Overzicht van enzymimmobilisatiemethoden

In het vorige artikel hebben we vermeld dat de bittere stoffen in citrusvruchten voornamelijk naringine zijn, die door naringinase geleidelijk kan worden afgebroken tot glucose en naringenine, en uiteindelijk het doel van ontbittering kan bereiken. In het feitelijke productie- en gebruiksproces hebben geïmmobiliseerde enzymen, vergeleken met vrije enzymen, niet alleen een hogere katalytische efficiëntie en een betere specificiteit, maar ze zijn ook beter bestand tegen zware omstandigheden en verlengen de levensduur van enzymen; tegelijkertijd zijn geïmmobiliseerde enzymen gemakkelijk te scheiden van het reactieproduct, vereenvoudigen ze het productieproces en verlagen ze de kosten. Daarom volgt hier een korte inleiding tot de immobilisatiemethoden van veelgebruikte enzymen.

 

Geïmmobiliseerd enzym verwijst naar een enzym dat is gefixeerd op een bepaalde drager om het onoplosbaar te maken in water en toch katalytische eigenschappen heeft. Al in 1954 gebruikten Glubhofer en Schleith de diazomethode om polystyreenhars te modificeren voor de immobilisatie van pepsine en carboxypeptidase om geïmmobiliseerde enzymen te bereiden. In 1969 gebruikte de Japanse wetenschapper Chi Yanichiro geïmmobiliseerd geacyleerd aminozuur om voor het eerst continue productie van L-aminozuur te realiseren, wat de snelle ontwikkeling van immobilisatietechnologie in enzymtechnologie bevorderde. Toen geïmmobiliseerde enzymen opkwamen, waren er veel verschillende namen, maar op de eerste International Enzyme Engineering Conference in 1971 werd formeel voorgesteld om "geïmmobiliseerde enzymen" als juiste term te gebruiken. De enzymgekatalyseerde reactie heeft milde condities, een hoge katalytische efficiëntie en een hoge specificiteit. Tegelijkertijd is het enzym gemakkelijk af te breken en milieuvriendelijk. Het geïmmobiliseerde enzym behoudt niet alleen deze eigenschappen van het enzym, maar heeft ook veel eigenschappen die vrije enzymen moeilijk kunnen hebben, zoals: ① gemakkelijk te scheiden van het reactiesysteem; ② recyclebaar voor hergebruik; ③ verbetering van de stabiliteit van het enzym onder zware omstandigheden; ④ het kan enzymkatalyse in niet-waterige fase realiseren; ⑤ het kan een multi-enzymsysteem met continue reactie produceren. Omdat geïmmobiliseerde enzymen een belangrijke toepassingswaarde hebben op het gebied van geneeskunde, voeding, milieubescherming, etc., hebben ze de afgelopen jaren de aandacht van wetenschappers getrokken en hebben ze veel toepassingen in de industrie.

 

Gangbare enzymimmobilisatiemethoden zijn voornamelijk de adsorptiemethode, de inbeddingsmethode, de verknopingsmethode en de covalente koppelingsmethode. De eerste twee behoren tot de fysische methode en de laatste twee tot de chemische methode. Het principe van deze methoden om enzymen te immobiliseren is weergegeven in figuur 1.

 

Figuur 1 Methode voor het immobiliseren van enzym

1 Adsorptiemethode

De adsorptiemethode is een methode om de immobilisatie te voltooien door de oppervlakteadsorptie van de drager aan het enzym of door de positieve en negatieve ladingsinteractie tussen de drager en het enzym, met inbegrip van fysische adsorptie en ionenadsorptie.

• fysische adsorptie

De fysische adsorptiemethode is een methode om het enzym op het oppervlak van de drager te fixeren met behulp van het adsorptie-effect van de drager op het enzym. De methode is eenvoudig te gebruiken, vereist geen modificatie en activering, en het actieve centrum van het enzym blijft goed behouden, maar de bindingskracht is laag en de kracht is voornamelijk intermoleculaire kracht en oppervlaktespanning. De adsorbentia die vaak worden gebruikt voor immobilisatie van enzymen zijn onder andere actieve kool, grafeen, diatomeeënaarde en andere niet-wateroplosbare adsorbentia met een sterke waterabsorptiecapaciteit. Zhao et al. gebruikten gereduceerd grafeenoxide als drager om glucoseoxidase en glucoamylase samen te immobiliseren en zo een geïmmobiliseerd samengesteld enzym te bereiden.

• ionenadsorptie

De ionenadsorptiemethode is een methode om het enzym te immobiliseren door de positieve en negatieve ladingsinteractie tussen de drager en het enzym. De methode heeft milde bereidingsomstandigheden en de enzymactiviteit gaat niet gemakkelijk verloren, maar de bindingskracht is ook zwak en valt gemakkelijk weg. Mateo et al. bereidden een nieuw type ionenwisselaarhars om respectievelijk lipase, β-galactosidase en aminozuuroxidase te fixeren. Onder de omstandigheden van pH 7,0 en 4 ℃ kan het enzym binnen een paar minuten adsorptieverzadiging bereiken en kan de terugvindsnelheid van de enzymactiviteit oplopen tot 100%, wat een goed immobilisatie-effect laat zien.

