固定化酶技术及应用的研究进展
酶的固定化
3.扩散限制效应
酶固定化使生物催化反应从均相转化为多相，于是产 生了扩散阻力：
●
外扩散阻力是底物从宏观环境向酶颗粒表面传递过
程中的一种扩散限制效应，发生在固定化颗粒周围的液膜
层。它会使底物在固相酶周围形成浓度梯度，通过增加搅 拌速度和底物流速的方法可以减少外扩散效应。
●
内扩散阻力是指底物分子达到固相酶表面后传递到
缺点：
● ● ●
固定化时，酶活力有损失； 增加了生产的成本，工厂初始投资大； 只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物， 与完整的菌体相比不适于多酶反应，特别是需要辅 胞内酶必须经过酶的分离手续。
对大分子底物不适宜；
●
助因子的反应；
●
三、影响固定化酶性质的因素
分配效应 空间障碍效应 扩散抑制效应
在具体选择时，一般应遵循以下几个原则：
（1）必须注意维持酶的构象, 特别是活性中心的构象。
（2）酶与载体必须有一定的结合程度。
（3）固定化应有利于自动化、机械化操作。 （4）固定化酶应有最小的空间位阻。 （5）固定化酶应有最大的稳定性。 （6）固定化酶的成本适中。
1.吸附法
吸附法（Adsorption） 是通过载体表面和酶分子 表面间的次级键相互作用 而达到固定目的，是固定 化中最简单的方法。只需 将酶液与具有活泼表面的 吸附剂接触，再经洗涤除 去未吸附的酶便能制得固 定化酶。
●
●
●
1.分配效应
由于载体和底物的性质 差异引起了微环境和宏观 环境之间的性质不同。微 环境是在固定化酶附近的 局部环境，而将主体溶液 称为宏观环境。由这种不 同造成的底物、产物和各 种效应物在两个环境之间 的不同分配，被称为分配 效应。
2.空间障碍效应
固定化技术实验报告
固定化技术实验报告实验目的：本实验旨在掌握固定化技术的原理和方法，了解固定化酶和固定化细胞在生物技术领域的应用，并通过实验操作加深对固定化技术的理解。
实验原理：固定化技术是一种将生物催化剂（如酶、细胞等）固定在某种载体上，以便于重复使用和提高催化效率的技术。
固定化方法主要包括吸附法、包埋法和共价结合法等。
固定化后的生物催化剂具有稳定性高、易于分离和回收等优点。
实验材料：1. 酶样品：以过氧化氢酶为例。
2. 固定化载体：琼脂糖凝胶、多孔聚丙烯酰胺凝胶等。
3. 实验试剂：过氧化氢溶液、缓冲液等。
4. 实验器材：离心机、恒温水浴、移液枪、量筒、试管等。
实验步骤：1. 准备固定化载体：将琼脂糖凝胶或多孔聚丙烯酰胺凝胶按照说明书比例溶解在水中，形成凝胶溶液。
2. 固定化酶：将酶样品与凝胶溶液混合，通过吸附或包埋的方式使酶固定在凝胶载体上。
3. 固化：将混合后的凝胶溶液倒入模具中，放入恒温水浴中固化。
4. 切割固定化酶：将固化后的凝胶切成适当大小的块状，用于后续实验。
5. 活性测定：将固定化酶块放入含有过氧化氢的缓冲液中，测定固定化酶的催化活性。
6. 重复使用性测试：将固定化酶块重复使用多次，观察其催化活性的变化情况。
实验结果：1. 固定化酶的活性测定结果显示，固定化后的酶具有较高的催化效率。
2. 重复使用性测试结果表明，固定化酶在多次使用后仍能保持较高的活性，显示出良好的稳定性。
实验讨论：固定化技术在提高酶的稳定性和重复使用性方面具有显著优势。
实验中采用的吸附法和包埋法操作简单，适合实验室规模的操作。
然而，固定化过程中可能存在酶失活的风险，需要进一步优化固定化条件以提高酶的活性和稳定性。
实验结论：通过本实验，我们成功地掌握了固定化技术的原理和操作方法，并通过实验验证了固定化酶的高催化效率和重复使用性。
固定化技术在生物技术领域具有广泛的应用前景，值得进一步研究和开发。
参考文献：[1] 张三. 生物固定化技术原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2020.[2] 李四. 固定化酶的制备与应用研究[J]. 生物工程学报，2019,35(4): 678-685.注：以上内容为示例，实际实验报告应根据实验操作和结果进行详细撰写。
酶的固定化技术
摘要：酶的固定化技术是用固体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。
酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。
经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
因此酶的固定化技术研究已成为十分引人注目的领域。
本文简要介绍了固定化酶技术的概念、制备方法(包括传统固定化技术、传统固定化技术的改进方法、新型固定化技术) 及其在化学化工、食品行业、临床医药、生物传感器和环境科学等领域中的应用现状与存在的问题,并对固定化酶技术的应用前景进行了展望。
关键词：固定化酶；制备；应用；磁性载体；定向固定固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
酶的固定化(Immobilization 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、并可回收及重复利用的一类技术。
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,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。
固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。
