固定化脂肪酶反应器制备研究

固定化脂肪酶反应器制备研究
固定化脂肪酶反应器制备研究

第34卷增刊

2007年北京化工大学学报

JOU RNA L O F BEIJIN G U N IV ERSIT Y OF CH EM ICAL T ECH NOL OGY V ol.34,Sup.

2007

固定化脂肪酶催化合成棕榈酸异辛酯的反应器制备研究

张跃冬 陈必强 谭天伟*

(北京化工大学生命科学与技术学院,北京 100029)

摘 要:开发了填充床式固定化酶反应器合成高档化妆品原料棕榈酸异辛酯的生产工艺,以棕榈酸,异辛醇为原料,使用实验室自制的固定化假丝酵母脂肪酶99-125为催化剂。并对反应器的固定化酶用量,底物浓度,循环流速,填充柱径高比等操作参数以及稳定性进行了研究,反应12h 最终的酯化率可达97%,固定化酶使用31批以后,12h 酯化率仍然可以达到93%。

关键词:固定化酶反应器;棕榈酸异辛酯;合成中图分类号:Q 814 3

收稿日期:2007-01-10

基金项目:国家 863 计划(12002AA514030);国家 十五

科技攻关项目(12001BA708B03208);国家自然科学基金(120176002);国家 973 计划

(12003CB716002);中石化资助项目(1202059)

第一作者:男,1982年生,硕士生*通讯联系人E -mail:twtan@https://www.360docs.net/doc/33990566.html,

引 言

棕榈酸异辛酯iso -octy l palmitate (IOP),又称棕榈酸2-乙基己酯,是高档化妆品的重要油性原料[1],在纺织和其他化工行业也具有巨大的用途[2-4],具有巨大的市场潜力。前期的研究中,已经报道了使用纺织物膜为载体固定化假丝酵母脂肪酶催化合成棕榈酸异辛酯

[5-6]

,酯化率可以达到96%

以上,使用其催化合成其他的中长链脂肪酸酯也有很好的效果,具有很大的应用价值。但大部分的工作都处于摇瓶阶段,固定化酶反应器的开发工作目前尚无人进行,本文在前人研究的基础上,针对本固定化酶的特点,设计出填充床式酶反应器合成棕榈酸异辛酯,通过研究反应器生产棕榈酸异辛酯的工艺,希望建立一个适合本固定化酶的反应器平台,对其工业化的应用有着积极的意义。

1 实验部分

1 1 原料与器材

棕榈酸(北京化学试剂公司),分析纯;异辛醇(北京化学试剂公司),分析纯;石油醚(沸点60~90

),分析纯;固定化酶,实验室自制。

5L 酶反应器,双柱塞计量泵,电子天平,蠕动

泵,水浴锅。1 2 实验方法

1 2 1 固定化酶的制备 采用实验室自行开发的固定化方法,脂肪酶来源为实验室自生产发酵液,使用吸附法,将脂肪酶固定于织物膜上,具体固定方法见文献[7]

图1 填充床式固定化酶反应器F ig.1 Immobilized lipase packed -bed reactor

1 2 2 固定化酶反应器 将酶布固定在20目的不锈钢网上,卷制成紧密的筒状,放入酶填充床,基本的反应体系:固定化酶质量为150g,表观酶活为8000U/g,酶填充床外面夹套由恒温水浴槽提供40 的水保持恒温。搅拌罐体积为5L,反应底物在搅拌罐中溶解,升至指定温度后由计量泵从下部打入固定化酶填充床内,反应液流出填充床后再回到搅拌罐,整个反应属于循环批次反应。反应时从填充柱上端的取料口取料,测其酯化率。反应器简图如图1所示。

1 3 分析方法

在反应中量取5mL 反应液,加入20~40m L V 无水乙醇 V 无水乙醚=2 1的混合液作溶剂和分散剂,加入2滴酚酞作为指示剂,用0 2mol/L 的氢氧化钠溶液进行滴定。以反应体系内减少的棕榈酸的量来计算酯化率

酯化率=反应的棕榈酸质量/初始加入的棕榈酸的质量 100%

2 结果与讨论

2 1 固定化酶用量的确定

研究了反应器放大时酶用量的确定,考察了固定化酶的用量对单位固定化酶的催化能力的影响。固定化酶的质量从16~137g,体系中棕榈酸200g,异辛醇122g,石油醚1500mL,使用反应器时,固定化酶的比活力随固定化酶用量的变化,以及摇瓶实验的比较如图2所示。摇瓶反应条件:棕榈酸1g;异辛醇0 667g ;石油醚5mL

图2 固定化酶用量的影响

F ig.2 Effect of t he amount of immobilized lipase

on est erification

因为发酵水平提高使得酶液酶活提高的原因,反应器使用的固定化酶比活力比摇瓶时使用的要高。反应器和摇瓶反应的固定化酶比活力都在固定化酶用量为0 15g/g 酸左右达到最大值,然后随着固定化酶用量的增加而下降。但反应器反应时下降的速率远远大于摇瓶时下降的速率。目前固定化酶的填充方式是将膜状固定化酶固定在不锈钢丝网上卷成紧密的卷筒填于柱内,将其放大时,会遇到流体短路或壁流的现象,很多固定化酶接触不到底物使得酶的利用率下降,如何进一步改进填充方式以增大固定化酶的利用率还将继续研究。

2 2 底物浓度对反应的影响

底物摩尔比为n 醇 n 酸=1 2 1,采用基本的反应体系,改变底物的浓度,对酯化速度进行比较,结果见图3。由图3可以看出,随着底物浓度的增加,总体酯化速率与初速度都随之增大,而且近似为线性变化。从2 3节的结果可以知道基本体系的固定化酶质量相对底物质量已经过量,说明不存在底物抑制或者底物抑制很小,但是在40 时溶剂中底物溶解度有限,而且棕榈酸浓度过高会使底物溶液黏度增大,并且在通过管路时因为温度下降导致酸析出而堵塞管路,所以,实验多采用的棕榈酸质量浓度为0 13g/mL

