酶的固定化技术(精选)
酶的固定化技术
摘要：酶的固定化技术是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，酶仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。
经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
因此酶的固定化技术研究已成为十分引人注目的领域。
本文简要介绍了固定化酶技术的概念、制备方法(包括传统固定化技术、传统固定化技术的改进方法、新型固定化技术) 及其在化学化工、食品行业、临床医药、生物传感器和环境科学等领域中的应用现状与存在的问题,并对固定化酶技术的应用前景进行了展望。
关键词：固定化酶；制备；应用；磁性载体；定向固定固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。
固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。
物理方法包括物理吸附法、包埋法等。
物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。
但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。
化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。
酶的固定化
酶的固定化固定化酶是酶工程的核心，利于实现酶的重复利用及产物与酶的分离。
下面以酶的固定化方法为核心，介绍一些有关固定化技术的研究新进展。
1 吸附法利用多种固体吸附剂将酶或含酶细胞吸附在其表面上而使酶固定方法。
该方法最显著的优点是操作简便，条件温和，不会引起酶的变异失活，且载体价廉易得，可反复使用。
但酶与载体结合不牢，极易脱落，所以它的使用受到一定的限制。
因此，人们不断尝试使用新的载体来解决这易脱落的问题。
通常，吸附法分为物理吸附法和离子吸附法。
酶被载体吸附而固定的方法称为物理吸附法。
从载体对酶的适应性来看，这个方法效果是好的，酶蛋白的活性中心不易受破坏，酶的高级结构变化也不明显，但其缺点是酶与载体的相互作用较弱，被吸附的酶极易从载体表面上脱落下来，不能获得较高活力的固定化酶。
该方法常用的载体有活性炭、多孔陶瓷、纤维素及其衍生物、甲壳素及其衍生物等。
纵伟、刘艳芳等(2008)以磁性壳聚糖微球作为新型载体，并采用物理吸附法固定化脂肪酶，对影响固定化的各种因素进行考察，确定了最优条件，同时比较了游离酶和固定化酶的pH值和热稳定性。
结果表明，固定化的适宜条件为：加酶量600 U／g，温度5℃，pH 7．0，固定化时问2 h。
固定化酶的pH值和热稳定性都优于游离酶，固定化酶连续使用5次后，其相对酶活仍为使用前的57.8％，具有较好的操作稳定性。
近年来，随着介孔分子筛制备技术的日臻成熟，人们正在考虑用其担当固定化酶的载体。
与其他材料相比，介孔分子筛规则的孔道、大的比表面积、极强的吸附性能、稳定的结构等特点，使其具有担当固定化酶载体得天独厚的优势。
王炎等(2008)以介孔分子筛MCM一41作为载体，采用物理吸附法对漆酶进行了固定化，考察了时间、pH和给酶量对固定化效果的影响，并对固定化酶的活性及其稳定性进行了研究，讨论了影响固定化过程和固定化酶性质的主要原因。
结果显示，在pH为3.0时，酶和载体比例为62.5 mg／g时吸附12 h固定化效果最好，固定化酶活性回收率为50％。
酶固定化技术的方法
酶固定化技术的方法
酶固定化是将酶与载体物质结合在一起，以增强酶的稳定性和重复使用性的技术。
常见的酶固定化方法包括以下几种：
1. 吸附固定化：将酶溶液与载体物质（如活性炭、陶瓷颗粒）接触，酶分子通过吸附作用与载体物质结合。
2. 凝胶固定化：将酶溶液与凝胶物质（如明胶、琼脂）混合，酶通过物理交联或化学交联与凝胶物质牢固结合。
