{"id":4514,"date":"2021-04-22T07:03:58","date_gmt":"2021-04-22T07:03:58","guid":{"rendered":"https:\/\/longchangchemical.com\/?p=4514"},"modified":"2024-09-28T11:56:15","modified_gmt":"2024-09-28T11:56:15","slug":"overview-of-the-methods","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/longchangchemical.com\/de\/overview-of-the-methods\/","title":{"rendered":"\u00dcberblick \u00fcber die Methoden der Immobilisierung von Enzymen auf magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln"},"content":{"rendered":"

Magnetische Biopolymer-Mikrokugeln sind ein neuartiges Verbundmaterial, das biologische Materialien und anorganische magnetische Materialien kombiniert, um magnetisch ansprechende und biologisch aktive Mikrokugeln zu bilden. Ihre Eigenschaften h\u00e4ngen von den anorganischen magnetischen Materialien, den biologischen Materialien und der Art ihrer Wechselwirkung ab. Das derzeit am meisten verwendete und untersuchte magnetische Material ist Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0magnetischen Nanopartikeln. Aufgrund ihrer gro\u00dfen spezifischen Oberfl\u00e4che, ihrer guten Biokompatibilit\u00e4t und ihrer hohen magnetischen Reaktion k\u00f6nnen sie eine schnelle Trennung und gezielte Bewegung erreichen, so dass sie in der Lebensmittelindustrie, der medizinischen Versorgung, dem Umweltschutz und anderen Bereichen weit verbreitet sein k\u00f6nnen. Zu den biopolymeren Materialien geh\u00f6ren haupts\u00e4chlich Chitosan, Natriumalginat, Gelatine usw. Chitosan ist das am meisten untersuchte biologische Material, da es sich durch gute Biokompatibilit\u00e4t, erneuerbare Ressourcen und biologische Abbaubarkeit auszeichnet. Ein neuartiger Verbundwerkstoff, der aus Chitosan und magnetischem Material besteht, hat beides hervorragende Eigenschaften, so dass er breite Anwendungsm\u00f6glichkeiten in verschiedenen Bereichen bietet.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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1. Struktur und Eigenschaften von magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Die Struktur der magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln umfasst drei Arten: (1) Kern-Schale-Struktur; (2) Hybridstruktur; (3) mehrschichtige Sandwichstruktur, wie in Abbildung 1 dargestellt.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Abbildung 1: Struktur der magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Magnetische Biopolymer-Mikrokugeln haben viele hervorragende Eigenschaften, die sie f\u00fcr die Immobilisierung von Enzymen besser geeignet machen. Zum Beispiel (1) Oberfl\u00e4cheneffekt. Wenn die Partikelgr\u00f6\u00dfe von magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln den Mikrometer- oder sogar Nanometerbereich erreicht, erh\u00f6ht sich im Allgemeinen mit zunehmender spezifischer Oberfl\u00e4che auch die Gruppendichte und die selektive Adsorptionsleistung der Mikrokugeln, und die Stabilit\u00e4t der Mikrokugeln nimmt deutlich zu. (2) Magnetische Wirkung. Wenn der Durchmesser von Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Kristall weniger als 30 nm gro\u00df ist, besitzt er einen Super-Paramagnetismus, d. h. der Magnetismus ist unter der Bedingung eines \u00e4u\u00dferen Magnetfeldes sehr gro\u00df. Wenn das \u00e4u\u00dfere Magnetfeld entfernt wird, verschwindet der Magnetismus schnell, so dass die Mikrokugel unter der Bedingung eines \u00e4u\u00dferen Magnetfeldes eine magnetische Ausrichtung hat und sich schnell von nichtmagnetischen Materialien trennen kann. Sie wird in einem Magnetfeld nicht dauerhaft magnetisiert, so dass sie die sp\u00e4tere Verwendung nicht beeintr\u00e4chtigt. (3) Biokompatibilit\u00e4t. In der Natur sind biologische Materialien wie Proteine und Polysaccharide biokompatibel, was ihnen wichtige Anwendungen in der Biomedizintechnik erm\u00f6glicht. (4) Funktionelle Basiseigenschaften. Biologische Materialien wie Chitosan und Natriumalginat verf\u00fcgen \u00fcber zahlreiche aktive Gruppen (-OH, -COOH, -NH2), die kovalent mit biologisch aktiven Substanzen verbunden oder mit bestimmten chemischen Gruppen modifiziert werden k\u00f6nnen.