图3 底物浓度对反应速率的影响F ig.3 Effect of the concenter atio n of acid on

esterification

2 3 循环流速对反应的影响

反应器中料液流速影响底物与固定化酶界面的传质,反应液对固定化酶的剪切力等,反应进行1h

后与6h 后的酯化率随流速的变化如图4

图4 不同流速下的反应速度对反应的影响F ig.4 Effect of t he flow velocity on esterificat ion

由图4可以看出,流速的变化对反应速度影响并不是很大,反应1h 后和6h 后的转化率随流速变大略有增加但变化都不明显。实验室采用的固定化

115 增刊 张跃冬等:固定化脂肪酶催化合成棕榈酸异辛酯的反应器制备研究

酶方式是直接将酶液吸附在纺织物膜上,酶大部分吸附在膜状的固定化载体表面,相对其它颗粒状的大孔树脂吸附或者使用凝胶等物质交联包埋得到的固定化酶,催化反应时的外扩散效应更小,试验结果说明了这点。但在实验时,高流速会产生较大的柱压,所以尽量选择较低的流速,以5 5cm/m in 为最优流速。

2 4 填充柱的径高比

为了给以后的放大的填充柱形状的确定提供参考,在填充柱体积不变的情况下,改变其高径之比,反应时,底物浓度与质量,流速,固定化酶酶活与质量都相同。反应进程的比较如图5,由图5可以看出,填充柱过粗或者过细对反应都不利,使用径高比9 12的填充柱酯化率始终低于径高比6 27的填充柱,径高比4 63的填充柱虽然在开始时速度与6 27的填充柱相当,但反应后期酯化速度明显低于6 27的填充柱。填充柱过粗使反应速率变慢可能是因为反应物优先从柱中央流出,出现短路或者壁流使平均保留时间变小;而填充柱过细使反应在后期变慢的原因可能是因为虽然保留时间并未受影响,但其流程太长,不利于反应产生的水的排出,水较快的积累在柱内,阻碍反应的进行。在实验室阶段,暂定径高比为6 27

的填充柱为最佳。

图5 使用不同填充柱的反应进程F ig.5 T ime course of ester ification in different

packed -beds

2 5 固定化酶的稳定性

每次投料棕榈酸200g ,异辛醇132g,石油醚1500mL,连续几批反应完后,将固定化酶取出填充柱于室温晾干,再填入柱中使用,12h 内的酯化率以及摇瓶试验的对比如图6。摇瓶反应条件:棕榈酸1g ,异辛醇0 667g,石油醚5mL,固定化酶0 2g,反应时间12h

图6 反应器和摇瓶连续反应的固定化酶寿命Fig.6 Stability o f immobilized lipase in batch reaction

由图6看出,反应器放大后,固定化酶的使用寿命比之摇瓶反应时的寿命要长,当摇瓶反应12h 酯化率降到50%时,反应器12h 内的酯化率还在93%以上,原因可能是反应器时单位质量底物使用的固定化酶量要大于摇瓶时的缘故。摇瓶反应时已经发现固定化酶的使用寿命随固定化酶的用量延长的现象,反应器阶段的具体规律还将进一步研究。在实验中也发现,水对酯化反应的影响很大,连续反应时,由于反应生成的水在填充柱内的不断累积,初始酯化速率不断降低,但将固定化酶取出晾干后,发现酯化速度又恢复。脂肪酶催化时,控制水常用的方法有使用活化的分子筛或者吸水盐,使用真空体系,或者采用渗透蒸发[8]

等方法。小试实验时,除去酯化时产生的水采用的方法,是向体系中加入分子筛,放大后的水的控制方法还需进一步研究。

3 结论

采用将膜状固定化酶固定于不锈钢丝网上卷成筒状填充于反应柱内,使底物循环经过固定化酶填充柱的反应器放大方式,在催化棕榈酸和异辛醇合成棕榈酸异辛酯的反应时,效果良好,最后的酯化率

和固定化酶的使用寿命都达到或者好于摇瓶实验。实验室自制的固定化酶造价低廉,稳定性好,加之酶

法催化生产较之化学法生产具有耗能低,生产过程环保等特点,使得脂肪酶催化合成棕榈酸异辛酯的工艺具有很大的工业化前景。

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Synthesis of iso -octyl palmitate in an immobilized lipase reactor

ZHANG YueDong CHEN BiQiang TAN TianWei

(College of Life Science and Technology,Beijing University of C hemical Technology,Beijing 100029,China)

Abstract :Iso -octyl palm itate (IOP)has been synthesized from palm itic acid and 2-ethyl hexanol in a packed -bed reactor w ith immobilized lipase Candida sp.99-125as the catalyst.T he effects of varying the dosage of im mo -bilized lipase,the concentration of raw materials,the velocity of reactant flow ,and the diameter to height ratio of the packed bed on the reaction were investigated.Under optimum conditions,the maximum esterification ex -tent reached 97%.The stability of the im mobilized lipase w as found to be excellent,w ith the extent of esterif-i cation remaining above 93%w hen the material w as reused in 31batch cycles.Key words :iommbilized lipase reactor;iso -octyl palm itate(IOP);synthesis (上接第113页)

Performance of biodiesel made from ditch oil

WANG Yu 1 SU N HaiYang 1 WANG Fang 2 TAN T ianWei 2

(1 College of Life S cience and Technology;2 Beijing Key Laboratory of Bioprocess Beiji ng University of

Chemical T echnology,Beijing 100029,China)

Abstract :Biodiesel has been produced from ditch oil by catalysis w ith immobilized lipase and its composition and performance tested.The purity of the product reached 97 8%.The Flash Point was above 170 ,the Sulfur Content w as below 0 0005%and the max imum Cetane Number was 73 6.The em ission characteristics,output pow er and fuel econom y of a diesel eng ine w ere studied.A 20%biodiese-l diesel blend,gave reductions of 28%and 36%in ex haust carbon monoxide and unburned hydrocarbons,respectively,compared w ith pure diesel.T he amount of oxides of nitrogen decreased by 24%,w hile the smoke emission decreased by 0 2to 0 9Rb de -pending on the operating conditions.The data confirm the high quality of the biodiesel produced.Key words :biodiesel;ditch oil;quality;burn;emission

