漆酶的固定化及其应用前景

第10卷第4期2012年7月生物加工过程Chinese Journal of Bioprocess Engineering Vol．10No．4Jul．2012doi ：10．3969/j．issn．1672－3678．2012．04．015收稿日期：2011－05－03基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2009AA02Z209）；国家自然科学基金资助项目（21106165；21176241）作者简介：王锋（1979—），男，江苏镇江人，博士，助理研究员，研究方向：微生物发酵；刘春朝（联系人），研究员，E-mail ：czliu@home．ipe．ac．cn 漆酶及其应用王锋1，刘英1，汪印2，许光文2，刘春朝1（1．中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100190；2．中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京100190）摘要：结合当今该领域的最新研究进展，综述了漆酶来源、结构、作用机制、介体系统及其在水相和非水相中的应用，以期为漆酶催化性能的进一步研究提供一定的借鉴和参考。

关键词：漆酶；催化；废水处理；水相体系；非水相机体系中图分类号：Q814．2文献标志码：A文章编号：1672－3678（2012）04－0070－07Laccase and its applicationsWANG Feng 1，LIU Ying 1，WANG Yin 2，XU Guangwen 2，LIU Chunzhao 1（1．National Key Laboratory of Biochemical Engineering ，Institute of Process Engineering ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100190，China ；2．National Key Laboratory of Multiphase Complex System ，Institute of Process Engineering ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100190，China ）Abstract ：Laccases are multicopper oxidases．It has received the widespread attention because of non-specific oxidation ability．On the basis of the latest research in this field ，the paper summarized source of laccase ，structure ，mechanism of action ，mediator and its application in aqueous system and non-aqueous system so as to provide a reference for further improvement of the laccase catalysis．Key words ：laccase ；catalysis ；wastewater treatment ；aqueous system ；non-aqueous system 漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，和植物中的抗坏血酸氧化酶、哺乳动物的血浆铜蓝蛋白同属于蓝色多铜氧化酶的家族［1］。

漆酶的结构与催化反应机理漆酶是天然漆主要成分之一，含量约为10%。

存在于天然漆的含氮物质中，俗称生漆蛋白质、氧化酶。

是天然漆在常温下干燥时不可缺少的天然有机催化剂。

不溶于水，也不溶于通用有机溶剂，而溶于漆酚。

含氮物质接触乙醇后，能不可逆地从生漆中析出。

漆酶是一种氧化酶(能与分子氧起作用)，而不是过氧化酶，漆酶能受HCN的影响，而过氧化酶则不受其影响。

漆酶可促进多羟基酚及多氨基苯的氧化，而不能促进单酚的氧化。

因漆酶的催化氧化作用，可以促进漆酚的氧化聚合，从而形成干固的膜。

漆酶对下述物质敏感：过氧化氢、氢氰酸、羟胺、硫化氢、氰化钾、重氮化钾(或钠)等。

漆酶在其他植物(土豆、蘑菇、苹果)中也有发现。

结构[2]典型的漆酶有三个结构域，其中T1铜离子位于结构域3、三铜离子中心位于结构域1和结构域3之间，此外还有结构域2，主要起联结作用以及与底物的结合作用。

但也有报道发现仅存在两个结构域（结构域1和结构域3）的漆酶蛋白，并且该蛋白质展现出较高的pH 稳定性和漆酶的其它氧化还原特性。

人们习惯上称蓝铜为T1铜离子，这个铜离子是人们通过光谱学的手段最早发现的铜离子。

T1位点的几何结构与普通的金属蛋白铜位点的几何结构有所不同，它是一个扭曲的四面体，通过半胱氨酸形成一个S－Cu健，此外还有两个组氨酸（HiS）的N原子以及甲硫氨酸的S原子成健。

