摘 要

酶的催化具有诸多优点，现已被广泛应用于食品、医药、环境保护以及化学化工生产等方面。但由于游离酶不易于回收以循环使用，在实际的工业生产中有催化成本较高，稳定性较差等缺点，因此，固定化酶技术应运而生，并有效的改善了酶的催化性能。固定化基质是影响酶活性的关键因素之一，不同种类的基质材料优缺点不同，对酶的影响程度不同。理想的基质材料应具备良好的热稳定性、操作稳定性以及储存稳定性, 并且对酶活影响程度降到最小等。本篇文章在研读整理大量文献的基础上，对基质材料按照固定化方法进行分类归纳，对不同固定化基质的性能与基质材料对固定化酶性能的影响进行了总结概括，并尽量突出生物学方法或材料在固定化方面的应用。此外，此次课题还将探讨固定化酶含水量对酶活性的影响。

关键词：酶的固定化；固定化方法；基质材料

Abstract

Enzymes have many advantages in catalysis, and have been widely used in food, medicine, environmental protection and industrial production. However, due to the fact that free enzymes are not easy to recycle for recycling, in actual industrial production, they have the disadvantages of higher catalytic cost and poor stability. Therefore, immobilized enzyme technology came into being and effectively improved the catalytic performance of the enzyme. Immobilized matrix is one of the key factors that affect enzyme activity. Different types of matrix materials have different advantages and disadvantages and have different effects on enzymes. The ideal matrix material should have good thermal stability, handling stability and storage stability, and the degree of impact on enzyme activity should be minimized. Based on a large number of literatures, this article summarizes the matrix materials according to the immobilization method, summarizes the performance of different immobilized substrates and the effect of matrix materials on the performance of immobilized enzymes, and tries to highlight biology The application of methods or materials in immobilization. In addition, this topic will also explore the effect of the water content of immobilized enzymes on enzyme activity.

Key Words：Enzyme immobilization；Immobilization method；Matrix material

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 固定化酶种类及方法介绍 1

1.3 固定化基质介绍 2

1.4 影响酶固定化效率的因素 2

第2章 固定化方法及基质材料 4

2.1 吸附法及其固定化基质 4

2.1.1 硅藻土作为固定化基质 5

2.1.2 大孔树脂作为固定化基质 6

2.1.3 二氧化硅作为固定化基质 6

2.1.4 硅胶作为固定化基质 7

2.2 包埋法及固定化基质 7

2.2.1 凝胶作为固定化基质 8

2.2.2 海藻酸钠作为固定化基质 9

2.3 共价结合法及固定化基质 10

2.3.1 大孔树脂作为固定化基质 10

2.3.2 环氧树脂作为固定化基质 10

2.3.3 多孔玻璃珠作为固定化基质 11

2.3.4 氨基载体作为固定化基质 11

2.4 酶的交联法固定 11

2.4.1交联法作为辅助法的固定化 11

2.4.2无需载体的交联法固定化 12

2.5 酶的生物学方法固定 12

2.5.1 酶的球蛋白固定 12

2.5.2 酶的TGase修饰酪蛋白固定 13

2.5.3 酶的脂质体包埋固定 13

2.5.4 酶的受体固定 14

第3章 酶固定化效果的影响因素 15

3.1固定化条件对酶固定化的影响 15

3.2酶与基质材料配比对酶固定化的影响 15

3.3 含水量对固定化酶性能的影响 15

3.3.1 研究含水量对固定化酶性能影响的意义 15

3.3.2含水量对固定化酶性能影响研究 16

第4章 总结与展望 18

参考文献 19

致谢 23

第1章 绪论

1.1 引言

酶的固定化是指将游离酶定位于限定的空间区域内，并使其保持活性和可反复使用的技术手段。固定化酶的催化活性和操作稳定性更高，保存时间更长，并易于与反应物和产物分离而实现反复使用，降低使用成本。它的出现为酶的工业化应用与发展及在环境治理领域中的应用^{[1, 2]}提供了有利条件。

系统的进行酶的固定化研究始于上个世纪60年代并于70年代在全球普遍展开。此后，对酶的固定化研究和固定化酶的应用研究逐渐深入，从固定化酶的种类、固定化方法、固定化基质到影响酶固定化的因素等酶的固定化技术的各个方面都受到越来越多的关注，从物理方法固定、化学方法固定发展到利用生物学方法进行酶的固定，以提高酶的固定化效率，改善固定化酶的性能，展开了广泛的技术研究和应用研究，为工农业生产带来了巨大的经济效益和社会效益。

1.2 固定化酶及其应用

目前，多种酶的固定化和应用研究取得重大进展，并用于生产实际。按国际酶学委员会的分类，研究较多并用于生产的固定化酶主要是水解酶和氧化还原酶两大类。水解酶包括脂肪酶^{[3, 4]}、蛋白酶^[5]、淀粉酶^{[6, 7]}、酯酶、脲酶^{[8, 9]}等；氧化还原酶有葡萄糖氧化酶^[10]、醇脱氢酶^{[11, 12]}在内的多种酶。漆酶^{[13, 14]}作为木质素降解酶也常见于酶的固定化研究中。

已有多种固定化定化酶用于食品药品工业生产。在食品工业中，将果胶酶包埋在海藻酸钙水凝胶中制备的固定化酶用于葡萄酒生产，可以帮助改善澄清和过滤过程，释放出葡萄皮中所含的更多颜色和风味化合物，并更有效地释放酚类化合物^[15]，提高酒的品质。固定化β-半乳糖苷酶也已应用于制备低乳糖牛奶^[16]，经固定化酶处理的乳制品，极大解决了人体乳糖不耐受的问题。对于β-半乳糖苷酶的固定，壳聚糖显示出比海藻酸钠更好的固定化效果。在制药工业方面，青霉素酰化酶可应用于合成抗生素上^[17]。选择磁性纤维素纳米晶固定青霉素酰化酶并参与制备头孢克肟，可以提高反应效率，环保绿色。