1、畢業(yè)論文答辯固定化酶畢業(yè)論文答辯固定化酶1 課題研究的意義固定化酶是酶工程的核心技術(shù)之一，有利于實驗酶的重復使用及產(chǎn)物與酶的分離，將酶工程提高到一個新的水平，極大地促進了酶工程的研究與應用，并廣泛應用于各個領(lǐng)域。特別在食品果汁、酒生產(chǎn)、乳制品業(yè)等其他方面的應用意義重大，促進了現(xiàn)代食品生產(chǎn)工業(yè)多方面的發(fā)展，將來對它的研究利用必將更廣泛，而且因為其節(jié)省能源與資源、減少污染的生態(tài)環(huán)境效應而符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求發(fā)展前景極其美好廣闊。1 課題研究的意義固定化酶是酶工程的核心技術(shù)之一，有利于實2 固定化酶的定義及特點 固定化酶技術(shù)是將酶用人工方法固定在特定載體上或一定空間范圍內(nèi)，進行催化、生產(chǎn)，并能反

2、復和連續(xù)使用的酶。因而固定化酶一般可以被認為是水不溶性酶。與水溶性酶相比，它有自己的固有優(yōu)勢，但也存在一定的缺點。2 固定化酶的定義及特點 固定化酶技術(shù)是將酶用人工方固定化酶的優(yōu)缺點優(yōu)點 缺點( a ) 易于將固定化酶與底物、產(chǎn)物分開，方便后續(xù)的分離和純化； ( b ) 可以增加產(chǎn)物的收率,提高產(chǎn)物量； ( c）可以在較長時間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)； ( d ) 酶反應條件容易控制；( e ) 較水溶性酶更適合于多酶反應； ( f ) 酶的使用效率高，使用成本低 ( g ) 適于產(chǎn)業(yè)化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。( a )在固定化過程中，酶活力會損失;( b ) 工廠初期投資大，只能用于水溶性底物，適合于小分子

3、，不適宜于多酶反應;( c）還需要輔助因子的協(xié)助才可以有效反應。這些協(xié)助因子常是有毒性的化學試劑，若殘留于食品中對人體有很大的影響。固定化酶的優(yōu)缺點優(yōu)點 3 固定化酶的載體材料3.1 有機高分子載體 有機高分子載體有二類。一類是天然高分子載體材料。此類材料一般無毒性，傳質(zhì)好，但強度較低，在厭氧條件下易被微生物分解，壽命短。常見瓊脂、海藻酸鈉等。 另一類是合成有機高分子載體材料。一般來說強度大，但性能較差。這類材料種類很多，有聚乙烯醇(PVA)冷凍膠、烯氧化物載體、無孔聚烯(PS)聚苯乙烯磺酸鈉 (PNaSS)微球載體、球狀纖維素單寧樹脂和多孔醋酸纖球形載體等。3 固定化酶的載體材料3.1 有機

4、高分子載體3.2 無機載體材料 無機載體材料具有一些有機材料不具備的優(yōu)點，如穩(wěn)定性好、機械強度高、對微生物無毒性，不易被微生物分解，耐酸堿，成本低，壽命長等。目前，對無機載體加以修飾，使之與酶和細胞結(jié)合的技術(shù)取得了重大突破。氧化鋁陶瓷管SiO23.2 無機載體材料 氧化鋁陶瓷管SiO23.3 復合載體材料 復合載體材料是以有機材料和無機材料復合組成的新載體料。如磁性高分子微球，這是一種內(nèi)部含有磁性金屬或金屬氧化物的超細粉末，從而具有磁響應性的高分子微球。磁性高分子微球3.3 復合載體材料 磁性高分子微球4 固定化酶的方法4.1 固定化酶的傳統(tǒng)制定方法 酶的傳統(tǒng)固定方法主要有吸附法、包埋法、共價

5、鍵結(jié)合法、交聯(lián)法和一些其他方法，針對不同的酶、不同的載體，需要采用不同的方法，有時還需要將幾種方法聯(lián)合使用。4 固定化酶的方法4.1 固定化酶的傳統(tǒng)制定方法 4.1.1 吸附法吸附法是通過吸附作用將酶吸附在炭、有機聚合物、玻璃、無機鹽、金屬氧化物或硅膠等材料上。該方法又分為物理吸附法和離子吸附法。離子吸附法4.1.1 吸附法離子吸附法4.1.2包埋法包埋法是指酶或細胞包埋在各種載體(如聚丙烯酰胺凝膠、藻酸鹽、角叉菜聚糖等)中發(fā)生聚合、沉淀或凝膠化使之固定的方法。主要分為凝膠包埋法和微膠囊包埋法。凝膠網(wǎng)格微膠囊包埋4.1.2包埋法凝膠網(wǎng)格微膠囊包埋4.1.3 結(jié)合法結(jié)合法指選擇適宜的載體，使通過