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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2. Herstellung von magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Die Herstellung von magnetischen Biopolymer-Mikrokugeln ist in zwei Schritte unterteilt. Der erste Schritt ist die Herstellung von magnetischen Nanopartikeln. Die derzeit verwendeten Methoden zur Herstellung von Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Magnetische Nanopartikel werden haupts\u00e4chlich durch chemische Co-F\u00e4llung, thermische Zersetzung von Eisensalz, Mikroemulsion und hydrothermale Verfahren hergestellt. Die chemische Co-F\u00e4llungsmethode ist einfach und bequem zu handhaben und die am h\u00e4ufigsten verwendete Methode zur Herstellung. Das Prinzip der chemischen Co-F\u00e4llungsmethode zur Synthese von Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0ist die Synthese von Eisenoxid durch Erhitzen und R\u00fchren einer gemischten Salzl\u00f6sung mit einem bestimmten Anteil an Fe2+<\/sup>\u00a0und Fe3+<\/sup>\u00a0(1:2) unter anaeroben Bedingungen und schneller Zugabe von Lauge (Ammoniak oder NaOH). Xu et al. verwendeten die chemische Co-F\u00e4llungsmethode, um 4,34 mmol FeCl2\u9458<\/sub>4H2O und 8,67 mmol FeCl3<\/sub>-6H2<\/sub>O, und erhitzen Sie das System unter Stickstoff auf 85 \u2103. Nach dem vollst\u00e4ndigen Aufl\u00f6sen gibt man schnell 25 mL konzentrierten Ammoniak und eine bestimmte Menge Natriumcitrat hinzu, dann wird das Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0magnetische Nanopartikel mit guter Mono-Dispersit\u00e4t und magnetischer Ansprechbarkeit synthetisiert.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Nach der Herstellung von magnetischen Nanopartikeln m\u00fcssen diese mit Chitosan vernetzt werden, um magnetische Chitosan-Mikrokugeln herzustellen. Gegenw\u00e4rtig umfassen die Synthesemethoden f\u00fcr magnetische Chitosan-Mikrokugeln haupts\u00e4chlich die Emulsionsvernetzungsmethode, die Spr\u00fchtrocknungsmethode, die photochemische Methode und die In-situ-Methode. Die Emulsionsvernetzungsmethode ist die einfachste und am weitesten verbreitete Methode. Bei der Emulsionsvernetzungsmethode wird das Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0oder magnetische Fl\u00fcssigkeit in eine gemischte Fl\u00fcssigkeit, die Chitosan, ein Tensid und eine \u00d6lphase enth\u00e4lt, um ein Wasser-in-\u00d6l-Mikroemulsionssystem zu bilden, und dann Glutaraldehyd hinzuf\u00fcgen; in dem System findet zwischen Glutaraldehyd und Chitosan eine Vernetzungsreaktion statt, um eine Schiffsbase zu erzeugen, und das Chitosan wird zu einem Netzwerk vernetzt und \u00fcberzieht dann Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0(wie in Abbildung 2 dargestellt). Jiang et al. verwendeten die Emulsionsvernetzungsmethode unter Verwendung von Span 80, fl\u00fcssigem Paraffin und Glutaraldehyd als Tensid, Dispergiermittel bzw. Vernetzungsmittel, um magnetische Chitosan-Mikrokugeln mit regelm\u00e4\u00dfiger Kugelform und glatter Oberfl\u00e4che zu synthetisieren.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Abbildung 2 Schematische Darstellung der Synthese von magnetischen Chitosan-Mikrokugeln durch Emulsionsvernetzung<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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3. Auf magnetischen Verbundmikrokugeln immobilisiertes Enzym<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Nachdem die magnetischen Chitosan-Mikrokugeln erfolgreich hergestellt wurden, kann das Enzym auf den Mikrokugeln immobilisiert und verwendet werden. Da Chitosan reich an aktiven Aminogruppen und Hydroxylgruppen ist, kann es mit Carboxylgruppen, Aminogruppen, Epoxygruppen, bifunktionellen Gruppen usw. reagieren. Die magnetischen Chitosan-Mikrokugeln sind gruppenmodifiziert, um den Anforderungen unterschiedlicher Immobilisierung gerecht zu werden. Die Zubereitungsmethoden f\u00fcr spezifische immobilisierte Enzyme werden im Folgenden nach funktionellen Gruppen vorgestellt.