食品酶學(xué)教學(xué)ppt課件

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1、第4章固定化酶和固定化細(xì)胞主要內(nèi)容4.1固定化酶的定義與優(yōu)點(diǎn)4.2酶固定化技術(shù)發(fā)展史4.3固定化酶的制備方法（重點(diǎn)）4.4固定化酶的特性（重點(diǎn)）4.5固定化活細(xì)胞4.6酶催化反應(yīng)器及其類型4.1固定化酶的定義與優(yōu)點(diǎn)固定化酶(immobilizedenzyme)，是指在一定的空間范圍內(nèi)起催化作用，并能反復(fù)和連續(xù)使用的酶。重要固定化酶的優(yōu)點(diǎn)：（1）同一批固定化酶能在工藝流程中重復(fù)多次地使用；（2）固定化后，和反應(yīng)物分開，有利于控制生產(chǎn)過程，同時(shí)也省去了熱處理使酶失活的步驟；（3）穩(wěn)定性顯著提高；（4）可長(zhǎng)期使用，并可預(yù)測(cè)衰變的速度；（5）提供了研究酶動(dòng)力學(xué)的良好

2、模型。重要1916年，Nelson和Griffin用吸附法實(shí)現(xiàn)了酶的固定化：將蔗糖酶吸附在骨炭粉上，發(fā)現(xiàn)吸附以后酶不溶于水而且具有和液體酶同樣的活性。4.2酶固定化技術(shù)發(fā)展史1953年Grubhofer和Schleith將聚氨基苯乙烯樹脂重氮化，然后將淀粉酶、羧肽酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等酶與這種載體結(jié)合，制成了固定化酶。1969年，日本的千畑一郎等將固定化氨基酰化酶應(yīng)用于DL-氨基酸的光學(xué)拆分上，來生產(chǎn)L-氨基酸，開創(chuàng)了固定化酶應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的先例。20世紀(jì)60年代后期對(duì)酶的固定化研究，稱為水不溶酶（waterinsolubleenzyme）和固相酶（so

3、lidphaseenzyme）。1971年召開的第一屆國(guó)際酶工程會(huì)議上，建議采用統(tǒng)一的英文名稱ImmobilizedEnzyme。1973年，日本的千畑一郎等使用固定化大腸桿菌菌體中的天冬氨酸酶，由反丁烯二酸連續(xù)生產(chǎn)L-天冬氨酸，將固定化微生物細(xì)胞首次應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。1978年，日本的鈴木等用固定化枯草桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶，開始了用固定化細(xì)胞進(jìn)行酶的生產(chǎn)先例。1986年，我國(guó)科學(xué)家利用固定化原生質(zhì)體發(fā)酵生產(chǎn)堿性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等相繼獲得成功。α固定化酶應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：（1）必須注意維持酶的構(gòu)象，特別是活性中心的構(gòu)象。（2）酶與載體必須有一定的結(jié)合程度。

4、（3）固定化酶應(yīng)有最小的空間位阻。（4）固定化應(yīng)有利于自動(dòng)化、機(jī)械化操作。（5）固定化酶應(yīng)有最大的穩(wěn)定性。（6）固定化酶的成本適中。4.3固定化酶的制備方法酶的固定化主要方法：吸附法、包埋法、共價(jià)鍵結(jié)合法和交聯(lián)法。吸附法和共價(jià)鍵結(jié)合法又可統(tǒng)稱為載體結(jié)合法。重要4.3.1吸附法（adsorption）定義：通過載體表面和酶分子表面間的次級(jí)鍵相互作用而達(dá)到固定目的的方法，是固定化中最簡(jiǎn)單的方法。酶與載體之間的親和力是范德華力、疏水相互作用、離子鍵和氫鍵等。吸附法又可分為物理吸附法和離子吸附法。重要定義：通過物理方法將酶直接吸附在水不溶性載體表面上而使酶固定化的方

5、法。載體：有機(jī)載體：纖維素、膠原、淀粉及面筋等；無機(jī)載體：活性炭、氧化鋁、皂土、多孔玻璃、硅膠、二氧化鈦、羥基磷灰石等。（1）物理吸附法(physicaladsorption)重要優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、價(jià)廉；條件溫和；載體可反復(fù)使用；酶與載體結(jié)合后，活性部位及空間構(gòu)象變化不大，固定化酶活力較高。缺點(diǎn)：由于靠物理吸附作用，酶和載體結(jié)合不牢固，在使用過程中容易脫落。常與交聯(lián)法結(jié)合使用。重要定義：將酶與含有離子交換基團(tuán)的水不溶性載體以靜電作用力相結(jié)合的固定化方法，即通過離子鍵使酶與載體相結(jié)合的固定化方法。載體：離子交換劑。陰離子交換劑：二乙氨基乙基(DEAE)-纖維素、

6、混合胺類(ECTEOLA)-纖維素、四乙氨基乙基(TEAE)-纖維素、DEAE-葡聚糖凝膠等；陽(yáng)離子交換劑：羧甲基(CM)-纖維素、纖維素檸檬酸鹽、AmberliteCG-50、IRC-50、IR-200、Dowex-50等。（2）離子吸附法(ionadsorption)重要優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、條件溫和、酶活力不易喪失等。此外，吸附過程同時(shí)可以純化酶。缺點(diǎn)：酶與載體的結(jié)合不夠牢固，易受環(huán)境因素如pH、離子強(qiáng)度、底物濃度等影響。重要4.3.2包埋法（entrapment）定義：將酶包埋在高聚物的細(xì)微凝膠網(wǎng)格中或高分子半透膜內(nèi)的固定化方法。前者又稱為凝膠包埋法，酶被

7、包埋成網(wǎng)格型；后者又稱為微膠囊包埋法，酶被包埋成微膠囊型。重要（1）凝膠包埋法載體：天然凝膠：海藻酸鈉凝膠、角叉菜膠、明膠、瓊脂凝膠、卡拉膠等合成凝膠或樹脂：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光交聯(lián)樹脂等。（2）微膠囊包埋法微膠囊材料：聚酰胺、火棉膠、醋酸纖維素重要優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單；防止酶滲出；酶回收率高。缺點(diǎn)：只適用于小分子底物和產(chǎn)物的酶；高聚物網(wǎng)格或半透性膜對(duì)小分子物質(zhì)擴(kuò)散的阻力可能導(dǎo)致固定化酶的動(dòng)力學(xué)行為改變和活力的降低。包埋法優(yōu)缺點(diǎn)重要4.3.3共價(jià)鍵結(jié)合法(covalentbinding）定義：將酶與聚合物載體以共價(jià)鍵結(jié)合的固定化方法。酶蛋白上的功能基團(tuán)：（1）

8、酶蛋白N末端的α-氨基或賴氨酸殘基的ε-氨基。（2）