酶固定化方法及載體特性

2022-08-28 13:27:08 字數 1631 閱讀 9164

酶是重要的生物催化劑,具有專一性強、催化效率高、無汙染、反應條件溫和等特點,在製藥、食品、環保、釀造、能源等領域都得到了廣泛的應用。但在實際應用中,酶也存在許多不足,如大多數的酶在高溫、強酸、強鹼和重金屬離子等外界因素影響下,都容易變性失活,不夠穩定;與底物和產物混在一起,反應結束後,即使酶仍有很高的活力,也難於**利用,這種一次性使用酶的方式,不僅使生產成本提高,而且難於連續化生產;並且分離純化困難,也會導致生產成本的提高等。固定化酶(immobilized enzyme)這個術語是在1971 年酶工程會議上被推薦使用的。

隨著固定化技術的發展,出現固定化菌體。2023年,日本首次在工業上應用固定化大腸桿菌菌體中的天門冬氨酸酶,由反丁烯二酸連續生產l-天門冬氨酸。固定化酶技術為這些問題的解決提供了有效的手段,從而成為酶工程領域中最為活躍的研究方向之一。

關鍵在於選擇適當的固定化方法和必要的載體以及穩定性研究、改進,酶載體推薦創科催化酶載體樹脂。

1.1 吸附法

吸附法是利用物理吸附法,將酶固定在纖維素、瓊脂糖等多醣類或多孔玻璃、離子交換樹脂等載體上的固定方式。顯著特點是:工藝簡便及條件溫和,包括無機、有機高分子材料,吸附過程可同時達到純化和固定化;酶失活後可重新活化,載體也可再生。

但要求載體的比表面積要求較大,有活潑的表面。

1.2 包埋法

包埋固定化法是把酶固定聚合物材料的格仔結構或微囊結構等多空載體中,而底物仍能滲入格仔或微囊內與酶相接觸。這個方法比較簡便,酶分子僅僅是被包埋起來,生物活性被破壞的程度低,但此法對大分子底物不適用。

1) 網格型

將酶或包埋在凝膠細微網格中,製成一定形狀的固定化酶,稱為網格型包埋法。也稱為凝膠包埋法。

2) 微囊型

把酶包埋在由高分子聚合物製成的小球內,製成固定化酶。由於形成的酶小球直徑一般只有幾微公尺至幾百微公尺,所以也稱為微囊化法。

1.3 結合法

酶蛋白分子上與不溶性固相支援物表面上通過離子鍵結合而使酶固定的方法,叫離子鍵結合法。其間形成化學共價鍵結合的固定化方法叫共價鍵結合法。共價鍵結合法結合力牢固,使用過程中不易發生酶的脫落,穩定性能好。

該法的缺點是載體的活化或固定化操作比較複雜,反應條件也比較強烈,所以往往需要嚴格控制條件才能獲得活力較高的固定化酶。

1.4 交聯法

交聯法是用多功能試劑進行酶蛋白之間的交聯,使酶分子和多功能試劑之間形成共價鍵,得到三向的交聯網架結構,除了酶分子之間發生交聯外,還存在著一定的分子內交聯。多功能試劑製備固定化酶方法可分為:( 1) 單獨與酶作用;( 2) 酶吸附在載體表面上再經受交聯;( 3) 多功能團試劑與載體反應得到有功能團的載體,再連線酶。

交聯劑的種類很多,最常用的是戊二醛,其他的還有異氰酸衍生物、雙偶氮二聯苯胺、n,n-乙烯馬來醯亞胺等。交聯法的優點是酶與載體結合牢固,穩定性較高;缺點是有的方法固定化操作較複雜,進行化學修飾時易造成酶失活。

各類固定化方法的特點比較:

固定化酶載體應具備以下要求大體上有:

1) 在酶催化反應過程的惰性:載體應不與底物、產物及介質發生反應。

2) 有良好的滲透性:製備成柱子後,能使底物和產物能快速通過減少吸附。

3) 有生物親和性和相容性,有利於酶活力發揮和穩定。

4) 有較高酶負載量,載體表面能提供多個活性位點利於酶分子偶聯。

其中共價鍵合和物理吸附類酶載體樹脂主要有創科催化的環氧功能基樹脂、陰離子和陽離子交換樹脂和大孔吸附樹脂。

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