117 增刊 张跃冬等:固定化脂肪酶催化合成棕榈酸异辛酯的反应器制备研究

3.2制备和应用固定化酶

第三章酶的应用技术实践 3.2制备和应用固定化酶 探究目的: 1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理 2、尝试制备固定化酵母细胞,并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。探究预习: 固定化酶技术的发展也促进了固定化细胞技术的发展。20世纪70年代后期出现了固定化细胞 技术。通过各种方法将细胞与一定的载体结合,使细胞仍保持原有的生物活性,这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢,由于保留了细胞内原有的多酶系统,这对多步催化的连续反应优势就更加明显。细胞固定化的方法也有多种,主要是吸附法和包埋法两大类。 吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。动物细胞大多数具有附着特性,能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。吸附法制备固定化植物细胞,是将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中,也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。 包埋法是指将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法,适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。 海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便,条件温和,对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径,适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。 固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发酵,生产各种物质。 材料用具:干酵母,聚乙烯醇,海藻酸钠,无水CaC2,蒸馏水,烧杯,玻璃棒,酒精灯,三 角架,石棉网,注射器等。 探究过程: 探究反思: 固定化酵母菌技术有哪些优点? 探究示例: 请参照细胞固定化技术的相关基础知识,完成下列问题。 (1)细胞固定化技术一般采用包埋法固定化,采用该方法的原因是 (2)包埋法固定化是指___________________________________ 。 (3)_____________________________________________________________________ 包埋法固定化细胞常用的载体有 ________________________________________________________________ _______________________ 。(答出三种即可) (4)与固定化酶技术相比,固定化细胞技术的优点是 (5)制备固定化酵母细胞的步骤为: 【解析】(1)固定化细胞的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法,一般来说多采用包埋法固定化,因为个大的细胞难以被吸附或结合,且不易从包埋材料中漏出。 (2)(3)包埋法固定化即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠等。 (4)与固定化酶技术相比,固定化细胞技术的成本更低?操作更容易。 (5)制备固定化酵母细胞的程序为:酵母细胞的活化T配制CaC2溶液T配制海藻酸钠溶液T海藻酸钠溶液与酵母细胞混合T固定化酵母细胞。 【答案】(1 )细胞个大,不易从包埋材料中漏出;(2)将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多 孔性载体中;(3)明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等;(4)成本更低,操作更容易;(5)①酵母细胞的活化②配制CaC2溶液③配制海藻酸钠溶液④海藻酸钠溶液与酵 母细胞混合⑤酵母细胞的固定化。 【矫正反馈】 1?固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,其中适合细胞固定的方法是() A.包埋法 B.物理吸附法 C.化学结合法 D.高温冷却法 2.与固定化酶相比,固定化细胞制备的特点是() A.成本高,但操作更容易 B.成本低,但操作更复杂 C.成本高,且操作更复杂 D.成本低,且操作更容易 3.固定化细胞技术在废水处理中有着重要作用,用于处理含氮、氨丰富的废水的固定化微生物通常是() ①酵母菌②青霉菌③硝化菌④反硝化菌 ①③D.②④ 让酵母细胞在缺水状态下休眠 让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态 5.下面为制备固定化酵母细胞的步骤,其正确的操作程序是 () ①海藻酸钠溶液与酵母细胞混合②配制海藻 酸钠溶液③酵母细胞的活化 ⑤配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaC2溶液 A.①②③④⑤ B.③①②⑤④ C.③⑤②①④ 6 .试分析下图中,哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似( 7 .下列有关固定化酵母细胞制备步骤叙述,不恰当的是() A.应使干酵母与水混合并搅拌,以利于酵母菌活化 B.配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法 C.向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞,充分搅拌并混合均匀 D.将与酵母混匀的海藻酸钠溶液注入CaC2溶液中,会观察到CaC2溶液中有球形的凝胶珠形成 8.用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时,为了能产生酒精,下列措施错误的是() A.向瓶内泵入氧气 B.应将装置放于适宜的条件下进行 C.瓶内应富含葡萄糖等底物 D.将瓶口密封,效果更好 探究步骤探究记录结论或解释1.实验准备准备各种实验药品和器具。 2?制备麦芽汁称取一定质量的干麦芽粉,加入其质量4倍的水,在58~65C下 糖化3-4 h。每隔一定的时间用碘液测定,如果仍显蓝色,说明糖化还不完全,继续糖化直至不显色为止,得到麦芽汁。煮沸、冷却麦芽汁后用纱布过滤,再调节pH至6.0,在121 C下灭菌15min,制成无菌麦牙汁。 3.活化酵母菌细胞称取1g干酵母放入50 mL的小烧杯中,加入蒸馏水10 mL。用玻璃棒搅拌酵母菌液,使其活化1h左右。 4.制备固定化细胞称取4g聚乙烯醇(PVA)和0.2 g海藻酸钠,加入无菌水40 mL,适当加热至完全溶化,将溶液冷却至45 C,加入预热至35C的 酵母菌培养液,混合均匀形成酵母菌谒藻酸钠胶液;将酵母菌- 海澡酸钠胶液倒入带有孔径为 2 mm喷嘴的小塑料瓶或吸入注 射针筒中;以恒定的速度滴入预先盛有50 mL饱和硼酸-氯化钙 溶液的烧杯中,采用磁力搅拌器或手摇的方法使溶液不停地旋转;酵母菌-海藻酸钠胶液在溶液中逐渐形成凝胶珠。待凝胶珠在溶液中浸泡30 min后,取出用无菌水洗涤3次备用。 5.发酵麦芽汁将固定化酵母菌细胞凝胶珠加入300 mL无菌麦芽汁中,置于 25C下发酵7~9 d。待发酵结束后品尝其味道。A.①② B.③④ C. 4 .酵母细胞的活化是指() A.让酵母细胞恢复运动状态 B. C.让酵母细胞内酶活性加倍 D. ④固定化酵母细胞 D.③②⑤①④ )

