生物酶學(xué)基礎(chǔ)--固定化酶簡介
固定化酶
固定化酶及制備原則
固定化酶
固定化酶是20世紀(jì)50年代開始發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，最初是將水溶性酶與不溶性載
體結(jié)合起來，成為不溶于水的酶的衍生物，所以曾叫過“水不溶酶”（water insoluble enzyme）和“固相酶”（solid phase enzyme）。但是后來發(fā)現(xiàn)，也可以將酶包埋在凝膠內(nèi)或置于超濾裝置中，高分子底物與酶在超濾膜一邊，而反應(yīng)產(chǎn)物可以透過膜逸出，在這種情況下，酶本身仍處于溶解狀態(tài)，只不過被固定在一個有限的空間內(nèi)不能再自由流動。因此，用水不溶酶或固相酶的名稱就不恰當(dāng)了。在1971年第一屆國際酶工程會議上，正式建議采用“固定化酶”（immobilized enzyme）的名稱。
所謂固定化酶，是指在一定空間內(nèi)呈閉鎖狀態(tài)存在的酶，能連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的酶可以回收重復(fù)使用。因此，不管用何種方法制備的固定化酶，都應(yīng)該滿足上述固定化酶的條件。例如，將一種不能透過高分子化合物的半透膜置入容器內(nèi)，并加入酶及高分子底物，使之進(jìn)行酶反應(yīng)，低分子生成物就會連續(xù)不斷地透過濾膜，而酶因其不能透過濾膜而被回收再用，這種酶實(shí)質(zhì)也是一種固定化酶。
固定化酶與游離酶相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：①極易將固定化酶與底物、產(chǎn)物分開；②可以在較長時間內(nèi)進(jìn)行反復(fù)分批反應(yīng)和裝柱連續(xù)反應(yīng)；③在大多數(shù)情況下，能夠提高酶的穩(wěn)定性；④酶反應(yīng)過程能夠加以嚴(yán)格控制；⑤產(chǎn)物溶液中沒有酶的殘留，簡化了提純工藝；⑥較游離酶更適合于多酶反應(yīng)；⑦可以增加產(chǎn)物的收率，提高產(chǎn)物的質(zhì)量；⑧酶的使用效率提高，成本降低。
與此同時，固定化酶也存在一些缺點(diǎn)：①許多酶在固定化時，需利用有毒的化學(xué)試劑使酶與支持物結(jié)合，這些試劑若殘留于食品中對人類健康有很大的影響；②連續(xù)操作時，反應(yīng)體系中常滋生一些微生物，后者利用食品的養(yǎng)分進(jìn)行生長代謝，污染食品；③固定化時，酶活力有損失；④增加了生產(chǎn)的成本，工廠初始投資大；⑤只能用于可溶性底物，而且較適用于小分子底物，對大分子底物不適宜；⑥與完整菌體相比不適宜于多酶反應(yīng)，特別是需要輔助因子的反應(yīng)；⑦胞內(nèi)酶必須經(jīng)過酶的分離手續(xù)。表7-4為食品加工中已應(yīng)用的和有發(fā)展?jié)摿Φ墓潭ɑ浮?/p>
酶 在加工中的作用
葡萄糖氧化酶?除去食品中的氧氣；除去蛋白中的糖
過氧化氫酶 牛奶的巴氏殺菌
脂肪酶 乳脂產(chǎn)生風(fēng)味
α-淀粉酶 淀粉液化
β-淀粉酶 高麥芽糖漿
葡萄糖淀粉酶 由淀粉產(chǎn)生葡萄糖；淀粉去支鏈
β-半乳糖苷酶 水解乳制品中的乳糖
轉(zhuǎn)化酶 水解蔗糖生成轉(zhuǎn)化糖
橘皮苷酶 除去柑橘汁的苦味
蛋白酶 牛乳的凝聚；改善啤酒的澄清度；制造蛋白質(zhì)水解液
氨基?；?分離左旋與右旋氨基酸
葡萄糖異構(gòu)酶 由葡萄糖制果糖
1971年首屆國際酶工程會議提出了酶的分類。酶可粗分為天然酶和修飾酶，固定化酶屬于修飾酶。修飾酶中，除固定化酶外尚有經(jīng)過化學(xué)修飾的酶和用分子生物學(xué)方法在分子水平上改良的酶等。
7.4.1.2 固定化酶的制備原則
已發(fā)現(xiàn)的酶有數(shù)千種。固定化酶的應(yīng)用目的、應(yīng)用環(huán)境各不相同，而且可用于固定化制備的物理、化學(xué)手段、材料等多種多樣。制備固定化酶要根據(jù)不同情況（不同酶、不同應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境）來選擇不同的方法，但是無論如何選擇，確定什么樣的方法，都要遵循幾個基本原則。
①必須注意維持酶的催化活性及專一性。酶蛋白的活性中心是酶的催化功能所必需的，酶蛋白的空間構(gòu)象與酶活力密切相關(guān)。因此，在酶的固定化過程中，必須注意酶活性中心的氨基酸殘基不發(fā)生變化，也就是酶與載體的結(jié)合部位不應(yīng)當(dāng)是酶的活性部位，而且要盡量避免那些可能導(dǎo)致酶蛋白高級結(jié)構(gòu)破壞的條件。由于酶蛋白的高級結(jié)構(gòu)是憑借氫鍵、疏水鍵和離子鍵等弱鍵維持，所以固定化時要采取盡量溫和的條件，盡可能保護(hù)好酶蛋白的活性基團(tuán)。
②固定化應(yīng)該有利于生產(chǎn)自動化、連續(xù)化。為此，用于固定化的載體必須有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不能因機(jī)械攪拌而破碎或脫落。
③固定化酶應(yīng)有最小的空間位阻，盡可能不妨礙酶與底物的接近，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量。
④酶與載體必須結(jié)合牢固，從而使固定化酶能回收貯藏，利于反復(fù)使用。
⑤固定化酶應(yīng)有最大的穩(wěn)定性，所選載體不與廢物、產(chǎn)物或反應(yīng)液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
⑥固定化酶成本要低，以利于工業(yè)使用。
