食品酶学-第7章

1、第七章第七章固定化酶和固定化活细胞固定化酶和固定化活细胞 酶工程简介 酶工程主要研究范围酶工程主要研究范围酶的生产、纯化、固定化技术、酶的生产、纯化、固定化技术、 酶分子结构的修饰和改造、酶分子结构的修饰和改造、在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用 根据研究和解决问题的手段不同根据研究和解决问题的手段不同 化学酶工程化学酶工程 (初级酶工程初级酶工程)酶工程酶工程 生物酶工程生物酶工程(高级酶工程高级酶工程)天然酶天然酶化学修饰酶化学修饰酶固定化酶固定化酶人工模拟酶人工模拟酶克隆酶克隆酶突变酶突变酶新新 酶酶固定化酶固定化酶 固定化酶固定化酶(imm

2、obilizedenzyme) :(immobilizedenzyme) :通常酶催化通常酶催化反应都是在水溶液中进行的，而固定化酶是反应都是在水溶液中进行的，而固定化酶是将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之成将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之成为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态。为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态。 酶的固定化方法大致分为酶的固定化方法大致分为物理法物理法和和化学法化学法，物理法有物理法有吸附法吸附法和和包埋法包埋法；化学法有；化学法有共价偶共价偶联法联法和和交联法交联法 。固定化酶固定化酶固定化的酶的优点固定化的酶的优点 固定化的酶具有高的催化效率和高度专一性固定化的酶具

3、有高的催化效率和高度专一性 固定化酶提高了对酸碱和温度的稳定性，增固定化酶提高了对酸碱和温度的稳定性，增加了酶的使用寿命加了酶的使用寿命 可简化工艺，反应后易与反应产物分离，减可简化工艺，反应后易与反应产物分离，减少了产物分离纯化的困难，而提高了产量和少了产物分离纯化的困难，而提高了产量和质量质量 目前，固定化酶已经在工农业、医药、分析、目前，固定化酶已经在工农业、医药、分析、亲和层析、能源开发、环保和理论研究等方亲和层析、能源开发、环保和理论研究等方面得到了广泛应用，取得了丰硕成果。面得到了广泛应用，取得了丰硕成果。第一节第一节 酶固定化技术发展史酶固定化技术发展史第二节第二节 固定化酶的制

4、备方法固定化酶的制备方法第三节第三节 固定化酶的特性固定化酶的特性第四节第四节 固定化酶的催化反应机理探讨固定化酶的催化反应机理探讨第五节第五节 固定化活细胞固定化活细胞第六节第六节 酶催化反应器及其类型酶催化反应器及其类型 第一节第一节 酶固定化技术发展史酶固定化技术发展史 固定化酶是固定化酶是2020世纪世纪6060年代发展起来的一种新年代发展起来的一种新技术。技术。 早在早在19161916年年nelsonnelson和和griffingriffin首先发现酶不溶首先发现酶不溶于水而具有酶活性这一现象。于水而具有酶活性这一现象。 19481948年年summersummer把刀豆脲酶制成

5、非水溶性酶，把刀豆脲酶制成非水溶性酶，也同样具有酶活力。也同样具有酶活力。 1953年由年由grubhofer和和schleith等采用聚氨苯乙烯树脂等采用聚氨苯乙烯树脂重氮化法实现了羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶和核糖核重氮化法实现了羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等酶的固定化。酸酶等酶的固定化。 1960年日本田边应用化学研究所著名学者千烟一郎将年日本田边应用化学研究所著名学者千烟一郎将固定化酶应用到工业上，开始了氨基酰化酶的固定化固定化酶应用到工业上，开始了氨基酰化酶的固定化研究，研究，1969年夏天，他成功地将固定化氨基酰化酶反年夏天，他成功地将固定化氨基酰化酶反应用于应用于dl氨基酸的

