固定化酶的相关知识
第九章 固定化酶
在上述条件下，固定化对反应体系的影响，可以概括为三种类型：
1、构象改变和屏蔽效应
构象改变：酶在固定化的过程中，出于酶与载体相互作用使
酶的活性中心或变构中心的构象发生变化从而导致酶活性下 降。这种效应难以定量描写也难以预测。通常出现在吸附法 和共价键结合法。
立体屏蔽效应：由于载体对酶的活性中心或变构中心造成
3、偶联反应
酶和载体的连接反应取决于载体上的功能基团和酶分 子上的非必需侧链基团，必需在温和的pH、中等离子强度 和较低温的缓冲液中进行。
（三）交联法
定义：利用双功能或多功能试剂在酶分子间或酶与载体间， 或酶与惰性蛋白间进行交联反应，制备固定化酶的力法。 可用于含酶菌体或菌体碎片的固定化。 常用的交联试剂：戊二醛，其他如苯基二异硫氰、双重氮 联苯胺-2，2’二磺酸、 双重氮联苯胺等。
（四） 包埋法
定义：将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中，使酶固定化的 方法称为包埋法。 分类：根据载体与方法不同，分为： 网格型（凝胶包埋法） 微囊型（半透膜包埋法）
1、网格型： 将酶或含酶菌体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。
聚丙烯酰胺凝胶包埋法：
搅拌连续反应器
生物催化剂作用方式示意图
什么是固定化酶？ 水溶性酶
水不溶性载体 固定化技术
水不溶性酶 （固定化酶）
定义：通过物理的或化学的手段，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束
缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用； 曾称其为水不溶酶或固相酶。
第一节 概述
固定化酶的优点
3、pH的变化
PH对酶活性的影响：
（1）改变酶的空间构象 （2）影响酶的催化基团的解离
第四章固定化酶.
第四章固定化酶固定化酶的是指是具有催化活性蛋白质的固定化，因此固定化酶一般为具有各种性状的颗粒，其反应过程必须在颗粒水平上进行描述和表达。
它的显著特征是：在描述其反应过程动力学时，必须包含有反应物系从液相主体扩散到颗粒内、外表面的传递速率的影响。
第一节固定化酶概论酶的催化作用具有高选择性、高催化活性、反应条件温和、环保无污染等特点，但游离状态的酶对热、强酸、强碱、高离子强度、有机溶剂等稳定性较差，易失活，并且反应后混入催化产物等物质，纯化困难，不能重复使用。
为了克服这些问题，20世纪60年代酶固定化技术应运而生。
它是模拟体内酶的作用方式（体内酶多与膜类物质相结合并进行特有的催化反应），通过化学或物理的手段，用载体将酶束缚或限制在一定的区域内，使酶分子在此区域进行特有和活跃的催化作用，并可回收及长时间重复使用的一种交叉学科技术。
固定化酶（immobilized enzyme）这个术语是在1971年酶工程会议上被推荐使用的。
Trevan在1980年给出了固定化酶的定义：酶的固定化就是通过某些方法将酶与载体相结合后使其不溶于含有底物的相中，从而使酶被集中或限制在一定的空间范围内进行酶解反应。
其实，固定化酶并不是新的物质，例如，胞内酶是在细胞内起作用的，类似于用包埋方法制成的固定化酶。
因此，固定化酶研究一定程度上可以认为是为了使酶在更接近其原始状态下进行的反应。
对各种酶的固定化技术进行积极的研究与开发始于20世纪50年代，通过重氮化共价结合法将羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶等固定在聚氨基苯乙烯树脂上；1963年，利用聚丙烯酰胺包埋法固定了多种酶；1969年，日本的一家制药公司首次将固定化的酰化氨基酸水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸，开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。
通常的生物催化剂，如酶或细胞同其它溶质一样，分散在溶剂或溶液中，可以自由移动，称为游离酶或游离细胞。
若通过固定化技术将酶固定于载体表面或其内部，则与液相主体相分离，形成了固定化生物催化剂，即固定化酶。
固定化酶的方法和应用
固定化酶是将酶固定在载体上，形成固定化酶催化系统的过程。
通过固定化，可使酶的活性和稳定性得到提高，并能够重复使用。
常用的固定化酶方法包括吸附法、共价连接法、包埋法和交联法等。
1. 吸附法：利用载体表面与酶相互吸附的原理将酶固定在载体表面。
常用的载体包括硅胶、纤维素、聚丙烯酰胺凝胶等。
2. 共价连接法：通过将酶分子与载体分子之间的化学键共价连接，在载体表面上固定酶。
常用的共价连接剂包括辛二酸二酐、戊二酸二酐等。
3. 包埋法：将酶包裹在聚合物中，在聚合物内部形成微观环境，保护酶免受外界环境的影响。
常用的包埋材料包括明胶、蛋白质和聚乙烯醇等。
4. 交联法：将酶和载体分子之间形成交联结构，将酶牢固地固定在载体表面上。
常用的交联剂包括戊二醛、葡萄糖等。
固定化酶在生物技术、食品工业、医药工业等领域有着广泛的应用。
其中，利用固定化酶在生物技术领域中最为突出。
例如，固定化酶可以应用于产生大量纯度高的特定酶，用于DNA重组、制备抗体和识别特定分子等。
此外，在医药工业中也广泛使用固定化酶，如利用固定化酶制备药物、检测生物标志物等方面。
在食品工业中，固定化酶可用于生产乳制品、果汁、啤酒等食品中。
总之，固定化酶是一种重要的生物技术手段，具有广泛应用前景，可推动生物技术、食品工业、医药工业等领域的发展。
第五章-固定化酶
2．离子结合法 酶通过离子键结合于具有离子交换剂的水不溶 性载体的固定化方法。 • 常用载体：各种阴、阳离子交换剂。 如CM-纤
维素、DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等
• 优点：操作简单，酶活性中心不易被破坏和酶
高级结构变化少，酶活力损失很少。
• 缺点：载体和酶的结合力 比较弱，酶易脱落。
3.共价结合法
• 相对活力：固定化酶活力与同量蛋白量
的溶液酶活力的比值
固定化酶活力 相对活力 100% 溶液酶总活力 残留酶活力
四、固定化酶（细胞）的半衰期
• t1/2 ：固定化酶（细胞）的活力下降为最 初活力1/2所经历的连续工作时间；衡量 操作稳定性的指标。
Fig. 2. Kinetic of ROL adsorption on the silica aerogels. The activity was measured using olive oil emulsion as substrate at pH 8.5 and 37 °C.
