10\10yaoyu@fudan.edu.cn 固定化酶技术 龚婧婕17300120062 技术原理 酶是由生物体产生的 活性忽位 具有催化活性的蛋白质,它 能特定地促成某个化学反 应而本身却不参加反应,具有反应效率高,条件温和,反应产物污染小,能耗低,反应容易 控制等特点。但大多数酶的本质是蛋白质,具有不稳定性。 通过固定化酶技术,我们可以克服这一缺点。固定化酶技术是用物理或化学手段.将 游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用,并可回收长时间 使用的一种技术。发展至今已有新型固定化酶技术如磁性酶、生物惰性金属以及无载体的酶 固定化技术。本报告着重介绍传统方法。传统主要方法有吸附法、包埋法、载体偶联法、交 联法,其本质均是是固定游离酶并保持其酶活性,从而提高反应效率和利用率 1、吸附法是最简单的同定化方法.包括物理吸附和离子交换吸附。物理吸附法常用的 吸附剂有活性炭、硅藻土、多空玻璃等。离子吸附法是酶与载体通过范德华力、离子键和氢 键等作用力固定 2、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。 3.载体偶联法(又称共价结合法、共价偶联法)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 4、交联法是利用双功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的 种酶固定方法 吸附法 格子型 微胶囊型 包埋法 共价偶联法 [1]本节多引自百度百科词条:固定化酶技术,叙述顺序、文字衔接有调整修改 2]包埋法图引自百度百科词条:包埋法 3]交联法固定化酶模式图引自百度百科词条:交联法
10\10 yaoyu@fudan.edu.cn 固定化酶技术 龚婧婕 17300120062 技术原理 酶是由生物体产生的 具有催化活性的蛋白质，它 能特定地促成某个化学反 应而本身却不参加反应，具有反应效率高，条件温和，反应产物污染小，能耗低，反应容易 控制等特点。但大多数酶的本质是蛋白质，具有不稳定性。 通过固定化酶技术，我们可以克服这一缺点。固定化酶技术是用物理或化学手段．将 游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间 使用的一种技术。发展至今已有新型固定化酶技术如磁性酶、生物惰性金属以及无载体的酶 固定化技术。本报告着重介绍传统方法。传统主要方法有吸附法、包埋法、载体偶联法、交 联法，其本质均是是固定游离酶并保持其酶活性，从而提高反应效率和利用率。 1、吸附法是最简单的同定化方法．包括物理吸附和离子交换吸附。物理吸附法常用的 吸附剂有活性炭、硅藻土、多空玻璃等。离子吸附法是酶与载体通过范德华力、离子键和氢 键等作用力固定。 2、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。 3. 载体偶联法（又称共价结合法、共价偶联法）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。 4、交联法是利用双功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的一 种酶固定方法。 [1]本节多引自百度百科词条：固定化酶技术，叙述顺序、文字衔接有调整修改。 [2]包埋法图引自百度百科词条：包埋法 [3]交联法固定化酶模式图引自百度百科词条：交联法
