固定化酶及其在化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、固定化酶及其在化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用固定化酶及其在化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用——08生物工程2班陳永良引言引言酶是一類具有生物催化功能的分子量適中的蛋白質(zhì)具有極高的催化效率、高度的特異性及控制的靈敏性。大多數(shù)酶是水溶性的。由于酶催化反應(yīng)具有底物專一性、催化高效性、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點符合綠色化學(xué)的要求從而被大家高度重視已在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是人們也逐漸注意到了它的不足之處:①酶的穩(wěn)定性差容易失活②酶催化反應(yīng)過后與反應(yīng)體系混在一起難于回收不利

2、于連續(xù)化生產(chǎn)③產(chǎn)物分離純化困難產(chǎn)品成本較高。有鑒于此人們一直都在不斷地研究如何在克服傳統(tǒng)酶技術(shù)的缺點的前提下利用酶的技術(shù)固定化酶就是人們在尋求克服這些不足的過程中不斷改進(jìn)發(fā)展起來的一項技術(shù)。1.1.固定化酶的制備技術(shù)固定化酶的制備技術(shù)固定化酶的制備方法有物理法和化學(xué)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(yōu)點在于酶不參加化學(xué)反應(yīng)整體結(jié)構(gòu)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

3、因此對一些反應(yīng)不適用?；瘜W(xué)法是將酶通過化學(xué)鍵連接到天然的或合成的高分子載體上使用偶聯(lián)劑通過酶表面的基團(tuán)將酶交聯(lián)起來而形成相對分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。1.11.1傳統(tǒng)固定化技術(shù)傳統(tǒng)固定化技術(shù)1.1.1吸附法利用各種固體吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面而使酶固定化的方法稱為物理吸附法簡稱吸附法。吸附法包括物理吸附和離子結(jié)合法。工藝簡便和條件溫和是該方法顯著的優(yōu)點可供選擇的載體涉及天然或合成的無機(jī)與有機(jī)高分子材料有時酶的純化與固定

4、化也可同時實現(xiàn)。因酶分子與載體之間的共價結(jié)合而呈現(xiàn)良好的穩(wěn)定性及重復(fù)使用性共價結(jié)合法是目前研究最為活躍的一類酶固定化方法。物理吸附法常用的吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅膠、羥基磷灰石等。吸附法制備固定化酶操作簡便條件溫和不會引起酶的變性失活載體價廉易得而且可反復(fù)使用。但酶與載體的結(jié)合不牢易于脫落所以它的使用受到一定的限制。但是吸附法中由離子鍵、氫鍵、偶極鍵及疏水鍵固定的酶易反應(yīng)介質(zhì)的pH、離子強(qiáng)度等的影響而從載體

5、上脫落。1.1.2包埋法將酶或酶菌體包埋在多孔載體中使酶固定化的方法稱為包埋法。包埋法分為網(wǎng)格型和微囊型兩類其制備工藝簡便且條件較為溫和、可獲得較高的酶活力回收。包埋法專用的載體主要有:明膠.、聚酰胺、瓊脂、瓊脂糖、聚丙烯酰胺、光交聯(lián)樹脂、海藻酸鈉、火棉膠等。1.1.3結(jié)合法選擇適宜的載體使之通過共價鍵或離子鍵與酶結(jié)合在一起而制成固定化酶的方法稱為結(jié)合拆分DL氨基酸連續(xù)生產(chǎn)L氨基酸其生產(chǎn)成本僅為流離酶生產(chǎn)成本的60%。淀粉酶及糖化酶能催

6、化淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖是較早研究并仍在研究的固定化生物催化劑。將糖化型淀粉酶吸附在二乙氨乙基纖維素上以此固定化酶為催化劑并懸浮在30%的淀粉溶液中在55℃下攪拌水解幾乎可定量連續(xù)地得到葡萄糖溶液。淀粉酶及糖化酶能催化淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖是較早研究并仍在研究的固定化生物催化劑α淀粉酶與糖化酶的共固定化實現(xiàn)了淀粉的液化與糖化兩步反應(yīng)的合二為一、淀粉一步水解為葡萄糖且操作半衰期可達(dá)920h而當(dāng)α淀粉酶、糖化酶及葡萄糖異構(gòu)酶共固定化時又可使淀粉轉(zhuǎn)化果糖