6、光学拆分上，实现了酶连续化氨基酸的光学拆分上，实现了酶连续化反应的工业化，在世界上开创了固定化酶应用于工业反应的工业化，在世界上开创了固定化酶应用于工业生产的先例。生产的先例。 20世纪世纪60年代后期，固定化酶的研究相继在年代后期，固定化酶的研究相继在美国和欧洲等国展开美国和欧洲等国展开 1971年，第一届酶工程会议正式建议采用固年，第一届酶工程会议正式建议采用固定化酶的名称。定化酶的名称。 我国固定化酶的研究起步较晚，开始于我国固定化酶的研究起步较晚，开始于1970年，先在年，先在染料工业使用双功能试剂将染料工业使用双功能试剂将硫酸酯乙砜基苯胺引硫酸酯乙砜基苯胺引入固定化领域，用于多糖载体

7、与多种酶共价结合，后入固定化领域，用于多糖载体与多种酶共价结合，后来还研制成功固定化来还研制成功固定化5，一磷酸二酯酶生产单核苷酸，一磷酸二酯酶生产单核苷酸，固定化青霉素酰化酶生产固定化青霉素酰化酶生产6氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6apa)和固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆等，成功应用于和固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆等，成功应用于工业化生产。工业化生产。第二节第二节 固定化酶的制备方法固定化酶的制备方法一、吸附法一、吸附法二、包埋法二、包埋法三、共价键结合法三、共价键结合法四、交联法四、交联法在制备固定化酶时，必须保在制备固定化酶时，必须保证酶活力部位的氨基酸残基证酶活力部位的氨基酸残基不发生

8、变化，避免那些导致不发生变化，避免那些导致酶蛋白高级结构破坏的操作酶蛋白高级结构破坏的操作一、吸附法一、吸附法1.1.物理吸附法物理吸附法 酶被载体吸附而固定化的方法酶被载体吸附而固定化的方法 常用的载体有活性炭、多孔玻璃、多孔陶瓷、酸性常用的载体有活性炭、多孔玻璃、多孔陶瓷、酸性白土、漂白土、高岭土化铝、硅胶、膨润土、羟基白土、漂白土、高岭土化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、磷酸钙、金属氧化物等；有机有淀粉、谷磷灰石、磷酸钙、金属氧化物等；有机有淀粉、谷蛋白、丁基或己基蛋白、丁基或己基葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生物壳素及其衍生物等。物壳素及其衍生物等。 物理吸附法物理吸

9、附法具有酶活力部位及其空间构象不具有酶活力部位及其空间构象不易坏的优点，但酶附着在载体上，存在易于易坏的优点，但酶附着在载体上，存在易于脱落等缺点。脱落等缺点。 曾采用固定化的酶有曾采用固定化的酶有淀粉酶、糖化酶、葡淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶等。萄糖氧化酶等。2.离子吸附法离子吸附法 离子吸附法是将酶与含有离子交换基团的水离子吸附法是将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体静电作用力相结合的固定化方法。不溶性载体静电作用力相结合的固定化方法。 离子吸附法的载体有多糖类离子交换剂和合离子吸附法的载体有多糖类离子交换剂和合成高分子离子交换树脂。例如成高分子离子交换树脂。例如deae纤维素、纤维素、e

10、cteola-纤维素、纤维素、teae纤维素、纤维素、cm纤维素、纤维素纤维素、纤维素柠檬酸盐、柠檬酸盐、deae-葡聚糖葡聚糖凝胶、凝胶、amberlite cg50、irc50、ir-45、ir-120、irxe97、dowex50等。等。 离子吸附法操作简单，处理条件温和，酶活离子吸附法操作简单，处理条件温和，酶活力部位的氨基酸残基不易被破坏。但是，载力部位的氨基酸残基不易被破坏。但是，载体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种类体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种类或或ph的影响，在离子强度高的条件下进行反的影响，在离子强度高的条件下进行反应时，酶往往会从载体上脱落。应时，酶往往会从载体上

