糖化酶的固定化及其在葡萄糖生产中的应用工艺

1、广州大学实验报告实验名称：糖化酶的固定化及其在葡萄糖生产中的应用工艺学 院：生命科学学院专业年级：学 号:姓 名：组 员：指导老师：王小兰、柯德森摘要： 利用有关固定化酶的理论和方法，研究固定化糖化酶的效率与固定 时间的关系。本实验中测定固定化糖化酶偶联率、相对活力、活力回收来 衡量其生产工艺的优劣，并探讨糖化酶的浓度对固定化效果及结合牢固程 度的影响和验证固定化糖化酶催化生产葡萄糖的重复使用能力及其效率。制备固定化糖化酶的方法为离子吸附法，并且使用DNS法测定固定化酶的活力。结果显示：在该次实验中，固定化 60min 时，固定化糖化酶的效率 最好；固定化 10min 时，固定化酶的活力回收为

2、，偶联率为，相对活 力为；固定化 20min 时，固定化酶的活力回收为，偶联率为，相对 活力为；固定化 30min 时，固定化酶的活力回收为，偶联率为，相 对活力为；固定化 40min 时，固定化酶的活力回收为，偶联率为， 相对活力为； 固定化 50min 时，固定化酶的活力回收为， 偶联率为， 相对活力为； 固定化60min时，固定化酶的活力回收为,偶联率为,相对活力为 重复使用葡萄糖固定化酶的过程中，固定化酶的利用效率降低。酶与载体的浓度比例较高固定化酶葡萄糖生产效率高。关键词：固定化酶效率时间酶活力1、前言:糖化酶，又称糖淀粉酶，糖化酶的底物专一性较低，它除了能从淀粉链的非还原性未端切幵

3、键处，也能缓慢切幵。因此，它能很快的把从非还原 性未端依次切下葡萄单位，在遇到键分割，先将键分割，再将键分割，从 而使水解成葡萄糖。糖化酶用于以作的各种抗生素、维生素的发酵； 本品还大量用于生产各种规格的葡萄糖。总之，凡对淀粉、糊精必需进行 酶水解的工业上，都可适用。酶固定化后一般稳定性增加， 易从反应系统中分离，且易于控制，能反 复多次使用。便于运输和贮存，有利于自动化生产，但是活性降低，使用 范围减小，技术还有发展空间。固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技 术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。酶的固定化方法通常按照用于结合的化学反应的类型进行分类，大致 有三种：非共价结合

4、法、化学结合法、包埋法。本实验利用离子结合法制 备固定化糖化酶。离子结合法就是酶通过离子键结合于具有离子交换基的不溶性载体的固定化方法，常用的载体有：DEAE纤维素，DEAE葡萄糖凝胶,CM-纤维素等。本实验采用GF-201大孔强碱阴离子交换树脂，应用离 子交换结合法制备固定化酶，该法操作简单，条件温和，酶活性中心和高 级结构不易受到破坏，酶活回收率比较高。其缺点是：结合力弱，容易脱 落，受溶液离子强度和pH影响较大。使用共价结合法不会使酶容易脱落， 国外研究者已研究出用氧化锆涂层多孔玻璃或多孔陶瓷，然后硅烷化，最 后用重氮基、醛基和异硫氰基衍生物偶联糖化酶，结果使酶活较高，并且 能连续生产3

5、个酶半衰期。在此次实验中还使用用DNS法测定固定化酶、残留酶、原酶的活力。2、材料与方法：材料（1）糖化酶液， GF-201 大孔强碱阴离子交换剂，葡萄糖，可溶性淀粉 （20g/L） ，次甲基兰，酒石酸钾钠，氢氧化钠，亚铁氰化钾，乙酸，乙酸 钠（ 配制缓冲液 ） ，无水乙醇， 盐酸。硫代硫酸钠（），碘溶液（次碘酸钠， ）。 硫酸 2M。（2）酶液、固定化酶及固定化后的残留酶液。实验仪器恒温水浴锅（可达99C, 5个），酸度计（3个），容量瓶，量筒，烧杯，移液管，比色管，漏斗，玻璃棒，锥形瓶，试管架，吸耳球， pH 试纸，滤纸，离心机，离心管，分光光度计等。试剂（1）标准葡萄糖溶液（1mg/mL

6、 :精确称取100mg葡萄糖，用蒸馏水溶解并定容至 100mL。（2）3,5-二硝基水杨酸试剂：精确称取 3,5-二硝基水杨酸1g,溶于20mL 2mol/L NaOH溶液中，加入50mL蒸馏水，再加入30g酒石酸钾钠，待溶解 后用蒸馏水定容至100mL。盖紧瓶塞，勿使 CO2进入。若溶液混浊可过滤 后使用。（ 3） L 的柠檬酸缓冲液A液：（L柠檬酸）：称取C6H8O7- H2O，用蒸馏水溶解并定容至 1L。B液：（L柠檬酸钠）：称取 Na3C6H5O7 2H2O，用蒸馏水溶解并定容至1L。取A液55mL与 B液145mL混匀，既为的柠檬酸缓冲液。（ 4） 1%淀粉溶液：称取 1g 淀粉溶于

