第十章 固定化酶与固定化细胞技术

酵母细胞的固定化一、固定化酶与固定化细胞及应用实例1、固定化酶（1）含义：将酶固定在不溶于水的载体上。

（2）实例：利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。

（3）优点：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。

（4）缺点：一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能得到。

（5）应用实例：生产高果糖浆①原料：葡萄糖②原理：葡萄糖果糖③生产过程及示意图：a.反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。

b.提高了果糖的产量和品质。

2、固定化细胞（1）含义：将细胞固定在一定空间内的技术。

（2）优点：成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收（3）缺点：固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。

二、固定化酶或固定化细胞技术的常用方法1、固定化酶或固定化细胞：指利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。

2、方法：①物理吸附法 ：将酶（或细胞）吸附在载体表面上②包埋法：将酶（或细胞）包埋在细微网格里③化学结合法：将酶（或细胞）相互结合，或将其结合到载体上。

葡萄糖异构酶三、固定化酵母细胞的制备与发酵（一）制备固定化酵母细胞1、酵母细胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。

〖思考〗活化是指什么？在缺水状态下，微生物处于休眠状态。

活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。

2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液：0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用3、配制海藻酸钠溶液0.7g海藻酸钠＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。

注：加热时要用小火，或者间断加热，并搅拌，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器中注：1、海藻酸钠溶液必须冷却至室温，搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察。

酶与细胞固定化的方法酶呀，就像是细胞世界里的小精灵，它们有着神奇的魔力，可以加速各种化学反应的进行。

那怎么才能把这些小精灵更好地利用起来呢？这就涉及到细胞固定化啦！细胞固定化，简单来说，就是给酶找个安稳的“家”，让它们能老老实实地在那里发挥作用。

那都有哪些方法呢？有一种方法就像是给酶盖房子，这就是吸附法。

就好像磁铁能吸住铁钉一样，一些具有吸附能力的材料可以把酶吸附住。

这些材料就像是酶的小窝，让酶舒舒服服地待在里面。

这种方法简单又方便，不需要太复杂的操作。

还有包埋法，这就好像把酶包在一个小口袋里。

用一些特殊的材料形成一个小网格，把酶困在里面。

酶在这个小口袋里依然可以自由活动，发挥它们的本领。

交联法呢，就像是给酶之间拉起很多“绳子”，让它们彼此连接固定起来。

就像小朋友们手牵手一样，这样酶就不容易乱跑啦。

这些方法各有各的特点和适用情况呢。

比如说吸附法，操作简单，但是可能不太牢固，酶容易跑掉。

包埋法呢，能很好地保护酶，但有时候可能会影响酶的活性。

交联法比较牢固，但操作起来可能稍微麻烦一点。

那我们为什么要费这么大劲去固定化酶呢？这好处可多啦！固定化后的酶可以重复使用呀，就像我们的工具一样，用了一次还能再用，多划算！而且它们的稳定性也提高了，不会轻易被破坏。

这就好比一个娇弱的小公主变成了坚强的女战士。

想象一下，如果没有这些细胞固定化的方法，我们的很多生产过程会变得多么麻烦呀！酶就像一群调皮的小孩子，到处乱跑，不好管理。

但是有了这些方法，它们就变得乖乖的，为我们的生活和生产带来了很多便利。

在实际应用中，我们要根据具体的情况选择合适的方法。

就像我们穿衣服一样，不同的场合要穿不同的衣服。

我们要让酶在最合适的环境中发挥最大的作用。

总之，酶与细胞固定化的方法是非常重要的，它们就像是打开生物技术大门的钥匙。

让我们更好地利用这些神奇的酶，为我们的生活创造更多的美好和可能吧！难道不是吗？。

酶及细胞固定化技术酶及细胞固定化技术是一种常见的生物技术方法，广泛应用于食品工业、医药工业、环境保护等领域。

通过这种技术，酶或细胞被固定在一种固体材料上，从而增强了它们的稳定性和重复使用性，提高了生产效率和产品质量。

本文将介绍酶及细胞固定化技术的原理、优势以及在不同领域的应用情况。

酶及细胞固定化技术的原理主要是通过将酶或细胞固定在一种固定载体上，使其能够稳定地存在于一定的环境中并保持其生物活性。

固定载体一般是多孔性的固体材料，如珠状树脂、活性炭、聚合物材料等。

在固定化过程中，酶或细胞通常会与载体表面发生物理或化学结合，从而实现固定化。

固定化后的酶或细胞能够在一定条件下发挥作用，实现对底物的转化或反应。

二、酶及细胞固定化技术的优势相较于游离态的酶或细胞，在固定化状态下具有以下优势：1.稳定性高：固定化后的酶或细胞能够更好地耐受环境变化，如温度、pH值等变化，从而提高其稳定性和长期使用的能力。

