微米到几百微米，称为微胶囊，所以，半透膜包埋法也称为微胶囊包埋法。7/18/202113（三）结合法概念：结合法是指通过离子键或共价键将酶与载体结合在一起而使酶固定化的方法。分类：①离子键结合法②共价键结合法7/18/202114①离子键结合法载体：常用的载体有DEAE—纤维素、TEAE—纤维素、DEAE—葡聚糖凝胶等离子交换剂。特点：与吸附法相似，具有酶活损失少、结合力弱等特