催化氧化机理[2]漆酶的催化氧化是非常复杂的。

一方面，由于漆酶同过氧化酶和其它多酚氧化之间作用底物的相似性，比如现在经常被用作真菌漆酶的特征底物的丁香醛连氮和ABTS(2 ，2-连氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸))，但是实际上过氧化酶也能够催化氧化它们；不过相对这些酶来说，漆酶反应过程中并不产生有害的过氧化氢和活性氧(ROS)，但同时产生醌或半醌等强抗氧化剂，是非常绿色的反应。

许多报道为漆酶催化氧化的反应，经常缺乏进行它们之间有区别的实验报道。

不过，现在已经有一些学者注意到了这个问题的复杂性。

固定化酶在现代工业中的应用姓名：胡艳芬学号：2008132106 指导教师：张孟摘要酶是一类有催化功能的蛋白质,具有反应条件温和, 底物专一性强, 可在水溶液和中性pH 下操作等优点。

与游离酶相比，固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又克服了游离酶的不足之处。

本文简要介绍了固定化酶的概念、制备方法及其在生物、医药、环境保护等方面的广泛应用。

重点介绍一些固定化酶在现代工业中的应用，并对其应用前景进行了展望。

关键词固定化酶制备工业应用前景酶是一类由活细胞产生的具有生物催化功能的分子量适中的蛋白质,具有极高的催化效率、高度的特异性及控制的灵敏性。

大多数酶是水溶性的。

由于酶催化反应具有底物专一性、催化高效性、反应条件温和等优点,符合绿色化学的要求,从而被大家高度重视,已在许多领域得到广泛的应用[1]。

酶的最大缺点是其不稳定性,在酸、碱、热及有机溶剂中易发生变性,活性降低或丧失;而且酶反应后,会在溶液中残留,造成酶反应难以连续化、自动化,同时也不利于终产品的分离提纯,这些都大大阻碍了酶工业的发展,所以有必要采取酶工程技术改善这些缺点。

酶工程技术措施较多,其中酶的固定化技术是重要举措之一。

酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联,酶被限定在一定区域内,但仍保持原有高效、专一、条件温和的催化功能[2]。

已固定化的酶像化学反应所用的固体催化剂那样, 既能发挥它们的催化特性, 又能回收, 并能多次反复使用, 使整个生产工艺可以连续化、自动化。

近年来, 国内外科技工作者在固定化酶在工业生产中的应用做了大量研究，并得到了广泛的发展，本文将对这些成就做具体介绍。

1 固定化酶的概念1916 年Nelson 和Griffin最先发现了酶的固定化现象后, 科学家就开始了固定化酶的研究工作。

1969 年日本一家制药公司第1 次将固定化的酰化氨基酸水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸, 开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。

漆酶品质提升的新技术及其在纺织中的应用付博;王家哲;陈卫锋;任平;赵文娟【摘要】文章详细阐述了分子定向进化技术、采用离子液作为催化新反应介质、基于纳米材料与微反应器的固定化技术等提高漆酶产量、活性和稳定性的新技术在改造漆酶中的重要作用;对当前漆酶在纺织纤维改性、增强棉织物的漂白效果、对纺织染料进行脱色和解毒、纺织品生物染色、作为可穿戴医疗监护服装的生物传感器等方面的研究进展进行了综述;对漆酶未来在纺织领域的研究重点进行了分析,对降低漆酶生产成本、加快漆酶在纺织领域的无污染处理、结合时代发展推进创新应用等前景进行了展望.【期刊名称】《纺织导报》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】4页(P91-94)【关键词】漆酶;产量;酶活性;新技术;纺织应用【作者】付博;王家哲;陈卫锋;任平;赵文娟【作者单位】陕西省生物农业研究所;陕西省酶工程技术中心【正文语种】中文【中图分类】TS101.4漆酶（对苯二酚氧化还原酶，EC 1.10.3.2）是一种多铜氧化还原酶，由多种有机体产生，包括植物、细菌和真菌，天然漆酶具有较好的催化活性和稳定性。