第五章 固定化酶与固定化细胞
第一节 酶的固定化
一、固定化酶（immobilized enzyme）：是 指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能 连续进行反应，反应后的酶可以回收重复 使用。
优点：
①极易将固定化酶与底物、产物分开，简 化了提纯工艺，提高酶的使用效率； ②在大多数情况下，能够提高酶的稳定；
(五)固定化酶的米氏常数(Km)变化 • 中性载体：固定化酶的表观Km值上升。
• 载体与底物电荷相同：表观Km值显著 上升； • 载体与底物电荷相反：Km
？
四、影响固定化酶性能的因素
1．构象改变、立体屏蔽
• 构象改变：指固定化过程及酶和载体的 相互作用，引起了酶的活性中心构象发 生改变，从而导致酶活性改变的—种效 应。
固定化酶在食品工
2.包埋法
包埋法是指酶或细胞埋在各种多种载体中发生聚 合、沉淀或凝胶化使之固定的方法。（如：聚丙 烯酰胺凝胶、矽酸盐凝胶、藻酸盐、角叉菜聚糖 等）主要分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。
该方法操作简单，酶活回收率较高，但是发生化 学反应时，酶易失活，适用于小分子底物和产物 的酶。
3.共价键合法
共价键合法是利用化学方法将载体活化，再与酶 分子上的某些基因反应，形成共价的化学键，从 而使酶分子结合到载体上。该方法包括离子键结 合法和共价
生物传感器被认为是一种由受体、抗体或酶构成的生物感 应层于换能器紧密连接而能提供环境组成信息的感应器。 酶传感器的问世不仅使食品成分的快速、低成本、高选择 性分析成为可能，而且生物传感器技术的持续发展将很快 实现食品生产的在线质量控制，降低食品生产成本，给人 们带来安全可靠及高质量的食品。 制药厂将萄葡糖氧化酶、过氧化氢酶和一种显色剂一起 固定在试纸上，制成检验妇女是否妊娠的试纸。另外， 有报道显示，用聚丙烯酰胺凝胶包埋细菌电极可快速测 定污水中的BOD。
1.建立多酶固定化系统
固定化酶有许多粗酶液没有的特点，但制备固定化酶首先要经过大量复杂的分离、 纯化工作，而且一种固定化酶只能用于特定的单步反应。应这种要求，工业生产中 越来越多地应用了固定化细胞技术。这样就省去了酶分离纯化的时间和费用；并可 同时进行多酶反应；而且可以保持酶在细胞中的原始形态，增加了酶的稳定性。
此外，乳糖在低温时易结晶，用固定化酶处理后， 可防止其在冰淇淋类产品中结晶，改善产品口感， 提高产品品质。
3.固定化酶在油酯工业中的应用
脂肪酶可以催化酯交换、酯转移、水解等反应， 所以在油酯工业中应用广泛。 1，3-特异性脂肪酶可酶促酯交换反应，将棕榈 油改性为代可可酯。代可可酯是生产巧克力的原 料，价格甚高。而棕榈油价廉，因此该工艺受到 重视。用表面活性剂处理固定化酶，使酶活性大 幅度提高，并延长固定化酶的寿命。使生产成本 降低。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
固定化酶
固定化酶1.固定化酶的定义所谓固定化酶，是指在一定空间内呈闭锁状态的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。
因此，不管用何种方法制备的固定化酶，都应该满足上述固定化酶的条件。
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可以再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；⑧酶的使用效率提高，成本降低。
与此同时，固定化酶也存在一些缺点：①固定化时，酶活力有损失；②增加了生产的成本，工厂初始投资大；③只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜；④与完整菌体相比不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应；⑤胞内酶必须经过酶的分离程序。
2.固定化酶的制备方法迄今为止已发现的酶有效千种之多，但由于应用的性质与范围、保存稳定性和操作稳定性、成本的不同以及制备的物理、化学手段、材料等不同，可以采用不同的方法进行酶的固定化。
一般要根据不同情况（不同酶、不同应用目的和应用环境）来选择不同的固定化方法，但是无论如何选择，确定什么样的方法，都要遵循几个基本原则：①必须注意维持酶的催化活性及专一性，保持酶原有的专一性、高效催化能力和在常温常压下能起催化反应的特点。
②固定化反应有利于生产自动化、连续化，为此，用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不能因机械搅拌而破碎或脱落。
③固定化酶应有最小的空间位阻，尽可能不妨碍与底物的接近，应不会引起酶的失活，以提高产品的产量。
制备固定化酶时所选载体应尽可能地不阻碍酶和底物的接近。
