固定化酶的优缺点及应用1.固定化酶的优缺点固定化酶与游离酶相比，具有下列优点：①极易将固定化酶与底物、产物分开；②可以再较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应；③在大多数情况下，能够提高酶的稳定性；④酶反应过程能够加以严格控制⑤产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺；⑥较游离酶更适合于多酶反应；⑦可以增加产物的收率；⑧酶的使用效率提高，成本降低。与此同时，固定化酶也存在一些缺点：①固定化时，酶活力有损失；②增加了生产的成本，工厂初始投资大；③只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜；④与完整菌体相比不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应；⑤胞内酶必须经过酶的分离程序。迄今为止已发现的酶有效千种之多，但由于应用的性质与范围、保存稳定性和操作稳定性、成本的不同以及制备的物理、化学手段、材料等不同，可以采用不同的方法进行酶的固定化。一般要根据不同情况（不同酶、不同应用目的和应用环境）来选择不同的固定化方法，但是无论如何选择，确定什么样的方法，都要遵循几个基本原则： ①必须注意维持酶的催化活性及专一性，保持酶原有的专一性、高效催化能力和在常温常压下能起催化反应的特点。 ②固定化反应有利于生产自动化、连续化，为此，用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不能因机械搅拌而破碎或脱落。 ③固定化酶应有最小的空间位阻，尽可能不妨碍与底物的接近，应不会引起酶的失活，以提高产品的产量。制备固定化酶时所选载体应尽可能地不阻碍酶和底物的接近。 ④酶与载体必须结合牢固，从而使固定化酶能回收贮藏，利于反复使用，因此，在制备固定化酶时，应使酶和载体尽可能的结合牢固。 ⑤固定化酶应有最大的稳定性，在制备固定化酶时，所选载体不与废物、产物或反应液发生化学反应。 ⑥固定化酶应易于产物分离，即能通过简单的过滤或离心就可回收和重复使用。 ⑦固定化酶成本要低，需综合考虑固定化酶在总成本中的比例，应为廉价的、有利于推广的产品，以便于工业使用。 ⑧充分考虑到固定化酶制备过程和应用中的安全因素，在
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制备过程中采用的化学反应与化学试剂等就需要慎重考虑残留和有毒物质的形成等安全问题，尤其是固定化酶在食品和医药工业中应用时尤其重要。 在考虑到上述因素之后，如何选择固定化载体又是固定化酶制备过程中需要解决的重要问题。一般来说，已有的研究成果和应用过程已经表明，固定化载体的选择标准基本上与固定化方法的选择标准类似，且这两者之间有着十分密切的关系。一般需要根据载体的形式、结构、性质和酶偶联量以及实效系数等来选择合适的固定化载体。2.固定化酶在生产中的应用：氨基酰化酶：这是世界上第一种工业化生产的固定化酶。1969年，日本田边只要公司将从米曲霉中提取分离得到的氨基酰化酶，用DEAE-葡萄糖凝胶为载体通过离子键结合法制成固定化酶，用来拆分DL-乙酰氨基酸，连续生产L-氨基酸，生产成本仅为用游离酶生产成本的60％左右。葡萄糖异构酶：这是世界上生产规模最大的一种固定化酶。将培养好的含葡萄糖异构酶的放线菌细胞用60~65℃热处理15min，该酶就固定在菌体上，制成固定化酶，用于连续生产果葡萄浆。天门冬氨酸酶：973年日本用聚丙烯酰胺凝胶为载体，将具有高活力天门冬氨酸酶的大肠杆菌菌体包埋固定化天门冬氨酸酶，用于工业化生产，将延胡索酸转化生产天门冬氨酸。青霉素酰化酶：这是在医药工业上广泛应用的一种固定化酶。可用多种方法固定化。1973年已用于工业化生产，用于制造各种半合成青霉素和头孢霉菌。用同一种固定化青霉素酰化酶，只要改变pH等条件，就既可以催化青霉素或头孢霉素水解生成6-氨基青霉酸生物进行反应，以合成新的具有不同侧脸基团的青霉素或头孢霉素。β-半乳糖苷酶：又称乳糖酶，可用于水解乳化中存在的乳糖，用于制造低乳糖奶。采用固定化乳糖酶可连接生产低乳糖奶已于1977年实现工业化。固定化酶在酶传感器方面的应用：酶传感器是有固定化酶与能量转化器密切结合而成的传感装置，是生物传感器的一种。已广泛应用于临床诊断、工业发酵过程控制和环境监测等领域。其中研究得最多、应用最广泛的是酶电极。 酶电极是由固定化酶与各种电极密切结合的传感装置。1962年Clark和Lyons提出模型，1967年Updike和Hicks首先制造出酶电极并把它用于陪同他的定量分析。这种酶电极用聚丙烯酰胺凝胶包埋法将葡萄糖氧化酶固定化，制成厚度为20~50um的酶膜，再与氧电极及使氧容易同多的聚四氟乙烯等高分子薄膜密切结合，自称葡萄糖氧化酶电极。使用时，把酶电极侵入样品溶液中，样品溶液中的葡萄糖扩散到酶膜中，酶催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸，使氧被消耗，再有有点急测定氧浓度的变化，即可知道样品中葡萄糖的浓度。酶电极用于用品组分的分析检测，有快速、方便、灵敏、精确的特点，发展很快，现已用酶电极测定各种糖类、抗生素、氨基酸、甾体化合物、有机物、脂肪、醇类、胺类以及尿素、尿酸、硝酸、磷酸等。
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