物理方法包括物理吸附法、包埋法等。
物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。
但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。
化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用一、本文概述随着生物技术的飞速发展，酶工程技术作为其中的重要组成部分，已经在医药领域展现出广阔的应用前景。
酶，作为生物体内的一类特殊蛋白质，具有高效、专一和温和的催化特性，因此被广泛用于医药、化工、食品等多个领域。
本文旨在探讨酶工程技术的最新研究进展，并重点分析其在医药领域的应用现状和发展趋势。
本文将对酶工程技术的基本原理和方法进行简要介绍，包括酶的来源、分离纯化、固定化以及酶反应器的设计等。
在此基础上，文章将重点论述酶工程技术在医药领域的多个应用方面，如药物合成、药物转化、药物分析和疾病诊断等。
通过具体案例和数据分析，展示酶工程技术在提高药物生产效率、降低药物成本、改善药物质量和提高疾病诊疗准确性等方面的积极作用。
本文还将对酶工程技术在医药领域面临的挑战和未来发展方向进行深入探讨。
随着生物技术的不断进步，酶工程技术的研究和应用将更加深入和广泛。
例如，新型酶的发现与改造、酶固定化技术的创新、酶反应器的优化以及酶工程技术在基因治疗和细胞治疗等新兴领域的应用等，都将成为未来研究的热点和方向。
酶工程技术在医药领域的应用已经取得了显著成果，并展现出广阔的发展前景。
本文将从多个角度全面分析酶工程技术在医药领域的应用现状和发展趋势，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
二、酶工程技术的基础理论酶工程技术，作为一门应用生物技术的分支，其基础理论主要涵盖酶学基本原理、酶反应动力学、酶分子设计和改造以及酶固定化技术等方面。
酶学基本原理是酶工程技术的基石。
酶是生物体内具有催化功能的蛋白质，具有高度专一性和高效性。
酶通过降低反应的活化能来加速生物化学反应，使得原本难以进行的反应在温和条件下也能迅速进行。
了解酶的结构、催化机制以及影响因素，对于酶工程技术的应用至关重要。
酶反应动力学是研究酶催化反应速率与反应物浓度关系的科学。
通过对酶反应动力学的研究，可以了解酶催化反应的速度控制步骤、反应速率常数以及反应机制等，为酶工程技术的优化提供理论依据。
固定化酶的应用原理
固定化酶的应用原理1. 简介固定化酶是一种特殊的酶形式，它与游离酶相比有着许多优势。
固定化酶被广泛应用于生物技术、医药、食品加工等领域。
本文将介绍固定化酶的应用原理及其在不同领域的应用案例。
2. 固定化酶的原理固定化酶是将酶固定在一个载体上，使其能够保持活性并具有较长的使用寿命。
相比于游离酶，固定化酶具有以下优势：•高稳定性：固定化酶可以在较宽的pH和温度范围内保持活性，这使得它们可以更广泛地应用于不同的条件下。
•可重复使用：固定化酶可以多次使用，其载体可以经过再生来去除不需要的物质，从而延长酶的使用寿命。
•操作便利：固定化酶可以通过固定化载体的形式，更方便地进行操作和分离。
•提高产量：固定化酶可以提高反应速率和产量，从而减少生产成本。
3. 固定化酶在生物技术中的应用在生物技术领域，固定化酶被广泛应用于酶学研究、生物传感器、药物合成等方面。
以下是一些固定化酶在生物技术中的应用案例：•酶学研究：通过固定化酶的形式，可以对酶的性质和功能进行更深入的研究，从而为酶的应用提供更多的理论依据。
•生物传感器：固定化酶可以被用作生物传感器中的反应元素，通过测量反应物与酶的反应产生的信号变化来检测特定物质的存在。
•药物合成：固定化酶可以作为催化剂用于药物合成反应中，通过提高反应速率和产量来提高药物合成的效率。
4. 固定化酶在医药领域中的应用固定化酶在医药领域中有着广泛的应用，以下是一些例子：•生物催化剂：固定化酶可以用作医药中的生物催化剂，用于催化药物合成的关键反应步骤，提高反应效率。
•诊断试剂：固定化酶可以用于检测生物标志物，如血液中的特定蛋白质或者细菌的存在，从而帮助医生进行诊断。
•药物传递系统：固定化酶可以被用于药物传递系统，通过将药物与固定化酶结合起来，实现药物的靶向释放和提高药物的生物利用度。
5. 固定化酶在食品加工中的应用在食品加工领域，固定化酶也有着重要的应用，以下是一些例子：•面包发酵：固定化酶可以用于促进面包发酵过程中产生的酶反应，提高面包的质量和口感。
固定化技术应用-酶和细胞的固定化
固定化技术应用－酶和细胞的固定化试题中出现固定酶能不能催化一系列反应，查找资料，没有权威资料认为已经存在催化系列反应的酶，应该是研究方向。
选修知识的考查已经出现应用方向，也拓展到了技术的前景。
也就是说，需要在教学中创设情境适当扩大知识面，结合试题进行教学会收到很好的效果，如固定化酶技术可以拓展到固定化细胞。
问题：固定化技术以及发展前景如何？什么是固定化酶？什么是固定化细胞？011.固定化酶技术固定化酶技术是用物理或化学手段。
将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。
酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。
经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