实验六十二固定化酶制备及酶活力测定

实验六十二固定化酶制备及酶活力测定 实验项目性质:综合性 所涉及的知识点:酶固定化、酶活测定 计划学时:6学时 一、实验目的 1.掌握包埋法固定化酶的操作技术。 2.掌握测定碱性蛋白酶活力的原理和酶活力的计算方法。 3.学习测定酶促反应速度的方法和基本操作。 二、实验原理 酶活力是指酶催化某些化学反应的能力。酶活力的大小可以用在一定条件下它所催化的某一化学反应的速度来表示。测定酶活力实际就是测定被酶所催化的化学反应的速度。 酶促反应的速度可以用单位时间内反应底物的减少量或产物的增加量来表示,为了灵敏起见,通常是测定单位时间内产物的生成量。由于酶促反应速度可随时间的推移而逐渐降低其增加值,所以,为了正确测得酶活力,就必须测定酶促反应的初速度。 碱性蛋白酶在碱性条件下,可以催化酪蛋白水解生成酪氨酸。酪氨酸为含有酚羟基的氨基酸,可与福林试剂(磷钨酸与磷钼酸的混合物)发生福林酚反应。(福林酚反应:福林试剂在碱性条件下极其不稳定,容易定量地被酚类化合物还原,生成钨蓝和钼蓝的混合物,而呈现出不同深浅的蓝色。)利用比色法即可测定酪氨酸的生成量,用碱性蛋白酶在单位时间内水解酪蛋白产生的酪氨酸的量来表示酶活力。 所谓固定化酶,就是用物理或化学方法处理水溶性的酶使之变成不溶于水或固定于固相载体的但仍具有酶活性的酶衍生物。在催化反应中,它以固相状态作用于底物,反应完成后,容易与水溶性反应物分离,可反复使用。固定化酶不但仍具有酶的高度专一性和高催化效率的特点,且比水溶性酶稳定,可较长期使用,具有较高的经济效益。将酶制成固定化酶,作为生物体内的酶的模拟,可有助于了解微环境对酶功能的影响。 酶的固定化方法大致可分为载体结合法、交联法和包埋法(图1-1-1)等。 载体结合法:将酶结合到非水溶性的载体上。一般来讲,载体的亲水性基团越多,表面积越大,单位载体结合的酶量也越大。最常用的是共价结合法,此外还有离子结合法、物理吸附法。 交联法:利用双官能团或多官能团试剂与酶之间发生分子交联来把酶固定化的方法。常用的试剂有戊二醛、亚乙基二异氰酸酯、双重氮联苯胺和乙烯- 马来酸酐共聚物等。参与此反应的酶蛋白中的官能团有N末端的α-氨基、赖氨酸的ε-氨基、酪氨酸的酚基和半胱氨酸的巯基等。交联法反应比较激烈,固定化酶的活力,在多数情况下都较脆弱。 包埋法:将酶包裹于凝胶网格或聚合物的半透膜微中,使酶固定化。所用的凝胶有琼脂、海藻酸盐以及聚丙烯酰胺凝胶等;用于制备微囊的材料有聚酰胺、聚脲、聚酯等。将酶包埋在聚合物内是一种反应条件温和,很少改变酶蛋白结构的固定化方法,此法对大多数酶、粗酶制剂、甚至完整的微生物细胞都适用。但此法较适合于小分子底物和产物的反应,因为在凝胶网格和微囊中存在有分子扩散效应。加大凝胶网格,有利于分子扩散,但使凝胶的机械强度降低。

固定化酶载体材料的最新研究进展

万方数据

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固定化酶载体材料的最新研究进展 作者:袁定重, 张秋禹, 侯振宇, 李丹, 张军平, 张和鹏, YUAN Dingzhong, ZHANG Qiuyu , HOU Zhenyu, LI Dan, ZHANG Heping, ZHANG Junping 作者单位:西北工业大学理学院应用化学系,西安,710072 刊名: 材料导报 英文刊名:MATERIALS REVIEW 年,卷(期):2006,20(1) 被引用次数:10次 参考文献(28条) 1.李伟.孙建中.周其云适于酶包埋的高分子载体材料研究进展[期刊论文]-功能高分子学报 2001(03) 2.Wilhelm Tischer.Frank Wedekind Immobilized enzyme:methods and applicatons 1999 3.Barbara.Krajewska Application of chitin-and chitosanbased materials for enzyme immobilizations:a review[外文期刊] 2004 4.Bullockc Immobilized enzymes 1995 5.Chaplin M F.Bucke C Enzyme technology 1990 6.Wiseman A Designer enzyme and cell applications in industry and in environment monitoring 1993 7.Pskin A K Therapeutic potential of immobilized enzymes 1993 8.Paul W.Sharma C P Chitosan,a drug carrier for the 21st century:a review 2000 9.安小宁.苏致兴高磁性壳聚糖微粒的制备与应用[期刊论文]-兰州大学学报(自然科学版) 2001(02) 10.Chiou Shaohua Immobilization of candida rugosa lipase on chitosan with activation of the hydroxgl groups 2004(02) 11.王斌.谢苗.曾竞华磁性壳聚糖微球固定化褐藻酸酶的研究学[期刊论文]-中国水产科学 2004(03) 12.袁春桃.蒋先明壳聚糖-g-丙烯腈固定化木瓜蛋白酶的研究[期刊论文]-应用化学 2002(09) 13.Prashanth S J.Mulimani V H Soymilk oligosaccharide hydrolysis by Aspergillus oryzae galactosidase immobilized in calcium alginate[外文期刊] 2005(3-4) 14.Patel S Stabilization of a haloophilic α-amlyase by callium alginate immobilization 1996(02) 15.Ding Liang.Yao Zihua Synthesis of macroporous polmer carrier and immobilization of papain 2003(06) 16.Li Songjun Use of chemically modified PMMA microspheres for enzyme immobilization 2004(1-3) 17.Cao Linqiu Immobilized enzyme:scence or art? 2005 18.薛屏.卢冠忠.郭杨龙青霉素酰化酶在含铁MCM-41介孔分子筛上的固定化研究[期刊论文]-化学通报(印刷版) 2003(10) 19.Han Yongjin.Jordan T Watson.Galen D Catalytic activity of mesoporous silicate-immobilized chloroperoxidase[外文期刊] 2002 20.Zhang Xin.Guan Ren feng.Wu Dan qi Enzyme immobilization on amino-fuctionalized mesostructrued cellular foam surfaces,characterization and catalytic properties[外文期刊] 2005 21.谢钢.张秋禹.李铁虎磁性高分子微球[期刊论文]-高分子通报 2001(0q) 22.邱广明.孙宗华磁性高分子微球共价结合中性蛋白酶 1995(03) 23.Han Lei.Wang Wei The preparation and catalytically active characterization of papain immobilized

苏教版生物选修1第二节制备和应用固定化酶

选修一:考点4:制备和应用酶的固定化技术 【学习目标】 1.说出固定化酶概念和方法(A) 2.制备固定化酵母细胞(B) 【知识梳理】 (一)课题背景 酶:优点:催化效率高,低耗能、低污染,大规模地应用于食品、化工等各个领域。 实际问题:对环境条件敏感,易失活;溶液中的酶很难回收,不能再次利用,提高了生产成本;反应后的酶会混合在产物中,如不除去,会影响产品质量。 设想:能否有一种方法使酶发挥它的优点,而没有这些缺点? 固定化酶:优点:容易与水溶性反应物和生成物分离,可被反复使用 实际问题:一种酶只能催化一种化学反应,而在生产实践中,很多产物的形成都 是通过一系列的酶促反应才能得到的 设想:细胞中有多种酶,能否用固定化酶类似的技术来处理细胞? 固定化细胞:优点:成本低,操作更容易 (二)、固定化酶的应用实例 高果糖浆是指果糖含量为42%的糖浆能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶。使用固定化酶技术,将这种酶固定在一种颗粒状的载体上,再将这些酶颗粒装到一个反应柱内,柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔,而反应溶液却可以自由出入。生产过程中,将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入,使葡萄糖溶液流过反应柱,与接触,转化成果糖,从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年,大大降低了生产成本,提高了果糖的产量和质量。 (三)、固定化细胞技术 固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。一般来说,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定,而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞个大,而酶分子很小;个大的难以被化学结合或吸附,而个小的酶容易从包埋料中漏出。 包埋法固定化细胞即将微生物细胞均匀包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。 〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么?吸附法 〖思考2〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应,应当固定(细胞);若将蛋白质变成氨基酸,应当固定(酶)。 (四)、实验操作 (1)制备固定化酵母细胞 制备固定化酵母细胞需要的材料是干酵母、CaCl2和海藻酸钠溶液 1.酵母菌的活化 活化就是处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。 2.配制物质的量尝试为0.05mol/L的Cacl2溶液 3.配制海藻酸钠溶液 加热溶化海藻酸钠时要注意:微火加热并不断搅拌,防止海藻酸钠焦糊 4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合