2.重复使用性强：固定化后的酶或细胞能够被多次使用，降低了成本，提高了生产效率。

3.易于分离：固定化后的酶或细胞与反应物之间的分离更加便利，便于后续操作和产品纯化。

4.改善环境适应性：固定化后的酶或细胞对不同环境条件的适应能力更强，可在复杂环境中发挥作用，适用范围更广。

5.抑制酶或细胞的不良反应：在固定化状态下，酶或细胞的不良反应如自身降解被抑制，更加稳定可靠。

酶及细胞固定化技术在食品工业中得到了广泛应用。

一些发酵产品的生产过程中，固定化酶或细胞能够提高发酵效率、缩短发酵周期，并且保证产品的稳定性和质量。

在乳制品工业中，利用固定化乳酸菌进行发酵能够保持产品的风味和质量，并且加速乳酸发酵的速度，提高了生产效率。

固定化酶还可以应用于酶解工艺，如利用固定化酶对淀粉、蛋白质等进行水解，得到高质量的发酵原料。

固定化技术还可以用于改善食品加工过程中的废水处理，通过固定化细胞去除废水中的有机物和重金属离子，净化废水，达到环保的目的。

固定化酶的制作方法固定化酶的方法主要有吸附法、包埋法、共价结合法、共价交联法、结晶法(一)、吸附法吸附法是通过载体表面和酶分子表面间的次级键相互作用而达到固定目的的方法。

只需将酶液与具有活泼表面的吸附剂接触，再经洗涤除去未吸附的酶便能制得固定化酶。

是最简单的固定化技术，在经济上也最具有吸引力.物理吸附法(physical adsorption)是通过氢键、疏水键等作用力将酶吸附于不溶性载体的方法。

常用的载体有：高岭土、皂土、硅胶、氧化铝、磷酸钙胶、微空玻璃等无机吸附剂，纤维素、胶原以及火棉胶等有机吸附剂。

离子结合法(ion binding)是指在适宜的pH和离子强度条件下，利用酶的侧链解离基团和离子交换基间的相互作用而达到酶固定化的方法（离子键）。

最常用的交换剂有CM-纤维素、DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等；其他离子交换剂还有各种合成的树脂如Amberlite XE-97、Dowe X-50等。

离子交换剂的吸附容量一般大于物理吸附剂。

影响酶蛋白在载体上吸附程度的因素:1. pH：影响载体和酶的电荷变化,从而影响酶吸附。

2. 离子强度：多方面的影响，一般认为盐阻止吸附。

3. 蛋白质浓度：若吸附剂的量固定，随蛋白质浓度增加，吸附量也增加，直至饱和。

4. 温度：蛋白质往往是随温度上升而减少吸附。

5. 吸附速度：蛋白质在固体载体上的吸附速度要比小分子慢得多。

6. 载体：对于非多孔性载体，则颗粒越小吸附力越强。

多孔性载体，要考虑吸附对象的大小和总吸附面积的大小。

吸附法的优点：操作简单，可供选择的载体类型多，吸附过程可同时达到纯化和固定化的目的，所得到的固定化酶使用失活后可以重新活化和再生。

吸附法的缺点：酶和载体的结合力不强，会导致催化活力的丧失和沾污反应产物；经验性强。

（二）、包埋法包埋法是将酶物理包埋在高聚物网格内的固定化方法。

(如将聚合物的单体和酶溶液混合后，再借助聚合促进剂的作用进行聚合，将酶包埋于聚合物中以达到固定化的目的）。

固定化酶与固定化细胞技术酶是具有生物催化功能的生物大分子(蛋白质或RNA)，但通常指的是由氨基酸组成的酶，本章也仅探讨此类酶。

作为一种生物催化剂，参与生物体内各种代谢反应，而且反应后其数量和性质不发生变化。

由于酶的高级结构对环境十分敏感，各种因素(包括物理因素、化学因素和生物因素)均有可能使酶丧失活力。

但在常温常压条件下能高效地进行反应，且具有很高的专一性，副反应少，许多难以进行的有机化学反应在酶的作用下都能顺利进行。

由于酶的这些特点，大大促进了酶的应用和酶技术的研究。

酶被人们广泛应用于酿造、食品、医药等领域，特别是近几年来，随着分子生物学的发展，酶的应用更加活跃。

由于酶反应随着时间的延长，反应速度会逐渐降低，反应后酶不能回收，这就限制了酶的应用范围。

如果能将酶固定在惰性支持物上制成固定化酶，仍具有催化作用，还能回收反复使用，并且生产可以连续化、自动化。

从20世纪60年代固定化酶技术发展以来，不仅在酶学理论研究中发挥独特作用，在实际应用中也显示出强大的威力。

随着技术的不断发展，广义的固定化酶发展到固定化辅酶、固定化细胞及固定化细胞器等，固定化酶在食品、医药、化工和生物传感器制造上都有成功的应用实例。

对一个特定的目的和过程来说，是采用细胞，还是采用分离后的酶作催化剂，要根据过程本身来决定。

一般来说，对于一步或两步的转化过程用固定化酶较合适；对多步转换，采用固定化细胞显然有利。

第一节固定化酶固定化酶(immobilized enzyme)是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。