漆酶催化作用的底物较多，并具有高效、可持续和环境友好的优势，在纺织、污水处理、制浆造纸、生物燃料、制药工业等诸多领域被广泛应用，其中，在纺织工业中漆酶的生物催化性能表现尤为突出，其优越性能受到市场的好评。

但是，随着漆酶应用范围的不断扩大与应用层次的不断深入，其天然特性逐渐难以满足标准化工业生产的需求，在长期大规模工业级生产中，菌种活性有限、产量不高、产酶发酵周期长、酶活性不稳定等问题日益突出。

因此，亟待通过新技术来提高漆酶产量、活性和稳定性。

本文综述了近年来国内外提高漆酶产量与活性的创新技术研究成果，以期为深入挖掘和改善漆酶特性提供借鉴。

同时分析了漆酶在纺织领域的应用研究进展，并对漆酶未来的应用前景进行了展望。

1 提高漆酶产量与活性的新技术1.1 分子定向进化技术天然漆酶的活性和稳定性与现代化工业生产中的高速自动化、低成本、高活力、对酸碱度和温度的高耐受、重复利用等要求尚存在较大差距。

酶的固定化技术及其应用曾鸿雁(西南科技大学,四川,绵阳)摘要:随着工业生物技术和酶工程的不断发展，酶在各个领域的广泛应用，对酶的要求也越来越严格。

本文针对目前酶工程技术之一酶的固定化，对酶的固定化技术及其展望做一综述。

关键词：酶，固定化，技术Immobilization of Enzyme And its Applications Abstract：with the continuous development of biotechnology industrial and enzyme engineering , enzyme are widely used in various fields and the requirements to enzymes also become more and more stringent . This article is to review the enzyme immobilization, which is one of the current enzyme engineering technologiesKey words: enzyme, immobilization, technology一、引言酶是一类具有生物催化性质的高分子物质，其催化性具有专一性强、催化效率高和作用脚尖温和等特点。

但是在实际工业生产中，由于实际环境因素，应用酶的过程出现了一些不足之处：①酶的催化效率不高。

人们在使用酶的过程中，往往要求酶的催化效率要足够高，以加快反应速度，提高劳动生产率，然而实际上很多酶的催化效率不够高而难于满足人们的使用要求。

②酶的稳定性较差。

大多数酶稳定性较差，在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素的影响下，都容易变形失活。

③酶的一次性使用。

酶一般是在溶液中与底物反应，这样酶在反应系统中，与底物和产物混合在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用。

漆酶在食品领域的研究进展作者：游月丽梁秀贤来源：《中国食品》2021年第18期酶是一种具有催化作用的蛋白质，一种酶可以催化一种或一类反应，具有高度专一性、作用条件温和、催化效率高等特点。

酶的化学本质是蛋白质或RNA，具有一级、二级、三级甚至四级结构，其中酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整，如果酶分子变性或亚基解聚，均会导致酶活性丧失。

酶的种类有很多，漆酶是其中之一。

作为一种含铜的多酚氧化酶，漆酶可以催化酚类、多氨基苯等物质，甚至可以催化氧化非酚类物质，在有氧条件下，不需要过氧化氢的参与就可直接氧化底物。

漆酶独特的催化特性使其广泛应用于食品、造纸、废水处理等领域，尤其在食品工业领域有极大的优势，而且漆酶来源广泛、易提取，其反应副产物也对环境无污染。

随着生物技术的深入研究，食品的安全、营养及感官功能越来越得到重视，为了研究对人体健康有益的食品，相关研究人员积极寻找突破口。

本文主要论述了漆酶在食品领域的研究进展，以期为漆酶的开发利用提供一定的参考。

一、漆酶概述漆酶是一种由肽链、糖配基组成的含铜多酚氧化酶，一般含有四个铜离子，铜离子是漆酶氧化的活性部位，在有氧条件下，利用铜离子的氧化能力氧化还原性底物，将电子传递给氧，氧被还原成水。

