僅供個人參考固化技及應用Section1固化技術1發(fā)展史1953年德國的格魯布霍費）施萊思Schleith）次制成固定化酶。19691973年日的千畑一郎次在工業(yè)生產上連續(xù)生產L-基酸L-天冬氨酸，開創(chuàng)了固定化酶和定化微生物細胞應用于工業(yè)生的先例；1976年，法國首次固定化酵母細胞生產啤酒和酒。1978年，日本固定枯草桿菌細胞生產粉酶的究取得成功。1986年，我國用定化枯草桿菌原生質體生產堿磷酸酶，用固定化黑曲霉原生質體生產葡萄糖氧化，用谷氨酸棒桿菌原生質體生谷氨酸脫氫酶。2優(yōu)勢固定化細胞和固化原生質體以酶等各種代謝產的生產為目的代替游離細胞進行酶的發(fā)酵生產具有提高產酶率、縮短發(fā)酵周并可連續(xù)發(fā)酵生產等優(yōu)點的發(fā)酵生產中有廣闊的發(fā)前。3現(xiàn)狀在工業(yè)上使用的定化酶還僅限于葡萄糖異構酶糖化酶和青霉?；傅葹閿?shù)不多的十幾個酶，仍需大力研究開發(fā)使更多的定化酶和細胞能適用于工業(yè)規(guī)模產。Section的定為了解決酶的穩(wěn)性較差、酶的一次性使用、酶分離純化等困難，獲得的改善方之一就是固定化術的應用固化（Immobilized在一定載體上并一定的空間范圍內進催化反應的酶。酶的固定化：采各種方法，將酶與水不溶性載結合，制備固定化酶的過程。（）備法固定化酶的制備法很多，常用的有吸附法、包法、結合法和交聯(lián)法。根據酶自的性質、應用目的應用環(huán)境來選擇固定化載體和法。1）附法（adsorption用各種固體吸附劑將酶吸附在表面上固定的方法，是固定化中最簡單的方法可分為物理吸附法和離子吸附?！粑锢砦剑ㄎ锢矸椒▽⒚钢苯游皆谒苄暂d（纖維素、淀粉、面筋、活炭、多孔玻璃、硅膠等）表面使酶固定化的方法備固定化酶最早采用的方法。◆離子吸附法（ionadsorption過離子鍵使酶載體相結合的固定化方。用載體有纖維、四乙氨基乙基(TEAE)-纖維素、CMC等。吸附容量一般大物理吸附法。吸附法制備固定酶，操作簡便，條件溫和，載廉價易得，且可反使用。但結合力較弱，酶與載結合不牢固而容易脫落2）包埋法entrapment酶含酶菌體包在各種多孔載體中，使酶固化的方法。據載體材料的不同可分為凝膠包埋法和膠囊包埋法。不得用于商業(yè)用

僅供個人參考◆凝膠包埋法：酶被包埋成網格型。常用的載體有天然凝膠、合凝膠或樹脂等?！粑⒛z囊包埋法：酶被包埋成微膠囊。常用于制造微膠囊的材料聚酰胺、火棉膠、醋酸纖維素等使酶存在于類似細胞內的環(huán)境中，以防止酶的脫落，防止酶與微外的環(huán)境直接接觸，從而增了酶的穩(wěn)定性。3結合法(binding酶聚合物載體以共價鍵或離子鍵結合固定化方法，是固定化酶研究中最活躍的大類方法用結合法制備固定化酶，酶和載體之間結合相牢固，即使用高濃度底物溶或鹽溶液，也不會使酶分子從體上脫落下來，具有酶穩(wěn)定性好可連續(xù)使用較長時間的點。-吸附法包埋法共價結合法交聯(lián)法物理吸附法子吸附法制備易易較難難較難結合程度弱中等強強活力回收率高，易流失高低中等再生可能可能不可能可能能固定化成本低低高中等底物專一性不變不變不變可變可變泛的雙功能試劑戊二醛。