2 Insluitmethode

De inbeddingsmethode is een methode waarbij het enzym wordt ingebed in een poreus materiaal en omvat de gelinbeddingsmethode en de inbeddingsmethode met semi-permeabel membraan. De inbeddingsmethode met gel is een fixatiemethode waarbij het enzym wordt ingebed in de interne netwerkstructuur van de gel (Figuur 1B-a). Zhang Shuxiang en anderen gebruikten natriumalginaat om schimmellaccase in te bedden om afvalwater van papierfabrieken met een lage concentratie te behandelen. De maximale terugwinning van enzymactiviteit was 48%, en de enzymactiviteit bleef 64% na 8 runs. De inbeddingsmethode met semi-permeabel membraan is een methode om enzymen te immobiliseren in een semi-permeabel membraan van hoogmoleculaire polymeren (Figuur 1B-b). Deze methode vereist ook geen chemische modificatie en heeft geen invloed op de activiteit van het enzym, maar het is niet eenvoudig om de grootte van het membraan te regelen. Het is moeilijk om de enzymactiviteit te handhaven en tegelijkertijd de vrije in- en uitgang van reactanten en producten te regelen zonder dat er enzym lekt. Daarom wordt deze methode in de praktijk meestal gecombineerd met andere methoden. Rilling P et al. gebruikten een drager om eiwitmoleculen samen in een microcapsule te immobiliseren, wat niet alleen de stabiliteit van het geïmmobiliseerde enzym verhoogde, maar ook de eigenschappen ervan verbeterde.

3 Kruisverbindingsmethode

De verknopingsmethode is een methode waarbij de enzymmoleculen met elkaar worden verknoopt met behulp van bifunctionele of multifunctionele reagentia en de enzymmoleculen en de reagentia een covalente binding vormen en worden gefixeerd. Het geïmmobiliseerde enzym dat met deze methode wordt bereid, heeft een goede stabiliteit, maar sommige groepen van het enzym, zoals amino, sulfhydryl, imidazolyl, enz. kunnen deelnemen aan de verknopingsreactie. Als de geselecteerde verknopingsagent en functionele groep niet geschikt zijn, kan de structuur van het actieve centrum van het enzym worden vernietigd, wat resulteert in een ernstig verlies van enzymactiviteit, dus wordt deze methode meestal gecombineerd met andere methoden. Li Xiaojing en anderen kapselden pepsine eerst in met een natriumalginaatoplossing en voegden dit vervolgens druppelsgewijs toe aan een oplossing met een bepaalde concentratie chitosan en CaCl₂ om geïmmobiliseerde enzym-microsferen te verkrijgen en voegde vervolgens een bepaalde hoeveelheid glutaaraldehyde toe voor verknoping om geïmmobiliseerde pepsine te verkrijgen. Met deze methode werd een geïmmobiliseerd enzym verkregen met zowel een goede operationele stabiliteit als thermische stabiliteit.

4 Covalente koppelingsmethode

De covalente koppelingsmethode (ook bekend als de covalente bindingsmethode) is een methode om het enzym te immobiliseren door een covalente binding te vormen tussen het enzym en de drager (zoals weergegeven in figuur 2).

Figuur 2 Geïmmobiliseerd enzym door covalente bindingsmethode, A-actief aminozuurresidu; B-bindende groep op drager; C-drager.

Covalente bindingsmethoden omvatten over het algemeen drie typen: (1) de drager wordt gewijzigd en geactiveerd en vervolgens covalent gebonden aan de enzymmolecule; (2) de drager en de enzymmolecule worden covalent gebonden door middel van een koppelmiddel; (3) de enzymmolecule wordt gewijzigd na activering en gecombineerd met de drager. Het eerste type wordt het meest gebruikt. Na activering van de drager om bepaalde actieve groepen zoals amino, epoxy, etc. te verbinden met het actieve residu van het enzymmolecuul (zoals amino, carboxyl, hydroxyl, etc.), wordt het enzym geïmmobiliseerd. Deze methode is veel betrouwbaarder dan de adsorptiemethode. Tegelijkertijd zijn, omdat de drager meestal groter is, de aminozuurresiduen die betrokken zijn bij de reactie op het enzym over het algemeen blootgesteld aan de periferie van het enzym en is het effect op het actieve centrum van het enzym relatief klein. Dit is een uitstekende methode om enzymen te immobiliseren. Yan Keliang en anderen gebruikten geaminosilaniseerde magnetische nanodeeltjes om pectinase te immobiliseren, en de immobilisatiesnelheid en het terugwinningspercentage van de enzymactiviteit waren respectievelijk 44,44% en 40,86%, waardoor een goed immobilisatie-effect werd bereikt. In het volgende artikel worden de verschillende methoden om magnetische biopolymeer microsferen te maken in detail besproken.

Neem nu contact met ons op!

Als je Price nodig hebt, vul dan je contactgegevens in op het formulier hieronder. We nemen dan meestal binnen 24 uur contact met je op. Je kunt me ook een e-mail sturen info@longchangchemical.com tijdens kantooruren (8:30 tot 18:00 UTC+8 ma. ~ za.) of gebruik de live chat op de website voor een snel antwoord.

Samenstelling Glucoamylase	9032-08-0
Pullulanase	9075-68-7
Xylanase	37278-89-0
Cellulase	9012-54-8
Naringinase	9068-31-9
β-amylase	9000-91-3
Glucose-oxidase	9001-37-0
alfa-amylase	9000-90-2
Pectinase	9032-75-1
Peroxidase	9003-99-0
Lipase	9001-62-1
Katalase	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastase	39445-21-1
Urease	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Lactische dehydrogenase	9001-60-9
Dehydrogenase malaat	9001-64-3
Cholesteroloxidase	9028-76-6