第三章 固定化酶反

低
不可能 高 可变 较广
高
可能 低 不变 广泛
中等
不可能 中等 可变 较广
高
不可能 低 不变 小分子底物、 药用酶
2． 选择方法依据：

（1） 酶的性质
（2） 载体的性质 （3） 制备方法的选择


3． 固定化后酶的考察项目：

（1） 测定固定化酶的活力，以确定固定化 过 程的活力回收率。
（2） 考察固定化酶稳定性 （ 2） 考察固定化酶最适反应条件
定其中产物的生成量或底物的消耗量
四 固定化酶的活力测定方法介绍

3. 连续测定法 利用连续分光光度法等测定方法可以对固定化酶 反应液进行连续测定，从而测定固定化酶的酶活 力。

固定化酶的制备方法
——酶的固 定化方法很 多，但对任 何酶都适用 的方法是没 有的。
28
固定化酶的制备原则
制备固定化酶要根据不同情况（不同酶、



二． 酶的固定化方法

（一） 吸附法
（二）结合法
（三）交联法
（四） 包埋法（entrapping method）
酶和细胞固定化示意图
（一） 吸附法

1． 物理吸附：利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体
吸附在其表面上。

（一） 吸附法

常用载体： 无机载体：氧化铝、活性碳、皂土、硅藻土、金属氧化 物、硅胶。一般吸附量<1mg蛋白/克吸附剂 有机载体：淀粉、白蛋白等。一般吸附量几十毫克蛋白/ 克吸附剂 研究热点：大孔型合成树脂、陶瓷
5
固定化酶的定义
所谓固定化酶，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，

球状固定化酶之模型的建立
• 假定球状固定化酶的半径为R，在距球中心为r处取一壳层，其厚度为dr，底物通过微孔
由外向内扩散，且通过此壳层，底物在（r+dr）处扩散进入，在r处离开，并在壳层内发
生酶促反应而消耗底物，以扩散方面为正方向，则单位时间内扩散进入微元壳层的底物
的量为
N sr d r4(r d)2 r 4(r d)2 r D e sd drS r r dr
V
为固定化酶的体积
p
Ap为固定化酶的外表面积
对于球形固定化酶， R
3
rmax ，则有
Km Des
D e(sd d2S 2r2 rd d)S rrS D e[sd(d d d) rS r2 rd d]S rrS

d[d(S0 S)

•
Des{
d(Rr)

d(Rr)
2


Rr
dd((SR 0 r S))}K rm m aS xS rr
底物浓度沿半径分布图
• 从右图可以看出，对同一位置r 处，随着Φ 的增加，底物浓度 在减少。
• Ф 的大小，表征了内扩散阻力 的大小，因此随内扩散阻力的 增大，同一位置处底物浓度减 小，而且当Ф 不变时，愈往颗 粒内部，底物浓度越小。
上式可变为 (r2 2 rd dr 2)D red s drr S r d rr2 D ed s drr S r r2 dr r S，重排后得
D e[ sr ( 2 2 rd )d d r rS r r d rr 2d d rS r r ] r 2 d r r S
两边同除以r2dr， 得



即：d2S2 2 dS

有外扩散影响时的实际反应速率 RSi = 无扩散影响时的反应速率 RS 0
6、固定化酶催化反应外扩散效应影响的判断依据。主要有两个：Da 和η E 。
（1） Da＝
rmax 最大反应速率 ＝ ，为丹克莱尔准数，无因次量 k L aCS 0 最大传质速率
当Da ! 1时，反应速率远快于传质速率，为扩散控制； 当Da " 1时，反应速率远慢于传质速率，为动力学控制。 （2） 当ηE＝1时，不存在外扩散影响，为动力学控制； 当ηE <1时，存在外扩散影响,宏观反应速率变慢； 当ηE " 1时，完全为扩散控制。 7、改变固定化酶催化反应外扩散效应影响的方法。主要从 Da 考虑，提高底物 浓度和体积传质系数（提高搅拌速度或提高反应流速）可增加 Da，减少外扩散 的影响；降低固定化最大反应速率也可以减少外扩散的影响。反之亦反。
CS = CS 0 + rmax 2 2 2 DiCS 0 。 (l − L )，其中存在有最大膜片厚度Lmax＝ 2D rmax
当酶反应动力学方程符合 M－M 方程时，无解析解，仅有数值解。 13、从宏观的角度来看，单计算颗粒内各位置的底物浓度并不能计算出宏观反应
14
生物反应工程习题精解
第三章 固定化酶催化反应过程动力学
此时，对此微分方程需要根据不同酶动力学特征进行求解。 当酶反应动力学方程为一级反应动力学时， rS =
r ) R ，其中φ＝ R 3 r sinh(3φ )
rmax CS ，可解得： Km
CS = CS 0
R sinh(3φ
rmax 。 Km iD
当酶反应动力学方程为零级反应动力学时， rS = rmax ，可解得：
散影响变得很明显；当 Φ > 10 时，对于一级动力学，η ≈ 学， η ≈

第三章--固定化酶及反应 动力学0
内容
概述
固定化后酶性质变化及动力学影响因素
外扩散限制效应 内扩散限制效应差：除了某些耐高温的酶，如α-淀粉酶、Taq酶等；和 胃蛋白酶等可以耐受较低的pH条件以外，大多数的酶在高温、强酸、 强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失活。
酶的一次性使用：酶一般都是在溶液中与底物反应，这样酶在反应系 统中，与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力 ，也难于回收利用。这种一次性使用酶的方式，不仅使生产成本提高 ，而且难于连续化生产。
产物的分离纯化较困难：酶反应后成为杂质与产物混在一起，无疑给 产物的进一步的分离纯化带来一定的困难。
吸附（载体结合）法：物理吸附(活性碳，硅胶等)，离子结合 （离子交换剂和离子交换树脂），共价结合。作用力增强，对酶 影响加大。
交联法：利用多功能试剂使酶间交联（异氰酸酯，联苯胺，形成 共价键）。
包埋法：包埋于高分子凝胶网格（网格型），高分子半透膜（微 囊型）（医学应用多）
01 概 述
酶的固定化技术和固定化酶
01 概 述
工业规模的酶固定化方法应具备的条件： (1) 载体价廉、固定化费用低； (2) 能反复利用，即对非一次性固定化酶，其载体要求能再生； (3) 固定化收率高、制备简便、而且结合力强； (4) 载体的机械强度高； (5) 物理及化学性质稳定，使用于食品加工时要安全无毒．
01 概 述
固定化酶制备方法
酶的高级结构：要避免用高温、强酸、强碱等处理， 而且有机溶剂、高浓度的盐也会使酶变性、失活，因 此，操作应尽量在非常温和的条件下进行。
1 吸附法
吸附法分为物理吸附法和离子交换吸附法。 (1) 物理吸附法: 通过氢键、疏水作用和π电子亲和力等物