2.固定化酶技术的发展以前，固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。
1916年Nelson和GrImn最先发现了酶的固定化现象。
科学家们就开始了同定化酶的研究工作。
1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基酸水解酶用于从混合氨基酸中生产L－氮基酸，开辟了固定化酶在工业生产中的新纪元。
我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的工作者开始了固定化酶的研究。
当今，固定化酶技术发展方向是无载体的酶固定化技术。
邱广亮等用磁性聚乙二醇胶体粒子作载体，采用吸附－交联法，制备出具有磁响应性的固定化糖化酶，简称磁性酶(M I E)一方面由于载体具有两亲性，M I E可稳定的分散于水相或有机相中，充分的进行酶催化反应；另一方面，由于载体具有磁响应性，M I E又可借助外部磁场简单地回收，反复使用，大大提高酶的使用效率。
Puleo等将钛合金表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。
酶的固定化及应用
酶的固定化及应用酶的固定化是指将酶固定在载体上，使其形成固定化酶系统。
固定化酶系统能够提高酶的稳定性、操作性及重复使用性，同时减少酶的流失和污染。
固定化酶系统在许多申请中具有广泛的使用。
固定化酶的方法主要有物理固定法、化学固定法和生物固定法。
物理固定法是指通过物理力以及非化学化合物使酶附着在载体上，如吸附、吸附剂法、包埋法等。
化学固定法是指使用化学药物或物理化学方法使酶与载体发生共价键结合，如交联法、活性基团化法等。
生物固定法是指利用生物活性固定剂使酶与载体结合，如蛋白固定法、细胞固定法等。
固定化酶系统具有以下几个优点：1. 提高酶的稳定性：因为酶被固定在载体上，可以降低酶的脱活和解卸催化剂。
此外，固定化酶系统还能够防止酶的聚集和失活，提高酶的耐受性和稳定性。
2. 提高酶的操作性：固定化酶系统能够降低酶对反应介质的阻力，提高对底物的吸附和可用性。
此外，固定化酶系统还能够降低酶的浓度，减少对底物的对流作用。
3. 提高酶的再利用性：固定化酶系统使酶能够在反应后快速分离，不受反应介质的影响。
因此，固定化酶可以进行多次循环使用，提高了酶的利用率和经济效益。
固定化酶系统在许多领域中都有广泛的应用，包括生物催化、环境保护、食品工业、医药领域等。
在生物催化方面，固定化酶系统能够通过降解废水中的有机物质或重金属离子来净化污染水体。
固定化酶系统还可以用于制备氨基酸、酮酸和有机酸等生物催化反应。
在环境保护方面，固定化酶系统可以通过将酶固定在膜上来制备膜反应器，用于处理有机废气和工业废气。
在食品工业中，固定化酶系统可以用于果汁、酒精和酱油等食品的生产过程中。
固定化酶系统还可以用于牛奶和豆浆等乳制品的加工中。
在医药领域中，固定化酶系统可以用于制备药物、检测疾病以及治疗疾病。
固定化酶系统还可以用于制备药物载体、缓控释药物以及抗肿瘤药物。
总而言之，酶的固定化及其在各个领域的应用具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
通过固定化酶系统，可以提高酶的稳定性、操作性和再利用性，从而提高反应效率和经济效益。
酶工程技术在现代生物化工中的研究与应用
酶工程技术在现代生物化工中的研究与应用目录1.内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 酶工程技术的概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 现代生物化工中酶工程技术的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41.3 酶工程技术的研究现状与发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.酶工程技术的原理与基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.1 酶的作用机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2 酶工程技术的原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.3 酶的生物合成与修饰．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.酶工程技术在现代生物化工中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.1 医药工业．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.2 食品工业．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.3 纺织工业．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.4 环保工业．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.5 农业领域．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154.酶工程技术的研究方法与技术手段．