11、脱落。 采用此法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶，采用此法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶，淀粉酶、纤维素酶等。淀粉酶、纤维素酶等。 包埋法可分为包埋法可分为网格型网格型和和微囊型微囊型两种。两种。 包埋法一般不需要与酶蛋白的氨基酸残基进包埋法一般不需要与酶蛋白的氨基酸残基进行结合反应，很少改变酶的空间构象，酶活行结合反应，很少改变酶的空间构象，酶活回收率较高，因此，可以应用于许多酶的固回收率较高，因此，可以应用于许多酶的固定化，但是，在发生化学反应时，酶容易失定化，但是，在发生化学反应时，酶容易失活，必须巧妙设计反应条件。活，必须巧妙设计反应条件。 二、包埋法二、包埋法 包埋法只适合作用于小分子

12、底物和产物的酶，包埋法只适合作用于小分子底物和产物的酶，对于那些作用于大分子底物和产物的酶是不对于那些作用于大分子底物和产物的酶是不适合的，因为只有小分子可以通过高分子凝适合的，因为只有小分子可以通过高分子凝胶的网格扩散，并且这种扩散阻力还会导致胶的网格扩散，并且这种扩散阻力还会导致固定化酶动力学行为的改变，降低酶活力。固定化酶动力学行为的改变，降低酶活力。1.1.网格型网格型 网格型网格型 将酶包埋于高分子凝胶细微网格内将酶包埋于高分子凝胶细微网格内 采用网格型包埋法的固定化载体有聚丙烯酰胺、采用网格型包埋法的固定化载体有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光敏树脂等高分子化合物，以及淀聚乙烯醇和光敏树脂

13、等高分子化合物，以及淀粉、明胶、卡拉胶、胶原、大豆蛋白、壳聚糖、粉、明胶、卡拉胶、胶原、大豆蛋白、壳聚糖、海藻酸钠和角叉菜胶等天然高分子化合物。海藻酸钠和角叉菜胶等天然高分子化合物。 2.2.微囊型微囊型 微囊型微囊型 将酶包埋在高分子半透膜中制备成微囊型将酶包埋在高分子半透膜中制备成微囊型 界面沉淀法、界面聚合法、二级乳化法、界面沉淀法、界面聚合法、二级乳化法、液膜液膜( (脂质体脂质体) )法法 (1)界面沉淀法界面沉淀法 该法是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解该法是利用某些高聚物在水相和有机相的界面上溶解度极低而形成皮膜将酶包埋的。度极低而形成皮膜将酶包埋的。 此法条件温和，酶不

14、易失活，但要完全除去膜上残留此法条件温和，酶不易失活，但要完全除去膜上残留的有机溶剂很困难。作为膜材料的高聚物有硝酸纤维的有机溶剂很困难。作为膜材料的高聚物有硝酸纤维素、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。素、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。 此法曾用于固定化天门冬酰胺酶、脲酶等。此法曾用于固定化天门冬酰胺酶、脲酶等。 (2)界面聚合法界面聚合法 是将亲水性单体和疏水性单体利用界面聚合的原理使是将亲水性单体和疏水性单体利用界面聚合的原理使酶包埋于半渗透性聚合体中的方法。酶包埋于半渗透性聚合体中的方法。 该法制备的微囊的大小能随乳化剂浓度和乳化时的搅该法制备的微囊的大小能随乳化剂浓度和乳化时的搅拌速度而

15、自由控制，制备过程所需时间非常短。但在拌速度而自由控制，制备过程所需时间非常短。但在包埋过程中由于发生化学反应而会引起某些酶失活。包埋过程中由于发生化学反应而会引起某些酶失活。 此法曾用聚脲制备过天冬酰胺酶、脲酶等的微囊。此法曾用聚脲制备过天冬酰胺酶、脲酶等的微囊。(3)二级乳化法二级乳化法 将一种聚合物溶于一种沸点低于水，且与之将一种聚合物溶于一种沸点低于水，且与之不混合的溶剂中，加入酶的水溶液，并用油不混合的溶剂中，加入酶的水溶液，并用油溶性表面活性剂为乳化剂，制成第一个乳化溶性表面活性剂为乳化剂，制成第一个乳化液。液。 常用的高聚物有乙基纤维素、聚苯乙烯、氯常用的高聚物有乙基纤维素、聚苯