固定化酶的研究进展

固定化酶的研究进展 固定化酶是20世纪60年代发展起来的一项新技术。最初主要是将水溶性酶与不溶性体结合起来,成为不溶于水的酶衍生物,所以曾叫过“水不溶酶”和“固相酶”。但是,后来发现,也可以将酶包埋在凝胶内或置于超滤装置中,高分子底物与酶在超滤膜一边,而反应产物可以透过膜逸出。在这种情况下,酶本身仍是可溶的,只不过被固定在一个有限的空间内不能再自由流动。因此,用水不溶酶或固相酶的名称就不再恰当。在1971年第一届国际酶工程会议上,正式建议采用“固定化酶”的名称[1]。 一固定化酶的发展历程[1] 酶参与体内各种代谢反应,而且反应后其数量和性质不发生变换。作为一种生物催化剂,酶可以在常温常压等温和条件下高效地催化反应,一些难以进行的化学反应在酶的催化作用下也可顺利地进行反应,而且反应底物专一性强、副反应少等优点大大促进了人们对酶的应用和酶技术的研究。近年来,酶被人们广泛应用于食品生产与检测、生物传感器、医药工程、环保技术、生物技术等领域。 1916年美国科学家NELSON和GRIFFIN最先发现了酶的固定化现象;直到20世纪50年代,酶固定化技术的研究才真正有效地开展;1953年,德国科学家GRUB-HOFER 和SCHLEITH首先将聚氨基苯乙烯树脂重氮化,然后将淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等与上述载体结合制备固定化酶;到20世纪60年代,固定化技术迅速发展;1969年日本千畑一郎利用固定化氨基酰胺酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸,是世界上固定化酶大规模应用的首例;在1971年的第一届国际酶工程会议上,正式建议使用固定化酶(mimobilizedenzyme)这个名称。我国的固定化酶研究开始于1970年,首先是中国科学院微生物所和上海生化所的酶学工作者同时开始了固定化酶的研究工作 二固定化酶的特点[2] [3] 固定化酶具有许多优点:极易将固定化酶与底物、产物分开;可以在较长时间内进行分批反应和装柱连续反应;在大多数情况下,可以提高酶的稳定性;酶反应过程能够加以严格控制;产物溶液中没有酶的残留,简化了提取工艺;较水溶性酶更适合于多酶反应;可以增加产物的收率,提高产物的质量;酶的使用效率提高,成本降低。但是,固定化酶也有其不足之处,如固定化时,酶活力有损失;增加了固定化的成本,工厂开始投资大;只能用于水溶性底物,而且较适用于小分子。 三固定化酶固定化方法[3] [4] 由于所固定的酶或细胞的不同,或者固定的目的及固定用的载体的不同,使固定化方法大相径庭。根据固定的一般机理,可将之分为如下几种方法。酶的固定化方法有:

固定化酶的生产

酶的固定化技术 摘要:固定化酶(Immobilized Enzyme)是20世纪60年代发展起来的一项新技术。它是通过物理的或化学的手段,将酶束缚于水不溶的载体,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。这么好的酶是如何生产的以及它的应用前景是怎样的,本篇文章就对这些问题进行一些论述。 关键字:固定化、束缚、生物技术、固定化细胞 Abstract:Immobilized Enzyme was a new technology of developing from sixty years of twenty century.It depends on physical or chemical means to bound enzymes on carriers which are not dissolved into water or in a certain space. It can limit the free flow of enzymes molecule, but the catalysis can be come into play fully. So, this passage will discuss how to produce such a good enzyme and what is the applied in future. Keywords:Immobilized, bounded, biotechnology, Immoilized cell 前言:固定化酶是指经过一定改造后被限制在一定的空间内,能模拟体内酶的作用方式,并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。在理论研究上,固定化酶可以作为探讨酶在体内作用的模型;在实际使用中,可使生产工艺自动化和连续化,提高酶的使用效率。

2019年精选生物《生物技术实践》[第三章 酶的应用技术实践第二节 制备和应用固定化酶]苏教版巩固辅导[含答

2019年精选生物《生物技术实践》[第三章酶的应用技术实践第二节制备和应用固定化酶]苏教版巩固辅导[含答案解析]第四十五篇 第1题【单选题】 下列关于加酶洗衣粉的说法中,正确的是( ) ①加酶洗衣粉的效果总比普通洗衣粉的效果好②加酶洗衣粉效果的好坏受很多因素影响③加酶洗衣粉中目前常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶④加酶洗衣粉相对普通洗衣粉来讲有利于保护环境. A、②③④ B、①②③ C、①② D、①③④ 【答案】: 【解析】: 第2题【单选题】 在原材料有限的情况下,能正确表示相同时间内果胶酶的用量对果汁产量影响的曲线是

A、甲 B、乙 C、丙 D、丁 【答案】: 【解析】: 第3题【单选题】 A、温度影响果胶酶的活性 B、若温度从10℃升高到40℃,酶的活性都将逐渐增强 C、40℃与60℃时酶的活性相等 D、该酶的最适温度一定是50℃ 【答案】: 【解析】: 第4题【单选题】 目前,酶已经大规模地应用于各个领域,下列属于酶应用中面临的实际问题的是( ) A、酶对高温不敏感,但对强酸、强碱非常敏感 B、加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂,比普通洗衣粉更易污染环境 C、固定化酶可以反复利用,但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性 D、酶的催化功能很强,但需给以适当的营养物质才能较长时间维持其作用 【答案】:

