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固定化酶制備方法及應用領域的產業規劃(立項申請報告)

來源:www.wbbagx.live 文章來源:資金申請報告范文書寫中心發布時間:2019-06-20 09:48:33

第一節  固定化酶的簡介

固定化酶是20世紀60年代發展起來的一種新技術。所謂固定化酶,是指在一定的空間范圍內起催化作用,并能反復和連續使用的酶。通常酶催化反應都是在水溶液中進行的,而固定化酶是將水溶性酶用物理或化學方法處理,使之成為不溶于水的,但仍具有酶活性的狀態  。(產業 規劃 )

第二節 固定化酶的生產方法

固定化酶的制備方法有物理法和化學法兩大類。

物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的優點在于酶不參加化學反應,整體結構保持不變,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間或立體阻礙作用,因此對一些反應不適用。

化學法包括結合法、交聯法。結合法又分為離子結合法和共價結合法。是將酶通過化學鍵連接到天然的或合成的高分子載體上,使用偶聯劑通過酶表面的基團將酶交聯起來,而形成相對分子量更大、不溶性的固定化酶的方法.

其中吸附法和共價鍵法又可統稱為載體結合法。

具體方法

吸附法

利用各種吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上而使酶固定的方法。通常有物理吸附法和離子吸附法。

常用吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃等。

采用吸附法固定酶,其操作簡便、條件溫和,不會引起酶變性或失活,且載體廉價易得,可反復使用。

載體結合法

最常用的是共價結合法,即酶蛋白的非必需基團通過共價鍵和載體形成不可逆的連接。在溫和的條件下能偶聯的蛋白質基團包括:氨基、羧基、半胱氨酸的巰基、組氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、絲氨酸和蘇氨酸的羥基。參加和載體共價結合的基團,不能是酶表現活力所必需的基團。以中國首先采用的雙功能團試劑“對位-β-硫酸酯乙砜基苯胺”偶聯載體和酶為例,載體結合的步驟如下頁反應式。

此法曾先后用于3′-核糖核酸酶、5′-磷酸二酯酶和葡萄糖淀粉酶等的固定化。此外酶通過物理吸附或離子吸附于載體制備固定化酶也是常用的方法。

交聯法

依靠雙功能團試劑使酶分子之間發生交聯凝集成網狀結構,使之不溶于水從而形成固定化酶。常采用的雙功能團試劑有戊二醛、順丁烯二酸酐等。酶蛋白的游離氨基、酚基、咪唑基及巰基均可參與交聯反應。

包埋法

酶被裹在凝膠的細格子中或被半透性的聚合物膜包圍而成為格子型和微膠囊型兩種。包埋法制備固定化酶除包埋水溶性酶外還常包埋細胞,制成固定化細胞,例如可用明膠及戊二醛包埋具有青霉素酰化酶活力的菌體,可連續水解帤基青霉素,工業生產6-氨基青霉烷酸。

酶經過固定化后,比較能耐受溫度及pH的變化,最適pH往往稍有移位,對底物專一性沒有任何改變,實際使用效率提高幾十倍(如5′-磷酸二酯酶的工業應用)甚至幾百倍(如青霉素酰化酶的工業應用)。


      第三節 固定化酶的應用領域及特點

固定化酶的形式多樣,可制成機械性能好的顆粒裝成酶柱用于連續生產;或在反應器中進行批式攪拌反應;也可制成酶膜、酶管等應用于 分析 化學;又可制成微膠囊酶,作為治療酶應用于臨床。現在又有人用酶膜(包括細胞、組織、微生物制成的膜)與電、光、熱等敏感的元件組成一種裝置稱生物傳感器,用于測定有機化合物和發酵自動控制中信息的傳遞及環境保護中有害物質的檢測。最常用的是酶膜與離子選擇電極組成的生物傳感器,例如脲傳感器是由固定化脲酶、固定化硝化菌及氧電極組成,脲經脲酶分解成氨及二氧化碳,氨又繼續被硝化菌氧化,總耗氧量則通過氧電極反映出電流的變化,用以計算脲的含量。

酶固定化后一般穩定性增加,易從反應系統中分離,且易于控制,能反復多次使用。便于運輸和貯存,有利于自動化生產,但是活性降低,使用范圍減小,技術還有發展空間。固定化酶是近十余年發展起來的酶應用技術,在工業生產、化學 分析 和醫藥等方面有誘人的應用前景。

發展歷史

固定化酶的 研究 始于1910年,正式 研究 于20世紀60年代,70年代已在全世界普遍開展。酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固體材料將酶束縛或限制于一定區域內,仍能進行其特有的催化反應、并可回收及重復利用的一類技術。與游離酶相比,固定化酶在保持其高效專一及溫和的酶催化反應特性的同時,又克服了游離酶的不足之處,呈現貯存穩定性高、分離回收容易、可多次重復使用、操作連續可控、工藝簡便等一系列優點。固定化酶不僅在化學、生物學及生物工程、醫學及生命科學等學科領域的 研究 異常活躍,得到迅速發展和廣泛的應用,而且因為具有節省資源與能源、減少或防治污染的生態環境效應而符合可持續發展的戰略要求。

性狀

固定化酶的形式多樣,依不同用途有顆粒、線條、薄膜和酶管等形狀。其中顆粒占絕大多數,它和線條這兩種形式主要用于工業發酵生產,如裝成酶柱用于連續生產,或在反應器中進行批式攪拌反應;薄膜主要用于酶電極,應用于 分析 化學中;酶管機械強度較大,宜用于工業生產 [2]  。

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