酶的固定化是将酶与水不溶性载体结合，制备固定化酶的过程。

固定化酶的形状依不同用途有颗粒、线条、薄膜和酶管等，颗粒状占绝大多数；颗粒和线条主要用于工业发酵生产；薄膜主要用于酶电极；酶管机械强度较大，主要用于化学工业生产。

目前，由于固定化酶的性质比游离酶及其相关技术优越，人们对其极感兴趣，因此固定化酶的应用也与日俱增。

酶及细胞固定化技术酶及细胞固定化技术是一种将酶或细胞固定在载体上的技术，以使其具有更好的稳定性和重复使用性。

固定化技术已被广泛应用于生物医学、工业、环境等领域。

下面将对酶及细胞固定化技术进行详细介绍。

酶是生物催化剂，广泛应用于食品、医药、化工等领域。

传统的酶工程主要基于游离酶，但是游离酶不具有稳定性和重复使用性弱的缺点，这就限制了其在工业生产方面的应用。

而酶固定化技术可以通过化学或物理方法将酶固定在载体上，使其具有更好的稳定性和重复使用性。

1. 化学固定法化学固定法是一种通过共价键连接酶和载体的方法。

该方法基于酶和载体之间的化学交互作用，通过改变酶的分子结构，以使其固定在载体上。

化学固定法适用于固定生物分子化学性质类似的酶，并产生最小的影响，请酶的活性。

物理固定法是一种通过物理作用将酶固定在载体上的方法。

该方法基于酶和载体之间的物理交互作用，如静电吸附、离子交换、锁链和凝胶气相沉积等。

物理固定法适用于固定易溶胶的酶，以保持酶活性和稳定性。

细胞固定化技术是将细胞固定在载体上的方法。

固定细胞后，其活性和稳定性得到提高，使得其在工业生产中得到广泛应用。

细胞固定化技术分为两类：静态和动态。

静态细胞固定化技术通过静止相来实现细胞固定化。

最常用的静态细胞固定化技术包括：微囊化、凝胶微囊化和包埋。

微囊化是将细胞封装在聚合物或蛋白质材料中，以形成筛网结构，使细胞能够在载体上安全地生长。

凝胶微囊化是将细胞悬浮在凝胶中，以形成凝胶微囊。

包埋是将细胞置于凝胶、聚合物或其他材料中，以固定细胞并形成细胞团块。

动态细胞固定化技术使用特定装置来保持细胞与载体的稳定性。

最常用的动态细胞固定化技术包括：滤池、旋转生物反应器、循环床反应器。

滤池是将细胞置于纤维滤袋中，以滤分离细胞并悬浮于培养液中。

旋转生物反应器是将细胞与载荷一起旋转，并同时提供氧气和培养液以促进细胞的生长。

循环床反应器是将细胞与载体在床中循环，以提供一定的氧气和培养液。

酶及细胞固定化技术酶及细胞固定化技术是一种将酶或细胞固定在某种材料上，以便进行特定反应的技术。

这种技术可以有效地提高反应速率、稳定性和重复使用性，广泛应用于生物技术、食品工业、环境保护和医药领域。

本文将介绍酶及细胞固定化技术的原理、应用和未来发展方向。

酶及细胞固定化技术的关键在于将酶或细胞固定在一种载体上，以便进行特定反应。

常用的载体材料包括天然材料如海藻酸钠、明胶、聚乙烯醇等，以及合成材料如聚丙烯酸酯、氧化硅、氨基硅烷等。

通过交联、吸附、包埋等方法，将酶或细胞与载体结合在一起，形成固定化的酶或细胞系统。

固定化技术的主要优点在于可以提高酶或细胞的稳定性和重复使用性。

通过固定在载体上，酶或细胞可以更好地抵抗外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等。

固定化的酶或细胞可以通过简单的分离和回收，实现反应产物的纯化和酶的再利用。

二、酶及细胞固定化技术的应用酶及细胞固定化技术在生物技术、食品工业、环境保护和医药领域有着广泛的应用。

1. 生物技术领域在生物技术领域，酶及细胞固定化技术被用于生产化学品、药物和生物燃料。

以葡萄糖氧化酶为例，固定化的葡萄糖氧化酶可以用于葡萄糖检测、生物传感器以及生物燃料电池中。

固定化的工程酶也被用于合成生物材料、精细化学品和医药中间体，以实现高效、环保的生产过程。

2. 食品工业领域在食品工业领域，酶及细胞固定化技术被用于食品加工、酿造和酶制剂制备。

在酿造过程中，固定化的酵母细胞可以实现连续发酵，提高酒精产率和控制发酵过程。

而在食品加工中，固定化的酶可以用于降解醣类、蛋白质和脂肪，改善食品的口感和营养价值。

3. 环境保护领域在环境保护领域，酶及细胞固定化技术被用于废水处理、土壤修复和污染物降解。

固定化的微生物可以被用于处理含有重金属、有机物和氮、磷等污染物的废水，减少对环境的影响。

固定化的酶也可以用于土壤修复，去除油污和有机污染，改善土壤的质量。

4. 医药领域在医药领域，酶及细胞固定化技术被用于药物的制备、生物传感器和组织工程。