3. 包埋固定化：将酶溶液与聚合物物质（如聚乙烯醇、明胶）混合，然后通过共混或交联反应，使酶被包裹在聚合物内部。
4. 共价固定化：将酶溶液与活性基团多的载体物质（如硅胶、纳米颗粒、聚乙二醇）反应，形成酶与载体物质之间的共价键连接。
5. 薄膜固定化：在载体表面形成一层薄膜，然后将酶与薄膜固定在一起，常见的方法有溶液浸渍、层层自组装等。
这些方法各有优缺点，选择合适的固定化方法应根据具体的酶性质、应用需求和实际操作条件进行综合考虑。
酶的固定化
固定化技术
一、固定化酶的概念
固定化酶是指固定在一定载体上并在一定 的空间范围内进行催化反应的酶。 水溶性酶 水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （ 固相酶）
酶的固定化技术和固定化酶
酶 可溶 间歇 固定化
吸附
包埋
间歇
交联
连续
结合
固定化酶与游离酶相比，具有下列优点：
1.极易将固定化酶与底物、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。
吸附法
常用的固体吸附剂：活性炭、氧化铝、 硅藻土、羟基磷灰石等。 优点：操作简便，条件温和，不引起 酶失活，载体廉价，而且可反复使用。 缺点：结合力弱，易解吸附由于靠物 理吸附作用，结合力较弱，酶与载体 结合不牢固而容易脱落，所以使用受 到一定的限制。
吸附法
（1）常用载体
无机物
活性炭、白陶土、 氧化铝、多孔玻璃、 硅胶、碳酸钙凝胶 有机物 高分子化合物 淀粉麸质、大孔树脂、 DEAE纤维素、 DEAE葡聚糖凝胶
共价键结合法
酶与不溶于水的载体以共价键形式结合制备 固定化酶的方法。即，通过化学共价键，把与酶 蛋白活性无关的氨基酸功能基团连接在不溶于水 的载体上。
（1）酶与载体反应的主要功能基团
游离羟基：肽链C－末端的α –羧基，天门冬酰氨酸 ，谷氨酸的β－γ羧基 游离氨基：肽链N－末端的δ －氨基， 赖氨酸ε －氨基 巯基：半胱氨酸 羟基：丝氨酸，苏氨酸 酚基：酪氨酸 咪唑基：组氨酸
食品酶学(酶固定化技术)
微胶囊包埋法： • 包埋法
包埋法的特点是:
微胶囊包埋法按制作特征不同，分界面聚合法、界面沉淀格内 乳化法。 A 不影响酶蛋白分子的结构和空间构型 , 固定
或包埋在高分子半通透膜中, 将酶蛋白控制在一个半封 ① 界面沉淀法： 利用某些高分子聚合物在水相和有机相的界面上溶 化的酶活收率高。 闭的空间，这种固定化方法即为包埋法。
一、 酶固定化方法 / 技术
•
• • • • • 按固定化反应类型分, 酶固定化方法分以下四种 吸附法 共价法 交联法 包脉法 近年来人们将吸附法和交联法结合起来，建立了 吸附－交联法
一、 酶固定化方法 / 技术
1 吸附法固定化技术 常用的固定化载体 : • 此法是酶固定化研究最早的方法 , 以吸附剂作 载体, 利用物理吸附的原理,对酶蛋白进行固定 高岭土、磷酸钙凝胶、多孔玻璃、羟基磷灰石; 化的一种方法。 DEAE-SephadexA50, SephadexA25, DEAE-纤维 • 此法的优点是: 素等。 • 固定化酶的制备简单; • 酶固定化载体的再生方便; • 缺点: • 酶与载体的结合不牢固 , 在固定化酶的应 用过程中, 受到介质的 pH、离子强度、反应温 度等因素的影响。
二、 固定化酶的性质
• 由于固定化酶由可溶性状态，变为不溶性状态，酶蛋 白的一系列酶学特性都要受到不同程度的影响。
• ① 酶的活力
• ② 最适温度 • ③ 最适pH • ④ 稳定性 • ⑤ Km
一、 酶固定化方法/技术
3 吸附－交联法固定化技术 • 吸附－交联法是将吸附法和交联法结合起来， 建立的一种良好方法，两种方法的结合，在一 定程度上克服了2种方法的不足。 ① 吸附法酶与载体结合不牢固； ② 交联法酶与载体交联效率低； ③ 交联法载体局限性；
酶固定化技术
酶固定化技术酶固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶，从而发挥催化作用。
