酶固定化技术

化学名词

酶固定化技术即是用载体材料将酶束缚或限制在一定的空间内，保留其催化活性，并可回收及重复使用的一类技术。

技术背景

酶是一种高效的催化剂，在生产实际中有着广泛的应用。酶固定化技术通过物理或化学的方法将游离酶和相应载体结合起来，从而增强了酶的稳定性，利于保存运输。同时又能将酶与底物分离，达到重复利用，降低成本的目的。

特性

优点

①得到的固定化酶有载体保护，较之于游离酶通常稳定性更好好

②固定化酶能够重复使用，降低了成本

③固定化酶能够实现和反应物产物的分离

④减少了酶在产物中的残留，防止产物被酶污染

⑤酶经过固定化之后可以较长时间得持续催化反应

缺点

①对固定化技术要求高，增加成本损耗

②在固定化过程中，酶活有一定损失

③固定化的效率视不同过程而定

发展历程

Nelson和Griffin在1916年首次发现了木炭上结合的蔗糖酶(invertase)仍然具有游离酶的催化活性，但系统地应用和研究始于20世纪50年代。各种固定化载体和固定化技术开始出现，在1971年美国召开的首届酶工程会议上，固定化酶被正式建议采用。

载体分类

天然有机物

许多天然有机物都可作为固定化酶的载体，主要是一些不溶于水的多糖类载体，如纤维素、淀粉、琼脂糖、壳聚糖和海藻酸等等。这些载体最大的优点是无毒性、性能温和、亲水性能强、容易改性、材料来源广、成本低等。

合成有机物

合成高分子材料是固定化酶技术中具有发展前景的材料之一，它们的结构和性能可以人为的调节和控制，从而满足不同酶的固定化以及酶催化反应的需求。合成高分子材料相比于天然有机物，它们自身抗微生物的抗腐新歌能更佳，机械强度也得到了提升。

无机固体

无机载体相比于有机载体机械强度更高，热稳定性好，不易分解。常用的无机载体主要有玻璃、金属、氧化铝、膨润土、二氧化硅等。

技术方法

物理方法

吸附法是最早出现的固定化方法，吸附法又可以分为两种，分别是离子交换吸附和物理吸附。这种方法条件比较温和，基本上不会很大程度地改变酶的构象，因此对酶的催化性就不会产生大的影响；但是酶和载体之间却有着比较弱的结合力，这样在一些特殊的条件下，比如有着较高的盐浓度、高温等，酶就很容易从载体上脱落并且污染催化反应产物。

包埋法是将酶包埋于聚合物的孔隙中的固定化方法。根据包埋形态类型可将包埋法分为网格型和微囊型两种。利用聚丙烯酰胺、聚乙妇醇、淀粉、明胶、海藻酸等载体的细微网格将酶包埋进去的方法称为网格型包埋。微囊型是指将酶包埋于高分子半透膜中形成微胶囊。但是采用这种方法容易出现酶的漏失和扩散限制等问题。

化学方法

交联法指的是利用一些多功能交联试剂，如戊二醛等，在酶分子间或酶分子和载体分子间形成共价键，再加上一些不同的交联条件，从而产生固定化酶。交联法往往和其他方法共同使用。

共价结合是通过载体表面的活性功能基团和酶分子上的非必需基团形成化学共价键，从而实现不可逆结合的酶固定方法。但该方法反应比较激烈，容易造成酶的失活。

新型固定化方法

光偶联法是使用光敏性单体聚合物包埋具有光敏基团载体的共价固定化酶或者普通的固定化酶，在温和的条件下实现转化，因此获得的固定化酶往往有着比较高的酶活力。

等离子体可以修饰载体材料表面，从而实现活性基团引入，达到固定化的目的。

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