漆酶的本质是一种环保型酵素，因为其发生反应后唯一的产物就是水，对环境的影响较小。

漆酶的来源有很多，广泛存在于菇、菌及植物中，也有的存活于空气中。

真菌漆酶的特性最好，其热稳定性、催化氧化性比细菌漆酶、植物漆酶更好。

漆酶的催化方式有三种，最广泛的是含有介体的催化。

在介体的参与下，漆酶先氧化介体，再由氧化的黄素酶对底物进行催化氧化，氧化的黄素酶又可再生，不同的介体能够参与多种催化过程。

漆酶独特的催化特性使其在生物检测中有广泛的应用，作为高效的生物检测器而成为底物、辅酶、抑制剂等成分分析的有效工具和手段。

二、漆酶在食品中的应用1.保持果汁的品质稳定。

水果中完整的植物细胞内存在酚类物质及酚类氧化物，如单宁，水果破碎后，酚类物质被空气中的氧气氧化，形成褐色聚合物，果汁中沉淀物形成的重要因素就是果汁中的蛋白质与酚类物质的聚合，因此需要延缓果汁中蛋白质和酚类物质聚合形成沉淀，从而保持果汁品质稳定。

酶工程课程论文题目：酶的固定化技术及其应用学院：食品学院专业：食品科学与工程班级：食品101（35）2012-11-21酶的固定化技术及其应用摘要：酶的固定化技术是酶工程研究领域的一项重点和热点技术之一，酶的固定化技术可以显著提高酶的利用率，降低酶生产的成本。

本文主要研究酶的固定化技术，酶固定化的优缺点，以及在食品，医药，环境中的应用。

并对其研究的前景进行了简洁的预测。

关键字：酶固定化技术应用酶作为一种生物催化剂，因其催化作用具有高度专一性、催化条件温和、无污染等特点，广泛应用于食品加工、医药和精细化工等行业。

但在使用过程中，人们也注意到酶的一些不足之处，如酶稳定性差、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。

因此为适应工业化生产的需要，人们模仿人体酶的作用方式，通过固定化技术对酶加以固定改造，来克服游离酶在使用过程中的一些缺陷。

固定化酶，是指在一定的空间范围内起催化作用，并能反复和连续使用的酶。

与传统的酶相比，固定化酶具有游离酶所不可比拟的优点.同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用；固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，同时也省去了热处理使酶失活的步骤；稳定性显著提高；可长期使用，并可预测衰变的速度；提供了研究酶动力学的良好模型等一系列的优点。

用于固定化的酶，起初都是采用经提取和分离纯化后的酶，随着固定化技术的发展，也可采用含酶细胞或细胞碎片进行固定化，直接应用细胞或细胞碎片中的酶或酶系进行催化反应．由于微生物细胞可直接作为酶源，所以逐渐产生了固定化细胞技术．固定化细胞的优点是：(1)省去了酶分离纯化的时间和费用；(2)可进行多酶反应；(3)保持了酶的原始状态，从而增加了酶的稳定性．但固定化细胞与固定化酶相比，也存在一些不足之处：(1)因为产生副反应和所需生化产物的进一步代谢，使固定化完整细胞生产的产物纯度可能比固定化酶低；(2)细胞使用相当长的时间后，常常会发生自溶，尤其是在细胞有可能进行增殖时，细胞的漏出就特别明显：(3)单位体积反应器内固定化细胞的活性总是比相应的固定化酶活性低．酶的固定化方法主要可分为四类：吸附法、包埋法、共价键结合法和交联法等。