固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。
固定化酶（immobilized enzyme）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。
固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。
固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。
物理方法包括物理吸附法、包埋法等。
物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。
但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。
化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法.。
酶工程制药—固定化酶技术
固定化技术 海藻酸钙包埋法装置 将水溶性的海藻酸钠配成水溶液， 并把酶或细胞分散在其中，然后 将其滴入凝固浴中（常用CaCl2 溶液），使海藻酸钠中的Na+， 部分被Ca2+所取代而形成由多 价离子交联的离子网络凝胶。
（3）角叉菜胶包埋法 角叉菜，属褐藻门，杉藻科，角叉菜属， 自然分布于大西洋沿岸和我国东南沿海 以及青岛、大连等海域，是中国的一种 重要经济海藻。角叉菜不仅是卡拉胶生 产的重要原藻，而且近年来越来越多地 应用于医药领域，引起人们的广泛关注。
交联法 借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作 用，制成网状结构的固定化酶的方法。 常用的双功能试剂有戊二醛、己二胺、顺 丁烯二酸酐、双偶氮苯等。其中应用最广 泛的是戊二醛。 戊二醛有两个醛基，这两个醛基都可与酶 或蛋白质的游离氨基反应，形成席夫 （Schiff）碱，而使酶或菌体蛋白交联， 制成固定化酶或固定化菌体。
固定化技术 （1）琼脂凝胶包埋法 将一定量的琼脂加入到一定体积的水中，加热使之溶解，然后冷却至48~55°C，加入 一定量的酶液，迅速搅拌均匀后，趁热分散在预冷的甲苯或四氯乙烯溶液中，形成球 状固定化细胞胶粒，分离后洗净备用。 缺点：机械强度较差，底物、产物扩散困难，故使用受限制
（2）海藻酸钙凝胶包埋法 称取一定量的海藻酸钠，溶于水，配制成一定浓度的海藻酸钠溶液，经杀菌冷却后，与一定 体积的酶液或细胞混合均匀，然后用注射器或滴管将冷凝悬液滴到一定浓度的氯化钙溶液中。 优点：操作简便、条件温和，对细胞无毒害，通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径。 使用时注意控制培养基中磷酸盐的浓度，维持一定的钙离子浓度。
课堂总结
固定化酶的特点
固定化技术与固定化酶概述
引入
固定化生物技术 通过化学或物理的手段将酶或游 离细胞定位于限定的空间区域内， 使其保持活性并可反复利用。
固定化酶方法
固定化酶方法
固定化酶是一种将酶固定在载体上的技术，可以提高酶的稳定性和重复使用性，从而降低生产成本和提高生产效率。
固定化酶技术已经广泛应用于食品、医药、化工等领域。
固定化酶的方法有很多种，包括物理吸附、共价键结合、交联等。
其中，物理吸附是最简单、最常用的方法之一。
物理吸附是指将酶溶液与载体混合，通过静电作用、范德华力等吸附力将酶固定在载体表面。
这种方法操作简单，成本低，但稳定性较差，容易受到温度、pH等因素的影响。
共价键结合是将酶与载体表面的官能团通过化学键结合在一起。
这种方法稳定性较好，但操作复杂，成本较高。
交联是将酶与载体表面的交联剂通过化学反应交联在一起。
这种方法稳定性最好，但操作复杂，成本最高。
固定化酶技术的应用非常广泛。
在食品工业中，固定化酶可以用于酿造啤酒、酸奶、酱油等食品的生产中，可以提高生产效率和产品质量。
在医药工业中，固定化酶可以用于制备药物、诊断试剂等，可以提高药物的稳定性和生物利用度。