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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1) Auf carboxylmodifizierten magnetischen Verbundmikrokugeln immobilisiertes Enzym<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die carboxylmodifizierten magnetischen Verbundmikrokugeln k\u00f6nnen kovalent an die Aminogruppe des Enzyms gebunden werden, nachdem sie durch Carbodiimid-Kopplung in einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung aktiviert wurden, wodurch das Enzymmolek\u00fcl an den magnetischen Verbundmikrokugeln immobilisiert wird (Abbildung 3). Zhu Yihua und andere verwendeten eine verbesserte Suspensionspolymerisationsmethode, um die mit Styrol behandelte magnetische Fl\u00fcssigkeit und das Monomer Methylacrylat durch das vernetzende Monomer Divinylbenzol zu copolymerisieren, und verwenden dann Alkalihydrolyse, um einen magnetischen Verbundstoff mit guter Monodispersit\u00e4t und reichen Carboxylgruppen zu erhalten. Die Mikrokugeln werden zur Immobilisierung von Laktase verwendet, nachdem sie durch Carbodiimid-Kopplung aktiviert wurden. Die h\u00f6chste Aktivit\u00e4t betr\u00e4gt etwa 360 U-g-1<\/sup>und die Vernetzungseffizienz des Enzyms betr\u00e4gt etwa 20%.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Abbildung 3 Schematische Darstellung der Herstellung von immobilisierten Enzymen auf carboxylmodifizierten magnetischen Verbundmikrokugeln<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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2) Aminomodifizierte magnetische Verbundmikrokugeln mit immobilisiertem Enzym<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Nachdem die aminomodifizierten magnetischen Verbundmikrokugeln mit einer geeigneten Menge Glutaraldehyd gekoppelt und aktiviert wurden, k\u00f6nnen sie kovalent an die Aminogruppe des Enzyms binden, wodurch die Enzymmolek\u00fcle auf den magnetischen Mikrokugeln immobilisiert werden (Abbildung 4). Liu Yu et al. stellten nacheinander monodisperse magnetische SiO2<\/sub>\u00a0Partikel durch chemische Co-Pr\u00e4zipitation Methode und Sol-Gel-Methode, modifiziert sie mit Aminogruppen durch Silan-Kopplungsmittel, und immobilisiert Laccase mit Glutaraldehyd als das Vernetzungsmittel. Die Ergebnisse zeigten, dass die immobilisierte Laccase bei einer konstanten Temperatur von 60 \u2103 f\u00fcr 4 Stunden gehalten wurde und immer noch 60,9% Enzymaktivit\u00e4t hatte, und nach 10 Zyklen der Verwendung, hatte es immer noch mehr als 55% Enzymaktivit\u00e4t, und seine thermische Stabilit\u00e4t und Betriebsstabilit\u00e4t wurden deutlich verbessert.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Abbildung 4 Schematische Darstellung der Herstellung von immobilisierten Enzymen auf aminomodifizierten magnetischen Verbundmikrokugeln<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

3) Epoxid-modifizierte magnetische Verbundmikrokugeln mit immobilisiertem Enzym<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Epoxidgruppe ist eine \u00e4u\u00dferst aktive Gruppe. Sie kann ohne Modifikation direkt kovalent an biologische Gruppen gebunden werden. Daher werden die Molek\u00fcle nach der kovalenten Bindung der mit Epoxy modifizierten magnetischen Verbundmikrokugeln an die Aminogruppe des Enzyms auf den magnetischen Mikrokugeln immobilisiert (Abbildung 5). Yong et al. stellten \u00f6ls\u00e4urebeschichtete magnetische Mikrokugeln durch Suspensionspolymerisation her. Die nach der Aktivierung mit Methanol erhaltenen hydrophilen magnetischen Mikrokugeln auf Epoxidbasis wurden f\u00fcr die Immobilisierung von Lipase verwendet. Die Retentionsrate der immobilisierten Enzymaktivit\u00e4t betr\u00e4gt 64,2%, und ihre Stabilit\u00e4t ist deutlich verbessert.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Abbildung 5 Schematische Darstellung der Herstellung von immobilisierten Enzymen auf magnetischen Verbundmikrokugeln auf Epoxidbasis<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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4) Enzyme, die auf magnetischen Komposit-Mikrokugeln immobilisiert sind, die mit bifunktionellen Gruppen modifiziert wurden<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Auf den bifunktionalen magnetischen Mikrokugeln werden zun\u00e4chst die Carboxylgruppen des Enzymmolek\u00fcls und die Aminogruppen auf den Mikrokugeln durch Ioneninteraktion schnell auf dem Tr\u00e4ger immobilisiert, und das durch Ioneninteraktion immobilisierte Enzym interagiert \u00fcber seine Sulfhydryl- und Aminogruppen kovalent mit den Epoxygruppen auf dem Tr\u00e4ger. Dadurch wird es weiter fixiert (wie in Abbildung 6 dargestellt), was die beiden Eigenschaften der schnellen Fixierung durch Ionenwirkung und der festen Fixierung durch kovalente Bindung aufweist. Li Xiutao et al. brachten