食品酶学-第7章
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食品酶学-第7章
第二节 固定化酶的制备方法
一、吸附法 二、包埋法
在制备固定化酶时，必须保 证酶活力部位的氨基酸残基 不发生变化，避免那些导致 酶蛋白高级结构破坏的操作
三、共价键结合法
四、交联法
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食品酶学-第7章
一、吸附法
1.物理吸附法 酶被载体吸附而固定化的方法
常用的载体有活性炭、多孔玻璃、多孔陶瓷、酸性白 土、漂白土、高岭土化铝、硅胶、膨润土、羟基磷 灰石、磷酸钙、金属氧化物等；有机有淀粉、谷蛋 白、丁基或己基—葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生物 壳素及其衍生物等。
食品酶学-第7章
第一节 酶固定化技术发展史 第二节 固定化酶的制备方法 第三节 固定化酶的特性 第四节 固定化酶的催化反应机理探讨 第五节 固定化活细胞 第六节 酶催化反应器及其类型
食品酶学-第7章
第一节 酶固定化技术发展史
• 固定化酶是20世纪60年代发展起来的一种新 技术。
• 早在1916年Nelson和Griffin首先发现酶不 溶于水而具有酶活性这一现象。
食品酶学-第7章
• 20世纪60年代后期，固定化酶的研究相继在 美国和欧洲等国展开
• 1971年，第一届酶工程会议正式建议采用固 定化酶的名称。
食品酶学-第7章
• 我国固定化酶的研究起步较晚，开始于1970年，先在 染料工业使用双功能试剂将β—硫酸酯乙砜基苯胺引 入固定化领域，用于多糖载体与多种酶共价结合，后 来还研制成功固定化5，一磷酸二酯酶生产单核苷酸， 固定化青霉素酰化酶生产6—氨基青霉烷酸(6—APA) 和固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆等，成功应用于 工业化生产。
• 此法曾用于固定化天门冬酰胺酶、脲酶等。
食品酶学-第7章
(2)界面聚合法
• 是将亲水性单体和疏水性单体利用界面聚合的原理使 酶包埋于半渗透性聚合体中的方法。
• 该法制备的微囊的大小能随乳化剂浓度和乳化时的搅 拌速度而自由控制，制备过程所需时间非常短。但在 包埋过程中由于发生化学反应而会引起某些酶失活。
食品酶学-第7章
➢固定化的酶的优点
• 固定化的酶具有高的催化效率和高度专一性 • 固定化酶提高了对酸碱和温度的稳定性，增
加了酶的使用寿命 • 可简化工艺，反应后易与反应产物分离，减
少了产物分离纯化的困难，而提高了产量和 质量
食品酶学-第7章
• 目前，固定化酶已经在工农业、医药、分析、 亲和层析、能源开发、环保和理论研究等方 面得到了广泛应用，取得了丰硕成果。
• 1948年Summer把刀豆脲酶制成非水溶性酶， 也同样具有酶活力。
食品酶学-第7章
• 1953年由Grubhofer和Schleith等采用聚氨苯乙烯树脂 重氮化法实现了羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶和核糖核 酸酶等酶的固定化。
• 1960年日本田边应用化学研究所著名学者千烟一郎将 固定化酶应用到工业上，开始了氨基酰化酶的固定化 研究，1969年夏天，他成功地将固定化氨基酰化酶反 应用于DL—氨基酸的光学拆分上，实现了酶连续化 反应的工业化，在世界上开创了固定化酶应用于工业 生产的先例。
食品酶学-第7章
• 物理吸附法具有酶活力部位及其空间构象不 易坏的优点，但酶附着在载体上，存在易于 脱落等缺点。
• 曾采用固定化的酶有α—淀粉酶、糖化酶、葡 萄糖氧化酶等。
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2.离子吸附法
• 离子吸附法是将酶与含有离子交换基团的水 不溶性载体静电作用力相结合的固定化方法。
食品酶学-第7章
• 包埋法可分为网格型和微囊型两种。 • 包埋法一般不需要与酶蛋白的氨基酸残基进
行结合反应，很少改变酶的空间构象，酶活 回收率较高，因此，可以应用于许多酶的固 定化，但是，在发生化学反应时，酶容易失 活，必须巧妙设计反应条件。
食品酶学-第7章
• 包埋法只适合作用于小分子底物和产物的酶， 对于那些作用于大分子底物和产物的酶是不 适合的，因为只有小分子可以通过高分子凝 胶的网格扩散，并且这种扩散阻力还会导致 固定化酶动力学行为的改变，降低酶活力。
• 离子吸附法的载体有多糖类离子交换剂和合 成高分子离子交换树脂。例如DEAE—纤维素、 ECTEOLA-纤维素、TEAE—纤维素、CM— 纤维素、纤维素—柠檬酸盐、DEAE-葡聚糖 凝胶、Amberlite CG—50、IRC—50、IR-45、 IR-120、IR—XE—97、Dowex—50等。
食品酶学-第7章
1.网格型
• 网格型
将酶包埋于高分子凝胶细微网格内