【解析】: 第5题【单选题】 下列关于纤维素酶的说法,错误的是( ) A、纤维素酶是一种复合酶,至少包括三种 B、葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖 C、纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁 D、纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖 【答案】: 【解析】: 第6题【单选题】 下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是( ) A、反应产物对固定化酶的活性没有影响 B、实验室常用吸附法制备固定化酵母细胞 C、若发酵底物是大分子,则固定化细胞优于固定化酶 D、固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显【答案】: 【解析】:

酶的固定化方法的研究进展

l竖!壁塑翌苎垫!!竺篁!塑!篁箜!!!塑!:兰!旦旦旦垦二竺垒燮鱼!里!呈型!里壁!里!型旦塑鱼!垫!!塑:!!里!:!!!! 酶的固定化方法的研究进展 徐莉?,侯红萍2 (1.山西农业大学食品科学与工程学院,山西太谷030801;2.山西农业大学食品科学与工程学院,山西太谷030801) 摘要: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。介绍了几种常用的固定化酶的方 法,如吸附法、包埋法、交联法和共价结合法,以及近几年研究的一些新型的固定化技术,如交联酶聚集体、定向固定 和共固定技术。 关键词:酶;固定化;研究近展 中图分类号:QSl4;Q55文献标识码:B文章编号:1001—9286(2010)01—0086—04 ResearchProgressintheImmobilizationofEnzymes ,xuLilandHOUHong—ping (1.FoodScience&EngineeringCollegeofShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,Shanxi030801,China) Abstract:Immobilizedenzymeisthecoreine/izymeengineeringanditishelpfulforthel℃useofenzymeandtheseparationofproductsanden- zyme.Illthispaper,severalcommonly-usedimmobilizationmethodsofenzymewei'eintroducedincludingabsorptionmethod.embeddingmethod,cross-linkingmethodandcovalentbindingmethod.Besides,somenewly-developedimmobilizationmethodsinrecentyearssuchascross-linkedenzymeaggregates.orientationfixedandtotalfixationtechnique、^,erealsointroduced. Keywords:enzyme;immobilization;researchprogress 酶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,但同时也存在一些不足,如酶一旦从细胞中分离出来,其活性会迅速下降,由于酶是溶于水的,在水溶液中进行反应,会导致酶和底物、产物从水中分离的困难,不利于循环使用【ll。 然而,固定化技术的出现彻底解决了这些问题,不仅提高了酶的活性,而且还实现了酶的可重复使用性。近年来,固定化酶的研究得到了人们极大的关注,并取得了许多重要成果。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的方法。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[21。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。1.1物理吸附法 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[3】。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600U/g,温度5℃,pH7.0,固定化时间2h。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问。 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 收稿日期:2009一10—12 作者简介:徐莉(1984一),女,山西省孝义市,在读硕士研究生,研究方向:食品微生物与食品发酵。 通讯作者:侯红萍,女,教授,硕士生导师,主要从事食品发酵及生物工程等方面的教学与科研工作。主持、参加基金项目与科研项目多项。万方数据

酶固定化技术研究进展

酶固定化技术研究进展 选题说明 酶作为一种生物催化剂,具有高催化效率,高选择性,催化反应条件温和,清洁无污染等特点,其卓越的催化效能,令普通无机催化剂难以望其项背,因此酶的工业化使用一直是广受社会关注的课题,但天然酶稳定性差、易失活、不能重复使用,并且反应后混入产品,纯化困难,使其难以在工业中更为广泛的应用。此外,分离和提纯酶以及其一次性使用也大大增加了其作为催化剂的成本,严重限制了酶的工业推广。在此条件下,固定化酶的概念和技术得以提出和发展,并成为近些年酶工程研究的重点。酶的固定化,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,并可回收及重复使用的一类技术。通过固定化,可以解决天然酶的局限性,实现酶的广泛运用。 基于对于酶的工业化使用和固定化酶的兴趣,我通过互联网和数据库信息检索的方式对酶的固定化技术发展状况进行了初步探索,并对目前的研究成果进行了简要的概括。希望能使大家对这一领域有所认识。 检索过程说明 1,检索工具和数据库 1.1,百度搜索引擎 1.2,Google搜索引擎 1.3,中国期刊全文数据库 1.4,万方数据系统 1.5,重庆维普中文科技期刊数据库 2,检索过程简述

首先,我选择了使用百度和Google搜索引擎进行关键词检索,都得到了浩繁的搜索结果,所的信息主要是百科简介和企业广告信息,介绍较为浅显陈旧,可利用性较差,但可以用于简单的信息了解,在搜素过程中,尝试使用了布尔检索规则如“固定化酶and应用”、高级检索和结果中检索的检索方式,以减小数据量。也尝试了Google学术搜索,得到了很多有用信息。运用维普中文科技期刊数据库搜素“题名或关键词”为“固定化酶”的相关资料得到655条,搜素“题名或关键词”为“固定化酶应用”的相关资料得到72条,检索关键词搜素“题名或关键词”为“固定化酶研究”的相关资料得到4条. 万方数据系统搜索主题词"固定化酶",得到相关资料1024条,搜索“固定化酶技术应用”得到相关资料23条.。中国期刊全文数据库中检索“固定化酶技术”得到相关资料2604条,搜索“固定化酶技术应用”得到相关资料742条 关键词 酶固定化载体制备研究应用 酶固定化技术研究进展 提要: 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。本文重点介绍了固定化酶制备的传统方法和近些年出现的一些新方法,同时对酶在一些性能优良的栽体上的固定进行了综述。 正文: 一,传统的酶固定化方法

【小初高学习]2017-2018学年高中生物 第三章 酶的应用技术实践 第二节 制备和应用固定化酶素

第二节固定化酶的制备和应用 1.掌握制备固定化酶的常用方法。(重点) 2.掌握酵母菌细胞的固定化技术。(重难点) 1.固定化酶 固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。 2.制备固定化酶的方法 (1)物理吸附法的显著特点是工艺简便且条件温和,在生产实践中应用广泛。 (2)化学结合法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联,在酶和多功能试剂之间形成共价键,从而得到三维的交联网架结构。 (3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。 3.固定化酶的优点:在催化反应中,它以固相状态作用于底物,反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离,可被反复使用。 [合作探讨] 探讨1:对固定化酶的作用影响最小的固定方法是哪一种? 提示:物理吸附法。 探讨2:为什么固定化酶不适合采用包埋法? 提示:由于酶分子较小,容易在包埋材料中漏出,所以不适合采用包埋法固定化。 探讨3:如果反应物是大分子物质,应该采用哪种方法? 提示:因为大分子物质不容易进入细胞内,应采用固定化酶技术。 [思维升华] 1.制备固定化酶的常用方法可用下图所示: 2.常用的制备固定化酶的方法