6、共價鍵或離子鍵與酶結(jié)合在一起的固定方法。包括離子鍵結(jié)合法和共價鍵結(jié)合法。在共價鍵結(jié)合法常用的載體有：纖維素、瓊脂糖凝膠、葡聚糖凝膠、甲殼素等。共價鍵結(jié)合法4.1.3 結(jié)合法共價鍵結(jié)合法4.1.3 交聯(lián)法交聯(lián)法是用雙功能試劑或多功能試劑進行酶分子之間的交聯(lián)，使酶分子和雙功能試劑或多功能試劑之間形成共價鍵，得到三向的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。一般將吸附法和交聯(lián)法2種方法結(jié)合起來使用。交聯(lián)法吸附與交聯(lián)4.1.3 交聯(lián)法交聯(lián)法吸附與交聯(lián)4.2 改進酶的固定化進展 傳統(tǒng)的固定方法有許多不足之處，為了實現(xiàn)在較為溫和的條件下進行酶的固定化，盡量減少或避免酶活力的損失，有關(guān)專家進行了大量研究，或研發(fā)新型固定方法， 或改進

7、影響固定化因素(例如載體)，都取得了不錯的效果。4.2 改進酶的固定化進展 傳統(tǒng)的固定方法有許多不足之處4.2.1定向固定 定向固定化酶技術(shù)它解決了傳統(tǒng)酶固定化方法中酶在任意位點與載體進行連接，使酶活性位點不能充分暴露，而且酶的固定化量降低等問題。例如，有人用高碘酸鈉活化半乳糖氧化酶的糖鏈，并通過活化的糖鏈將半乳糖氧化酶定向固定。由于大分子底物容易接近酶的活性位點，因而催化效率得到了提高。4.2.1定向固定 4.2.2 多酶共固 為了充分發(fā)揮不同酶的各自優(yōu)勢，把不同來源的酶與整個細胞的生物催化性能相結(jié)合，實現(xiàn)多酶或整個細胞的固定化，日益受到研究者的重視。例如：Pal等將葡萄糖苷酶和葡萄糖氧化酶

8、固定于乳膠膜，制成多酶共固體。4.2.2 多酶共固 4.2.3 利用光、輻射等技術(shù) 通過輻射、光、等離子體、電子等新方法均可制備高活性固定化酶。例如： (1) 輻射 Mohy等以Cs為輻射源，通過廣射線引發(fā)將甲基丙烯酸甲酯接枝共聚于尼龍膜表面，經(jīng)進一步活化，用于青霉素酰化酶的固定。 (2) 光光偶聯(lián)法是以光敏性單體聚合物包埋固定化酶或帶光敏性基團的載體共價固定化酶。 (3) 等離子 等離子體是高度激發(fā)的原子、分子、離子以及自由基的聚集體，大量的等離子體常在室溫下存在。載體材料表面可以由等離子體進行有用修飾，從而引入活性基團。4.2.3 利用光、輻射等技術(shù) 4.3 固定化新型載體的研究改變 以甲

9、殼素和殼聚糖及其衍生物為載體的新型固定化酶。甲殼素是一種天然氨基多糖，是蝦、蟹和昆蟲的外殼的主要成分，是一種儲量極為豐富的自然資源。在堿性條件下將其水解，脫去分子中的部分乙酰基，就轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑暂^好的殼聚糖。4.3 固定化新型載體的研究改變 以甲殼素和殼聚糖及甲殼素酶蛋白質(zhì)金屬離子 甲殼素和殼聚糖分子中存在氨基，既易于與酶和蛋白質(zhì)共價結(jié)合，又可螯合金屬離子， 使酶免受金屬離子的抑制。通過吸附作用，能牢固地固定淀粉酶和溶菌酶而不用任何交聯(lián)劑。同時它們具有多孔結(jié)構(gòu)，能適用于底物為粘稠溶液或大分子物質(zhì)的酶的固定化。目前已用甲殼素及其衍生物固定的酶有：葡萄糖異構(gòu)酶、堿性磷酸酶、蛋白酶、乳糖酶、轉(zhuǎn)化酶、纖

10、維素酶等數(shù)十種酶。吸附結(jié)合螯合甲殼素酶蛋白質(zhì)金屬離子 甲殼素和殼聚糖分子中存在氨基，既5 固定化酶在食品工業(yè)上的應用 固定化酶的研究不僅在化學生物學、生物工程醫(yī)學及生命科學等領(lǐng)域異常活躍，而且是在食品生產(chǎn)工業(yè)中有特別的作用，下面介紹下固定化酶在食品工業(yè)中的一些簡單應用。 5 固定化酶在食品工業(yè)上的應用 固定化酶的研究不僅在化學5.1固定化酶在柑橘汁加工中脫苦的應用柑桔加工產(chǎn)品出現(xiàn)過度苦味是柑桔加工業(yè)中較重要的問題，苦味物質(zhì)主要由2類物質(zhì)組成：一類是名為檸檬苦素的化合物;另一類為果實中多種黃酮苷，其中柚皮苷為葡萄柚和苦橙等柑桔類果汁中的主要黃酮苷，主要是利用不同的膜固定酶分別作用于檸檬苦素和柚皮

