第九章固定化生物催化剂 91酶的固定化方法概述: 酶催化剂可以分为几种主要类型,包括游离酶、游离细胞(发酵)、固定化酶、固定化细 胞或细胞器,它们都可以用于工业生产。与游离酶和游离细胞相比,固定化酶和固定化细胞有着 特别的优越性。游离酶与底物混在一起反应,随着反应时间的延长,产物积累,反应速度会逐渐 下降;只能采用分批法生产,反应结束后酶不能回收:有酶在反应混合液中,给产物的分离增加 了困难。发酵需要添加许多营养物质,成本高;易染杂菌:发酵液的成分复杂,产物分离困难 易造成环境污染。固定化酶和固定化细胞操作方便:对微生物污染不敏感:容易实现连续生产和 自动化生产,即使是批式生产也能回收生物催化剂反复使用;产物的分离简单;酶经固定化后稳 定性增加。使用非增殖的固定化细胞仅需要维持催化反应的能量,因此效率比发酵法高。固定化 细胞的生长阶段和催化反应阶段是分开进行的,可以各自选择最优化的条件,而发酵中这两步是 在同一设备中同时进行的,操作条件只能是两种要求之间的折衷 酶固定化的研究最早可以追溯到1916年, Nelson和 Griffin首先发现酵母蔗糖酶能被骨碳 粉末吸附,并在吸附状态下仍有酶活性。1953年, Grubhofer和 Schleith为应用目的而积极开展 固定化酶的研究工作,他们将聚氨苯乙烯树脂重氮化,使羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸 酶等结合在树脂上,实现了酶的固定化。1969年千火田一郎等首先在工业生产中应用固定化氨 基酰化酶生产L氨基酸。至今已有多种固定化酶获得工业规模的应用,如固定化葡萄糖异构酶 生产高果糖浆,固定化青霉素酰化酶生产6-氨基青霉烷酸,固定化微生物细胞生产L天冬氨酸 和L苹果酸,固定化乳糖酶生产低乳糖牛奶等 安徽医科大学用固定在聚酯片上的杂交瘤细胞,生产用于血型鉴定的单克隆抗体(可查一 下1997年2月上旬的健康报) 固定化酶的制备方法可分为三大类:a.载体结合法;b.交联法:c.包埋法。 9.1.1载体结合法: 它是将酶结合于水不溶性载体的一种固定化方法。根据结合的方式不同,又可分为物理吸 附、离子结合和共价结合三种 9.1.1.1物理吸附: 可用于物理吸附制备固定化酶的载体很多,如活性炭、多孔玻璃、酸性白土、高岭石、氧 化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、淀粉、合成树脂、陶瓷等。此外还有疏水性的载体如丁基或 己基葡聚糖凝胶可以疏水性吸附酶。物理吸附法具有酶活性中心不易被破坏,酶的髙级结构变化 少,操作简便的优点。缺点是酶与载体的结合力弱,酶易脱落1 第九章 固定化生物催化剂 9.1 酶的固定化方法概述： 酶催化剂可以分为几种主要类型，包括游离酶、游离细胞（发酵）、固定化酶、固定化细 胞或细胞器，它们都可以用于工业生产。与游离酶和游离细胞相比，固定化酶和固定化细胞有着 特别的优越性。游离酶与底物混在一起反应，随着反应时间的延长，产物积累，反应速度会逐渐 下降；只能采用分批法生产，反应结束后酶不能回收；有酶在反应混合液中，给产物的分离增加 了困难。发酵需要添加许多营养物质，成本高；易染杂菌；发酵液的成分复杂，产物分离困难； 易造成环境污染。固定化酶和固定化细胞操作方便；对微生物污染不敏感；容易实现连续生产和 自动化生产，即使是批式生产也能回收生物催化剂反复使用；产物的分离简单；酶经固定化后稳 定性增加。使用非增殖的固定化细胞仅需要维持催化反应的能量，因此效率比发酵法高。固定化 细胞的生长阶段和催化反应阶段是分开进行的，可以各自选择最优化的条件，而发酵中这两步是 在同一设备中同时进行的，操作条件只能是两种要求之间的折衷。 酶固定化的研究最早可以追溯到 1916 年，Nelson 和 Griffin 首先发现酵母蔗糖酶能被骨碳 粉末吸附，并在吸附状态下仍有酶活性。1953 年，Grubhofer 和 Schleith 为应用目的而积极开展 固定化酶的研究工作，他们将聚氨苯乙烯树脂重氮化，使羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸 酶等结合在树脂上，实现了酶的固定化。1969 年千火田一郎等首先在工业生产中应用固定化氨 基酰化酶生产 L-氨基酸。至今已有多种固定化酶获得工业规模的应用，如固定化葡萄糖异构酶 生产高果糖浆，固定化青霉素酰化酶生产 6-氨基青霉烷酸，固定化微生物细胞生产 L-天冬氨酸 和 L-苹果酸，固定化乳糖酶生产低乳糖牛奶等。 安徽医科大学用固定在聚酯片上的杂交瘤细胞，生产用于血型鉴定的单克隆抗体（可查一 下 1997 年 2 月上旬的健康报）。 固定化酶的制备方法可分为三大类：a. 载体结合法；b. 交联法；c. 包埋法。 9.1.1 载体结合法： 它是将酶结合于水不溶性载体的一种固定化方法。根据结合的方式不同，又可分为物理吸 附、离子结合和共价结合三种。 9.1.1.1 物理吸附： 可用于物理吸附制备固定化酶的载体很多，如活性炭、多孔玻璃、酸性白土、高岭石、氧 化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、淀粉、合成树脂、陶瓷等。此外还有疏水性的载体如丁基或 己基葡聚糖凝胶可以疏水性吸附酶。物理吸附法具有酶活性中心不易被破坏，酶的高级结构变化 少，操作简便的优点。缺点是酶与载体的结合力弱，酶易脱落