酶固定化技术研究进展

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1、酶固定化技术研究进展选题说明酶作为一种生物催化剂，具有高催化效率，高选择性，催化反应条件温和，清洁无污染等特点，其卓越的催化效能，令普通无机催化剂难以望其项背，因此酶的工业化使用一直是广受社会关注的课题，但天然酶稳定性差、易失活、不能重复使用，并且反应后混入产品，纯化困难，使其难以在工业中更为广泛的应用。此外，分离和提纯酶以及其一次性使用也大大增加了其作为催化剂的成本，严重限制了酶的工业推广。在此条件下，固定化酶的概念和技术得以提出和发展，并成为近些年酶工程研究的重点。酶的固定化，是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，仍能进行其特有的催化反应，并可回收及重复使用的一类技术。通过固定化，可以解

2、决天然酶的局限性，实现酶的广泛运用。基于对于酶的工业化使用和固定化酶的兴趣，我通过互联网和数据库信息检索的方式对酶的固定化技术发展状况进行了初步探索，并对目前的研究成果进行了简要的概括。希望能使大家对这一领域有所认识。检索过程说明1，检索工具和数据库1.1，百度搜索引擎1.2，Google搜索引擎1.3，中国期刊全文数据库1.4，万方数据系统1.5，重庆维普中文科技期刊数据库2，检索过程简述首先，我选择了使用百度和Google搜索引擎进行关键词检索，都得到了浩繁的搜索结果，所的信息主要是百科简介和企业广告信息，介绍较为浅显陈旧，可利用性较差，但可以用于简单的信息了解，在搜素过程中，尝试使用了布

3、尔检索规则如“固定化酶and应用”、高级检索和结果中检索的检索方式，以减小数据量。也尝试了Google学术搜索，得到了很多有用信息。运用维普中文科技期刊数据库搜素“题名或关键词”为“固定化酶”的相关资料得到655条，搜素“题名或关键词”为“固定化酶应用”的相关资料得到72条，检索关键词搜素“题名或关键词”为“固定化酶研究”的相关资料得到4条. 万方数据系统搜索主题词固定化酶,得到相关资料1024条，搜索“固定化酶技术应用”得到相关资料23条.。中国期刊全文数据库中检索“固定化酶技术”得到相关资料2604条，搜索“固定化酶技术应用”得到相关资料742条关键词酶 固定化 载体 制备 研究 应用酶固

4、定化技术研究进展提要：固定化酶有许多优点，尤其是稳定性和可重复使用性使其在许多领域得到广泛应用。固定化酶技术是一门交叉学科技术。目前已得到长足的发展。本文重点介绍了固定化酶制备的传统方法和近些年出现的一些新方法，同时对酶在一些性能优良的栽体上的固定进行了综述。正文：一 ，传统的酶固定化方法传统的酶固定化方法大致可分为4类：吸附法、交联法、包埋法、共价结合法。吸附法是最早出现的酶固定化方法，包括物理吸附和离子交换吸附。该法条件温和，酶的构象变化较小或基本不变，因此对酶的催化活性影响小，但酶和载体之间结合力弱，在不适pH、高盐浓度、高温等条件下，酶易从载体脱落并污染催化反应产物等。交联法是利用双功

5、能或多功能交联试剂，在酶分子和交联试剂之间形成共价键，采用不同的交联条件和在交联体系中添加不同的材料，可以产生物理性质各异的固定化酶。交联法一般作为其它固定化方法的辅助手段。包埋法的基本原理是载体与酶溶液混合后，借助引发剂进行聚合反应，通过物理作用将酶限定在载体的网格中，从而实现酶固定化的方法。该法不涉及酶的构象及酶分子的化学变化，反应条件温和，因而酶活力回收率较高。包埋法固定化酶易漏失，常存在扩散限制等问题，催化反应受传质阻力的影响，不宜催化大分子底物的反应。载体偶联法是指酶分子的非必须基团与载体表面的活性功能基团通过形成化学共价健实现不可逆结合的酶固定方法，又称共价结合法 载体偶联法所得的

