酶作为一种生物催化剂,因其具有高选择性、催化反应条件温和、无污染等特点,广泛应用于食品加工、医药和精细化工等行业。但天然酶稳定性差、易失活、不能重复使用,并且反应后混入产品,纯化困难,使其难以在工业中更为广泛的应用。此外,分离和提纯酶以及它们的一次性使用也大大增加了其作为催化剂的成本。在此条件下,固定化酶的概念和技术得以提出和发展,并成为酶工程研究的重点。
被束缚于不溶于水的载体上,或被束缚在一定的空间内,被限制自由流动,却能充分发挥催化作用和反复使用的酶。
酶作为一种生物催化剂,因其具有高选择性、催化反应条件温和、无污染等特点,广泛应用于食品加工、医药和精细化工等行业。但天然酶稳定性差、易失活、不能重复使用,并且反应后混入产品,纯化困难,使其难以在工业中更为广泛的应用。此外,分离和提纯酶以及它们的一次性使用也大大增加了其作为催化剂的成本。在此条件下,固定化酶的概念和技术得以提出和发展,并成为酶工程研究的重点。
最简单的也是被大多数研究者所采用的非水酶催化的体系是将固态酶粉直接悬浮在有机溶剂中。但冻干的酶粉在反应过程中常常会发生聚集,导致酶的催化效率降低。酶固定化后,增大了酶与底物接触的表面积,在一定程度上可以提高酶在有机溶剂中的扩散效果和热力学稳定性,调节和控制酶的活性与选择性,有利于酶的回收和连续化生产。常用的比较简单的固定化方法有多孔玻璃和硅藻土等载体吸附法、载体表面共价交联法。用于有机相的固定化载体和固定化方法的选择与水相有所不同,其中最重要的是应该满足酶在有机相反应所需要的最适微环境和有利于酶的分散和稳定。
酶在绝大多数的有机溶剂中是以固态形式存在的。固定化酶是把酶人工偶联到不溶于水的载体上,并长时间保持催化活性,使过程连续化、简单化。经过固定化,酶具有了比原来水溶性酶更多的优点:①酶经过固定化处理,稳定性有较大提高,对热、pH等的稳定性提高,对抑制剂的敏感性降低,部分酶可具有抗蛋白酶分解的特性;②反应完成后经过简单的过滤或离心,酶就可以回收,且酶活力降低较少,降低了生产成本;③固定化体系适合于连续化、自动化生产;催化过程容易控制,产品中不会带进酶蛋白或细胞,改善了后处理过程,提高了酶的利用效率,降低生产成本。
酶固定化技术已在食品工业、精细化学品工业、医药,特别是手性化合物等行业得到广泛应用,在废水处理方面也取得了一定进展。用酶技术生产化工产品,条件温和,无三废产生。随着人类对环保的日益关注,酶的应用会更受关注,如何充分利用天然高分子载体对其改性,或利用超临界技术、纳米技术、膜技术等来固定酶,是研究的热点。同时,开发新型、高效固定化酶反应器,进一步提高转化率和生产能力,也是未来研究的重点。而固定化酶在各行业的应用研究也必将推动酶固定化技术的进一步发展。