食品酶学课件本(第四章固定化酶)

3/10/2021
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固定化酶示意图
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）
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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
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①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、 结合力弱等特点，在pH值和离子强度等条 件改变时，酶易解吸，所以使用时需要严 格控制pH值和离子强度等条件。
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（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。
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Immobilized Enzyme。
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。 3/10/2021
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三、酶和菌体的固定化方法
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。
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（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
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（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，导致成本较高 和难以连续化生产。
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。
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②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。由于半透膜 包埋法所形成的固定化酶小球的直径一般
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②共价键结合法
载体：常用的载体有纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、甲 壳质、氨基酸共聚物、甲基丙烯醇共聚物等。
主要步骤：首先在载体上引入一活泼基团使载体活化，然后 使该活泼基团与酶分子中的某一基团反应，形成共价键。酶 分子中可以形成共价键的基团有氨基、羧基、巯基、羟基、 酚基和咪唑基等。
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。
（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。
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（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。
（一）吸附法 （二）包埋法 （三）结合法 （四）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
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酶固定化方法示意图 食品酶学课件本(第四章固定化酶)
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（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。
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（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。
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①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。
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
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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。
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。
③1969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。