理论教育 吸附法在食品酶学与酶工程中的应用

吸附法在食品酶学与酶工程中的应用

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:吸附法是最简单的酶固定化方法,包括物理吸附和离子交换吸附。但是,由于某些机制不清楚,酶吸附量以及吸附程度与固定化酶活性之间的关系具有不确定性;酶和载体之间结合力弱,吸附法制备的固定化酶易脱落,影响产物纯度和酶的操作稳定性。此外,吸附法中也包含共沉淀。以疏水作用为主的吸附可以促进蛋白质的吸附,即盐析吸附。对蛋白质吸附来说,随温度的升高吸附下降。

吸附法在食品酶学与酶工程中的应用

吸附法是最简单的酶固定化方法,包括物理吸附和离子交换吸附。该方法主要通过较弱的结合力,如范德华力、静电作用和疏水作用等,将酶分子固定在载体上。其优点如下:固定化反应条件温和、操作简便;可充分选择不同荷电、不同形状的载体;酶的构象变化较小或基本不变,对酶的催化活性影响小;吸附过程可以同时纯化酶;固定化酶在使用过程失活后可重新活化;载体可以回收再利用等——因此吸附法具有很大的经济效益。但是,由于某些机制不清楚,酶吸附量以及吸附程度与固定化酶活性之间的关系具有不确定性;酶和载体之间结合力弱,吸附法制备的固定化酶易脱落,影响产物纯度和酶的操作稳定性。

吸附法根据作用力的不同可分为以下类型,如图8-2所示。

图8-2 酶吸附固定法分类

(1)非特异性物理吸附 载体与酶分子之间通过范德华力、氢键等非特异性的结合力结合。

(2)静电吸附 载体与酶分子之间由于所带电荷不同(正或负)通过静电相互吸引而结合。

(3)疏水作用吸附 载体与酶之间通过疏水区域相互作用而结合。(www.daowen.com)

(4)生物特异性吸附 通常泛指酶分子与载体之间可通过配位基团之间的识别而结合。

其中,在静电吸附为主的固定化中,通过调节溶液的pH及载体、酶表面所带电荷,可以有效提高酶与载体所带相反的电荷量,从而促进酶的固定化。具体来讲,当溶液pH低于酶的等电点,酶带正电,可以与带负电的载体结合。反之,当溶液pH高于酶的等电点,酶带负电可以与带正电的载体结合。通过静电结合,能够得到多层酶吸附样品。

酶吸附到载体表面的类型多样。往往具有较大疏水表面的酶更易吸附于疏水性载体,这是由于酶与载体之间体现的熵增益效应,也称为疏水相互作用。当酶分子吸附于载体表面时,会用其表面的水分子取代载体表面水分子,导致体系中熵增加。这种相互作用依赖于载体和酶分子的亲疏水性以及反应的条件,如pH、盐浓度、温度等。

此外,吸附法中也包含共沉淀。向酶溶液中添加载体,通过沉淀法回收,或蒸发溶剂后,可得到固定化酶,例如酶分子在硅藻土粉末中的固定化。影响酶吸附与解吸的因素较多,主要包括温度、介质中的离子强度、pH、酶浓度及酶和载体的特性等。pH的变化影响载体和酶表面的电荷,从而影响载体对酶的静电吸附。在等电点两侧[±(1~2)pH单位],吸附将会明显减弱。盐对吸附的影响较为复杂,对不同类型的吸附的影响会截然不同。以疏水作用为主的吸附可以促进蛋白质的吸附,即盐析吸附。对蛋白质吸附来说,随温度的升高吸附下降。载体的表面积、多孔性及其预处理都对酶的吸附有不同程度的影响。

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