理论教育 固定化载体的选择对于食品酶学与酶工程原理至关重要

固定化载体的选择对于食品酶学与酶工程原理至关重要

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:载体对固定化酶有较大影响,制备理想的固定化酶既要选用合理有效的固定化方法,同时又要选择良好的载体。两种或多种不同性质的高分子体系聚集而成的一些具有特殊功能的高分子复合物,因其具有优良的传质性能、电解质的灵敏介电特性以及良好的生物相容性等特点,也成为固定化酶良好的新型载体,在酶固定化领域显示了广阔的应用前景。

固定化载体的选择对于食品酶学与酶工程原理至关重要

载体对固定化酶有较大影响,制备理想的固定化酶既要选用合理有效的固定化方法,同时又要选择良好的载体。理想的载体要具备良好的机械强度、高结合能力、物理化学稳定性及抗微生物降解性等特性。利用性能优良的天然载体,或借助现代技术对传统载体进行改性及合成新型载体材料等,可以改进酶的固定化技术。

载体改性的实质是通过表面涂层或表面吸附等物理方法,以及接枝、聚合等化学方法,实现载体表面物理性质或化学结构的改变。Dsouza等将稻壳用聚乙烯涂层,然后将转化酶吸附于载体并用2%戊二醛进行交联,固定化酶用于蔗糖水解未见活性损失。改变膜材料的电性,使酶通过电荷相互作用固定于膜材料表面是一种简单的酶固定化方法。Trong等将阳离子亲水性聚乙烯亚胺作为酶固定媒介吸附在带负电荷的膜材料表面,使膜材料电性发生改变,得到了用于葡萄生物传感器的高活性和高稳定性的酶膜。Yakup等以聚乙烯亚胺(PEI)接枝改性的羟乙基异丁烯酸酯—缩水甘油基异丁烯酸酯(HEMA-co-GMA)聚合膜为载体吸附固定葡萄糖氧化酶。该载体有许多优点:反应膜的制备不需要任何活化步骤;无需毒性物质对其进行表面修饰;可实现温和条件下的酶固定化,酶载体可重复使用。

新型载体既包括天然有机或无机材料以及经过改性的传统材料,也包括高分子合成材料及高分子复合物等。Kong等以海洋细菌Zoogloea sp.产生的细胞结合多糖(CBP)凝胶珠粒为载体固定葡萄糖淀粉酶。Ayako等将溶菌酶通过二硫键或硫醚键固定在角蛋白海绵上,可控制固定化酶活性释放。Marta等研究溶菌酶和α-L-树胶醛呋喃糖苷酶在分级双峰多孔硅石和有机硅石上的固定化,结果表明双峰UVM-7硅石对溶菌酶吸附快、载酶量高,其固定化酶最适pH降低而最适反应温度升高,且对葡萄糖和乙醇浓度的抗性升高。甲基纤维素—醋酸琥珀酰羟丙酯聚合物是一种pH依赖型载体,在pH 4.5以下不溶,而在pH 5.5以上呈可溶状态。Chen等将溶菌酶共价固定于该聚合载体,所得固定化酶活化能量比游离酶低,热稳定性及催化反应稳定性较游离酶高。Xue等合成了一种具有长程有序结构、窄孔径范围、较大表面积及表面具有高浓度弱酸性硅烷醇基的分子筛MCM-48以及Co-MCM-48(MCM-48网格中钴的存在使分子筛表面弱酸性位点数目增加)。智能聚合物Eudragit L-100是一种甲基丙烯酸与甲基异丁酸酯的共聚物,具有强吸附能力,且对pH敏感,是酶固定的良好载体。两种或多种不同性质的高分子体系聚集而成的一些具有特殊功能的高分子复合物,因其具有优良的传质性能、电解质的灵敏介电特性以及良好的生物相容性等特点,也成为固定化酶良好的新型载体,在酶固定化领域显示了广阔的应用前景。编者课题组(2003)应用Eudragit L-100作为载体成功固定化橄榄绿链霉菌木聚糖酶,不仅成功实现了固定化,而且还实现了酶从发酵液中的高效分离。(www.daowen.com)

传统酶固定化方法的缺点是酶在任意位点与载体进行连接,使酶的活性位点不能充分暴露,而且酶的固定化量降低,因此定向固定化酶技术将成为今后固定化酶研究的热点。为了消除因扩散而导致的胰凝乳蛋白酶对蛋白质水解的动力学限制,Bilkova等将胰凝乳蛋白酶通过适当的多克隆抗体固定在无孔羟烷基异丁酸酯的改良微球上。Zuzana等用高碘酸钠活化半乳糖氧化酶的糖链,并通过活化的糖链将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点,因而使催化动力学参数得到改善。

为了充分发挥不同酶的各自优势,把不同来源的酶与整个细胞的生物催化特性相结合,实现多酶共固定或整个细胞的固定化技术,也日益受到研究者的重视。Pal等将α-葡萄糖苷酶和葡萄糖氧化酶固定于乳胶膜,并将此膜用作生态友好酶乳胶膜反应器。Atia等用聚乙烯亚胺的氨基彻底覆盖多孔乙醛酸琼脂表面的醛基,并以此为载体进行环己酮单加氧酶(CHMO)和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PDH)共价共固定的研究。

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