酶的固定化方法及优缺点以酶的固定化方法及优缺点为标题，本文将详细介绍酶的固定化方法以及各种方法的优缺点。

一、酶的固定化方法1. 物理吸附法：将酶直接吸附在固体载体表面，如活性炭、硅胶等。

这种方法简单易行，不需要化学反应，但酶容易失活和流失。

2. 共价键结合法：通过化学手段将酶共价键结合在载体表面，常用的方法包括交联、酯化、酰胺化等。

这种方法能够稳定地固定酶，但可能会影响酶的活性和稳定性。

3. 包埋法：将酶包裹在多孔载体中，如凝胶、微胶囊等。

这种方法能够保护酶免受外界环境的影响，但可能会降低酶的反应速率。

4. 共聚物法：利用聚合物将酶固定在载体上，如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇等。

这种方法可以提高酶的稳定性和反应速率，但可能会影响酶的活性。

二、各种固定化方法的优缺点1. 物理吸附法的优点是操作简单、成本低廉，但缺点是酶容易失活和流失，固定效果不稳定。

2. 共价键结合法的优点是能够稳定地固定酶，固定效果较好，但缺点是可能会影响酶的活性和稳定性。

3. 包埋法的优点是能够保护酶免受外界环境的影响，固定效果较稳定，但缺点是可能会降低酶的反应速率。

4. 共聚物法的优点是可以提高酶的稳定性和反应速率，固定效果较好，但缺点是可能会影响酶的活性。

在实际应用中，选择适合的固定化方法需要考虑多个因素，如酶的特性、反应条件、载体的稳定性和成本等。

不同的固定化方法适用于不同的酶和反应条件。

例如，对于温度敏感的酶，可以选择物理吸附法或包埋法；对于活性较强的酶，可以选择共价键结合法或共聚物法。

总结起来，酶的固定化方法有物理吸附法、共价键结合法、包埋法和共聚物法等。

每种方法都有其优缺点，选择适合的固定化方法需要综合考虑多个因素。

通过固定化方法，可以提高酶的稳定性、反应速率和重复使用性，从而在酶工业和生物催化领域具有广泛的应用前景。

固定化酶的优点及应用实例固定化酶是指通过物理或化学的手段将酶固定在固体支持材料上，并保持其活性的一种酶工程技术。

相比于游离酶，固定化酶具有许多优点，主要包括增强酶的稳定性、可重复使用、容易分离和纯化、提高酶的催化活性等。

首先，固定化酶可以增强酶的稳定性。

固定化酶能够降低酶分子的运动速度，减少酶与环境中有害物质之间的接触，从而提高酶分子对温度、pH值、有机溶剂等外界环境变化的耐受能力，增强了酶的稳定性。

此外，固定化酶能够降低酶分子的脱活速率，延长酶的使用寿命。

其次，固定化酶具有可重复使用的优势。

在固定化酶的底物转化过程中，底物可以通过固定载体穿透到固定酶的反应位点，并在该位点上发生反应。

这样，在反应结束后，固定载体上的酶仍然附着在固定载体上，可以被很容易地分离和回收。

由于固定酶是可重复使用的，可以降低生产成本，并实现高效率的生产。

对于一些昂贵的酶，这种节约是非常重要的。

此外，固定化酶比游离酶更容易分离和纯化。

由于固定酶附着在固体支持材料上，可以直接通过过滤、离心等简单方法将酶与底物分离。

相比之下，游离酶的分离和纯化需要复杂的步骤，如沉淀、色谱等。

最后，固定化酶还可以提高酶的催化活性。

固定酶附着在固体支持材料上后，可以形成固定化酶系统。

该系统中，固定酶可在相对较高的浓度下存在，并且在固定载体中有更多的酶底物分子与酶分子接触，从而提高反应速率，提高酶的催化活性。

固定化酶在许多领域中有广泛的应用，以下为几个实例：第一个应用实例是固定化酶在食品工业中的应用。

例如，固定化葡萄糖氧化酶用于葡萄糖测定，固定化氨基酸酶用于酿造中的氨基酸测定。

固定化酶在生产中具有可重复使用、稳定性和应用便利等优点，可以实现高效和规模化的生产。

第二个应用实例是固定化酶在生物制药中的应用。

例如，固定化饲料酶用于动物饲料中的消化酶替代，固定化抗体酶用于生物制药中的抗体药物生产。

固定化酶不仅可以提高药品的生产效率，还可以降低生产成本，提高产量和质量。