采用网格型包埋法的固定化载体有聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇和光敏树脂等高分子化合物，以及淀 粉、明胶、卡拉胶、胶原、大豆蛋白、壳聚糖、 海藻酸钠和角叉菜胶等天然高分子化合物。
食品酶学-第7章
2.微囊型
• 微囊型
将酶包埋在高分子半透膜中制备成微囊型
界面沉淀法、界面聚合法、二级乳化法、 液膜(脂质体)法
食品酶学-第7章
(1)界面沉淀法
• 该法是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解 度极低而形成皮膜将酶包埋的。
• 此法条件温和，酶不易失活，但要完全除去膜上残留 的有机溶剂很困难。作为膜材料的高聚物有硝酸纤维 素、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。
食品酶学-第7章
• 离子吸附法操作简单，处理条件温和，酶活 力部位的氨基酸残基不易被破坏。但是，载 体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种类 或pH的影响，在离子强度高的条件下进行反 应时，酶往往会从载体上脱落。
• 采用此法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶， β—淀粉酶、纤维素酶等。
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二、包埋法
第七章
固定化酶和固定化活细胞
食品酶学-第7章
酶工程简介
• 酶工程主要研究范围 酶的生产、纯化、固定化技术、 酶分子结构的修饰和改造、
在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用
食品酶学-第7章
• 根据研究和解决问题的手段不同
天然酶
化学修饰酶
化学酶工程 固定化酶
(初级酶工程)
酶工程
人工模拟酶 克隆酶
生物酶工程
(高级酶工程)
突变酶 新酶
食品酶学-第7章
固定化酶
• 固定化酶(immobilizedenzyme) :通常酶催 化反应都是在水溶液中进行的，而固定化酶 是将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之 成为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态。
食品酶学-第7章
固定化酶
• 酶的固定化方法大致分为物理法和化学法， 物理法有吸附法和包埋法；化学法有共价偶 联法和交联法 。
第二节 固定化酶的制备方法
一、吸附法 二、包埋法
在制备固定化酶时，必须保 证酶活力部位的氨基酸残基 不发生变化，避免那些导致 酶蛋白高级结构破坏的操作
三、共价键结合法
四、交联法
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食品酶学-第7章
一、吸附法
1.物理吸附法 酶被载体吸附而固定化的方法
常用的载体有活性炭、多孔玻璃、多孔陶瓷、酸性白 土、漂白土、高岭土化铝、硅胶、膨润土、羟基磷 灰石、磷酸钙、金属氧化物等；有机有淀粉、谷蛋 白、丁基或己基—葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生物 壳素及其衍生物等。
食品酶学-第7章
第一节 酶固定化技术发展史 第二节 固定化酶的制备方法 第三节 固定化酶的特性 第四节 固定化酶的催化反应机理探讨 第五节 固定化活细胞 第六节 酶催化反应器及其类型
食品酶学-第7章
第一节 酶固定化技术发展史
• 固定化酶是20世纪60年代发展起来的一种新 技术。
• 早在1916年Nelson和Griffin首先发现酶不 溶于水而具有酶活性这一现象。
食品酶学-第7章
• 20世纪60年代后期，固定化酶的研究相继在 美国和欧洲等国展开
• 1971年，第一届酶工程会议正式建议采用固 定化酶的名称。
食品酶学-第7章
• 我国固定化酶的研究起步较晚，开始于1970年，先在 染料工业使用双功能试剂将β—硫酸酯乙砜基苯胺引 入固定化领域，用于多糖载体与多种酶共价结合，后 来还研制成功固定化5，一磷酸二酯酶生产单核苷酸， 固定化青霉素酰化酶生产6—氨基青霉烷酸(6—APA) 和固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆等，成功应用于 工业化生产。
• 此法曾用于固定化天门冬酰胺酶、脲酶等。
食品酶学-第7章
(2)界面聚合法
• 是将亲水性单体和疏水性单体利用界面聚合的原理使 酶包埋于半渗透性聚合体中的方法。
• 该法制备的微囊的大小能随乳化剂浓度和乳化时的搅 拌速度而自由控制，制备过程所需时间非常短。但在 包埋过程中由于发生化学反应而会引起某些酶失活。
食品酶学-第7章
➢固定化的酶的优点
• 固定化的酶具有高的催化效率和高度专一性 • 固定化酶提高了对酸碱和温度的稳定性，增
加了酶的使用寿命 • 可简化工艺，反应后易与反应产物分离，减
少了产物分离纯化的困难，而提高了产量和 质量
食品酶学-第7章