4）交聯(lián)法（g助功能試劑使酶分子之間相互交聯(lián)呈網狀結構的固定化方法。應用最廣以上四種固定化方法各有其優(yōu)缺點往一種酶可以用不同方法固定化沒有一種固定化方法可以遍地適用于每一種酶。在實際用時，常將兩種或數(shù)種固定化方并用，以取長補短。（）定酶的缺1、優(yōu)點：1）無需進行酶的離純化，大大降低成本；）提高了酶穩(wěn)定性和對污染的抵抗力；）細胞生長停滯時間短，反應快。2、缺點）固定酶的活力有所損失2）必須保持菌體完整，需防止菌體的自溶）載體、細胞膜或胞壁會造成底物滲透與擴散的礙。Section胞固化固定化細胞：固在一定載體上并在一定的空間圍內進行生命活動的細胞。細胞的固定化：用各種方法，將細胞與水不溶載體結合，制備固定化細胞的過。細胞固定化方法吸附法、包埋法。（）定微生細的特1、保持了細胞的完整結構和天然狀態(tài)，穩(wěn)定性好，可按照原來的謝途徑進行新陳代謝，并進行有效的代調節(jié)控制。2、發(fā)酵穩(wěn)定性好，可以反復使用或者連續(xù)使用較長的一段時間。3、密度提高，可以提高產率。（）定植物胞特點1、由于有載體的保護作用，可提高植物細胞的存活率和穩(wěn)定性。2、細胞被束縛在一定的空間范圍內進行生命活動，不容易聚集成。3、可反復使用或連續(xù)使用較長的一段時間，大大縮短生產周期，高產率。4、易于與培養(yǎng)液分離，利于產品的分離純化，提高產品質量。不得用于商業(yè)用

僅供個人參考（）定動物胞特點1、由于有載體的保護作用，可提高動物細胞的存活率。2、動物細胞固定化后，可先在生長培養(yǎng)基中生長繁殖，使細胞在體上形成最佳分布并達到一定的細胞密后，轉移至發(fā)酵培養(yǎng)基，控制酵條件，使細胞從生長期轉變到產期，以利于提高產率3、可反復使用或連續(xù)使用較長的時間。4、易于與產物分開，利于產物分離純化，提高產品質量。Section4原質體固化固定化細胞只能于生產細胞外酶和其他能夠分到細胞外的產物且由載體的影響、使營養(yǎng)物質產物的擴散受到一定的限制；解決這些問題，很多人從不同的度進行研究。微生物細胞和植細胞除去細胞壁后，就可獲得生質體。原生質體很不穩(wěn)定，容破裂，若將原生質用多孔凝膠包埋起來，制成固化原生質體，由于有載體的保護用，就會使原生質體的定性提高，免至破裂。同時，定化原生質體由于去除了細胞壁一擴散障礙，有利于氧傳遞、營養(yǎng)成分的吸收和胞內物的分泌。固定化原生質體制備主要包括原生質體的制備原生質體固定化兩個階段。一原質的制將對數(shù)生長期的胞收集起來懸浮在含滲透壓穩(wěn)定劑的高滲緩沖液中后加入適宜的細胞壁水解，在一定的條件下作用一段時，使細胞壁破壞。分離除去細胞碎片、未作用的細胞以細胞壁水解酶，而得到原生質。要行生體固化必須微物胞和物胞的胞破而分出生質體。時在破細壁時候，能響到胞的完性，更不能細內的結受到壞，為此只使對細壁專性作的細菌原生質體制備時主要采用從蛋清中得到的溶菌酶；母細胞壁采用1,3-葡聚糖；霉菌的細胞壁需有幾丁質酶與其他有關酶共同作用；植物細壁應用纖維素酶和果膠酶。二原質固定原生質體制備好，把離心收集到的原生質體重懸浮在含有滲透壓穩(wěn)定劑的緩沖中，配成一定濃的原生質體懸浮液，然后采用埋法制成固定化原生質體。原生質體固定化般采用凝膠包埋法。常用的凝有瓊脂凝膠、海藻酸鈣凝膠、角菜膠和光交聯(lián)樹脂。固定化原生質體有下列特點。①由于解除了細壁這一擴散屏障增細胞膜的通透性利于氧和營養(yǎng)物質的傳遞和吸收，也利于胞內物質的分泌，可顯著高產率。②由于有載體的護作用具有較好的操穩(wěn)定性和保存穩(wěn)定性反復使用和連續(xù)使用較長的時間，于連續(xù)化生產。在冰箱保存較時間后仍能保持其生產能力。③易于和發(fā)酵產分開，有利于產物的分離純化提高產品質量。④發(fā)酵的培養(yǎng)基需要添加滲透壓穩(wěn)定劑保持原生質體的穩(wěn)定性些滲透壓穩(wěn)定劑在發(fā)酵結束后可用層析或膜分離技術等方法產物分離。Section固定酶應器不得用于商業(yè)用