1.最广泛的细胞固定化方法 凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法,适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。 2.优点 (1)无须进行酶的分离和纯化,减少了酶的活力损失,降低了生产成本。 (2)不仅可以作为单一的酶发挥作用,且可以利用细胞中所含的复合酶完成一系列的催化反应。 (3)对于活细胞来说,保持了酶的原始状态,酶的稳定性更高。 3.缺点 (1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。 (2)由于载体的影响,使营养物质和产物的扩散受到一定的限制。 (3)在好氧性发酵中,溶解氧的传递和输送成为关键性的限制因素。 [合作探讨] 探讨1:固定化细胞为什么只能用于生产胞外酶和其他能分泌到细胞外的产物? 提示:因为固定化细胞固定的是活细胞,细胞膜具有选择透过性,细胞内有用的物质(如胞内酶)是不能自由进出细胞的。 探讨2:能否在刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入活化的酵母菌细胞? 提示:不能,因为刚溶化好的海藻酸钠溶液温度较高,会将酵母菌细胞杀死。 探讨3:如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,则说明了什么?如果凝胶珠不是圆形或椭圆形,又说明了什么? 提示:如果凝胶珠的颜色过浅,则说明了海藻酸钠溶液的浓度偏低,固定的酵母菌细胞数目较少;如果凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明了海藻酸钠的浓度过高,制作失败。 [思维升华] 1.制备固定化酵母菌细胞的操作流程 准备各种实验药品和器具

最新固定化酶制备及应用的研究进展

固定化酶制备及应用的研究进展

固定化酶制备及应用的研究进展摘要:本文主要从分析酶单独应用中的不足、酶的固定化载体、固定化方法等方面介绍了固定化酶制备中的研究进展情况,并且从医药、食品、环保、化学工业、能源等方面其在其中的新应用出发,对固定化酶在新领域中的应用作了综述,给固定化酶研究的发展前景进行了展望,并且指出了今后酶固定化研究的主要方向是多酶的固定化及制备高活性、高负载、高稳定性的固定化酶。 关键字:酶;酶的固定化;载体;酶固定化应用领域 酶是重要的生物催化剂,具有专一性强、催化效率高、无污染、反应条件温和等特点,在制药、食品、环保、酿造、能源等领域都得到了广泛的应用。但在实际应用中,酶也存在许多不足,如大多数的酶在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下,都容易变性失活,不够稳定;与底物和产物混在一起,反应结束后,即使酶仍有很高的活力,也难于回收利用,这种一次性使用酶的方式,不仅使生产成本提高,而且难于连续化生产;并且分离纯化困难,也会导致生产成本的提高等。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。随着固定化技术的发展,出现固定化菌体。1973年,日本首次在工业上应用固定化大肠杆菌菌体中的天门冬氨酸酶,由反丁烯二酸连续生产L-天门冬氨酸。固定化酶技术为这些问题的解决提供了有效的手段,从而成为酶工程领域中最为活跃的研究方向之一。本文将从酶生

物催化剂固定化载体、固定化方法和技术及固定化酶的应用等几个方面出发,归纳和综述这些方面近年来的研究进展。 1酶固定化的传统方法 关键在于选择适当的固定化方法和必要的载体以及稳定性研究、改进。 1.1 吸附法 吸附法是利用物理吸附法,将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。显著特点是:工艺简便及条件温和,包括无机、有机高分子材料,吸附过程可同时达到纯化和固定化;酶失活后可重新活化,载体也可再生。但要求载体的比表面积要求较大,有活泼的表面。 1.2包埋法 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 将酶或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。 2)微囊型 把酶包埋在由高分子聚合物制成的小球内,制成固定化酶。由于形成的酶小球直径一般只有几微米至几百微米,所以也称为微囊化法。

固定化酶的制备

固定化酶制备及酶活力测定 实验者:张玲玲绿药1班 201330360126 同组者:金雨馨、管青青 实验日期:2015/3/13 报告完成日期:2015/3/20 实验指导:易喻 摘要:酶的固定化技术是用固定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。酶活力的测定实质是测定被酶所催化的化学反应速度。本文通过包埋法对酶进行固定化,并利用福林酚反应测定碱性蛋白酶的酶活力。结果表明:固定酶能够增强酶的稳定性,多次使用,但会造成酶活力的降低。 关键词:固定化酶酶活力包埋法 Abstract:Enzyme immobilization is a kind of technology that confine enzyme to a certain area by fixed material and the enzyme can still carry out its unique catalytic reaction .Determination of enzyme activity is essentially determination of enzyme-catalyzed chemical reaction rate. In this article, we fixed enzyme by embedding and determinated enzyme by Folin phenol reaction. The result showed that enzyme immobilization can enhance the stability of the enzyme, but will reduce the enzyme activity. 前言:酶的固定化(Immobiiization 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、并可回收及重复使用的一类技术。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,还呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续及可控、工艺简便等一系列优点。依据酶的性质及用途,可通过包埋法、交联法、吸附法及共价结合法来实现酶的固定化。其中包埋法是将酶包裹于凝胶网格或聚合物的半透膜微中,使酶固定化。所用的凝胶有琼脂、海藻酸盐以及聚丙烯酰胺凝胶等;用于制备微囊的材料有聚酰胺、聚脲、聚酯等。分为网格型和微囊型两类,其制备工艺简便且条件较为温和、可获得较高的酶活力回收。 测定酶活力实际就是测定被酶所催化的化学反应的速度。酶促反应的速度可以用单位时间内反应底物的减少量或产物的增加量来表示,为了灵敏起见,通常是测定单位时间内产物的生成量。由于酶促反应速度可随时间的推移而逐渐降低其增加值,所以,为了正确测得酶活力,就必须测定酶促反应的初速度。福林—酚试剂是磷铂酸盐与磷钨酸盐的混合物。它在碱性条件下不稳定,能被酪氨酸中的酚基还原,生成铂蓝、钨蓝的混合物。酪蛋白在蛋白酶作用后产生的酪氨酸可与福林—酚试剂反应,所生成的蓝色化合物可用比色法测定。 正文: 1.实验过程 1.1试剂与仪器 1.1.1试剂 ①海藻酸钠、3.0%氯化钙 ②碱性蛋白酶(1.0mg/mL) ③福林试剂

苏教新选修1 《固定化酶的制备和应用》作业 (2)