• 目前，固定化酶已经在工农业、医药、分析、 亲和层析、能源开发、环保和理论研究等方 面得到了广泛应用，取得了丰硕成果。
• 1948年Summer把刀豆脲酶制成非水溶性酶， 也同样具有酶活力。
食品酶学-第7章
• 1953年由Grubhofer和Schleith等采用聚氨苯乙烯树脂 重氮化法实现了羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶和核糖核 酸酶等酶的固定化。
• 1960年日本田边应用化学研究所著名学者千烟一郎将 固定化酶应用到工业上，开始了氨基酰化酶的固定化 研究，1969年夏天，他成功地将固定化氨基酰化酶反 应用于DL—氨基酸的光学拆分上，实现了酶连续化 反应的工业化，在世界上开创了固定化酶应用于工业 生产的先例。
食品酶学-第7章
• 物理吸附法具有酶活力部位及其空间构象不 易坏的优点，但酶附着在载体上，存在易于 脱落等缺点。
• 曾采用固定化的酶有α—淀粉酶、糖化酶、葡 萄糖氧化酶等。
食品酶学-第7章
2.离子吸附法
• 离子吸附法是将酶与含有离子交换基团的水 不溶性载体静电作用力相结合的固定化方法。
食品酶学-第7章
• 包埋法可分为网格型和微囊型两种。 • 包埋法一般不需要与酶蛋白的氨基酸残基进
行结合反应，很少改变酶的空间构象，酶活 回收率较高，因此，可以应用于许多酶的固 定化，但是，在发生化学反应时，酶容易失 活，必须巧妙设计反应条件。
食品酶学-第7章
• 包埋法只适合作用于小分子底物和产物的酶， 对于那些作用于大分子底物和产物的酶是不 适合的，因为只有小分子可以通过高分子凝 胶的网格扩散，并且这种扩散阻力还会导致 固定化酶动力学行为的改变，降低酶活力。
• 离子吸附法的载体有多糖类离子交换剂和合 成高分子离子交换树脂。例如DEAE—纤维素、 ECTEOLA-纤维素、TEAE—纤维素、CM— 纤维素、纤维素—柠檬酸盐、DEAE-葡聚糖 凝胶、Amberlite CG—50、IRC—50、IR-45、 IR-120、IR—XE—97、Dowex—50等。
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1.网格型
• 网格型
将酶包埋于高分子凝胶细微网格内
采用网格型包埋法的固定化载体有聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇和光敏树脂等高分子化合物，以及淀 粉、明胶、卡拉胶、胶原、大豆蛋白、壳聚糖、 海藻酸钠和角叉菜胶等天然高分子化合物。
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2.微囊型
• 微囊型
将酶包埋在高分子半透膜中制备成微囊型
界面沉淀法、界面聚合法、二级乳化法、 液膜(脂质体)法
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(1)界面沉淀法
• 该法是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解 度极低而形成皮膜将酶包埋的。
• 此法条件温和，酶不易失活，但要完全除去膜上残留 的有机溶剂很困难。作为膜材料的高聚物有硝酸纤维 素、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。
食品酶学-第7章
• 离子吸附法操作简单，处理条件温和，酶活 力部位的氨基酸残基不易被破坏。但是，载 体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种类 或pH的影响，在离子强度高的条件下进行反 应时，酶往往会从载体上脱落。
• 采用此法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶， β—淀粉酶、纤维素酶等。
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二、包埋法
第七章
固定化酶和固定化活细胞
食品酶学-第7章
酶工程简介
• 酶工程主要研究范围 酶的生产、纯化、固定化技术、 酶分子结构的修饰和改造、
在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用
食品酶学-第7章
• 根据研究和解决问题的手段不同
天然酶
化学修饰酶
化学酶工程 固定化酶
(初级酶工程)
酶工程
人工模拟酶 克隆酶
生物酶工程
(高级酶工程)
突变酶 新酶
食品酶学-第7章
固定化酶
• 固定化酶(immobilizedenzyme) :通常酶催 化反应都是在水溶液中进行的，而固定化酶 是将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之 成为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态。
食品酶学-第7章
固定化酶
• 酶的固定化方法大致分为物理法和化学法， 物理法有吸附法和包埋法；化学法有共价偶 联法和交联法 。