僅供個人參考酶反應器：以酶為催化劑進行反應所需的裝置。根據酶催化類型的不同，分為游離酶反應和固定化酶反應器固定化酶反應器攪拌罐型應填充式應器流床反器、型應器1．拌型應器分類：包括分批拌罐式反應器（BSTR）和續(xù)流攪拌罐式反應器（CSTR連流拌式反器運轉程，物以定流速入應器與同，反液以同的速出反器反應內有拌，反組分固化酶粒合一，口有過膜可不補新底物反液流維動平衡優(yōu)缺點構簡單溫度和pH容控制，造價較低，傳質阻很小，反應能迅速達到穩(wěn)態(tài)，主要應用在飲料食品工業(yè)中。其缺點是操作麻，在反復回收過程中固定化酶容損失。2．充式應器填充床式反應(column，是顆粒狀或片狀固定化酶填充填充床內按定方向以恒定速度通過反應床。它是一種單位體催化劑負荷量多、效率高的反器。當前工業(yè)上多數(shù)采用此類反應。填充床式反應器可使用高濃的催化劑，反應產生的產物和抑制可從反應器中不斷地流出。3．化式應器流化床式反應(fluidizedreactor，F(xiàn)BR)一種裝有較小顆粒的垂直塔式應(形狀可柱形、錐形)。底物以一定速度由下向上流過，使定化酶顆粒在浮動狀態(tài)下進行應。流體的混合程度可認為是介于CSTR和PFR之具有下列優(yōu)點具有良好的傳質及傳熱的性能pH溫度控制及氣體的供給較容易；②不易堵塞，可適用處理黏度高的液體；③能處粉末狀底物；④即使應用細粒的催化劑，壓力降也不會很高。其也有如下缺點：①需持一定的流速，運轉成本高，于放大；②由于顆粒酶處于流動態(tài)，因此易導致粒子的械破損；③由于流化床的空隙積大，所以酶的濃度不高；④由底物的高速流動使酶沖，從而降低了轉化率。使底物行循環(huán)是避免催化劑沖出、使底完全轉化成產物的常用法。也可以使用幾個流化床組的反應器組或使用錐形流化床反器。4．型應由膜狀或板狀固化酶或固定化微生物組裝的反器均稱為膜反應器，MR)。固定化酶膜型反應器是以膜作為固定化酶的載體，通吸附、交聯(lián)、包埋、化學鍵合等方式被“束縛”在膜上在行酶促反應的同時，利用膜的選擇性透過作用，在有外推力(壓差、電位差)情下，實產品的分離、濃縮和酶的回收再利用。可以說酶膜反應器集催化反應、產分、分離與濃縮以及催化劑回收于一體。不得用于商業(yè)用

僅供個人參考第節(jié)固化技的用（）定酶的用固定化酶的優(yōu)點①酶的穩(wěn)定性加，減少溫度、pH值有溶劑和其他外界因素對酶的活力的影，可以較長期地保持較高的酶力。②固化可反復使用或連續(xù)使用較長時間，提高的利用價值，降低生產成本。固化酶易于和應產物分開，有利于產物的分離純化從而提高產品質量。故，定酶已泛應用食、工、藥化工分、保、源科學研等域1、固定化酶在工業(yè)生中的應用：（1）氨基?；甘澜绲诜N業(yè)化產固定酶用合法得定化基化后可將L-酰氨基酸水解生成氨基酸，生產成本節(jié)省。（2）葡萄糖異構酶世界生產模大的種定酶。結法或聯(lián)獲固定葡萄糖異構后，以化葡萄糖異構化生成果糖，用于連續(xù)生產果葡糖漿（3）青霉素?