食品酶

酶的稳定性和固定化

摘要：固定化酶，不溶于水的酶。是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。便于运输和贮存，有利于自动化生产。固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。

关键词：固定化酶，稳定性

正文：

一、酶稳定的分子原因

1、稳定蛋白质构象的力（盐键、氢键、二硫键和疏水作用）。

2、金属离子、底物、辅助因子和其他低相对分子量配体的相互作用使酶蛋白构象稳定。

3、金属离子由于结合到多肽链的不稳定部分（特别是拐弯处），可以显著增加酶的稳定性。

4、蛋白质与其它的生物大分子尤其是蛋白质与脂的作用。

在生物体内，蛋白质常与脂类或多糖相互作用形成复合物，屏蔽了蛋白质表面的疏水区域，从而显著增加蛋白质的稳定性。

5、氨基酸残基的坚实装配

蛋白质分子中存在约25%的体积的空隙，这些空隙通常为水分子所充满。由布朗运动调节的极性水分子与蛋白质疏水核的接触会导致蛋白质不稳定。

6、对氧化修饰敏感的氨基酸含量较低

活性部位的氨基酸残基的氧化作用是酶失活的最常见机理之一。如半胱氨酸的巯基和色氨酸的吲哚环，对氧化特别敏感。

二、酶的固定化方法

（一）、吸附法

物理吸附法：酶被物理吸附于不溶性载体的一种固定化方法。此类载体很多，无机载体有多孔玻璃、活性炭、酸性白土、漂白土、高岭石、氧化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、磷酸钙、金属氧化物等；天然高分子载体有淀粉、白蛋白等；最近，大孔型合成树脂、陶瓷等载体也十分引人注目；此外还有疏水基的载体（丁基或己基-葡聚糖凝胶）可以疏水性吸附酶，以及以单宁作为配体的纤维素衍生物等载体。物理吸附法酶活力损失少，但容易脱落。

离子吸附法(ion binding)：酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体的固定化方法。用于此法的载体有阴离子交换剂如DEAE-纤维素，DEAE-葡聚糖凝胶，Amberlite IRA-93, IRA-410, IRA-900；阳离子交换剂如CM-纤维素，Amberlite CG-50, IRC-50, IR-120,Dowex-50等。

离子吸附法：酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体的固定化方法。

（二）、共价结合法

酶与载体以共价键结合的固定化方法，是载体结合法中报道最多的方法。归纳起来有两类，一是将载体有关基团活化，然后与酶有关基团发生偶联反应；另一种是在载体上接上一个双功能试剂，然后将酶偶联上去。可与载体结合的酶的功能团有氨基、羧基、巯基、羟基、咪唑基、酚基等，参与共价结合的氨基酸残基不应是酶催化活性所必需的，否则会造成固定后酶活力丧失。

所用载体分三类：天然有机载体（如多糖、蛋白质、细胞）、无机物（玻璃、陶瓷等）和合成聚合物（聚酯、聚胺、尼龙等），其活化方法依载体性质各不相同。

（三）、交联法

用双功能或多功能试剂使酶与酶或微生物与微生物细胞之间交联的固定化方法。最常见的交联剂是戊二醛。交联法反应条件比较剧烈，固定化酶活回收率一般较低。

（四）、包埋法

将酶或微生物包埋在高分子凝胶细微网格中的称为凝胶包埋。载体材料有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光敏树脂等合成高分子化合物以及淀粉、明胶、胶原、海藻酸和角叉菜胶等天然高分子化合物。合成高分子化合物常采用单体或预聚物在酶或微生物存在下聚合的方法，而溶胶状天然高分子化合物则在酶或微生物存在下凝胶化。网格型包埋法是固定化微生物中用得最多、最有效的方法。

三、固定化酶的优点

1、易将酶与底物、产物分开；

2、可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应；

3、在大多数情况下，能够提高酶的稳定性；

4、酶反应过程能够加以严格控制；

5、产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺；

6、较游离酶更适合于多酶反应；

7、可以增加产物的收率，提高产物的质量；

8、酶的使用效率提高，成本降低。

四、固定化酶的前景及应用

（一）、在工业上的应用

1.氨基酰化酶

2.葡萄糖异构酶

3.酒精和啤酒的生产

使用的菌种大多为酿酒酵母，固定化方法大多数采用海藻酸钙凝胶和卡拉胶包埋法。

固定化细胞技术用于啤酒生产后，将原来的分批发酵改为连续生产，大大缩短了啤酒发酵和成熟时间，生产能力大大提高。

（二）、化学分析和临床诊断方面的应用

酶纸、酶柱和酶管，可与分光光度计、荧光计或电量计结合，形成酶电极，进行某些物质的自动分析。

（三）、医学方面的应用

固定化青霉素酰化酶，只要改变pH值等条件，就可以生成不同的产物。（四）、环境保护方面的应用

1、环境监测

2、污染物处理

（五）、能源开发方面的应用

将植物的叶绿体中的铁氧还原蛋白氧化酶系统用胶原膜包被，可用于水的光介产生氢气和氧气。

参考文献：

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