④酶与载体必须结合牢固，从而使固定化酶能回收贮藏，利于反复使用，因此，在制备固定化酶时，应使酶和载体尽可能的结合牢固。
⑤固定化酶应有最大的稳定性，在制备固定化酶时，所选载体不与废物、产物或反应液发生化学反应。
固定化酶的相关知识
固定化酶的相关知识固定化酶的定义：固定化酶技术是将酶用人工方法固定在特定载体上, 进行催化生产,因而固定化酶一般可以被认为是不溶性酶。
固定化酶的特点：优点:1.易于将固定化酶与底物产物分高,便于后续的分离和纯化;2.可以在较长时间内连续生产;3.酶的稳定性和最适温度提高;4.酶反应条件容易控制;5.可以增加产物的收率,提高产物质量;6.酶的使用效率高,使用成本低;7.适于产业化连续化自动化生产缺点:1.在固定化过程中,酶活力会损失;2.生产成本提高,工厂初期投资大;3.只能用于水溶性底物,适合于小分子;4.不适宜于多酶反应,还需要需要辅助因子的协助才可以有效反应固定化酶的方法：酶的固定化方法主要有四类：吸附法、包埋法、共价键法、交联法。
吸附法：吸附法是最简单的固定化方法，包括物理吸附和离子交换吸附。
物理吸附法常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、多空玻璃、多孔陶器、硅胶、氧化铝、羟基磷灰石等；离子吸附法是酶与载体通过范德华力、离子键和氢键等作用力固定。
包埋法：包埋法即酶在载体(如聚丙烯酰胺凝胶、矽酸盐凝胶、藻酸盐、角叉菜聚糖等)中发生聚合、沉淀或凝胶化而被固定的方法。
包埋法常用的载体主要有：明胶、聚酰胺、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、光交联树脂、海藻酸钠、火棉胶等。
共价键法：共价键法是利用化学方法将载体活化，再与酶分子上的某些基团反应，形成共价的化学键，从而使酶分子结合到载体上。
该方法使用广泛，固定化酶与载体连接牢固，不易脱落，有良好的稳定性及重复使用性，成为目前研究最为活跃的一类酶固定化方法。
共价键结合法常用的载体有：纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、甲壳素、氨基酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物等。
交联法：使酶与带两个以上的多官能团试剂进行交联反应，生成不溶于水的二维交联聚集体，交联形成的固定化酶称为交联酶。
与共价结合法一样，都是靠化学结合的方法使酶固定化，二者的区别在于交联法使用了交联剂。
常用的交联剂有戊二醛、蹂酸。
霉学 第三章 固定化酶
二、固定化酶的制备方法
• (一) 吸附法 • （二）包埋法 • （三）共价结合（偶联）法 • （四）交联法 • （五）四种固定化酶制备方法的特点小结
Hale Waihona Puke 固定化酶的制备方法的选择• 固定化酶的制备方法、制备材料多种多样， 不同的制备方法和材料，固定化后酶的特 性不同。对于特定的目标酶，要根据酶自 身的性质、应用目的、应用环境来选择固 定化载体和方法。
（2）酶与载体必须有一定的结合程度。酶的固 定化既不影响酶的原有构象，又能使固定化酶 能有效回收贮藏，利于反复使用。
（3）固定化应有利于自动化、机械化操作。这 要求用于固定化的载体必须有一定的机械强度， 才能使之在制备过程中不易破坏或受损。
（4）固定化酶应有最小的空间位阻。固定化应 尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高催化效 率和产物的量。
世界第一例获得工业应用的固定化酶是 DEAESephadex A-25吸附的氨基酰化酶反应用于
DL-AA的光学分析。
（二）、包埋法
1、凝胶包埋法（胶格包埋法）：
将酶分子包埋在高聚物网格内的包埋方法。 聚丙烯酰胺包埋是最常用的包埋法 ：
先把丙烯酰胺单体、交联剂和悬浮在缓冲溶液中的 酶混合，然后加入聚合催化系统使之开始聚合，结果就 在酶分子周围形成交联的高聚物网络。它的机械强度高， 并可以改进酶脱落的情况，在包埋的同时使酶共价偶联 到高聚物上，可以减少酶的脱落。
固定化酶
（Immobilized Enzyme）
酶在水溶液中不稳定，一般不能反复使用，而 且不易与产物分离，不利于产物的提纯和精制。
针对这些限制酶广泛应用的因素，将水溶性酶 或游离细胞经过化学或物理手段处理，将酶束缚 在一定的空间内，限制酶分子在此区间进行活跃 的催化作用，成为不溶于水的固定化的酶。
固定化酶定义
固定化酶定义固定化酶固定化酶是指将天然酶或人工合成的酶固定在载体上，形成固定化酶催化剂的一种技术。
定义1.固定化酶：固定化酶是将酶与固体载体相结合形成的催化剂。
固定化酶具有较高的催化活性、稳定性和重复使用能力，可应用于多个领域。
2.载体：载体是指将酶固定在其上的固体材料。
常用的载体材料包括炭、纤维素、凝胶、金属氧化物等。
3.固定化技术：固定化技术是将酶与载体结合的过程，常见的固定化技术包括吸附、交联和共价结合等。