7、 100mL L 的柠檬酸缓冲液中。操作步骤试剂的配制(1)糖化酶液：市售商品化糖化酶，去离子pH7的磷酸缓冲液配制，根据 标称的活力单位配制为 1 万单位 /ml 的溶液，离心去除不溶性杂质，共配 4000ml, 4 C备用。( 2) 2mol/L 氢氧化钠： 8gNaOH100ml ，共配 3000ml。2mol/LHCL:17ml 浓盐酸 100ml ，共配 3000ml。固定化酶实验步骤( 1 )载体的预处理A:乙醇处理：15克湿离子交换剂-50ml烧杯加入30ml去离子水，搅拌， 倒去水。注入2倍体积无水乙醇，乙醇浸泡过夜(12h),然后用去离子水 连续冲洗以除去乙醇。B:碱处理：2

8、倍体积(50ml )的2mol/INaOH浸泡并充分搅拌，再以去离 子水冲至：酸处理 :用 2 倍体积的 2mol/L HCl 溶液处理阴离子交换树脂， 然后用去离子水洗至。D:重复B(2)酶的固定化取4份糖化酶液，每份30ml，分别倒入4个贮液槽中，并各加入预 处理的离子交换剂15g,不断轻轻搅拌，幵始进行酶的固定化。分别在 10min、20min、30min、60min后过滤去未固定的酶液，测量每份固定化 酶及反应后残留酶液活性。保存固定化后的酶于冰箱以备下一实验。葡萄糖标准曲线的制作取7支干净的具塞刻度试管（可用封口胶代替），编号，按表 1加 入试剂：表1葡萄糖标准曲线制作葡萄糖标准液0

9、（mL蒸馏水（mL葡萄糖含量（mg3,5-二硝基水杨酸（mL摇匀，置沸水浴中煮沸 5mi n。取出后流水冷却，加蒸馏水定容至20mL以1号管作为空白调零点，在 540nm波长下比色测定光密度。以 葡萄糖含量为横坐标，光密度为纵坐标，绘制标准曲线。（2）酶活力的测定：取6支干净的试管，编号，按表 3-2进行操作,表3-2酶活力测定取样表操作项目淀粉酶活力测定固定化酶活力测定1漩粉溶液/ml预保温将各试管和淀粉酶溶液置于40 C恒温水溶液中保温10mi n淀粉酶原液/ml保温（空白管的酶预先煮沸失活）在40C恒温水溶液中准确保温 5min取反应液，加入去水，迅速加入以下 DNS3,5-二硝基水杨酸

10、/ml将各试管摇匀，显色后进行比色测定光密度，记录测定结果，操作同标准曲线（煮沸，定容）。，装柱模拟葡萄糖的生产将上周保存于冰箱的固定化酶全部装柱，加足够量的淀粉溶液进行洗脱操作，每隔5min取样一次，共取16次。同样处理后在540nm波长下比色测 定每个样品的光密度。（3）实验结果处理在标准曲线上查出相应的葡萄糖含量（mg）,按下列公式计算酶活力。酶活力单位（U） =1 口 mol葡萄糖产生量/min计算每毫升酶液及每克固定化酶的活力，计算残留酶活力，从而计算酶偶联率及相对活力，评价固定化的效果。3.实验结果及数据分析葡萄糖标准曲线表3葡萄糖标准曲线制作（葡萄糖含量 /mg）试管号12345

11、67葡萄糖含量0/mgA54000.7y = 0.3387X -0.0197R =0.99811图1葡萄糖标准曲线0.60.520.5 。.4A 0.30.20.111.5葡萄糖含量/mg表4原酶吸光值原酶12A540A540平均值酶活力单位总活力单位表5固定化酶与残留酶吸光值固定化时间（min）A540含量残留酶平均值固定化酶平均值残留液体积（mL固定化酶含量（g）1045204730464048145043146048表6实验结果计算固定 化时 间(min)残留 酶葡 萄糖 含量(g)固定 化酶 葡萄 糖含 量(g)残留 酶活 力单 位固 疋 化 酶 活 力 单 位残留 酶总 活力 单位固

12、定 化酶 总活 力单 位活力回收相对活力偶联率10%20%30%40%50%60%表8固定化10min第二次生产A540表7固定化10min第一次生产 A540试管号A540淀粉溶生产时样品葡总葡萄葡萄糖液体积间萄糖含糖含量生产效(mL)(min)量率1305210315420525630735840试管号A540淀粉溶生产时样品葡总葡萄葡萄糖液体积间（min）萄糖含糖含量生产效(mL量率1305210315420525630735840图2两次生产的A5404.结论由表5、表6可知，固定化酶的活力回收、相对活力、偶联率均随着固定化的时间的增加而增加，因此固定化酶效果最好的是60min。我们小

13、组做的固定化10min,所以以下分析根据固定化 10min的结果进 行分析！3,5-二硝基固定化酶总活力单位加残留酶总活力单位仅为，而原酶总活力单位 有，占比为55%可能原因有：在固定化过程中，损耗的固定化酶的质量 太多；残留液测量不准确；有可能在测量酶活的时候先加入 水杨酸后加入酶液，导致计算过程中有大误差在两次生产过程中，葡萄糖生产效率随着时间的减小而减小，符合生产规律。葡萄糖生产效率最高的时间点为前5min。实验心得在本次实验过程中，我们学习到了如何正确的固定化酶，虽然固定化酶 的相对活力很低，但是在这过程中，我们学会了很多新知识，我们可以自 己实操地生产出固定化酶，可以简单地使用固定化酶生产葡萄糖，这对于 我们的相关知识得到了巩固！感谢王老师以及柯老师的悉心教导，也谢谢 组员们的相互配合！参考文献柯德森生物工程下游技术实