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.1 酶的分离纯化技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.2 酶的固定化与定向进化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 4.3 酶活性的检测与表征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204.4 酶分子的设计与改造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．225.酶工程技术的优化与改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．225.1 酶的生产优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．245.2 酶的反应优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．255.3 酶的稳定性和抗逆境性研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．265.4 新型酶工程技术的研究与应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．286.酶工程技术的挑战与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．296.1 技术挑战与问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．306.2 发展前景展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．316.3 行业策略与建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．321. 内容综述酶工程技术在现代生物化工中占据着举足轻重的地位，这主要得益于其在提高生产效率、降低能耗以及增强产品质量等方面的显著优势。
酶的固定化技术及其应用综述
酶的固定化技术及其应用曾鸿雁(西南科技大学,四川,绵阳)摘要:随着工业生物技术和酶工程的不断发展，酶在各个领域的广泛应用，对酶的要求也越来越严格。
本文针对目前酶工程技术之一酶的固定化，对酶的固定化技术及其展望做一综述。
关键词：酶，固定化，技术Immobilization of Enzyme And its Applications Abstract：with the continuous development of biotechnology industrial and enzyme engineering , enzyme are widely used in various fields and the requirements to enzymes also become more and more stringent . This article is to review the enzyme immobilization, which is one of the current enzyme engineering technologiesKey words: enzyme, immobilization, technology一、引言酶是一类具有生物催化性质的高分子物质，其催化性具有专一性强、催化效率高和作用脚尖温和等特点。
但是在实际工业生产中，由于实际环境因素，应用酶的过程出现了一些不足之处：①酶的催化效率不高。
人们在使用酶的过程中，往往要求酶的催化效率要足够高，以加快反应速度，提高劳动生产率，然而实际上很多酶的催化效率不够高而难于满足人们的使用要求。
②酶的稳定性较差。
大多数酶稳定性较差，在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素的影响下，都容易变形失活。
③酶的一次性使用。
酶一般是在溶液中与底物反应，这样酶在反应系统中，与底物和产物混合在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用。
第四章固定化酶ppt讲解
1973年，日本首次在工业上成功地应用固定 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。
固定化酶和固定化菌体都是以酶的应用为目 的，它们的制备和应用方法也基本相同
在固定化酶和固定化菌体的基础上，70年代后期 出现了固定化细胞技术。固定化细胞是指固定在载体 上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。也称 为固定化活细胞或固定化增殖细胞。
1976年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤 酒和酒精。1978年，日本用固定化枯草杆菌 细胞生产α-淀粉酶的研究成功，开始了用 固定化细胞生产酶的先例。
玉米淀粉 → 液化、糖化 → 葡萄糖浆 → 膜 过滤 → 离交、浓缩 → 异构化 → 部分变成 果糖（42%）→混合 →浓缩、精制→ 55% 高果糖浆 参与的酶： α—淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶 葡萄糖异构酶
淀粉酶能将淀粉水解为葡萄糖吗?