drei zuf\u00e4llige Copolymerb\u00fcrsten auf der Oberfl\u00e4che von mit Divinylbenzol vernetzten Polyacryls\u00e4ure-Mikrokugeln mit Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Nanopartikeln dispergiert und dann zur Immobilisierung von Penicillin-G-Acylase verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Aktivit\u00e4t und Wiederherstellungsrate der Enzymaktivit\u00e4t des immobilisierten Enzyms mit beiden Epoxy-Gruppe und Amino-Gruppe zur gleichen Zeit eingef\u00fchrt sind die h\u00f6chsten, seine Immobilisierung Kinetik ist besser als die von nur Epoxy-enthaltenden magnetischen Mikrokugeln, und seine optimale pH-Wert und Temperatur Stabilit\u00e4t Es ist h\u00f6her als freies Enzym, und seine Enzymaktivit\u00e4t beh\u00e4lt 70% nach wiederholter Verwendung f\u00fcr 10 mal.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Abbildung 6 Schematische Darstellung der Herstellung von immobilisierten Enzymen auf magnetischen Verbundmikrokugeln, die mit bifunktionellen Gruppen modifiziert wurden<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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In den letzten Jahren haben Wissenschaftler zwar verschiedene Materialien zur Immobilisierung von Naringinase verwendet, z. B. nat\u00fcrliche Biopolymere wie Chitosan, Natriumalginat und Seidenprotein, organische Verbindungen wie Epoxidharz und Polyvinylalkohol, Aktivkohle und Graphitoxid-Kohlenstoffmaterialien wie Ene, und es wurden bestimmte Forschungsergebnisse erzielt, aber bei der tats\u00e4chlichen Entbitterung gibt es Probleme wie schlechte S\u00e4urebest\u00e4ndigkeit der immobilisierten Enzyme, langsame Abtrennung vom Saft oder unvollst\u00e4ndige Abtrennung usw. In Bezug auf die oben genannten Probleme wird im n\u00e4chsten Artikel eine Forschungsarbeit im Detail vorgestellt. In diesem Wok verwendeten die Forscher ein Verbundmaterial aus Chitosan, magnetischem Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Nanopartikeln und Siliziumdioxid, modifizierte das Verbundmaterial mit Epoxidgruppen und immobilisierte dann Naringinase darauf. Diese Arbeit liefert die Datengrundlage f\u00fcr weitere Studien zur Immobilisierungstechnologie von Naringinase.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Verbindung Glucoamylase<\/span><\/a><\/td>\r\n9032-08-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Pullulanase<\/span><\/a><\/td>\r\n9075-68-7<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Xylanase<\/span><\/a><\/td>\r\n37278-89-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Cellulase<\/span><\/a><\/td>\r\n9012-54-8<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Naringinase<\/span><\/a><\/td>\r\n9068-31-9<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
\u03b2-Amylase<\/span><\/a><\/td>\r\n9000-91-3<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Glukose-Oxidase<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-37-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
alpha-Amylase<\/td>\r\n9000-90-2<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Pektinase<\/span><\/a><\/td>\r\n9032-75-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Peroxidase<\/td>\r\n9003-99-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Lipase<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-62-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Katalase<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-05-2<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
TANNASE<\/span><\/a><\/td>\r\n9025-71-2<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Elastase<\/span><\/a><\/td>\r\n39445-21-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Urease<\/span><\/a><\/td>\r\n9002-13-5<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
DEXTRANASE<\/span><\/a><\/td>\r\n9025-70-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
L-Milch-Dehydrogenase<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-60-9<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Dehydrogenase Malat<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-64-3<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Cholesterin-Oxidase<\/span><\/a><\/td>\r\n9028-76-6<\/td>\r\n<\/tr>\r\n<\/tbody>\r\n<\/table>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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