壳聚糖固定化酶研究进展

壳聚糖固定化酶研究进展

夏文水1，2谭丽2

（1.武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023；2.江南大学食品学院，江苏无

锡214122）

(1．College of Food Science and Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan，Hubei430023,China；2.School of Biotechnology,Jiannan University,Wuxi,Jiangsu

214122,China)

摘要：介绍壳聚糖作为固定化酶载体的主要3种情况：壳聚糖直接作为固定化酶载体；壳聚糖衍生物作为固定化酶载体；壳聚糖与其他物质共同作为固定化酶载体。壳聚糖及其衍生物的固定化酶具有酶活性高、回收率高和耐贮藏等特点。指出壳聚糖及其衍生物在固定化酶技术领域有着广阔的应用前景。

关键词：壳聚糖；衍生物；固定化酶；

Abstract:Chitosan and its derivatives with superior functionality and biocompatibility,were used to immobilized enzymes by method of adsorption\adsorb-cross linkage\gel-embed and complex carries,there are three kinds of enzyme carrier included chitosan,chitosan derivative and mixture of chitosan with other compounds.The immobilized enzymes prepared with chitosan and its derivatives exhibited high activity,high recoverity and long storage time.The technology of immobilized-chitosan enzyme offers an extraordinary potential in applications for food and other fields.

Keywords:Chitosan；Derivatives；Immobilized enzyme

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基金项目：湖北省教育厅科学研究计划项目（项目编号：D200518008）

作者简介：夏文水（1958-），男，武汉工业学院食品科学与工程学院教授。

E-mail:Xiaws@

收稿日期：2007-10-02

壳聚糖（chitosan）是甲壳素(chitin)脱乙酰基的产物，是由大部分2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖单元和少量N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖单元以β-1，4糖苷键连接的二元

线性共聚物，相对分子质量通常在几十万到上百万左右，其结构式如图1所示。壳聚糖除有多糖结构外还含有氨基功能基团，具有优越的功能性和生理保健作用[1]，是一种资源量丰富、性质独特、多功能的天然高分子生物材料。它具有良好的生物相容性，可被生物降解，无毒无害安全，对环境无污染；具有很好的成胶性质，易于加工成粉、膜、多孔微球、凝胶、纳米粒子等多种形态，是一类性能优良的固定化酶载体。近年来有关壳聚糖及其衍生物应用于固定化酶方面的研究报道数量很多，已经用于100多种酶的固定化[2]。

壳聚糖作为固定化酶载体主要分为以下3种情况：壳聚糖直接作为固定化酶载体；壳聚糖衍生物作为固定化酶载体；壳聚糖与其他物质共同作为固定化酶载体，下面将分别加以介绍。

图1-壳聚糖的结构

1壳聚糖直接作为固定化酶载体

壳聚糖本身是一种多孔网状天然高分子粉粒材料，耐热性好，其分子中的羟基和氨基可形成活泼界面，对蛋白质有显著的亲合力，可将酶吸附通过离子键、氢键及范德华力而与载体结合。John等[3]将壳聚糖研磨成粉状，与粉状胰蛋白酶混合研磨，通过吸附作用固定胰蛋白酶。结果表明：研磨时间越长，固定化效果越好。李志国等[4]以壳聚糖为载体，用物理吸附固定化脂肪酶，对影响固定化过程的各种因素进行考察，确定最优条件，结果表明：固定化酶的可操作性优于游离酶。

以壳聚糖为载体通过吸附制备固定化酶，酶不易失活，但酶与载体之间的结合力弱，在使用过程中酶分子易从载体上脱落，因此，多数情况下使用吸附-交联法以提高其稳定性。最常用的交联剂是甲醛和戊二醛[5,6]。周纪宁[7]采用甲醛活化交联壳聚糖固定L-天冬酰胺酶，其活力回收可达20%～25%。但更多交联剂采用戊二醛。岳振峰等[8]将粉末状壳聚糖制备成微球形多孔载体，采用吸附—交联的方法进行固定化。在最佳固定化条件下，酶活力回收率为78.1%，具有较好的强度。吴茜茜等[9]研究了壳聚糖吸附和戊二醛交联对脂肪酶固定化的影响。蔡俊等[10]对谷胱甘肽硫转移酶的固定化、游离酶和固定化酶的酶学特性进行了研究，通过试验确定谷胱甘肽硫转移酶的最佳固定化条件为先用2%壳聚糖吸附酶，然后再加戊二醛交联，戊二醛浓度1.2%，交联时间为16h。王俊等[11]以壳聚糖为载体，采用戊二醛为交联剂的方法

来固定海藻糖合成酶。赵江等[12]采用壳聚糖吸附和戊二醛交联的方法，将胃蛋白酶固定于壳聚糖上。

戊二醛交联是双功能团醛基与壳聚糖和酶分子中的氨基发生亲核加成反应生成西佛碱(Schiff base)，通过共价键结合。其键合机理如下：

壳聚糖的氨基+OHC(CH

2)

3

CHO+酶的氨基→壳聚糖—N=CH(CH

2

)

3

CH=N—酶

采用戊二醛为交联剂，酶能够通过化学键与载体结合，并且其操作稳定性较吸附法和包埋法有所提高，因而在研究中受到广泛重视。此方法已经用于多种酶的固定，如表1所示。

表1采用戊二醛交联活化的壳聚糖作为载体的固定化酶酶载体形态参考文献时间

青霉素酰化酶

AS1.398中性蛋白酶

纤维素酶

脲酶

三角酵母D-氨基酸氧化酶

链霉菌Strz-2胞外木聚糖酶木瓜蛋白酶

葡萄糖氧化酶

真菌漆酶

碱性脂肪酶

谷胱甘肽硫转移酶

α-葡萄糖转苷酶

α-淀粉酶

β-淀粉酶

切枝普鲁兰酶

单宁酶颗粒

中空球形

中空球形

粉末状

凝胶

微球

无定形

粉末状

微球

膜

凝胶

凝胶

粉末状

中空球形

粉末状

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2壳聚糖衍生物作为固定化酶载体