16、乙烯、氯橡皮等，常用的有机溶剂为苯、环己烷和氯橡皮等，常用的有机溶剂为苯、环己烷和氯仿。仿。 二级乳化法法制备比较容易，酶几乎不失活，二级乳化法法制备比较容易，酶几乎不失活，但残留的有机溶剂难以完全去除，而且膜也但残留的有机溶剂难以完全去除，而且膜也比较厚，会影响底物扩散。比较厚，会影响底物扩散。 二级乳化法法曾用乙基纤维素和聚苯乙烯制二级乳化法法曾用乙基纤维素和聚苯乙烯制备成过氧化氢酶、脂肪酶等微囊。备成过氧化氢酶、脂肪酶等微囊。(4)液膜液膜(脂质体脂质体)法法 液膜液膜(脂质体脂质体)法是近年来研制成功的一种新型法是近年来研制成功的一种新型微囊法，基本原理是利用表面活性剂和卵磷微囊法，基

17、本原理是利用表面活性剂和卵磷脂等形成液膜而将酶包埋。脂等形成液膜而将酶包埋。 其显著特征是底物或产物的膜透过性不依赖其显著特征是底物或产物的膜透过性不依赖于膜孔径的大小，而只依赖于对膜成分的溶于膜孔径的大小，而只依赖于对膜成分的溶解度，因此可以加快底物透过膜的速度。解度，因此可以加快底物透过膜的速度。 此法曾用于糖化酶的固定化。此法曾用于糖化酶的固定化。 共价键结合法是将酶与水不溶性载体以共价键结合共价键结合法是将酶与水不溶性载体以共价键结合 与载体共价结合的酶功能基团酶功能基团包括： 氨基氨基 羧基羧基 酚基酚基 巯基巯基 羟基羟基 咪唑基咪唑基 吲哚基吲哚基三、共价键结合法三、共价键结合法

18、三、共价键结合法三、共价键结合法 优点是酶与载体结合牢固，不易脱落；但因反应条件优点是酶与载体结合牢固，不易脱落；但因反应条件较为剧烈，会引起酶蛋白空间构象变化，破坏酶的活较为剧烈，会引起酶蛋白空间构象变化，破坏酶的活性部位，甚至酶的底物的专一性等性质也会发生变化，性部位，甚至酶的底物的专一性等性质也会发生变化，并且制备手续繁杂。并且制备手续繁杂。 共价键结合法可分为如下几种：共价键结合法可分为如下几种： 重氮化法、烷基化和芳基化法重氮化法、烷基化和芳基化法 溴化氰法、载体交联法等溴化氰法、载体交联法等1、重氮化法、重氮化法 重氮化法的原理为，具有芳香族氨基的水不重氮化法的原理为，具有芳香族氨

19、基的水不溶性载体先在稀盐酸和亚硝酸钠中进行反应，溶性载体先在稀盐酸和亚硝酸钠中进行反应，成为重氮盐化合物，然后再与酶发生偶合反成为重氮盐化合物，然后再与酶发生偶合反应，得到固定化酶。应，得到固定化酶。 常用的载体有：多糖类的芳族氨基衍生物，常用的载体有：多糖类的芳族氨基衍生物，氨基酸的共聚体，聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、氨基酸的共聚体，聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯二马来酸共聚体，多孔玻璃、陶瓷等。乙烯二马来酸共聚体，多孔玻璃、陶瓷等。2、烷基化和芳基化法、烷基化和芳基化法 该法是以卤素为功能基团的载体与酶蛋白的该法是以卤素为功能基团的载体与酶蛋白的氨基或巯基发生烷基化或芳基化反应而形成氨基或巯基发生烷