7、。不僅如此酶尚可與細(xì)胞等其它生物分子構(gòu)成共固定系統(tǒng)。兩種或多種有聯(lián)系的酶共固定化構(gòu)成更為復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、卻又能將復(fù)雜的生物反應(yīng)過程簡單化這是一種頗具新意的研究思路。其次淀粉及纖維素是地球上貯量豐富的可再生資源通過固定化酶催化水解實現(xiàn)其高附加值轉(zhuǎn)化符合社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的時代要求如固定化蝸牛酶就對纖維素的降解具有良好的酶催化活性。2.32.3固定化酶在皮革工程領(lǐng)域的應(yīng)用展望固定化酶在皮革工程領(lǐng)域的應(yīng)用展望皮革工程是經(jīng)過一定的處理過程將

8、原料皮中的可溶性蛋白質(zhì)、毛、脂肪、彈性蛋白和網(wǎng)硬蛋白等非制革成分去除掉加入所需要的鞣劑、復(fù)鞣劑、加脂劑等材料以提高其使用性能滿足人們的各種需要的過程。由于酶具有較好的專一性、溫和性和高效性等生物催化特性在制革的過程中已有許多工序(浸水、浸灰、脫脂和軟化等)得到應(yīng)用在高檔皮革的制造過程中則更為如此。在皮革工業(yè)廢水的處理及固體廢棄物的資源化與有效利用方面酶更是得到了廣泛的應(yīng)用。但是目前在皮革工業(yè)中采用的酶處理方法也存在著以下的缺點:①酶的穩(wěn)

9、定性差容易失活②酶催化反應(yīng)過后與反應(yīng)體系混在一起難于回收不利于連續(xù)化生產(chǎn)③產(chǎn)物分離純化困難產(chǎn)品成本較高。因此有必要在固定化酶在皮革工程領(lǐng)域的應(yīng)用方面進(jìn)行一些研究工作：2.3.1在皮革生產(chǎn)中的應(yīng)用在皮革的生產(chǎn)中在傳統(tǒng)的酶處理后應(yīng)盡快轉(zhuǎn)入下一道工序。例如在浸水、浸灰、脫脂和軟化等達(dá)到預(yù)期的目的之后都要盡快地轉(zhuǎn)入下一道工序。否則其中的酶還存在一定的活性還會對皮坯進(jìn)行作用影響產(chǎn)品的質(zhì)量。如果在皮革的生產(chǎn)過程中采用磁性固定化酶技術(shù)在酶處理達(dá)到預(yù)期

10、目的之后將其中的酶完全回收。一方面酶還可以繼續(xù)使用有一定的經(jīng)濟(jì)效益另一方面皮革中已沒有酶不會在沒有轉(zhuǎn)入下一工序之前繼續(xù)作用影響皮革的質(zhì)量有利于皮革產(chǎn)品質(zhì)量的控制。2.3.2在皮革工業(yè)污水處理中的應(yīng)用在皮革工業(yè)污水處理中往往要用到生物曝氣法。其原理是在生物細(xì)胞內(nèi)酶的催化作用下產(chǎn)生氧化分解作用。污水中溶解性的物質(zhì)透過細(xì)胞壁在胞內(nèi)酶的催化作用下迅速完成氧化、合成一系列生化反應(yīng)被吸附在細(xì)胞壁周圍的污水中的固體物質(zhì)則由細(xì)菌分泌出的胞外酶將其轉(zhuǎn)化成

11、可溶性物質(zhì)再滲入細(xì)胞壁由胞內(nèi)酶去進(jìn)行生化反應(yīng)。一部分有機(jī)物被氧化分解為二氧化碳、水、氨等并放出能量另一部分有機(jī)物則轉(zhuǎn)化為生物體所必需的營養(yǎng)物質(zhì)組成新的原生質(zhì)通過這一過程污水中的COD、BOD、色度等都得到降低污水得到凈化。如果在皮革污水處理池中設(shè)置一固定化裝置采用現(xiàn)代技術(shù)將處理污水所必需的生物酶固定在其表面上在污水處理的過程中隨著污水的運(yùn)動這些酶就可以與其中的有機(jī)物進(jìn)行廣泛的接觸而發(fā)生所需要的生物化學(xué)反應(yīng)達(dá)到凈化污水的目的。在處理的過程