技术应用 酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。固定化酶与游离酶相比稳 定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉,推广了酶的使用,在生物工业、医 学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。固定 化酶的应用基本上是酶的应用。 医药 利用固定化酶制备单一对映体药物 溶胶凝胶固定化酶测定人体血清中的胆固醇 固定化葡萄糖氧化酶进行临床血糖检测 葡聚糖磁性毫微粒固定化L-天冬酰胺酶治疗急性淋巴白血病 固定化黄色短杆菌、大肠杆菌生产苹果酸 固定化基因工程菌CTB2生产L-苯丙氨酸等。 环境工程 酶反应器是同固定化酶制成的,它可以直接或与其他检测器组成酶电极、酶传感器等 分析检测系统来实现对环境污染物的监测; 把脱色酶与苯胺降解菌混合固定用来处理染料废水 造纸厂纸浆漂白利用木聚糖酶和漆酶可以避免生产过程中产生不容易以生物方法分解 的大量氯代有机物质,从而进一步减少这一生产过程中的污染问题 食品工业 采用聚乙烯醇固定化菊粉酶,水解菊芋,作为发酵原料生产乙醇 磁性固定化酶水解甘薯淀粉制备微孔淀粉。 固定化葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中用来催化玉米糖浆和淀粉,得到含果糖5% 的高果糖浆,当与蔗糖冋等甜度时,其价格要低10%~20%,用于替代蔗糖具有明显的经济效 固定化胰酶水解牛乳中的酪蛋白,降低了牛乳中酪蛋白的含量,从而降低了牛乳中酪 蛋白与清蛋白的比例,使牛乳更易消化吸收 固定化乳糖酶用于水解牛奶中的乳糖,为乳糖不耐症患者提供无乳糖牛奶。此外,乳 糖在温度较低时易结晶,用固定化乳糖酶处理后,可以防止其在冰淇淋类产品中结晶,改善 口感増加甜度:同时还可以用来制造具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖浆 固定化酶法为柑橘类果汁脱苦,利用不同的酶分别作用于柠檬苦素和柚皮苷,生成不 含苦味的物质。工厂生产中常采用固定化柚皮苷酶减少柑橘类果汁中的柚皮苷含量 固定化木瓜蛋白酶用于啤酒澄清。 固定化果糖基转移酶应用于蔗果低聚糖生产。固定化后的酶比游离酶的适宜的温度范 围宽,且其酸碱稳定性、热稳定性和储存稳定性明显提高,间歇式生产时,固定化酶的使用 半衰期为54次,这大大提高了生产效率 固定化β-葡萄糖苷酶改良茶汁风味,提高营养价值。 用固定化酶技术制生物传感器,实现食品生产的在线质量控制,降低食品生产成本,并 给人们带来安全可靠及高质量的食品 技术优缺点 优点
技术应用 酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。固定化酶与游离酶相比稳 定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉，推广了酶的使用，在生物工业、医 学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。固定 化酶的应用基本上是酶的应用。 医药 利用固定化酶制备单一对映体药物 溶胶凝胶固定化酶测定人体血清中的胆固醇 固定化葡萄糖氧化酶进行临床血糖检测 葡聚糖磁性毫微粒固定化 L-天冬酰胺酶治疗急性淋巴白血病 固定化黄色短杆菌、大肠杆菌生产苹果酸 固定化基因工程菌 CTB2 生产 L-苯丙氨酸等。 环境工程 酶反应器是同固定化酶制成的，它可以直接或与其他检测器组成酶电极、酶传感器等 分析检测系统来实现对环境污染物的监测； 把脱色酶与苯胺降解菌混合固定用来处理染料废水； 造纸厂纸浆漂白利用木聚糖酶和漆酶可以避免生产过程中产生不容易以生物方法分解 的大量氯代有机物质，从而进一步减少这一生产过程中的污染问题。 食品工业 采用聚乙烯醇固定化菊粉酶，水解菊芋，作为发酵原料生产乙醇。 磁性固定化酶水解甘薯淀粉制备微孔淀粉。 固定化葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中用来催化玉米糖浆和淀粉, 得到含果糖 55% 的高果糖浆, 当与蔗糖同等甜度时, 其价格要低 10%~20%, 用于替代蔗糖具有明显的经济效 益。 