理由固定化酶相比于游离酶具有以下优势，使其在许多领域得到广泛应用：1.增强催化活性：固定化酶在催化反应中通常具有较高的催化活性，能够在相对温和的条件下实现高效催化。
2.提高稳定性：固定化酶能够耐受极端条件（如高温、酸碱环境等），具有更长的寿命和持久的催化效果。
3.可重复使用：固定化酶在催化反应后可以通过简单的分离和再生步骤进行回收和重复使用，降低了生产成本。
4.易于分离产物：固定化酶的载体通常具有良好的物理化学特性，可以实现催化产物的高效分离和纯化。
书籍简介《固定化酶：原理与应用》该书通过系统的介绍固定化酶的原理、固定化技术以及应用案例，深入探讨了固定化酶在各个领域的潜在应用价值。
内容包括：1.固定化酶的原理和分类；2.常见的固定化技术及其优缺点；3.固定化酶在生物医药、生物能源、环境保护等领域的应用；4.商业化生产中的固定化酶案例分析；5.未来固定化酶研究的发展趋势和挑战等。
本书内容深入浅出，既适合科研人员了解固定化酶的基本知识，也适合工程技术人员应用固定化酶技术解决实际问题。
无论是酶学研究新手还是经验丰富的专业人士，都能从中获得宝贵的参考和指导。
总结固定化酶是一种具有高催化活性、稳定性和重复使用能力的酶催化剂。
通过固定化技术，酶能够与载体结合从而实现其优势的应用。
固定化酶在各个领域具有广泛的应用前景，并且已经在医药、能源等领域取得了重要的成果。
《固定化酶：原理与应用》一书对固定化酶的原理、技术与应用进行了深入分析和讨论，是该领域学术研究者和工程技术人员的重要参考资料。
固定化酶
半乳糖+葡萄糖
砖红色ห้องสมุดไป่ตู้淀
一，固定化酶及其制备
1，固定化酶
（1）概念：固定在载体上并在一定空间区域范围内进行催化反应的酶。
（2）固定方法 吸附法——将酶吸附到载体表面 载体偶联法——将酶通过共价键结合到载体表面 交联法——把酶交互连接，相互结合从而将酶固定 包埋法——将酶包埋在细微的网格里
（3）固定化酶的优缺点
优点： 不溶于水，易于与产物分离； 可反复使用； 可连续化生产； 稳定性好。 缺点： 一次只能固定一种美，不利于催化一系列的反应。
2,乳糖酶的固定化
（1）原理 乳糖
乳糖酶
葡萄糖+半乳糖 （可减少乳糖不耐症）
还原糖+斐林试剂
（2）步骤
砖红色沉淀
溶解乳糖酶
聚合
漂洗
二、固定化乳糖酶的应用
1 .乳糖酶的应用 乳糖酶主要用做乳制品的消化处理剂。 用乳糖酶分解乳糖,可以提高牛 奶的可消化性。由于乳糖溶解度较低,用乳糖酶处理乳制品,可以避免乳糖 在乳制品中结晶并增加了甜度,改善乳制品的外观和口感。 2 .检测牛奶中乳糖的分解 (1)实验原理。 乳糖酶可以将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖,还原糖可和斐林试剂反应 产生砖红色化合物,根据化合物颜色的深浅变化,可以了解乳糖酶的作用活 性。 (2)实验步骤:鲜牛奶处理→加酶分解→检测乳糖的分解→固定化酶的 回收。 固定化酶回收时需用体积分数为 0.05%的双氧水洗涤,其目的是什么? 提示:防止固定化酶被微生物污染。
第4节固 定化酶的制备和应用
基础知识： ⑴．加酶洗衣粉是指含有 酶制剂 的洗衣粉,目 前常用的酶制剂有四类： 蛋白酶 、脂肪酶 、 淀粉酶 纤维素酶 、 、 。其中应用最广泛、效果最明显的是 碱性蛋白酶 和 碱性脂肪酶 。
高三生物固定化酶知识点
高三生物固定化酶知识点生物固定化酶是一种将酶固定在载体上的技术，被广泛应用于生物工程和工业生产中。
通过固定化酶，可以提高酶的稳定性、重复使用和操作性，以达到更高的产量和效率。
本文将从固定化酶的原理、方法和应用领域等方面进行探讨。
一、固定化酶的原理固定化酶的原理是将酶通过化学交联、吸附或共价键结合等方法与载体材料结合，形成酶固定化的复合物。
这种复合物在特定条件下可以实现酶的固定化，成为一种高效的酶催化系统。
固定化酶的原理主要基于两个方面：一是通过酶与载体的物理或化学结合，增强酶的稳定性，延长其半衰期；二是通过载体的特性改变酶的反应环境，提高酶的催化效率。
二、固定化酶的方法固定化酶的方法主要分为三类：物理吸附法、化学固定法和共价固定法。
物理吸附法是将酶与载体通过静电相互吸引力、疏水效应或表面张力等物理力作用结合在一起。
这种方法简单易行，但不稳定，酶容易从载体上脱落。
化学固定法是利用肽键或二硫键等化学键的形成，使酶与载体牢固地结合在一起。
这种方法稳定性较高，但需要进行特定的化学修饰和反应条件控制。
共价固定法是通过酶分子上的特定官能团与粘接剂反应，形成共价键结合。
这种方法稳定性最高，但操作较为繁琐。
三、固定化酶的应用领域固定化酶广泛应用于医药、食品、环境工程等领域。
在医药领域，固定化酶可以用于酶替代治疗，例如胰岛素固定化酶用于糖尿病治疗。
此外，固定化酶还可以用于制备药物中间体和药物合成等过程中，提高反应效率和纯度。
在食品领域，固定化酶可以用于食品加工和酿造过程中的酶催化反应。