2013年高中生物 3.2 制备和应用固定化酶同步训练苏教版选修1 1.(2012·海安高二期中)固定化酶与普通酶制剂相比较,主要优点是( ) A.可以反复使用,降低成本 B.固定化酶不受酸碱度、温度等的影响 C.酶的制备更简单容易 D.酶能够催化的反应类型大大增加 解析:选A。固定化酶与普通酶制剂相比较主要优点是可以反复使用,降低成本,固定化酶仍具有酶的特性。 2.下列图形依次表示包埋法、吸附法、交联法、包埋法的一组是( ) A.①②③④B.④③②① C.③①②④D.④②③① 解析:选C。考查酶固定的方法及对每种方法的原理的理解。 3.关于固定化酶技术的说法,正确的是( ) A.固定化酶技术就是固定反应物,将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术 B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应 C.固定化酶中的酶无法重复利用 D.固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术 解析:选D。固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术,其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用;其缺点是无法同时解决一系列酶促反应。在固定过程中,固定的是酶而不是反应物。 4.使用固定化细胞的优点是( ) A.能催化大分子物质的水解 B.可催化一系列化学反应 C.与反应物易接近

D.有利于酶在细胞外发挥作用 解析:选B。固定化细胞的优点是可催化一系列反应。 5.(2012·无锡高二检测)下列叙述不.正确的是( ) A.从操作角度来考虑,固定化细胞比固定化酶更容易 B.固定化细胞比固定化酶对酶活性的影响更小 C.固定化细胞固定的是一种酶 D.将微生物的发酵过程变成连续的酶反应,应选择固定化细胞技术 解析:选C。固定化细胞内酶的活性基本没有损失,保留了细胞内原有的多酶系统,所以固定化细胞不同于固定化酶只固定一种酶。 6.某一实验小组的同学,欲通过制备固定化酵母菌细胞进行葡萄糖溶液发酵实验,实验材料及用具齐全。 (1)制备固定化酵母菌细胞常用________法。 (2)制备固定化酵母细胞的过程为: ①使干酵母与________混合并搅拌,使酵母菌活化; ②将无水CaCl2溶解在蒸馏水中,配成CaCl2溶液; ③用酒精灯加热配制海藻酸钠溶液; ④海藻酸钠溶液冷却至常温再加入已活化的酵母菌细胞,充分搅拌并混合均匀; ⑤用注射器将海藻酸钠和酵母菌细胞的混合物缓慢滴入氯化钙溶液中。 (3)该实验小组用下图所示的装置来进行葡萄糖发酵:(a是固定化酵母,b是反应柱) ①从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是: ________________________________________________________________________。 ②要想得到较多的酒精,加入反应液后的操作是________活塞1和________活塞2。 ③为使该实验中所用到的固定化酵母菌细胞可以反复利用,实验过程一定要在________条件下进行。

纳米材料固定化酶的研究进展_高启禹

?综述与专论? 2013年第6期 生物技术通报 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 酶的固定化方法和技术研究是酶工程研究的重点之一,其核心是如何将游离的酶通过一定的方式与水不溶性的载体相结合,同时保持酶的催化活性和催化特性。固定化酶的概念自1953年由德国科学家Gubhofen [1]提出以来,先后经过了实验室研发到工业化生产的重大转折,并建立了传统的固定化酶的基本方法,如包埋法、交联法、吸附法和共价结合法[2]。近年来,随着结构生物学、蛋白质工程及材料科学的不断发展,在酶的固定中出现了一些新型载体和新型技术,从而使酶在负载能力、酶活力和稳定性等方面获得了极大提高,且降低了酶在工农业应用中的催化成本。这些载体和技术包括交联酶聚集体、“点击”化学技术、多孔支持物和最近的以纳米粒子为基础的酶的固定化[3]。纳米材料作为 收稿日期:2012-11-27基金项目:河南省科技厅科技攻关项目(112102210299),河南省教育厅自然研究计划项目(2011A180026)作者简介:高启禹,男,硕士,讲师,研究方向:酶与酶工程;E -mail :gaog345@https://www.360docs.net/doc/33990566.html, 纳米材料固定化酶的研究进展 高启禹1 徐光翠2 陈红丽1 周晨妍1 (1.新乡医学院生命科学技术学院 河南省遗传性疾病与分子靶向药物重点实验室培育基地,新乡 453003; 2.新乡医学院公共卫生学院,新乡 453003) 摘 要: 纳米材料在蛋白酶及核酶的固定化研究领域进展迅速,主要包括各种磁性纳米载体及非磁性纳米载体。目前在固定化纳米载体的特性、固定化方法及固定化效果上已进行了广泛探讨。综述以纳米载体的研究现状为基础,分析纳米载体固定化酶的应用前景及纳米载体固定对酶学性质的影响,并对该技术的研究进行介绍和展望。 关键词: 纳米材料 固定化酶 磁性载体 非磁性载体 核酶 Research Progress of Nanoparticles for Immobilized Enzymes Gao Qiyu 1 Xu Guangcui 2 Chen Hongli 1 Zhou Chenyan 1 (1. College of Life Science and Technology ,Xinxiang Medical University ,Henan Key Laboratory of Hereditary Disease and Molecular Target Drug Therapy (Cultivating Base ),Xinxiang 453003;2. College of Public Health ,Xinxiang Medical University ,Xinxiang 453003) Abstract: Immobilization of protease and ribozyme by nanometer carrier are researched as a more useful means, including of the magnetic nanoparticle and nonmagnetic nanoparticles. Currently, the types of immobilized carrier and methods and results of nanoparticles are discussed. In this paper, we describe the current application of immobilized enzyme by nanocarrier, the effect of nanoparticles matrix to enzymatic properties and the prospect of application for the above mentioned technology were introduced, and the direction of the development of nanoparticles immobilization of enzyme was analyzed. Key words: Nanoparticle cartie Immobilized enzymes Magnetic nanoparticles Non magnetic nanoparticles Ribozyme 酶固定化的新型载体,能够体现良好的生物相容性、较大的比表面积、较小的颗粒直径、较小的扩散限制、有效提高载酶量及在溶液中能稳定存在等优点[4]。固定化的微粒状态根据纳米材料物理形态的差异性可分为纳米粒(包括纳米球、纳米囊)、纳米纤维(包括纳米管、纳米线)、纳米膜及纳米块等。目前,用于酶固定化的纳米形态以纳米粒(Nanoparticles,Nps)最为常见,纳米粒通常指粒子尺寸在1-1 000 nm 范围内的球状或囊状结构的粒子。而用于酶固定的纳米载体材料有磁性纳米载体、非磁性纳米载体等[5]。但是,在进行相关固定化设计时,仍然需严格遵循固定化酶的主要任务,即一方面要满足应用上的催化要求;另一方面又要满足在调节控制及分离上的非催化要求。

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