在化工工业中，固定化酶可以用于催化反应、废水处理等，可以提高反应速率和废水处理效率。
固定化酶技术是一种非常重要的生物技术，可以提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量，具有广泛的应用前景。
酶的固定化技术及其应用
酶的固定化技术及其应用酶是一种特殊的蛋白质，与许多生物化学反应密切相关，具有高效、高选择性、温和、环保等特点。
在工业、医学、食品、环保等领域都有广泛应用。
然而，如何提高酶的稳定性、重复使用性和机械强度是困扰工业应用的难题之一。
为了解决这个问题，固定化技术应运而生。
酶的固定化技术就是将酶固定到材料（如载体）上，使其成为固定化酶，从而提高酶的使用效率和经济效益。
一、酶的固定化技术酶的固定化技术包括物理固定化和化学固定化。
物理固定化是通过物理方法将酶与材料（如基础材料、载体）相结合，如吸附、包埋、凝胶包埋、膜过滤和微胶囊化等。
其中，吸附是最简单的一种物理固定化方法，即利用酶与基础材料之间的亲和力和静电作用等力学相互作用，将酶吸附到基础材料表面。
包埋是将酶载入一些多孔性材料（如明胶、珍珠岩等）中，使其均匀分布并且不受外界干扰。
凝胶包埋是在酶和载体之间形成一层凝胶层，使其达到一定程度的稳定性和机械强度。
膜过滤是将酶与载体固定在一起形成一层膜，具有高稳定性和机械强度。
微胶囊化是将酶包裹在微小的液滴或固体颗粒中，使其与空气或水隔绝，从而达到保护酶和提高酶效率的目的。
化学固定化是通过化学反应将酶与载体（如聚合物）之间共价键结合，如酯键结合、缩合反应、复杂化等。
其中最常用的是酯键结合，通过酶与载体表面上的羟基基团或羧酸基团形成酯键，从而将酶与载体结合到一起。
二、酶的固定化技术的应用酶的固定化技术在工业生产、医学诊断、食品加工、环境保护等领域都有着广泛的应用。
在工业领域，酶的固定化技术可以解决酶的稳定性和重复使用性问题，使酶的使用效率和经济效益大大提高。
在制药工业中，高浓度酶的固定化技术可以减少酶的挥发和失活，提高酶的活性和体积双重物质利用率。
在纺织、皮革等行业中，酶的固定化技术可以大大提高酶的反复使用率，减少酶的污染和纤维断裂。
在食品加工领域，制备、酵素提取等就是酶的固定化技术的广泛应用。
例如，乳品加工中常用的乳清酶解和芝士、酸奶等的制造就是利用酶的固定化技术。
酶的固定化方法
酶的固定化方法1. 基本介绍酶的固定化技术是将活性酶分子吸附到不溶性载体上的技术，这些载体包括有机支架，金属合金，无机型号，复合支架，生物大分子和石墨。
与溶液型酶相比，固定化酶具有良好的耐热性，耐久性和稳定性。
可以在恒定的温度和pH值下多次重复使用，这使得固定化酶可以广泛应用于生物工程，食品技术和保健产品的制备中。
2. 固定化酶的优势（1）保持酶活性。
固定化酶能够有效地防止反应补充的游离酶的出现，充分保持其最初的功能和活性，极大地提高了反应中酶的活性和稳定性；（2）提高回收率。
固定化酶具有彼此独立的结构，可以在反应中迅速回收，特别是对于产物特性复杂的反应；（3）可扩展性强。
固定化酶可以根据应用环境的不同和操作条件的可控性，调整载体的参数；（4）可以重复使用。
固定化酶可以多次使用，可以充分利用其过程效率，减少反应次数，降低成本，提高产物纯度；（5）灵活性好，操作更加简单。
当需要调节反应中的酶功效时，可以通过简单的调节载体参数来控制。
3. 固定化酶的技术原理固定化酶主要是通过生物相容性，物理锁定，化学结合和选择性结合四种技术原理。
（1）生物相容性原理。
根据酶的物理化学性质，通过将酶与具有吸附效果的固定化载体搅拌至溶解，使酶外部改变，从而结合到固定体上，形成固定化酶。
（2）物理锁定原理。
通过将因子与特定形状的载体结合，物理力把酶和载体牢牢地结合在一起，形成固定化酶。
（3）化学结合原理。
通过改变因子的外部，形成含有非共价或共价结合的表面带正或负电荷，从而使酶能够结合至具有与之相匹配的电荷的固定体上，形成固定化酶。
（4）选择性结合原理。
通过给载体表面施加疏水或疏水性物质，形成选择性的活性基团，使载体具有低特异性，从而将酶与相应特异性表面结合，形成固定化酶。