例如，酶固定化技术可以用于啤酒生产中的淀粉糖化、果汁酶解和乳酸酶发酵等工艺。
固定化酶可以提高生产效率和产品质量。
在环境工程领域，固定化酶可以用于废水处理、大气污染物降解和土壤修复等方面。
通过固定化酶技术，可以降低酶的使用成本和环境污染，同时提高反应效率和降解效果。
结语生物固定化酶是一项重要的生物工程技术，通过固定化酶可以提高酶的稳定性、重复使用和操作性。
固定化酶的优点及应用实例
固定化酶的优点及应用实例固定化酶是指通过物理或化学的手段将酶固定在固体支持材料上，并保持其活性的一种酶工程技术。
相比于游离酶，固定化酶具有许多优点，主要包括增强酶的稳定性、可重复使用、容易分离和纯化、提高酶的催化活性等。
首先，固定化酶可以增强酶的稳定性。
固定化酶能够降低酶分子的运动速度，减少酶与环境中有害物质之间的接触，从而提高酶分子对温度、pH值、有机溶剂等外界环境变化的耐受能力，增强了酶的稳定性。
此外，固定化酶能够降低酶分子的脱活速率，延长酶的使用寿命。
其次，固定化酶具有可重复使用的优势。
在固定化酶的底物转化过程中，底物可以通过固定载体穿透到固定酶的反应位点，并在该位点上发生反应。
这样，在反应结束后，固定载体上的酶仍然附着在固定载体上，可以被很容易地分离和回收。
由于固定酶是可重复使用的，可以降低生产成本，并实现高效率的生产。
对于一些昂贵的酶，这种节约是非常重要的。
此外，固定化酶比游离酶更容易分离和纯化。
由于固定酶附着在固体支持材料上，可以直接通过过滤、离心等简单方法将酶与底物分离。
相比之下，游离酶的分离和纯化需要复杂的步骤，如沉淀、色谱等。
最后，固定化酶还可以提高酶的催化活性。
固定酶附着在固体支持材料上后，可以形成固定化酶系统。
该系统中，固定酶可在相对较高的浓度下存在，并且在固定载体中有更多的酶底物分子与酶分子接触，从而提高反应速率，提高酶的催化活性。
固定化酶在许多领域中有广泛的应用，以下为几个实例：第一个应用实例是固定化酶在食品工业中的应用。
例如，固定化葡萄糖氧化酶用于葡萄糖测定，固定化氨基酸酶用于酿造中的氨基酸测定。
固定化酶在生产中具有可重复使用、稳定性和应用便利等优点，可以实现高效和规模化的生产。
第二个应用实例是固定化酶在生物制药中的应用。
例如，固定化饲料酶用于动物饲料中的消化酶替代，固定化抗体酶用于生物制药中的抗体药物生产。
固定化酶不仅可以提高药品的生产效率，还可以降低生产成本，提高产量和质量。
固定化酶名词解释
固定化酶名词解释
固定化酶是指将酶固定在载体上的一种酶制剂。
固定化酶制剂是将游离的酶通过各种方法与载体连接，形成固定化酶。
固定化酶制剂具有很高的稳定性、重复使用性和较长的使用寿命，因此在许多应用领域中得到了广泛应用。
固定化酶的优点主要体现在以下几个方面：
1. 高稳定性：固定化酶可以抵抗环境中的温度、pH值和有机
溶剂的变化，使酶在较宽的操作条件下保持其活性。
2. 重复使用性：固定化酶可以多次使用，相比于游离酶制剂能够节省酶的用量，降低生产成本。
3. 酶的保护作用：固定化酶可以保护酶不受外部环境的影响，增加其使用寿命，从而减少酶损失。
4. 工艺上的简化：固定化酶可以经过固定化处理后，与反应物质相较而言更易分离，从而简化了工艺流程。
固定化酶的制备方法主要有物理固定法、化学固定法和生物固定法等。
物理固定法：通过物理性质的改变来固定酶，比如吸附、沉淀、过滤等。
化学固定法：通过酶与载体之间的化学反应来固定酶，比如酯
化反应、亲和吸附等。
生物固定法：通过生物学现象进行固定化，比如酶与载体之间的特异相互作用或化学修饰等。
目前，固定化酶已经广泛应用于食品加工、医药制造、环境保护等领域。
例如，在食品加工中，固定化酶可以用于发酵过程中的催化反应，提高产品纯度和产品质量；在医药制造中，固定化酶可以用于药物合成的控制单元，提高合成效率和减少副反应；在环境保护中，固定化酶可以用于废水处理和废物降解等。
总之，固定化酶是一种将酶固定在载体上的酶制剂，具有高稳定性、重复使用性和简化工艺的特点。
固定化酶在各个领域中的应用有着广阔的前景。
理学食品酶学本固定化酶课件
（1）酶的底物为小分子化合物
一般来说，当酶的底物为小分子化合物时，固定化酶的底物特异性大多数情况下不发生变化。例如，氨基酰化酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶等，酶的底物为大分子化合物
当酶的底物为大分子化合物时，如蛋白酶、α-淀粉酶、磷酸二酯酶等，固定化酶的底物特异性往往会发生变化。这是由于载体引起的空间位阻作用，使大分子底物难以与酶分子接近而无法进行催化反应，酶的催化活力难以发挥出来，催化活性大大下降；而分子量较小的底物受到空间位阻作用的影响较小，与游离酶没有显著区别。 酶底物为大分子化合物时，底物分子量不同，对固定化酶底物特异性的影响也不同，一般随着底物分子量的增大，固定化酶的活力下降。例如，糖化酶用CMC叠氮衍生物固定化时，对分子量8000的直链淀粉的活性为游离酶的77％，而对分子量为50万的直链淀粉的活性只有15%～17％。