固定化菌体
用于固定化的酶，起初都是采用经提取和分 高纯化后的酶。
这一发现是酶的推广应用的转折点，也是酶工程发展的转折点。在此基 础上，酶的固定化技术日新月异。
60年代后期，固定化技术迅速发展。 1969年，日本的千烟一郎首次在工业 生产规模应用固定化氨基酰化酶从DL氨基酸连续生产L-氨基酸，实现了酶 应用史上的一大变革。
此后，固定化技术迅速发展，促使酶 工程作为一个独立的学科从发酵工程 中脱颖而出。
缺点： 固定化过程中往往会引起酶的失活 固定化酶活力回收率低，且不适合用于 高分子质量的底物。
高果糖浆
也称果葡糖浆或异构糖浆，它是 以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡 萄糖异构酶的异构作用，将其中一部 分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果 糖而组成的一种混合糖糖浆。
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1 固定化技术研究进展 摘要：固定化酶技术作为一门交叉学科技术，在生命科学、生物医学、食品科学、化学化工及环境科学领域得到了广泛应用。新型载体材料的合成是今后固定化酶发展的一个非常重要的研究领域。本文主要介绍了固定化酶的载体，固定化技术以及在不同行业的应用，主要介绍了在污水处理和医疗行业的应用和发展趋势。 关键词：固定化 载体 污水 医疗 应用 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。固定化酶技术(Immobilized enzyme technology)克服了酶的上述不足。酶的固定化是指采用有机或无机固体材料作为载体，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。 1.传统酶固定化技术 传统酶的固定化方法可分为吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等4 种。吸附法是指通过载体表面和酶表面间的次级键相互作用而达到酶固定化的方法，根据吸附剂的特点又可分为物理吸附和离子交换吸附。该法具有操作简便、条件温和及吸附剂可反复使用等优点，但也存在吸附力弱，易在不适pH、高盐浓度、高底物浓度及高温条件下解吸脱落的缺点。共价偶联法是将酶的活性非必须侧链基团与载体的功能基通过共价键结合，故表现出良好的稳定性，有利于酶的连续使用，是目前应用和研究最为活跃的一类酶固定化方法，但共价偶联反应容易使酶变性而失活。交联法是利用双功能或多功能基团试剂在酶分子之间交联架桥固定化酶的方法，其更易使酶失活。包埋法包括网格包埋、微囊型包埋和脂质体包埋等，包埋法中因酶本身不参与化学结合反应，故可获得较高的酶活力回收，其2
缺点是不适用于高分子量底物的传质和用于柱反应系统，且常有扩散限制等问题。上述各种固定化酶的方法所表现出的不足之处限制了其广泛应用，因此，设计和合成性能优异的新型酶固定化材料，研制开发简便、实用的固定化方法是目前固定化酶研究的重点之一。 2.新型载体材料及固定化技术 传统酶的固定化方法虽在一定程度上可以增强生物催化剂的稳定性，但增强幅度有待进一步提高，并且在此过程中，生物催化剂酶催化活力通常损失严重。运用当代高新技术设计合成新型载体以及两者的有机结合是引人注目的研究动向。因此目前不断地有新的载体和技术引入酶的固定化领域，如：无载体固定化、微波/超声辅助的固定化、微胶囊固定化、电辅助固定化等，且固定化生物催化剂也越来越广泛地应用于医疗、生物医药、环境保护、食品工业、化学工业、能源等领域。 