4、固定化酶的方法固定化酶有多种固定化方法，如电冻定，脂质包覆，杂化，冻胶，结合支架和表面修饰等。
（1）电冻定：电冻定是一种通过电泳技术将酶通过载体电泳固定在离心管内壁上的一种方法。
固定化酶技术
1.4交联法 交联法是用多功能试剂进行酶蛋白 之间的交联，使酶分子和多功能试 剂之间形成共价键，得到三向的交 联网架结构，除了酶分子之间发生 交联外，还存在着一定的分子内交 联。多功能试剂制备固定化酶方法 可分为：(1) 单独与酶作用；( 2) 酶 吸附在载体表面上再经受交联；( 3) 多功能团试剂与载体反应得到有功 能团的载体，再连接酶。交联剂的 种类很多，最常用的是戊二醛，其 他的还有异氰酸衍生物、双偶氮二 联苯胺、N，N-乙烯马来酰亚胺等。 交联法的优点是酶与载体结合牢固， 稳定性较高；缺点是有的方法固定 化操作较复杂，进行化学修饰时易 造成酶失活。
用固定化酶处理受污染水体中的农药也取 得了很好的效果。
用聚丙烯负载二氧化钛膜固定农药降解酶， 降解农药甲基对硫磷。研究发现，甲基对 硫磷在30 min 内降解了70%以上。尤其等 以壳聚糖为载体，戊二醛为交联剂，固定 化真菌漆酶对农药氯苯嘧啶醇进行降解。 研究认为，在酸性条件下，固定化漆酶对 氯苯嘧啶醇具有良好的降解作用。
4.2.3 其他应用
CO2是一种重要的温室气体。目前全球每 年排放的数十亿吨CO2需要得到妥善的处 置。固定化酶技术在固定CO2方面也取得 了成果。据报道，以工业固体废弃物为原 料， 利用固定化碳酸酐酶和超重力强化反 应可得到CO2的有效固定 固定化酶技术在清洁生产领域具有潜在的 应用价值。固定化的木聚糖酶和漆酶用于 纸浆漂白， 可以避免产生传统造纸工艺过 程中用氯漂白产生的难以生物降解的各类 氯代有机物。
包埋固定化法是把酶固定聚合物材料的格子结构或微囊结构等 多空载体中，而底物仍能渗入格子或微囊内与酶相接触。这个方法 比较简便，酶分子仅仅是被包埋起来，生物活性被破坏的程度低， 但此法对大分子底物不适用。
(1)网格型 将酶包埋在凝胶细微网 格中，制成一定形状的 固定化酶，称为网格型 包埋法。也称为凝胶包 埋法。
酶的固定化
3、结合法选择适宜的载体，使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定化方法称为结合法。
1) 离子键结合法：通过离子键使酶与载体结合的固定化方法称为离子键结合法所用载体是某些不溶于水的离子交换剂。
常用的有：DEAE-纤维素、TEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等。
2) 共价键结合法载体基质通常是水不溶性的，这些载体包括：(1 )天然载体：琼脂、琼脂糖、几丁质、纤维素、胶原蛋白等；(2)有机合成聚合物：聚亚胺酯、聚环氧丙烷、聚乙烯醇、尼龙等(3 )无机载体：玻璃、氧化铝、硅胶、磁铁矿、氧化镍等。
用于连接载体的酶蛋白氨基酸残基上的反应功能基团有：Asp Glu 侧链的一COOH、C-末端的一COOH ; Tyr 的苯酚基；Cys 的一SH; Lys 的&NH2、N-末端一NH2；Thr、Ser 的一OH ; His 的咪唑基。
在酶的固定化过程中，由于疏水性氨基酸通常被掩藏在酶蛋白分子的内部，所以疏水性氨基酸通常不参与形成共价键。
载体活化方法：(1 )重氮化法(2)叠氮法(3 )溴基化法(4)烷基化法等。
4、交联法借助双功能试剂使酶分子之间、酶分子之内、酶与惰性载体间进行相互交联，制成网状结构的固定化酶的方法，称为交联法。
常用的双功能试剂有戊二醛、已二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮联苯等。
其中戊二醛最为常用，酶表面含有不止一个一NH2,戊二醛与酶上的-NH2发生Schiff反应，形成席夫碱，形成一个复杂的酶交联网络。
交联酶法借助双功能试剂使可溶性酶分子之间发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法。