6、固定化酶与载体连接牢固，有良好的稳定性及重复使用性。成为目前研究最为活跃的一类酶固定化方法 但该法较其它固定方法反应剧烈，固定化酶活性损失更加严重二， 新型酶固定化方法开发新型酶固定化方法的原则是：实现在较为温和的条件下进行酶的固定化，尽量减少或避免酶活力的损失。通过辐射、光、等离子体、电子等新方法均可制备高活性固定化酶。 光偶联法是以光敏性单体聚合物包埋固定化酶或带光敏性基团的载体共价固定化酶，由于条件温和，可获得酶活力较高的固定化酶。已有科学家利用含芳香叠氮基的光活性酯，在远紫外光辐照下，叠氮基光解生成氮烯与PES膜表面的CH 键间发生插入反应形成仲胺。将脲酶共价键合到PES膜的表面。等离

7、子体是高度激发的原子、分子、离子以及自由基的聚集体，大量的等离子体常在室温下存在。载体材料表面可以由等离子体进行有用修饰，从而引入活性基团。科学家Puleo等将钛合金Ti一6AI一4V表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。三，酶的定向固定化及多酶共固技术传统的酶固定化方法的缺点是酶在任意位点与载体进行连接，使酶活性位点不能充分暴露，而且酶的固定化量降低，因此定向固定化酶技术将成为今后固定化酶研究的热点。为了消除因扩散而导致

8、的胰凝乳蛋白酶对蛋白水解的动力学限制，化学家Bilkovd等将胰凝乳蛋白酶通过适当的多克隆抗体固定在无孔羟烷基异丁酸酯的改良微球上。Zuzana等用高碘酸钠活化半乳糖氧化酶的糖链，并通过活化的糖链将半乳糖氧化酶定向固定。由于大分子底物容易接近酶的活性位点，因而催化动力学参数得到了改善。为了充分发挥不同酶的各自优势，把不同来源的酶与整个细胞的生物催化性能相结合，实现多酶共固或整个细胞的固定化，也日益受到研究者的重视。目前已有科学家将a一葡萄糖苷酶和葡萄糖氧化酶固定于乳胶膜，并将此膜用作生态友好酶乳胶膜反应器。化学家Atia用聚乙烯亚胺的氨基彻底覆盖多孔乙醛酸琼脂表面的醛基，并以此为载体进行环己酮

9、单加氧酶(CHMO)和葡萄糖一6一磷酸脱氢酶(G一6一PDH共价共固的研究。四，改性载体及新型载体固定化酶载体对固定化酶有较大影响，要制得理想的固定化酶，既要选用合理有效的固定化方法，同时又要有良好的载体 理想的载体要具备良好的机械强度、高结合能力、物理和化学稳定性及抗微生物降解性等特性。利用性能优良的天然载体，或借助现代技术对传统载体进行改性及合成新型载体材料等可以改进酶的固定化技术。4.1改性载体固定化酶载体改性的实质是通过表面涂层或表面吸附等物理方法以及接枝、聚合等化学方法实现载体表面物理性质或化学结构的改变。化学家Dsouza等将稻壳用聚乙烯涂层，然后将转化酶吸附于载体并用戊二醛进行交

10、联，固定化酶被重新用蔗糖水解，未见活性损失。改变膜材料的电性，使酶通过电荷相互作用固定于膜材料表面是一种简单的酶固定化方法。Trong等将阳离子亲水性聚乙烯亚胺作为酶固定媒介吸附在带负电荷的膜材料表面，使膜材料电性发生改变，得到了用于葡糖生物传感器的高活性和高稳定性的酶膜。化学家Yakup等以聚乙烯亚胺(PEI)接枝改性的羟乙基异丁烯酸酯一缩水甘油基异丁烯酸酯(HEMACOGMA)聚合膜为载体吸附固定葡糖氧化酶，该载体有许多优点：反应膜的制备不需要任何活化步骤，无需毒性物质对其进行表面修饰；可实现温和条件下的酶固定化；酶载体可重复使用。42 新型载体固定化酶新型载体既包括天然的有机或无机材料以