；冈卺t(yī)工業(yè)廣應用結合法得定化青霉素?；?，以催化青霉素水解生氨青烷酸（4天冬氨酸酶采包埋法制成固定天冬氨酸酶可將延胡索轉化生產L-天冬氨酸（5）延胡索酸酶：用包埋法制成固定化延胡索酸酶，可從延胡索酸制造L-蘋果酸。（6）乳糖酶：采用合法制成固定化乳糖酶，可用于水解乳中存在的乳糖，生成半乳和葡萄糖，用于制低乳糖奶。（冬酸脫羧用埋法制成固定化天冬氨酸脫羧酶，可催化天冬氨酸生成L-氨酸。2．固定化酶在酶傳感方面的應用研究得最多、應最廣泛的是酶電極，如葡萄糖化酶電極：用聚丙烯酰凝膠包埋法將葡萄糖氧化酶固化，制成厚度為～的酶膜，再與氧電極及使氧容易通過的聚四氟乙烯等高分子薄密切結合，組成葡萄糖氧化酶極。使用時，把酶電極進入樣溶液中，樣品液中的葡萄糖擴到酶膜中，酶催化葡萄糖與反應，生成葡萄糖酸，使氧被耗，再由氧電極測定氧濃度變化，即可知道樣品中葡萄糖濃度。酶電極用于樣品分的分析檢測，有快速、方便靈敏、精確的特點。二固化生物胞應用固定化微生物細的應用范圍很廣納來主要用在兩個方面是利用固定化微生物細胞發(fā)酵生產各胞外產物；二是利用固定化微物細胞與各種電極結合制成微生電極。1．利用固定化微生物產各種產物：其中主要有下面幾類物質。(1)酒精酒：固定化酵母等微生物可用于生酒精、啤酒、葡萄酒、米酒等(2)氨基酸固定化氨基酸生產菌可用于生產氨酸、賴氨酸、精氨酸、瓜氨等氨基酸。(3)有機酸定化黑曲霉等微生物可產蘋果酸檬酸萄糖酸乳酸酸等有機酸。(4)酶和輔：固定化微生物可用于生產淀粉酶、糖化酶蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、不得用于商業(yè)用

僅供個人參考溶菌酶等胞外酶及輔酶A、ATP等輔酶。(5)抗生素固定化微生物可用于生產青霉素四環(huán)素、頭孢霉素、氨芐青霉等抗生素。(6)用于有溶劑、維生素、化工產品等的生，甾體轉化、廢水處理等。2．固定化微生物細胞造微生物傳感器微生物傳感器：固定化微生物細胞與各種能量換(電極、燃料電池、效應管)密切結合而成的傳感置，可分為呼吸活性測定型和極活性測定型兩種。微生物傳感器應范圍：用于測定可發(fā)酵性糖、萄糖、甲酸、乙酸、甲醇、乙醇頭孢霉素、谷氨酸、、硝酸鹽、生化需氧(BOD)、細胞量等。三固定化動物胞的應用1、生產疫苗：小兒麻癥疫苗、風疹疫苗、狂犬病疫苗、麻疹疫苗、肝炎疫苗、口蹄疫苗等；2、生產激素：生長激、干擾素、胰島素、前列腺素、催乳激素、白細胞介素、促性腺素等；3、生產血纖維溶酶原活劑、膠原酶等酶類；4、生產抗菌肽等多肽物；5、生產皮膚、心臟等種組織器官。四、固定化植物胞的應用1、制造人工種子。將定數(shù)量的植物細胞懸浮在含有適宜營養(yǎng)物質的一定濃度的海藻酸溶液中，用注射或滴管滴入到一定濃度的鈣離溶液中，形成海藻酸鈣凝膠，植細胞包埋固定化在多孔膠中制備得到人工種子一條件，每個胞都以成一完整植因可獲得量有相遺特的植這種的保具重要義，并可節(jié)種的用。2、生產各種色素、香、藥物、酶等次級代謝物一般適于可泌胞的產的產五、固定化原生體的應用固定化原生質體優(yōu)點：）保持細胞原有新陳代謝特性，可以照常產原來在細胞內產生的各種代產物；）去除細胞壁這擴散屏障，有利于胞內產物不斷分泌到胞外，可以不經過細胞碎和提取工藝而在發(fā)酵液中獲所需的發(fā)酵產物定化生體可于各氨酸酶和物等物的產及甾轉等。1．氨基酸的生產：以多孔醋酸纖維素