20、基化或芳基化反应而形成固定化酶。固定化酶。 常用的载体为卤乙酰、三嗪基或卤异丁烯基常用的载体为卤乙酰、三嗪基或卤异丁烯基衍生物。衍生物。 3、溴化氰法、溴化氰法 溴化氰法原理是多糖类载体在碱性条件下用溴化氰活溴化氰法原理是多糖类载体在碱性条件下用溴化氰活化时，产生少量不活泼的氨基甲酸衍生物和大量的亚化时，产生少量不活泼的氨基甲酸衍生物和大量的亚氨基碳酸酯衍生物，后者再与酶共价结合为固定化酶，氨基碳酸酯衍生物，后者再与酶共价结合为固定化酶，其中异脲型是主要生成物。其中异脲型是主要生成物。 它不局限于酶，可以广泛应用于机体成分的固定化。它不局限于酶，可以广泛应用于机体成分的固定化。 由于此法能在非

21、常缓和的条件下与酶蛋白的氨基发生由于此法能在非常缓和的条件下与酶蛋白的氨基发生反应，已成为近年来普遍使用的固定化方法，尤其是反应，已成为近年来普遍使用的固定化方法，尤其是溴化氰活化的琼脂糖已在实验室广泛用于固定化酶以溴化氰活化的琼脂糖已在实验室广泛用于固定化酶以及亲和层析的固定化吸附剂。及亲和层析的固定化吸附剂。 4、载体交联法、载体交联法 载体交联法的原理为载体与酶蛋白发生共价结合或在载体交联法的原理为载体与酶蛋白发生共价结合或在双双(多多)功能试剂存在下载体与酶直接发生交联反应而功能试剂存在下载体与酶直接发生交联反应而形成固定化酶。现在该法广泛应用于酶的固定化。形成固定化酶。现在该法广泛应

22、用于酶的固定化。 常用的载体有氨基乙基纤维素、常用的载体有氨基乙基纤维素、deae纤维素、琼纤维素、琼脂糖的氨基衍生物、壳聚糖、氨基乙基聚丙烯酰胺、脂糖的氨基衍生物、壳聚糖、氨基乙基聚丙烯酰胺、多孔玻璃的氨基硅烷衍生物等。最常用的双功能试剂多孔玻璃的氨基硅烷衍生物等。最常用的双功能试剂为戊二醛，此外还可使用甲苯为戊二醛，此外还可使用甲苯2，4二异氰酸酯、二异氰酸酯、tris等。等。 四、交联法四、交联法 使用双功能试剂或多功能试剂与酶分子间进使用双功能试剂或多功能试剂与酶分子间进行交联的固定化方法。行交联的固定化方法。 由于交联反应条件比较激烈，固定化酶活回由于交联反应条件比较激烈，固定化酶活

23、回收率一般比较低收率一般比较低(30(30左右左右) )，但是尽可能降，但是尽可能降低交联剂浓度和缩短反应时间可有利于固定低交联剂浓度和缩短反应时间可有利于固定化酶活的提高。化酶活的提高。第三节第三节 固定化酶的特性固定化酶的特性 一、固定化酶的形状一、固定化酶的形状二、固定化酶的性质二、固定化酶的性质三、酶活力三、酶活力四、固定化酶的稳定性四、固定化酶的稳定性五、固定化酶的反应特性五、固定化酶的反应特性一、固定化酶的形状一、固定化酶的形状 固定化酶的形状依不同用途有颗粒、线条、固定化酶的形状依不同用途有颗粒、线条、薄膜和酶管等。薄膜和酶管等。颗粒状占绝大多数，主要用颗粒状占绝大多数，主要用于

24、工业发酵生产；薄膜主要用于酶电极；酶于工业发酵生产；薄膜主要用于酶电极；酶管机械强度较大，也可用于工业化生产。管机械强度较大，也可用于工业化生产。二、固定化酶的性质二、固定化酶的性质 酶经固定化后，依所用固定化方法的不同，酶经固定化后，依所用固定化方法的不同，固定化酶活力和其它性质均与游离酶有所不固定化酶活力和其它性质均与游离酶有所不同。同。三、酶三、酶 活活 力力 酶经固定化后，活力大部分酶经固定化后，活力大部分下降下降。 这是因为：这是因为：酶活性部位的重要氨基酸与水不溶性载体相结合；酶活性部位的重要氨基酸与水不溶性载体相结合；当酶与不溶性载体相结合时，它的结构起了变化；当酶与不溶性载体相

