酶固定化方法概述

在上一篇文章中，我们提到柑橘类水果中的苦味物质主要是柚皮苷，在柚皮苷酶的作用下，柚皮苷可以逐渐分解成葡萄糖和柚皮苷，最终达到脱苦的目的。在实际生产和使用过程中，与游离酶相比，固定化酶不仅催化效率更高，特异性更好，而且还能增强酶对恶劣条件的抵抗能力，延长酶的使用寿命；同时，固定化酶便于与反应产物分离，简化了生产工艺，降低了成本。因此，在此简要介绍常用酶的固定化方法。

 

固定化酶是指固定在一定载体上形成不溶于水而仍具有催化特性的酶。早在 1954 年，Glubhofer 和 Schleith 就用重氮法改性聚苯乙烯树脂，固定胃蛋白酶和羧肽酶，制备出固定化酶。1969年，日本科学家Chi Yanichiro利用固定化酰化氨基酸首次实现了L-氨基酸的连续生产，推动了固定化技术在酶工程领域的迅速发展。固定化酶出现之初，名称繁多，1971 年第一届国际酶工程会议上，正式提出使用 "固定化酶 "作为专有名词。酶催化反应具有条件温和、催化效率高、特异性强等特点。同时，酶易于降解，对环境友好。固定化酶不仅保留了酶的这些特点，而且还具有游离酶难以具备的许多特性，如：易于从反应体系中分离；②可回收再利用；③提高了酶在苛刻条件下的稳定性；④可在非水相中实现酶催化；⑤可产生连续反应的多酶体系。由于固定化酶在医药、食品、环保等领域具有重要的应用价值，近年来引起了学者们的关注，在工业上也有很多应用。

 

常见的酶固定化方法主要有吸附法、包埋法、交联法和共价偶联法。前两种属于物理方法，后两种属于化学方法。这些方法固定酶的原理如图 1 所示。

 

图 1 固定酶的方法

1 吸附法

吸附法是通过载体对酶的表面吸附或载体与酶之间的正负电荷作用完成固定化的方法，包括物理吸附和离子吸附。

• 物理吸附

物理吸附法是利用载体对酶的吸附作用，将酶固定在载体表面的方法。该方法操作简单，不需要改性和活化，酶的活性中心保存较好，但结合力较低，其作用力主要是分子间作用力和表面张力。酶固定化常用的吸附剂有活性炭、石墨烯、硅藻土等吸水性强的非水溶性吸附剂。Zhao 等人以还原氧化石墨烯为载体，共同固定葡萄糖氧化酶和葡萄糖淀粉酶，制备了一种固定化复合酶。

• 离子吸附

离子吸附法是通过载体与酶之间的正负电荷相互作用来固定酶的一种方法。该方法制备条件温和，酶活性不易丧失，但结合力也较弱，容易脱落。Mateo 等制备了一种新型离子交换树脂，分别固定脂肪酶、β-半乳糖苷酶和氨基酸氧化酶。在 pH 值为 7.0 和 4 ℃ 的条件下，酶可在几分钟内达到吸附饱和，酶活性恢复率高达 100%，显示出良好的固定化效果。

2 嵌入方法

包埋法是将酶包埋在多孔材料中的方法，包括凝胶包埋法和半透膜包埋法。凝胶包埋法是一种将酶包埋在凝胶内部网络结构中的固定方法（图 1B-a）。张树祥等人利用海藻酸钠包埋真菌漆酶处理低浓度造纸废水。酶活性的最大回收率为 48%，8 次运行后酶活性仍为 64%。半透膜包埋法是一种将酶固定在高分子聚合物制成的半透膜中的方法（图 1B-b）。这种方法也不需要化学修饰，不会影响酶的活性，但不易控制膜的大小。既要保持酶的活性，又要控制反应物和产物的自由进出而不发生酶泄漏是很困难的。因此，这种方法在实际应用中通常与其他方法相结合。Rilling P 等人利用载体将蛋白质分子一起固定在微胶囊中，不仅增加了固定酶的稳定性，还改善了酶的特性。

3 交联法

交联法是利用双功能或多功能试剂将酶分子相互交联，酶分子与试剂形成共价键而固定的方法。用这种方法制备的固定化酶具有良好的稳定性，但酶的某些基团如氨基、巯基、咪唑基等可能会参与交联反应。如果选择的交联剂和官能团不合适，可能会破坏酶活性中心的结构，导致酶活性严重丧失，因此这种方法通常与其他方法结合使用。李晓静等人先用海藻酸钠溶液包裹胃蛋白酶，然后滴加到含有一定浓度壳聚糖和 CaCl₂ 然后加入一定量的戊二醛进行交联，得到固定化胃蛋白酶。这种方法得到的固定化酶具有良好的操作稳定性和热稳定性。

4 共价偶联法

共价偶联法（又称共价结合法）是一种通过在酶和载体之间形成共价键来固定酶的方法（如图 2 所示）。

图 2 通过共价结合法固定酶，A-活性氨基酸残基；B-载体上的结合基团；C-载体。

共价结合法一般包括三种类型：（1）载体经修饰活化后与酶分子共价结合；（2）载体与酶分子通过偶联剂共价结合；（3）酶分子经修饰活化后与载体结合。其中，第一种应用较为普遍。通过活化载体，将某些活性基团（如氨基、环氧基等）与酶分子的活性残基（如氨基、羧基、羟基等）连接起来，从而固定酶。这种方法比吸附法可靠得多。同时，由于载体通常较大，酶上参与反应的氨基酸残基一般是暴露在酶外围的氨基酸残基，对酶活性中心的影响相对较小。这是一种很好的固定酶的方法。严克良等人采用氨基硅烷化磁性纳米颗粒固定果胶酶，固定率和酶活性恢复率分别为44.44%和40.86%，取得了良好的固定效果。下一篇文章将继续详细介绍磁性生物聚合物微球的不同制备方法。

立即联系我们！

如果您需要价格，请在下表中填写您的联系信息，我们通常会在 24 小时内与您联系。您也可以给我发电子邮件 info@longchangchemical.com 请在工作时间（UTC+8 周一至周六，上午 8:30 至下午 6:00）或使用网站即时聊天工具获得及时回复。

复合葡萄糖淀粉酶	9032-08-0
普鲁兰酶	9075-68-7
木聚糖酶	37278-89-0
纤维素酶	9012-54-8
柚皮苷酶	9068-31-9
β-淀粉酶	9000-91-3
葡萄糖氧化酶	9001-37-0
α-淀粉酶	9000-90-2
果胶酶	9032-75-1
过氧化物酶	9003-99-0
脂肪酶	9001-62-1
过氧化氢酶	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
弹性蛋白酶	39445-21-1
尿素酶	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L 乳酸脱氢酶	9001-60-9
苹果酸脱氢酶	9001-64-3
胆固醇氧化酶	9028-76-6