以上四种固定化酶方法各有其优缺点（见表4-1）。往往一种酶可以用不同方法固定化，但没有一种固定化方法可以普遍地适用于每一种酶。在实际应用时，常将两种或数种固定化方法并用，以取长补短。
各固定方法的特点与比较
四、 固定化酶的特性
（一）固定化酶的形状 （二）固定化酶的性质 （三）酶活力 （四）固定化酶的稳定性 （五）固定化酶的反应特性
酶经固定化后，其对蛋白酶的抵抗力提高。这可能是因为蛋白酶是大分子，由于受到空间位阻的影响，不能有效接触固定化酶。例如，千畑一郎发现，用尼龙或聚脲膜包埋，或用聚丙烯酰胺凝胶包埋的固定化天门冬酰胺酶，对蛋白酶极为稳定，而在同一条件下，游离酶几乎全部失活。另外固定化后酶对有机试剂和酶抑制剂的耐受性也得到了提高。
固定化可延长酶的贮藏有效期。但长期贮藏，活力也不免下降，最好能立即使用。如果贮藏条件比较好，亦可较长时间保持活力。例如，固定化胰蛋白酶，在0.0025mol/L磷酸缓冲液中，于20℃保存数月，活力尚不损失。
固定化酶资料
共价键结合法制备固定化酶的“通式”
• 首先载体上引进活泼基团 • • 然后活化该活泼基团 • 最后此活泼基团再与酶分子上某一基团形成共价键
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（4）载体活化的方法
• A．重氮法(需载体具有芳香族氨基) • B．叠氮法 • C．烷基化反应法 • D．硅烷化法 • E．溴化氰法
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（三）交联法
• 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。 也可用于含酶菌体或菌体碎片的固定化。
R3
H2O
R1
NH2NH
S
O O
N
R3
O OH
O OH
7-ACCA (R3 = Cl) 7-ADCA (R3 = Me)
Cefaclor (R1 = H, R3 = Cl) Cephalexin (R1 = H, R3 = Me) Cefadroxil ( R1 = OH, R3 = Me)
7-ACCA or 7-ADCA as nucleus
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7．固定化酶在基础理论研究中应用
• 阐明酶反应机理 • 揭示酶原激活机理
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酶亚基性质的研究
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研究蛋白质-核酸分子结构
• 连续的固定化酶柱进行DNA序列分析； • 原理：是测定DNA聚合时，以掺入dNTP同时释
放的焦磷酸判断是否发生了聚合反应，进而确定 掺入的是哪种核苷酸从而推导出序列； • ——该系统由连续的6个固定化酶柱组成 • 焦磷酸酶、DNA聚合酶、甘油激酶、己糖激酶、 ATP磷酸化酶，荧光酶柱。
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（四） 包埋法（entrapping method）
定义：将酶或含酶菌体包埋在各种多孔 载体中使酶固定化的方法。
分为：网格型和微囊型
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固定化酶的相关知识固定化酶的定义：固定化酶技术是将酶用人工方法固定在特定载体上, 进行催化生产,因而固定化酶一般可以被认为是不溶性酶。
固定化酶的特点：优点:1.易于将固定化酶与底物产物分高,便于后续的分离和纯化;可以在较长时间内连续生产;酶的稳定性和最适温度提高;酶反应条件容易控制;可以增加产物的收率,提高产物质量;酶的使用效率高,使用成本低;7.适于产业化连续化自动化生产缺点:1.在固定化过程中,酶活力会损失;生产成本提高,工厂初期投资大;只能用于水溶性底物,适合于小分子;4.不适宜于多酶反应,还需要需要辅助因子的协助才可以有效反应固定化酶的方法：酶的固定化方法主要有四类：吸附法、包埋法、共价键法、交联法。
吸附法：吸附法是最简单的固定化方法，包括物理吸附和离子交换吸附。
物理吸附法常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、多空玻璃、多孔陶器、硅胶、氧化铝、羟基磷灰石等；离子吸附法是酶与载体通过范德华力、离子键和氢键等作用力固定。
包埋法：包埋法即酶在载体(如聚丙烯酰胺凝胶、矽酸盐凝胶、藻酸盐、角叉菜聚糖等)中发生聚合、沉淀或凝胶化而被固定的方法。
包埋法常用的载体主要有：明胶、聚酰胺、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、光交联树脂、海藻酸钠、火棉胶等。