25、结合时，它的结构起了变化；酶被固定化后，酶与底物的相互作用受到空间位阻的酶被固定化后，酶与底物的相互作用受到空间位阻的影响。影响。四、固定化酶的稳定性四、固定化酶的稳定性 固定化酶的稳定性一般要比游离酶提高很多，有利于固定化酶的稳定性一般要比游离酶提高很多，有利于工业生产。工业生产。固定化酶的贮藏稳定性一般高于游离酶，固定化酶的贮藏稳定性一般高于游离酶，但如长期贮存，酶活力也会下降。固定化酶制成后最但如长期贮存，酶活力也会下降。固定化酶制成后最好立即使用。好立即使用。 热稳定性对工业应用极为重要。多数酶，例如乳酸脱热稳定性对工业应用极为重要。多数酶，例如乳酸脱氢酶、脲酶等固定化后的热稳定性都较

26、游离酶高，但氢酶、脲酶等固定化后的热稳定性都较游离酶高，但也有一些酶的耐热性反而下降。也有一些酶的耐热性反而下降。 多数固定化酶的酸碱稳定性高于游离酶，这多数固定化酶的酸碱稳定性高于游离酶，这体现在其反应最适体现在其反应最适ph范围变宽。固定化酶在范围变宽。固定化酶在操作中可以长时间保留活力，半衰期在一个操作中可以长时间保留活力，半衰期在一个月以上即有工业应用价值。月以上即有工业应用价值。五、五、固定化酶的反应特性固定化酶的反应特性 固定化酶的反应特性，例如，底物专一性、固定化酶的反应特性，例如，底物专一性、反应的最适反应的最适ph、反应的最适温度、动力学参、反应的最适温度、动力学参数、最大反

27、应速度等均与游离酶有所不同。数、最大反应速度等均与游离酶有所不同。 (1)底物专一性底物专一性 游离酶经固定化，由于空间位游离酶经固定化，由于空间位阻的影响，酶对高分子底物的活性显著减小。阻的影响，酶对高分子底物的活性显著减小。 (2)反应的最适反应的最适ph 最适最适ph和和ph曲线的变动取曲线的变动取决于酶蛋白和水不溶性载体的电荷性质。有决于酶蛋白和水不溶性载体的电荷性质。有些酶在固定化后最适些酶在固定化后最适ph发生变化，而发生变化，而ph曲线曲线不变。不变。 (3)反应的最适温度反应的最适温度 固定化酶的最适反应温度固定化酶的最适反应温度多数较游离酶高多数较游离酶高，但也有不变甚至降低

28、的。，但也有不变甚至降低的。 (4)最大反应速度最大反应速度vmax 固定化酶的最大反应固定化酶的最大反应速度速度vm与游离酶多数是相同的。与游离酶多数是相同的。 (5)米氏常数米氏常数km 米氏常数米氏常数km表明了酶与底表明了酶与底物的亲和力。固定化酶的物的亲和力。固定化酶的km与游离酶的与游离酶的km有差异。使用载体结合法制成的固定化酶的有差异。使用载体结合法制成的固定化酶的km有时发生变化，主要是由于载体与底物间有时发生变化，主要是由于载体与底物间的静电相互作用。的静电相互作用。第四节第四节 固定化酶的催化反应机理探讨固定化酶的催化反应机理探讨 影响固定化酶的动力学因素影响固定化酶的动

