固定化脂肪酶研究进展(2)

固定化脂肪酶研究进展

毛满琴

生物工程一班，20091489）

摘要：固定化脂肪酶由于其易与底物分离且可重复使用而备受关注。综述了常用的固定化方法，包括吸附法、共价交联法和包埋法，不同的固定化方法对酶的性质有不同的影响。

关键词：固定化，脂肪酶，载体

Research progress in lipase immobilization

MAO Man-qin

（Class one, bioengineering, 20091489）

Abstract: Immobilized lipase become a hotspot because its easy to separate and can be reused. The common immobilization methods were generally introduced including adsorption, covalent cross-linking method and entrapment method. Different immobilization methods had different effects on the enzyme.

Key words: immobilization; lipase; carrier

脂肪酶（Lipase EC3.1.1.3,甘油酯水解酶）是一类特殊的酰基水解酶，它的底物是油脂，其水解部位是油脂中脂肪酸和甘油相连接的酯键；脂肪酶能在油水界面上催化酯水解或醇解、酯合成、酯交换、内酯合成、多肽合成、高聚物合成及立体异构体拆分等有机合成反应，是目前被重点研究的酶催化剂。脂肪酶与底物的作用过程包括：第一步，活化丝氨酸的酰基化（通过亲核攻击）和酯键裂解，甘油二酯释放后，四面体半缩醛中间产物形成；第二步，脱酰基作用（丝氨酸酰基化的逆反应），是活化水分子对酯进行攻击，接下来的裂解过程同样包括脂肪酸释放后四面体半缩醛中间产物结构的形成。游离脂肪酶催化技术虽然成熟，但酶分离困难，不能重复使用，难以实现过程连续化，因此脂肪酶催化技术工业化很大程度上取决于酶的固定化。当底物和产物是小分子的可溶性物质时，固定化酶更占优势。

1 固定化脂肪酶的方法

[1] [2]

1.1 吸附法

吸附法是最简单的固定化方法，载体和生物催化剂之间的作用力是次级作用力。根据吸附的特点又分为物理吸附法和离子交换吸附法。

彭立凤[3]等研究了以CaCO3粉末为载体吸附法固定化脂肪酶的方法。结果表明，当酶的用量为CaCO3质量的013g.g「1，吸附时间1.5h，所得固定化酶活最高，为

158.1UCaCO3/g.min。

林繁华[4]等利用以醋酸纤维素/聚丙烯复合膜为载体对脂肪酶进行吸附固定，研究了

不同条件对固定化脂肪酶活性的影响。实验结果表明当酶浓度为0.020g/mL 时效果最好，

当酶的浓度低于0.020g/mL 时，固定化酶活随酶浓度的增大而增加，而高于此值固定化酶

的酶活不再增加。说明脂肪酶在吸附固定化时,载体吸附的酶量是有限的，一方

面可能是载体的吸附能力较弱，使载体可吸附的酶量较少，催化活性较低；另一方面即

使载体吸附性较强，但吸附的蛋白质过多，造成酶分子相互聚集导致脂肪的活性中心互相

遮盖，使酶的催化活性可能很低。因此在酶的固定化过程中，要得到较好的固定化效果

需要选择合适的载体和合适的酶浓度；随吸附时间的增加,醋酸纤维素/聚丙烯复合膜

在2〜3h时固定化酶相对酶活较大，当进一步延长固定化时间，酶分子与载体反应基团的结合可能已经不是主要因素，酶在环境中失活或者由于酶分子相互聚集导致脂肪酶的活性中心互相遮盖而影响酶活，因此醋酸纤维素/聚丙烯复合膜在2〜3h 时固定化酶酶活较大。

罗文［5］等利用多孔玻璃珠为载体，采用共价法对假丝酵母99-125 脂肪酶进行了固

定，对比了固定化酶与游离酶的最适反应温度、pH 值以及热稳定性。多孔玻璃珠表面的羟基与硅烷化试剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应，载体表面接入氨基；再用交联剂戊二醛对载体进行活化：戊二醛的一个醛基与载体表面的氨基以共价键结合后，载体表面接入醛基。载体上的醛基将与酶蛋白分子的氨基结合而将脂肪酶固定。实验发现固定化酶的最适温度为40~45C，比游离酶最适反应温度（40C ）范围有所变宽，并且温度在40C以上时，固定酶的相对活力大于同一温度下游离酶的相对活力。这说明了游离酶经

固定化后热稳定性升高，这可能是因为固定化过程稳定了酶分子的构象，因而使固定化酶的临界变性温度提高。关于酶的热稳定性，实验测定了酶在各个温度下保持1h 后的活力。随着温度的增加，游离酶活力逐渐下降，在60C已基本失活；固定化酶活力则

随着温度的增加，酶相对活力在轻微增加后才下降，在50C下保存1h后，固定化酶相

对酶活达到最高值（143%）,固定化酶在70C下，酶活还能维持为初始酶活的86%.可见经改性多孔玻璃珠固定化工艺后，脂肪酶的热稳定性明显提高。可见改性多孔玻璃珠对脂肪酶的固定，稳定了脂肪酶构象，使其热稳定性提高。固定化酶相对活力随着温度的变化情况则可能与酶分子在载体上的状态有关。

虞英⑹等以D311离子交换树脂为载体，通过离子交换吸附法对Lipolase100L脂肪

酶进行了固定化。采用考马斯亮蓝法测定了酶蛋白在离子交换树脂上的吸附率，考察并得到了酶固定化的最佳条件。有效的固定化。实验结果表明固定化的最佳条件为在pH=10缓冲液下，加酶液量为每克预处理过的树脂加入 1.5mL原酶液，吸附时间为10h，温度为35r。得到的固定化酶催化合成月桂酸月桂醇酯，在加酶量4mg/mL，最佳水质

量分数8%，55E的条件下酯化反应催化效果最好，反应210 min转化率可达91.3%.

刘汝宽［7］等采用大孔树脂D3520 作载体以载体涂布法来固定化脂肪酶，对固定化条件进行了优化并分析固定化酶的性能，在水分含量为3%〜5%，pH 9.0，反应温度为40r 条件下，固定化酶具有最佳的催化活力（91.49U/g）.与游离酶相比，固定化酶具有更好的性能。

胡隼⑹以无纺布为载体，吸附法固定化假丝酵母99-125脂肪酶。研究了温度对固

定化脂肪酶的影响：多数脂肪酶催化反应的最佳温度范围介于30〜37C,固定化增加

了酶的构象稳定性，使最适温度会有所上升。温度的提高有利于酯化反应生成水的脱除，但过高的温度会使酶热失活，所以实验需控制适宜的反应温度范围。