固定化胰酶水解牛乳中的酪蛋白，降低了牛乳中酪蛋白的含量，从而降低了牛乳中酪 蛋白与清蛋白的比例，使牛乳更易消化吸收。 固定化乳糖酶用于水解牛奶中的乳糖，为乳糖不耐症患者提供无乳糖牛奶。此外, 乳 糖在温度较低时易结晶, 用固定化乳糖酶处理后, 可以防止其在冰淇淋类产品中结晶, 改善 口感,增加甜度；同时还可以用来制造具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖浆。 固定化酶法为柑橘类果汁脱苦，利用不同的酶分别作用于柠檬苦素和柚皮苷, 生成不 含苦味的物质。工厂生产中常采用固定化柚皮苷酶减少柑橘类果汁中的柚皮苷含量。 固定化木瓜蛋白酶用于啤酒澄清。 固定化果糖基转移酶应用于蔗果低聚糖生产。固定化后的酶比游离酶的适宜的温度范 围宽, 且其酸碱稳定性、热稳定性和储存稳定性明显提高, 间歇式生产时, 固定化酶的使用 半衰期为 54 次, 这大大提高了生产效率。 固定化β-葡萄糖苷酶改良茶汁风味，提高营养价值。 用固定化酶技术制生物传感器，实现食品生产的在线质量控制, 降低食品生产成本, 并 给人们带来安全可靠及高质量的食品。 技术优缺点 优点
①固定化酶不溶于水,易于与反应物和产物分离,可以反复和连续性使用,简化了提纯工 艺、提高了酶的使用效率、降低了生产成本。 ②固定化酶较一般的酶稳定性高,不易失活,其催化反应过程更易控制,且具有一定的机 械强度,可以用搅拌或装柱的方式作用于底物溶液,便于酶催化反应的连续化和自动化 操作,有利于工厂流水线大批量生产。 ③与游离酶相比,固定化酶更适于应用在多酶体系中,可利用协同效应提高反应速率,同 时控制反应顺序 缺点 ①酶固定化后性质有可能发生改变,需要重新检测。 ②固定化过程中酶的活性可能受损 ③反应环境的变化可能导致其无法完全实现反应。 ④固定化酶工艺技术要求高,需事先分离纯化,工厂初始投资增加 ⑤固定化酶作用底物种类有限。 ⑥与完整菌体细胞相比,固定化酶反应单一,不适宜于多酶反应,特别是需要辅助因子参 加的反应。 小结 固定化酶技术在保持了酶促反应效率的同时,有力克服了传统游离酶的不稳定性和难以 与产物分离的缺点,为工业上大量应用酶提供先决条件。随着生物技术以及材料、化工等各 相关学科的发展,我们可以通过发展酶的定向固定化技术、探索新型载体、建立多酶固定化 系统和开发新型、高效固定化酶反应器等反方法来增加酶的稳定性,提高酶的利用效率,简 化生产工艺。相信固定化酶的工作会有新的突破,它的应用前景也将会更加美好
① 固定化酶不溶于水，易于与反应物和产物分离，可以反复和连续性使用，简化了提纯工 艺、提高了酶的使用效率、降低了生产成本。 ② 固定化酶较一般的酶稳定性高，不易失活，其催化反应过程更易控制，且具有一定的机 械强度，可以用搅拌或装柱的方式作用于底物溶液，便于酶催化反应的连续化和自动化 操作，有利于工厂流水线大批量生产。 ③ 与游离酶相比，固定化酶更适于应用在多酶体系中，可利用协同效应提高反应速率，同 时控制反应顺序。 缺点 ① 酶固定化后性质有可能发生改变，需要重新检测。 ② 固定化过程中酶的活性可能受损。 ③ 反应环境的变化可能导致其无法完全实现反应。 ④ 固定化酶工艺技术要求高，需事先分离纯化，工厂初始投资增加。 ⑤ 固定化酶作用底物种类有限。 ⑥ 与完整菌体细胞相比，固定化酶反应单一，不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子参 加的反应。 小结 固定化酶技术在保持了酶促反应效率的同时，有力克服了传统游离酶的不稳定性和难以 与产物分离的缺点，为工业上大量应用酶提供先决条件。随着生物技术以及材料、化工等各 相关学科的发展, 我们可以通过发展酶的定向固定化技术、探索新型载体、建立多酶固定化 系统和开发新型、高效固定化酶反应器等反方法来增加酶的稳定性, 提高酶的利用效率, 简 化生产工艺。相信固定化酶的工作会有新的突破, 它的应用前景也将会更加美好