共价键法：共价键法是利用化学方法将载体活化，再与酶分子上的某些基团反应，形成共价的化学键，从而使酶分子结合到载体上。
该方法使用广泛，固定化酶与载体连接牢固，不易脱落，有良好的稳定性及重复使用性，成为目前研究最为活跃的一类酶固定化方法。
共价键结合法常用的载体有：纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、甲壳素、氨基酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物等。
交联法：使酶与带两个以上的多官能团试剂进行交联反应，生成不溶于水的二维交联聚集体，交联形成的固定化酶称为交联酶。
与共价结合法一样，都是靠化学结合的方法使酶固定化，二者的区别在于交联法使用了交联剂。
常用的交联剂有戊二醛、蹂酸。
交联法—般作为其它固定化方法的辅助手段。
新型固定化方法：开发新型酶固定化方法的原则是：实现在较为温和的条件下进行酶的固定化，尽量减少或避免酶活力的损失。
通过辐射、光、等离子体、电子等新方法均可制备高活性固定化酶。
固定化酶在制药工业上的应用固定化酶或固定化细胞在医药工业上已经得到应用,尤其在半合成抗菌素工业和氨基酸制备工业上已达到工业生产规模。
氨基酸光学异构体的拆分本田边制药厂采用固定化氨基酞化酶选择性地水解N-乙酰基DL型氨基酸中N-乙酰基L型氨基酸,生成L氨基酸和N-乙酰基D型氨基酸,然后使用结晶方法分离出L型氨基酸，N-乙酰基D型氨基酸可以进行外消旋化变成D L型混合物,再进行拆分。
此法已于1969年投入工业生产。
这种方法优点是收率高,工艺简单,并可自动化、连续化,制备成本可下降10%。
1974年日本利用这个方法进行L-蛋氨酸,L-苯丙氨酸,L-撷氨酸,L-色氨酸和L-丙氨酸的生产。
此法也可用于乙胺丁醇和L-多巴的制造。
2.氨基酸和有机酸的合成1973年日本田边药厂采用聚丙烯酞胺凝胶包埋大肠杆菌细胞（内含有天门冬酰胺酶）,做成固定化细胞,用于L-天门冬氨酸的生产(以延胡索酸为原料),产率可达95%,成本下降40%,固定化细胞可使用4个月。
另外,固定化酶(或细胞)技术尚可用于制备色氨酸、酪氮酸、瓜氨酸、赖氨酸、谷氨酸、乌氨酸、苹果酸等，其中赖氨酸、瓜氨酸、乌氨酸、苹果酸已投入工业生产。
最近在国际第六届生物物理会议上曾报道，用角义菜胶包埋菌体,用于工业上制备L-天门冬酰胺酸和苹果酸。
3.在半合成抗菌素工业中的应用(1) 6-氨基青霉烷酸的制备：6-氨基青霉烷酸（6-APA）是半合成抗菌素中间体。
采用固定化酶技术,可将青霉素G直接水解生成6-A P A。
固定化酶法制备6-A P A的工艺简单,生产中无三废。
近年来国外对此研究较多,1973年已应用于工业化生产。
固定化酶技术还可用于制备氨苄青霉素和羧苄青霉素。
（2 )头孢菌素的制备：7-氨基脱乙酰氨基头孢烷酸( 7-ADCA)是头孢菌素的母核,当母核中引入不同侧链,可制得各种新头抱菌素。
以青霉素G为原料,通过一系列化学反应,可得到苯乙酞化7-ADCA,如采用化学法,很难由苯乙酸化7-ADCA得到7-ADCA。
但采用固定化酶技术则很容易去除侧链生成7-ADCA。
目前该法已在进行7-ADCA中试规模生产。
以7-ADCA为原料,在固定化酶存在下还可制成先锋霉素4号.4.甾体类药物的制备许多甾体化合物,如果仅用化学方法很难制得,但使用微生物的酶可以很容易进行甾体化合物的转化。
例如用化学合成法,由Reichstein化合物S制备强的松龙,需要7步合成反应,而且得率低,有副反应产生。
如果采用固定化11-羟化酶,使Reichstein化合物S一步转化为皮质醇，然后再通过Δ1，2脱氢酶转化为强的松龙。
Larrsoon等曾研究用l-2 kg聚丙烯酰胺凝胶包埋单纯棒状杆菌细胞,用于甾体Δ1，2脱氢反应制备强的松,每年可生产250 k g。
5.利用固定化酶制备单一对映体药物2-芳基丙酸(2-APA) 类非甾体抗炎药的( S) -构型的生理活性或药理作用远大于(Ｒ) -构型，采用固定化酶Novzym435进行布洛芬消旋体的外消旋转换，所得到的光活性的( S) -布洛芬，其对映体量比可达97. 5%。
Goto等为了增大固定化酶的活性, 减少酶用量, 用表面活性剂处理固定化酶, 使酶活性大幅度提高, 最多的达100倍。
目前, 2 -芳基丙酸类的药物, 如( S) -布洛芬、( R ) - 酮洛芬等在国外已上市, 而奈普生一开始就是以单一对映体药物进入临床的。
除上述外,固定化酶尚可用于维生素中间体α-酮基古龙酸的合成。
干扰素诱导体PolyI:C辅酶A和鹅去氧胆酸的制备。
在鹅去氧胆酸合成中。
用化学法制备,需要经过8个步骤,收率仅l0 %如果采用化学法和固定化酶法相结合的方法,仅要4个步骤,而且可以提高收率,降低成本4倍,充分显示固定化酶的优越性。
酶催化1.1 酶催化概念酶催化是介于均相与非均相催化反应之间的一种催化反应方式,它既可以看成是反应物与酶形成的一种化合物,也可以看成是酶表面产生的吸附物质,然后再进行反应的。