可视为一种无载体的固定化方法。
如木瓜蛋白酶在0.2%酶蛋白浓度，2.3%戊二醛，pH5.2〜7.2, 0C下交联24h，可制成固定化酶。
共交联法共交联法是指酶分子在双功能试剂的作用下，与一些惰性蛋白或水不溶载体之间发生交联，可降低单纯酶分子之间交联反应所引起的活性丧失。
通常选用的惰性蛋白有牛血清蛋白、卵清蛋白、明胶、胶原蛋白、血红蛋白等。
酶的固定化技术及其应用
酶的固定化技术及其应用
1 固定化酶
固定化酶（Enzyme immobilization）是指将酶物质由可溶解状态
变为固体状态，可以将活性较弱、易水解的酶，其重复利用、反应时
间长等优点而被广泛应用。
固定化酶的方法有很多，比如粒子固定化、介孔固定化、水膜固
定化、络合固定化、键合固定化和分子印迹固定化技术等等。
它们之
间的差异在于固定化酶对酶的原始活性变化情况。
2 固定化酶的应用
固定化酶除了具有重复利用、反应时间长等普遍优点外，还可以
应用于多种领域，比如医疗诊断、分析检测、药物合成、制药工业等，深受科研和工业界的重视。
固定化酶在药物合成中，用于集中化学反应、启动物料的转化，
可以有效提高反应产率，减少有害物质的排放，从而获取纯度较高的
有效成分，在药品工业中可实现大规模的批量生产，降低成本。
此外，固定化酶还可用于环境污染问题，比如某些微生物中含有
放射性元素，可使用固定化酶将其净化，解决环境污染的问题，维护
环境健康。
同时，固定化酶还有广泛的应用于食品工业、饮料工业、制糖、
乳品加工以及有机合成等领域中，为生产过程提供工艺改进和工艺优
化技术。
3 总结
固定化酶是将酶物质由可溶解状态变为固体状态，应用技术繁多，在医疗诊断、药物合成、制药工业等多个领域发挥着重要作用。
未来，随着固定化酶技术的发展，它在医药、食品、生物工程和环保等领域
的应用将更加广泛。
酶的固定化技术
5、热处理法
将含酶细胞在一定温度下加热处理一段
时间，使酶固定在菌体内而制备得到的固定
化菌体。
只适用于热稳定性较好的酶的固定化。
32
6.1.5 固定化酶操作的注意事项(★)
• 活性中心
• 功能基团
• 酶的高级结构
33
6.1.6 固定化酶的制备原则(★)
原则1、2
1、必须注意维持酶的催化活性及专一性。 2、有利于生产自动化、连续化，用于固定化的
Chapter 6 Enzyme and Cell Immobilization 第六章 酶与细胞固定化
Contents of chapter 6
1、固定化酶的概述 2、固定化酶的性质
3、固定化酶的应用
4、细胞、原生质体的固定化
2
6.1 固定化酶的概述
6.1.1 什么是固定化酶？
1. 固定化酶 (immobilized enzyme) ：固定在
常用的载体有活
性炭、多孔陶瓷、多
孔玻璃、硅胶、淀粉、 谷蛋白、单宁、纤维
素衍生物等。
13
1、物理吸附法
优点：操作简便，条件温和，载体廉价易
得，可反复使用。
弱点：结合力较弱，酶与载体结合不牢固，
易脱落。
14
2、结合法
选择适宜的载体，使之通过共价键或离
子键与酶结合在一起的固定化方法(★) 。
15
2、结合法
8
6.1.3 固定化酶的研究历史
在 1971 年，确定固定化酶的统一英文名称为
Immobilized enzyme。
随着固定化技术的发展，出现固定化菌体。
1973年，固定化大肠杆菌菌体。
70年代后期，出现了固定化细胞技术。
酶生物传感器中酶的固定化技术
酶生物传感器中酶的固定化技术
酶生物传感器中的酶固定化技术是一种利用酶作为生物传感器的关键技术，可以将酶固定在传感器上，使得检测信号可以被有效地检测。
这一技术可以大大减少传感器中应用酶的成本，提升检测精度和灵敏度。
酶固定化技术是用来把酶固定在传感器上的一种技术，它使酶能够更加稳定的存在，也能够更好的发挥它的功能。
主要的酶固定化技术有以下几种：
1、固定化技术：通常使用交联剂、硅胶涂层等技术将酶固定在传感器表面上，这样可以有效地保护酶的活性，从而提高检测灵敏度。