29、力学因素(1)酶分子构象的改变。酶分子构象的改变。(2)微环境的影响。微环境的影响。(3)底物在载体和溶液间存在着分配效应。底物在载体和溶液间存在着分配效应。(4)扩散效应。扩散效应。第五节 固定化活细胞 固定化细胞固定化细胞 经过固定化载体固定化后，虽然整个细胞经过固定化载体固定化后，虽然整个细胞活力消失，但是，需要利用的活力消失，但是，需要利用的“目的酶目的酶”仍仍保持催化活力保持催化活力 固定化活细胞固定化活细胞 经载体在温和条件下固定化后，整个细胞经载体在温和条件下固定化后，整个细胞仍保留细胞增殖活力和系列酶的活力仍保留细胞增殖活力和系列酶的活力( (“目的目的酶酶”为主为主) ) 固

30、定化活细胞更接近于天然细胞酶系统的催化作用，但固定化活细胞更接近于天然细胞酶系统的催化作用，但其反应机理比固定化酶更复杂：其反应机理比固定化酶更复杂：(1)固定化对酶产生的某些影响对细胞同样有表固定化对酶产生的某些影响对细胞同样有表现，例如增加其稳定性，其稳定性还可因两现，例如增加其稳定性，其稳定性还可因两价离子和抗菌素存在而增加；价离子和抗菌素存在而增加；(2)由于细胞内环境的相对恒定和细胞的缓冲作由于细胞内环境的相对恒定和细胞的缓冲作用用,固定化对胞内酶产生的影响不像固定化酶固定化对胞内酶产生的影响不像固定化酶那样明显；那样明显；(3)固定化细胞除了受固定化因素影响外，还受固定化细胞除了受

31、固定化因素影响外，还受细胞结构及细胞膜透性影响，如果经一定条细胞结构及细胞膜透性影响，如果经一定条件保温或表面活性剂处理，其酶活性相应升件保温或表面活性剂处理，其酶活性相应升高；高； (4)固定化细胞还要考虑菌体生长、生理生化及固定化细胞还要考虑菌体生长、生理生化及它们在颗粒内的分布等问题：它们在颗粒内的分布等问题： 固定化活细胞的固定化活细胞的制备条件比固定化酶更要温制备条件比固定化酶更要温和，其和，其制备方法主要有制备方法主要有物理吸附法物理吸附法和和包埋法包埋法两类。两类。固定化活细胞的制备方法固定化活细胞的制备方法 物理吸附法物理吸附法 物理吸附法物理吸附法 主要利用细胞和载体之间的静

32、电引力和专一的亲和主要利用细胞和载体之间的静电引力和专一的亲和力作用力作用 任何一种细胞均含有蛋白质等两性电解质，当它在一任何一种细胞均含有蛋白质等两性电解质，当它在一定环境或定环境或ph条件下其细胞表面带有一定的同性电荷，条件下其细胞表面带有一定的同性电荷，即带正电荷或负电荷。因此，便可以选择相反电荷的即带正电荷或负电荷。因此，便可以选择相反电荷的载体作为固定化载体。载体作为固定化载体。包埋法包埋法 包埋法根据采用的载体不同包埋法根据采用的载体不同,可分为可分为: 1、琼脂包埋法、琼脂包埋法 2、海藻酸钙包埋法、海藻酸钙包埋法 3、k-角叉莱聚糖包埋法角叉莱聚糖包埋法 4、明胶包埋法、明胶包

33、埋法 5、壳聚糖包埋法、壳聚糖包埋法 固定化活细胞是酶的固定化技术基础上发展固定化活细胞是酶的固定化技术基础上发展起来的酶及细胞工程技术，在食品、化工生起来的酶及细胞工程技术，在食品、化工生产中已得到有效应用，而且富有发展前景一产中已得到有效应用，而且富有发展前景一项新技术。项新技术。 目前已批量应用于生产啤酒、酒精、氨基酸、目前已批量应用于生产啤酒、酒精、氨基酸、有机酸、酶制剂、果葡糖及进行污水处理等有机酸、酶制剂、果葡糖及进行污水处理等方面。方面。 第六节第六节 酶催化反应器及其类型酶催化反应器及其类型一、酶反应器的类型一、酶反应器的类型二、反应器的结构特点二、反应器的结构特点三、膜式反应器三、膜式反应器一、酶反应器的类型一、酶反应器的类型 酶