11、苷生成不含苦味的物質(zhì)。5.1固定化酶在柑橘汁加工中脫苦的應用柑桔加工產(chǎn)品出現(xiàn)過5.2固定化果膠酶在果汁加工中澄清應用 在果汁加工中，果膠的存在會使壓榨與澄清困難，而果膠酶是指分解果膠物質(zhì)的多種酶的總稱。有科學家將尼龍膜進行O-烷基化活化后與果膠酶共價偶聯(lián)，然后置于微濾反應器中，被降解的小分子果膠隨濾膜流出，貯液粘度降低88.14 %，從而破壞果汁的膠體狀態(tài)。5.2固定化果膠酶在果汁加工中澄清應用 在果汁加5.3 固定化酶在啤酒澄清中的應用 啤酒以其清晰度高、泡沫適中、營養(yǎng)豐富和口感好成為人們的最佳選擇。但是，由于啤酒中含有一定量的蛋白質(zhì)，它與游離于啤酒中的多酚、單寧等結(jié)合產(chǎn)生不溶性膠體或沉淀，

12、造成啤酒混濁，從而嚴重影響了啤酒的質(zhì)量。為防止出現(xiàn)混濁，目前主要是采取向啤酒中添加蛋白酶來水解啤酒中的蛋白質(zhì)和多肽。有人采用吸附交聯(lián)法，使胰蛋白酶先吸附于磁性膠體粒子表面，后用戊二醛雙功能試劑交聯(lián)，形成“酶網(wǎng)”裹著載體形成固定化酶，該磁性酶對啤酒澄清防止冷渾濁有明顯效果。5.3 固定化酶在啤酒澄清中的應用 啤酒以其清晰度高、5.4 固定化酶在乳制品中的應用 乳糖酶亦稱為-半乳糖苷酶，是工業(yè)中應用相當廣泛的一種酶，較多地應用于乳制品加工中。很多人小腸黏膜內(nèi)的乳糖酶活性嚴重降低，導致乳糖不耐受癥。用乳糖酶處理部分乳糖，分解為葡萄糖和半乳糖，可以減少這種癥狀。 有人應用海藻酸鈉殼聚糖固定化乳酸菌進行

13、發(fā)酵乳清飲料研究。結(jié)果表明，菌種活力持久并可多次重復利用。李燕用聚丙烯酰胺凝膠包埋米曲酶的乳糖酶，使用該固定化酶處理脫脂牛奶，可以在保持原有風味的條件下，增加甜度。5.4 固定化酶在乳制品中的應用 乳糖酶亦稱為-半乳5.5 固定化酶在制糖中的應用 我們都熟悉的高果糖糖漿就是利用固定化酶來生產(chǎn)應用的。固定化葡萄糖異構(gòu)酶可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產(chǎn)高甜度的高果糖糖漿。用淀粉生產(chǎn)高果糖漿包含3步：一是用淀粉酶液化淀粉；二是用糖化酶將其轉(zhuǎn)化為葡萄糖，即糖化；三是用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)為果糖。由此可得到含高果糖漿與蔗糖同等甜度時，其價格低10%20%，具有經(jīng)濟推動力。 5.5 固定化酶在制糖中的應

14、用 我們都熟悉的高果糖糖漿5.6 固定化酶在茶葉加工中的應用 在茶葉中含有種類繁多的酶，如多酚氧化酶、過氧化酶、單寧酶、果膠酶等，其對茶葉的加工或深加工有重要的意義。對重要酶類的固定化研究，可有效地改善茶葉的品質(zhì)、拓展茶葉深加工的領(lǐng)域和應用范圍。多酚氧化酶是作為茶葉尤其是紅茶必不可少的一種酶，李榮林等人利用海藻酸鈉包埋交聯(lián)后其活力保持不變，而且熱穩(wěn)定性和對酸堿的適應性增強。 5.6 固定化酶在茶葉加工中的應用 在茶葉中含有種 單寧酶可以水解沒食子酸單寧中的酯鍵和縮酚酸鍵，將單寧酶應用于茶飲料中可改善茶飲料的品質(zhì)。 若在綠茶加工中使用單寧酶，可以部分消除夏秋茶的苦澀味道，提高茶飲料品質(zhì)。茶葉中的水溶性果膠物質(zhì)，對于促進紅茶的品質(zhì)具有積極作用