2、基因工程技术：利用基因工程技术，可以将所需的酶基因组合到一起，形成一个新的基因，然后将这个新基因植入到传感器中，从而使得酶能够被固定在传感器中。
3 、纳米技术：纳米技术可以将酶固定在纳米粒子表面上，这样可以使得酶在纳米粒子表面上能够更好地展开功能，也能够显著提高检测灵敏度。
4、膜定向技术：膜定向技术的原理是将酶固定在膜的一侧，从而可以使得酶只能够通过膜的一侧进入传感器内部，这样可以大大提高检测效率。
酶生物传感器中的酶固定化技术可以让酶保持稳定的活性，从而提高检测灵敏度，减少成本。
不同的酶固定化技术都有其各自的优势，诸如交联剂可以显著提高检测精度，基因工程技术可以更好地控制酶的活性，纳米技术可以让酶发挥更强的活性，而膜定向技术可以提高检测的效率。
所以，酶生物传感器中的酶固定化技术是目前提升检测精度和灵敏度的重要技术，也是生物传感器的重要组成部分。
第三节酶的固定化
第三节酶的固定化随着酶学研究的深入和酶工程的发展，酶的应用越来越广泛。
将酶用物理或化学的方法固定在不溶于水的载体上，形成一种可以重复使用的酶，叫固定化酶。
固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不稳定性，具有可反复或连续使用、易与反应产物分离等显著优点，广泛应用于医药、轻工、食品等行业。
一、固定化酶的制备方法制备固定化酶的方法很多，有包埋法、吸附法、共价偶联法，以及交联法等（图2-3）。
1．包埋法将酶或含酶菌体包埋在多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。
包埋法根据载体材料和方法的不同，可以分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。
凝胶包埋法是将酶和含酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶的方法。
最常用的凝胶有琼脂、琼脂糖、海藻酸钙、卡拉胶、聚丙烯酰胺等。
微胶囊包埋法是将酶包埋在高分子半透膜中，制成微胶囊固定化酶的方法。
常用的半透膜有尼龙膜、醋酸纤维膜等。
2．吸附法利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面而使酶固定化的方法称为吸附法。
吸附法常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羧基磷灰石等。
吸附法制备固定化酶，操作简便、条件温和，不会引起酶的变性失活，载体价廉易得，而且可反复使用。
但由于是靠物理吸附作用，结合力较弱，酶与载体结合不太牢固而易脱落。
3．共价偶联法利用酶活性中心外的非必需基团与固相载体上的基团共价结合而制成固定化酶的方法叫共价偶联法，也叫共价结合法。
这种方法的优点是酶与载体牢固，制得的固定化酶稳定性好。
缺点是制备过程中反应条件较为强烈，难以控制，易使酶变性失活。
共价偶联法常用的载体有纤维素、葡聚糖、琼脂糖、甲壳素等。
4．交联法交联法是采用双功能试剂使酶分子之间或酶分子与固相载体之间发生交联作用而制成固定化酶的方法。
常用的双功能试剂有戊二醛、己二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮苯等。
其中应用最广泛的是戊二醛。
用交联法制备的固定化酶结合牢固，可长时使用。
固定化酶技术
固定化酶在食品中的运用摘要:固定化酶有许多优点，尤其是稳定性和可重复使用性使其在许多领域得到广泛应用。
固定化酶技术是一门交叉学科技术，目前已得到长足的发展。
介绍了固定化酶制备的传统方法以及一些新方法，同时对酶在一些性能优良的载体上的固定进行了综述。
关键词：固定化酶；制备；载体酶是由活细胞产生的一类特殊的蛋白质催化剂(核酶除外)，具有催化效率高、底物高度专一、反应条件温和、反应容易控制等特点。
酶的最大缺点是其不稳定性，在酸、碱、热及有机溶剂中易发生变性，活性降低或丧失；而且酶反应后，会在溶液中残留，造成酶反应难以连续化、自动化，同时也不利于终产品的分离提纯，这些都大大阻碍了酶工业的发展，所以有必要采取酶工程技术改善这些缺点。