2.1 酶固定化过程中的新载体 2.1.1介孔材料 孔道的结构和尺寸对酶活力及稳定性有着明显的影响，在合适的孔道中酶固定化后其活力提高到游离酶的2倍，大孔道有利于固定化与催化过程中酶蛋白和底物、产物的传输，从而能提高酶的固定化和催化效果。目前，大孔道、高比表面积和孔容的新型介孔材料不断被引入酶固定化领域，因为在大孔道、高比表面积、高孔容的介孔材料中酶的负载量大。 2.1.2 纳米管 碳纳米管是一种新型纳米材料。它是由石墨片层卷曲而成的无缝纳米管。将生物大分子，如氨基酸、蛋白质、酶、DNA 等结合在碳纳米管的表面或端口上，可提高它在水溶液中的溶解度，为实现碳纳米管的各种生物应用奠定了基础。纳米管的内表面与酶之间存在强烈的相互作用，从而使得管内酶蛋白结构稳定且保留相当的催化活力，并且用其制成电极能够有效实现底物氧化及电子的传递。硅纳米管用于固定化酶时，能够保持酶的活性，并且提高酶的热稳定性及对PH的耐受性。 2.1.3 磁性高分子微球 磁性高分子微球是由无机磁性纳米粒子与有机高分子通过包埋法、单体聚合3
法合成的具有磁响应性和微球特性的粒子。通过共聚合和表面改性，磁性高分子微球表面可被赋予多种活性功能基团（如-OH、-COOH、-CHO等）。无机磁性纳米粒子应用较多的是Fe3O4，单体聚合法主要包括乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合、种子乳液聚合。磁性微球有良好的表面效应和体积效应，如比表面积较大，微球官能团密度较高，选择性吸附能力较强，吸附平衡时间较短等。它的物理化学性质稳定，具备一定的机械强度和化学稳定性，能耐受一定浓度的酸碱溶液和微生物的降解，通过表面改性赋予多种活性的功能基团，这些功能基团可以连接生物活性物质。 2.2新型固定化技术 2.2.1 微波/超声辅助固定化法 微波是一种电磁波。微波加热的主要原理是介质材料的极性分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热，从物质内部开始，瞬时达到需要的温度。微波加热具有许多传统加热不具备的优点等。 超声波是指振动频率大于20 kHz以上的一种纵波，在介质中传播时，使介质发生物理和化学变化，从而产生一系列超声效应，包括热效应、机械效应、空化效应和化学效应。研究认为，超声波对液体化学反应速度和产率的影响主要是由超声波在液体介质中的空化作用引起的。超声可使液体介质中形成微泡，其破裂伴随能量的释放，可以提高许多化学反应的速度。到目前为止，超声波技术对物质提取，高分子降解，酶解反应等都有很好的促进作用。 2.2.2无载体固定化法 无载体固定化酶技术是通过将结晶酶、物理共沉淀的酶进行交联形成固定化酶，包括交联酶结晶（CLEC）、交联酶聚集体（CLEA）。交联酶聚集体技术是一种将蛋白质先沉淀后交联形成不溶性的、稳定的固定化酶，这种技术是通过基本纯化的高浓度的蛋白质样品的共价交联来实现的。 2.2.3微胶囊固定化法 微胶囊是一种采用高分子聚合物或其他成膜材料将物质的微粒或微滴包覆所形成的微小容器，其粒径一般在微米至毫米级范围，通常为5～400μm。将酶用微胶囊包覆后形成的微胶囊固定化酶，由于被催化物质和产物可自由通过囊壁,因而能起到酶催化剂的作用。 4
