酶工程课程论文

固定化酶及其应用

摘要：固定化技术作为一种能有效提高生产效率的手段正引起人们的广泛重视.大量研究表明,固定化酶在工业、食品业以及生物制药等方面将有着广泛的应用.本文论述了其在以上产业中的应用情况。

关键词：固定化酶应用

Immobilized Enzyme and its Application Abstract: The technique of immobilization is widely regarded by people as a measure of increasing production efficiency. A mass of research indicate that immobilized enzyme is extensively used in industry, food, and biologic pharmacy,etc. This article summarized the using of the immobilization technique in such aspects.

Key words: immobilized enzyme；application

酶作为一种生物催化剂，一经发现就被人们广泛应用在酿造、食品、医药等领域。酶的开发利用在20世纪得到了巨大的发展，但由于酶一般必需在温和的条件下才有催化作用，在实际运用中也就带来了很多问题，从而限制了酶制剂产品的使用和开发，固定化酶就是在这种情况下产生的。

1.固定化酶的定义及方法

1.1固定化酶的定义

1916年Nelson和Griffin最先发现了酶的固定化现象后，科学家就开始了固定化酶的研究工作。1969年日本一家制药公司第1次将固定化的酰化氨基酸水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸，开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。固定化酶最早被称为“水不溶酶”或“固相酶”，1971年在第一年国际酶工程会议上，实施建议采用“固定化酶”的名称，并将其定义为：被局限在某一特定区域上的、并且保留了它们的催化能力，可以反复、连续使用的酶。根据酶的分类，固定化酶和经过化学修饰的酶、用分子生物学方法在分子水平上改良的酶一起属

于修饰酶[1]。

1.2固定化酶的方法简述

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[2,3]。包埋法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。交联法亦称架桥法，游离酶的氨基酸残基与双官能团或多功能团交联剂反应而被固定化、可得酶蛋白单位浓度较高的固定化酶。吸附法包括物理吸附和离子结合法，工艺简便及条件温和是其显著特点，可供选择的载体涉及天然或合成的无机与有机高分子材料、有时酶的纯化与固定化尚可同时实现。共价结合法因酶分子与载体之间的共价结合而呈现良好的稳定性及重复使用性，是目前研究最为活跃的一类酶固定化方法[4]。

2.固定化酶的应用

2.1在工业生产中的应用

酶的固定化技术诞生以来，不论是早期从动物脏器和植物种子中提取的酶，还是后来发现的种类繁多、功能多样的微生物酶都已经被覆盖在固定化酶的研究领域中。固定化酶最早是应工业生产的需求而产生的，到目前为止其最大的应用范围还是在工业生产上。

其中，固定化葡萄糖异构酶是世界上生产规模最大的一种，它可以用来催化玉米糖浆生产高甜度的高果糖糖浆。自1972年这项技术产生以来,科学家已经固定了几种芽孢杆菌和链霉菌中提取的葡萄糖异构化酶，并大量应用于工业生产中。从目前的资料分析，不论是在我国还是在国际上，今后几十年中它还将是应用最广、市场份额最大的固定化酶。

固定化酰化氨基酸水解酶是最早应用的工业化酶，将酰化氨基酸水解酶固定于DEAE-葡聚糖凝胶上用来连续生产L-氨基酸，不仅降低了酶的消耗量，而且减少了产品后处理的费用。

此外还有一些应用较为广泛的固定化酶：固定化淀粉酶用于淀粉的糖化，可作为酒精和酿造发酵中原料的糖化剂；固定化碱性蛋白酶可以高效去除丝织品和棉织品纤维上的多余蛋白，使织物更加柔软光滑；固定化的酸性蛋白酶还可以将废胶卷上的明胶溶解，回收上面的银颗粒；固定化脂肪酶既可以用来分解动植物

油脂，使乳脂中的芳香族脂肪酸游离而增加乳品的风味，也可用在工业上分解油脂生产脂肪酸和甘油,还可以与淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶等配合作为消化剂，应用于皮革和毛皮的脱脂清洗；固定化纤维素酶作为一种全新的技术在提高纤维素酶的效能上找到了一个很好的突破口，经过固定化处理的纤维素酶，不但其稳定性有极大提高，而且可以重复利用，易于回收，将纤维素酶用载体包埋，可直接将纤维素糖化，然后连续发酵生产酒精[5~7]。

2.2在食品业中的应用

固定化酶技术广泛应用于生产食品添加剂和配料的行业中。如：低聚果糖、天门冬氨酸、L-苹果酸、阿斯巴甜、酪蛋白磷酸肽（CPP）等。

牛奶是人们熟悉的营养佳品，其中含有5%的乳糖。由于部分人体内缺乏乳糖分解酶（即乳糖酶或半乳糖酶），饮用后会导致腹泻等症状，因此，无乳糖牛奶成为一种客观的需求。为了解决该问题,曾采用聚丙烯酰胺包埋法,将乳糖酶固定化后，于牛奶作用，去除乳糖。该研究在美国和日本极为盛行，在意大利，科学家从大肠杆菌的酵母中提取精制乳糖酶，三乙酰纤维素膜包埋，生产无乳糖牛奶，该方法酶稳定性高，可以连续生产80天以上。此外，乳糖在温度较低时易结晶，用固定化乳糖酶处理后，可以防止其在冰淇淋类产品中结晶，改善产品口感,提高产品品质[8]。

脂肪酶可以催化酯交换、酯转移、水解等反应,所以在油酯工业中有广泛应用。1，3-特异性脂肪酶可酶促酯交换反应，将棕榈油改性为代可可酯。代可可酯是生产巧可力的原料，价格甚高,，而棕榈油价廉，因此该工艺受到重视。Blooner 等用脂肪酶将棕榈油转化成代可可酯，Goto等用表面活性剂处理固定化酶，使酶活性大幅度提高，并延长固定化酶的寿命[9~10]。

在茶叶中含有种类繁多的酶，它们对茶叶加工有重要意义。包括多酚氧化酶、过氧化物酶、丹宁酶、果胶酶等一直是研究的热点。茶叶生产中运用固定化酶甚至固定化细胞对传统制茶工艺进行改善，直接用线也进行发酵生产红茶，或者调控生产工序，使具有药用价值的茶色素类物质产量更高，科大事半功倍的效果。又比如在茶饮料生产过程中，传统热水浸提供易造成茶汤在货架期内沉淀，色变等问题。如果用固定化的果胶酶、纤维素酶等对茶叶低温萃取，则可以避免这些问题。[11]