酶工程技术措施较多，其中酶的固定化技术是重要举措之一。
酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联，酶被限定在一定区域内，但仍保持原有高效、专一、条件温和的催化功能。
通常酶是游离的，而经过固定化以后，酶被束缚在一定区域内，因而这样的酶被称为固定化酶。
固定化酶在生物、医药、农业、食品、化工、能源开发、环境保护等方面得到了广泛应用。
本文介绍了固定化酶的制备方法和优缺点，对其在食品行业中的应用情况进行总结，最后对其应用前景进行展望。
1固定化酶的制定方法[1-5]1.1吸附法吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法。
吸附法较简便，酶活损失小，但酶与载体作用力小，易脱落。
物理吸附法是通过非特异性物理吸附作用，将酶固定到载体表面。
载体主要有多孔玻璃、活性炭、酸性白土、漂白土、高岭土、氧化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、磷酸钙、陶瓷、金属氧化物、淀粉、白蛋白、大孔树脂、丁基或己基—葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生物、甲壳素及其衍生物等。
离子吸附法是将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体通过静电作用相结合的一种固定化方法。
载体包含阴离子交换剂(如DEAE-纤维素、TEAE-纤维素、纤维素-柠檬酸盐、TEAE-葡聚糖凝胶、Amberlite IRA-93、IRA-410、IRA-900等)和阳离子交换剂(如CM-纤维素、Amberlite CG-50、IRC-50、IR-45、IR-120、IR-200、XE-97、Dowex-50等)两大类。
酶固定化技术及其应用
酶固定化技术及其应用摘要：酶因其优良的催化性能而被广泛应用，但游离酶应用过程中有许多缺点，固定化酶技术因此而产生，并且迅速发展。
本文主要介绍传统的固定化酶技术、新型固定化酶技术、新型载体材料及固定化酶技术的应用。
关键词：酶固定化；载体；应用The enzyme is widely applied because of its fine catalyzed performance, butin the dissociation enzyme application process has many shortcomings, thefossilization enzyme technology therefore produces, and develops rapidly.This article main introduction traditional fossilization enzyme technology, newfossilization enzyme technology, new carrier material and fossilization enzymetechnology application.一、前言酶的本质是一类具有催化功能的蛋白质，与化学催化剂相比具有反应速度快、反应条件温和、底物专一性强,可在水溶液和中性pH 下操作等优点。
但其高级结构对环境十分敏感，物理因素、化学因素和生物因素均可使没丧失活力。
而且，随着反应过程的进行，反应速率会下降。
此外，游离酶在反应液中和产物在一起，反应后酶不能回收重复利用，也使得产物的分离纯化更为复杂。
以上的这些因素使得酶在工业中的应用受到了极大的限制，找到解决这些问题得方法十分迫切。
可喜的是，经过专家学者的不断努力，发现将酶用特殊的载体固定，酶仍能与底物有效的进行反应。
这中酶的出现，使得酶与产物在反应液中相互分离，具有可回收、重复利用等优点，从而使生产工艺可以实现连续化、自动化。