3.固定化酶的应用 3.1医疗行业的应用 3.1.1 抗生素上应用 自20世纪70年代初，欧美国家已开始用特殊的合成树脂固定化青霉素酞化酶来生产6 -APA[5]，但价格昂贵，酶活还较低。中国关于固定化青霉素酞化酶的研究工作起步较晚，还要靠进口价格昂贵的固定化载体或固定化青霉素酞化酶来满足半合成青霉素生产的需要。 用于生产β内酞胺类抗生素中问体青霉素酞化酶在偏碱性环境下，可以催化青霉素G和头抱菌素G水解，制备生产半合成p内酞胺类抗生素所需的中问体:6-氨基青霉烷酸(6 -A PA)和7氨基脱乙酞头抱烷酸[7](7 -ADCA )。传统上多采用氧化反应酒旨化及扩环重排等化学反应来合成7- ADCA，但其过程存在着步骤多、反应条件要求高、成本高、三废污染等问题，现在已逐渐被固定化方法所替代。 3.1.2 氨基酸上应用 氨基酸是蛋白质结构的基本单位，对维持机体蛋白质的动态平衡有极其重要的意义。自然界的天然蛋白质中存在20余种基本氨基酸，皆为L型，非基本氨基酸多为外消旋体，然而D型和L型对映体的生理作用迥异。氨基酸主要通过发酵法和合成法生产，D-氨基酸一般通过光学拆分得到。D-氨基酰化酶利用其立体专一性反应，从化学合成的底物生产具有光学活性的D -氨基酸 现在技术研究了利用基因重组工程技术构建高活性的氨基酞化酶工程菌连续拆分D, L蛋氨酸。氨基酞化酶工程菌经发酵收集高活性的菌体，通过海藻酸钠包埋技术制备固定化酶，连续拆分D,L蛋氨酸，结果比酶活性大于6 000 u/g湿菌体，酶柱比酶活性大于4 000 u/g酶，半衰期20d,可连续拆分24d,拆分率达90%，收率达74.5%左右。随着基因工程药物和固定化技术的发展，人们对D氨基酸的需求日益增加，因此筛选具有高活力D氨基酰化酶的菌株，并且建立起简单快捷生产D氨基酸的方法有着广阔的工业前景。 3.1.3 酶制剂上应用 脂肪酶不仅能够催化酷的水解反应，而且能在有机溶剂中催化醇和酸的酷合成反应酒旨交换反应、氨解反应驮合成反应等等。现在技术以cM-纤维素为载体固定化脂肪酶的最适制备条件，固定化酶的酶学特性以及操作的稳定性，结果5
表明本法制备得到的固定化酶酶活力较高，回收率也较高，最适温度，pH都有了提高，稳定性也提高了，酶和载体问的结合力较牢固。目前脂肪酶制造油化学品的重要障碍就是脂肪酶价格较高，而固定化酶具有可以回收、重复使用、稳定性高产品质量高等优点，所以脂肪酶的固定化技术可以在药物制备、食品及轻工等方面广泛应用。 3.1.4药物筛选上应用 药物筛选就是对可能作为药物的物质进行初步的药理活性的检测和试验，以求发现其药用价值和临床用途，为发展新药提供最初始的依据和资料。。直到20世纪70年代中期，动物实验一直是药物筛选的主要方法，但动物实验存在需时长、劳动强度大、操作技术要求高、受试样品需要量大等缺点。现代科技的发展为高效率的筛选药物提供了技术条件，高通量药物筛选技术(HTS)就是将多种技术方法有机结合而形成的一种新的技术体系。 用于药物筛选的膜蛋白微阵列，由于类脂环境影响膜蛋白的功能难以很好发挥，使微阵列制作有困难。最近微阵列技术取得了突破性进展，解决了膜和蛋白的固定化问题，发明了一种机械上稳定又允许单个分了在固定化膜内移动的系统，这种水平方向流动性是生物膜的特性之一。 3.1.5 手性药物上应用 手性药物的临床意义已引起了人们的注意，并成为国际开发热点，世界正在开发的1 200种新药种有三分之一是手性药物，同时手性药物又是药品开发中的难点，往往是一种对映体具有很大的药用价值，而另一对映体没有药效，甚至对人体有毒害作用。如何从对映异构体中分离出有效成分或合成有效成分是目前面临的一大课题。 手性药物相互作用的研究也应用了固定化的方法。如应用亲合色谱技术时，可以在色谱柱上固定化HAS[15]或AGP[16]来研究手性药物发生在分布环节的相互作用，就是在流动相中添加并用药物来考察并用药物与对映体在分布环节有无相互作用。 3.2食品行业 固定化酶可应用于食品检测。固定化酶技术的发展使生物传感器也得到相当大的发展，它不仅使食品成分的高选择性、快速、低成本分析测定成为可能，而