酶在加速或者减慢化学反应方面发挥着重要的意义,在一个活细胞中同时进行着几百种不同的反应,这都是借助于细胞内部相当数量的酶来完成的,它们的反应与其他催化反应一直,催化率与温度、酸碱值以及敏感性方面都有着一定的关系。
1.2 酶催化特点酶催化技术在应用的过程中存在着自己独特的方面,酶催化剂在通常情况下都具备着反应条件温和,具备着很高的区域选择性和立体选择性,并且反应大多数都可以在水中直接进行着。
随着制药工业对手工业化合物需求量的不断增加、人类环保意识的不断增强,酶催化技术越来越受到人们的重视,已成为化学制药领域研究最多的技术之一。
同时,近年来,随着生物技术和基因工程的应用,酶催化技术的性能也得到了很大的提升,酶催化反应以及生成成本也得到了显著的提升。
在这种社会背景下,人们对酶催化剂的认识越来越深入,极大的改变了传统酶催化反应要求提出了许多的新内容。
1.3 酶催化技术发展传统的酶催化反应主要在水相中进行,但自1987年Kilibanov等用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酞胺以来,对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加,特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。
由于脂肪酶本身是一种界面酶,在非水介质中比较稳定,因此，具有良好的工业化应用前景。
非水相酶催化反应是酶催化反应中的一个重要方面。
非水相溶剂通常具有可增加底物溶解度,改变反应的平衡方向, 提高反应的立体选择性,抑制水参与的副反应,易于消除底物和产物的抑制作用，加快生物催化的速率和效率等优点，在药物及药物中间体和食品等方面具有较大的应用价值。
目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系:无溶剂系统无溶剂系统是指以纯底物作为溶剂,没有其他溶剂的稀释和参与。
通常在类似体系中,底物浓度高, 反应速度快,转化效率高, 并避免了溶剂使用和回收等问题。
无溶剂系统与其他反应系统相比具有明显的优势,但局限于底物为液态的酶催化反应,在实际应用时受到了较大的限制。
有机溶剂系统有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。
适用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。
酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。
它包括：非极性有机溶剂--酶悬浮体系(微水介质体系)，与水互溶的有机溶剂--水单相体系，非极性有机溶剂--水两相/多相体系。
反胶束体系反胶束是表面活性剂溶解于非极性溶液中形成一个围绕极性核的纳米聚集体,为一种低水含量的油包水微乳液。
极性核中的水不同于普通水,其黏度较高,酸性和极性比普通水低,其中的水可以溶解原本不溶的物质,如脂肪酶等生物催化剂。
低共熔混合物所谓低共熔混合物是指将两种纯净物按不同比例相混合,在一定组成下,相图上出现了一个最低熔化温度点,即低共熔点。
此时形成的混合物叫低共熔混合物。
低共熔点一般比任何一种纯净物的熔点都低。
当体系温度高于低共熔温度时,体系中就会产生包含各种反应物的液相。
实验证明,以该体系为反应介质进行酶促反应时,反应正是在低共熔混合物中的液相发生的。
低共熔多相混合物体系中的酶促反应不需溶剂,成本低、污染少、纯化过程容易,避免了有机溶剂对酶活性的影响,有广阔的应用前景,对食品,制药等产品纯度要求较高的行业来说更具有深远的意义。
但目前对它的研究主要限于肽类和酯类的合成。
超临界流体超临界流体是一种超过临界温度和临界压力的特殊物质,物理性质介于液体和气体之间作为酶反应的介质。
超临界流体具有黏度小、易扩散、溶解性好、无毒及产物易分离等特点。
常用作超临界流体的有: CO2、SO2、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10 、C5H12、CCIF6及SF6等,其中最常用的是CO2。
离子液体离子液体由有机阳离子和无机或有机阴离子构成, 在室温或室温附近温度下呈液态,不易挥发,不造成环境污染, 被誉为绿色溶剂。
理论上改变不同的阳离子/阴离子组合可以合成多种不同的离子液体。
离子液体易于与催化剂一起循环使用,为生物催化反应提供了新的介质, 可提高催化剂的活性和选择性。
对于易使酶失活的离子液体,通过改造其结构、加入缓冲液或调节pH 值等手段恢复酶活力,使其成为融酶离子液体。
虽然有关离子液体的研究目前较为活跃,但离实际应用还有一段距离。
此外，通过对酶和溶剂系统全方位的改造和有机组合, 非水相酶反应将在有机合成化学、不对称合成、过程化学等方面得到更多的应用,将为药物、食品、新材料等的制备和生产开辟新的途径。