11、及经过改性的传统材料，也包括高分子合成材料及高分子复合物等。Kong等以由海洋细菌Zoogloea sp产生的细胞结合多糖)凝胶珠为载体固定葡糖淀粉酶。Ayako等将溶菌酶通过二硫键或硫醚键固定在角蛋白海绵上，角蛋白海绵可控制固定化生物分子释放。Marta等对溶菌酶和旷树胶醛呋喃糖苷酶在分级双峰多孔硅石和有机硅石上的固定化进行研究，结果表明双峰UVM-7硅石对溶菌酶吸附快、载酶量高，其固定化酶最适pH值降低而最适反应温度升高，且对葡萄糖和乙醇浓度的抗性升高。甲基纤维素一醋酸琥珀酰羟丙酯聚合物是一种pH依赖型载体，在pH 45以下不溶，而在pH55以上呈可溶状态。Chen等将溶菌酶共价固定于该聚

12、合载体，所得固定化酶激活能量比游离酶低，热稳定性及催化反应稳定性较游离酶高。Xue等合成了一种具有长程有序结构、窄孔径范围、较大表面积及表面具有高浓度弱酸性硅烷醇基的分子筛MCM-48以及分子筛Co-MCM-48(MCM-48网格中钻的存在使分子筛表面弱酸性位点数目增加)。智能聚合物Eudragit L-100是一种甲基丙烯酸与甲基异丁酸酯的共聚物，具有强吸附能力，且对pH敏感，是酶固定的良好载体。两种或多种不同性质的高分子体系聚集而成的一些特殊功能的高分子复合物，因其优良的传质性能、电解质的灵敏介电特性以及良好的生物相容性等特点，也成为固定化酶良好的新型载体，在酶固定化领域显示了广阔的应用前

13、景。5 展望目前，固定化酶技术已成为酶工程研究的重点和热点之一。研究探索新的酶固定化技术(如流体聚合包埋技术、纳米粒子原位共聚包埋等)、提高固定化酶活性收率、延长半衰期、降低成本将成为固定化酶研究领域的主要研究内容。充分利用具有适宜生物相容性及亲水性的天然载体、运用当代高新技术对天然载体修饰改性以及开发合成性能优良的新的酶固定化载体材料、研究高分子材料与特定无机材料的复合材料以及合成酶固定化智能载体材料等将是固定化酶载体材料今后发展与应用的方向。参考资料1，适用于酶包埋的高分子载体材料研究进展 李伟，孙建中，周其云 功能高分子学报，2001.4 365369页。2，固定化酶的制备及应用 李颜峰

14、，李军荣，伏莲娣。高分子通报，2001，1316页。3，酶固定化研究进展 刘秀伟，司 芳，郭 林，赵怡丽，樊 森 化工技术经济，2003 .4 ,1216页。4，固定化酶研究进展 陈建龙，祁建城，曹仪植，郭 勇，段惠丽 化学与生物工程，2006。5，酶固定化技术用载体材料的杨勇研究进展 李彦锋，拜永孝 化学通报，2007，257264页。6，酶的催化多功能性及其在有机合成中的新进展 许建明 林贤福 有机化学 20077，脂肪酶的固定化及其在有机酶促反应中稳定性研究 李树本 徐毅 王来来 沈润南 尉迟力 分子催化 1999.4 103108页。8, 壳聚糖微球固定化胰蛋白酶条件初探 张黎明，袁永俊，徐梦虬 中国乳业 2009.59草本纤维提取专用复合酶工程菌株的构建 王溪森，刘正初 ，李斌，冯湘沅，段盛文，郑科，成莉凤 安徽农业科学 2008.1210生物工程的现状及发展 杨静玲 社科论坛 119页11,生物工程的现状与展望 叶俊 重庆大学学报 1990.1112，Adsorption of succinylated lysozyme on hydr0xyapatite Allal BJacques F，Jacques L，et a1 Journal of Colloid Interface Science1997，l89：3742