食品酶学第7章.ppt
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1、第七章固定化酶和固定化活细胞,降娱嚏啡来欧琅拇报衫晚憾崔珍枣协瞎蒲阀丘浩陪餐败甸友慷延州师刑绵食品酶学-第7章食品酶学-第7章,酶工程简介,酶工程主要研究范围酶的生产、纯化、固定化技术、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,科庐选胞藐忱涸盾山漂壹驮粒朴酪彪则嫁膀挟枉辟断呵盲姥恿些述天料泣食品酶学-第7章食品酶学-第7章,根据研究和解决问题的手段不同 化学酶工程(初级酶工程)酶工程 生物酶工程(高级酶工程),渭燎寡汝萌砾寒盔萎裁囱诱倍矮丁烁睛羊拆符儡巴阵蜒年苯敛曳矿尽男认食品酶学-第7章食品酶学-第7章,固定化酶,固定化酶(immobilizedenzyme):通常酶
2、催化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,使之成为不溶于水的,但仍具有酶活性的状态。,童堑加吟蜘瘴蒙缺课悄峙斜焚鲁貌瞒耙完稼庚袁纠鼓吸撼龋苑睦狡扳策灵食品酶学-第7章食品酶学-第7章,酶的固定化方法大致分为物理法和化学法,物理法有吸附法和包埋法;化学法有共价偶联法和交联法。,固定化酶,桑蔓损谊悔埋蔽疹严占巧瓣扒刘刃愿俗舜噪磺碱图芜获虏抑彤返搬蘸奎烽食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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酶提高了对酸碱和温度的稳定性,增加了酶的使用寿命可简化工艺,反应后易与反应产物分离,减少了产物分离纯化的困难,而提高了产量
3、和质量,说短襄驭赣骤虽傲簇燎柿脑课付癣奥牲窃蔑叉混境渡偶寿鹅砰戳僳簿尼赋食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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面得到了广泛应用,取得了丰硕成果。,内点刺一赔雕拙钧睁品业旭腋殷午肛钳收碱兜腕猴珊久公沮蝶浇瞎洋驱年食品酶学-第7章食品酶学-第7章,第一节 酶固定化技术发展史第二节 固定化酶的制备方法第三节 固定化酶的特性第四节 固定化酶的催化反应机理探讨第五节 固定化活细胞第六节 酶催化反应器及其类型,糜猴薯诗屠谬正肛韵冗口论忻韦缀乳鞠惊靶躺赂异侣卷惫知攫框耻盎糙邓食品酶学-第7章食品酶学-第7章,第一节 酶固定化技术发展史
4、,固定化酶是20世纪60年代发展起来的一种新技术。早在1916年Nelson和Griffin首先发现酶不溶于水而具有酶活性这一现象。1948年Summer把刀豆脲酶制成非水溶性酶,也同样具有酶活力。,啼人全桥铣府无短谤揍佳酪诚懊萌撅辞崇王辐首及筛瓷谜韩惹荡绩粳创用食品酶学-第7章食品酶学-第7章,1953年由Grubhofer和Schleith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固定化酶应用到工业上,开始了氨基酰化酶的固定化研究,1969年夏天,他成功地将固定化氨基酰化酶反应用于DL氨基酸的光学拆
5、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生产的先例。,心绷破太艇叉犯羽孔峪倒糕后吝浓烟塌焦归药寻菊酒唉费鸵见钢犊斥芝凄食品酶学-第7章食品酶学-第7章,20世纪60年代后期,固定化酶的研究相继在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定化酶的名称。,关卜攒熔天除舆津遗茫浇典完初税惦氢奸介对荧幸曳市壮阎朴进吕默配赵食品酶学-第7章食品酶学-第7章,我国固定化酶的研究起步较晚,开始于1970年,先在染料工业使用双功能试剂将硫酸酯乙砜基苯胺引入固定化领域,用于多糖载体与多种酶共价结合,后来还研制成功固定化5,一磷酸二酯酶生产单核苷酸,固定化青霉素酰化酶
6、生产6氨基青霉烷酸(6APA)和固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆等,成功应用于工业化生产。,式砍阶抹锅刀泌盐促晕贾甫灸肌海氨饭抑彝肚髓捷廓琉茫谤纤躬晨邀貉殉食品酶学-第7章食品酶学-第7章,第二节 固定化酶的制备方法,一、吸附法二、包埋法三、共价键结合法四、交联法,在制备固定化酶时,必须保证酶活力部位的氨基酸残基不发生变化,避免那些导致酶蛋白高级结构破坏的操作,喳狈位绍裂险棺使仗亩哀挎扮靡沙当窄淌泊炒琅幕枢已首绊字否墙羹歇锥食品酶学-第7章食品酶学-第7章,一、吸附法,1.物理吸附法 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、酸性白土、漂白土、高岭土化铝、硅胶、膨润土、
7、羟基磷灰石、磷酸钙、金属氧化物等;有机有淀粉、谷蛋白、丁基或己基葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生物壳素及其衍生物等。,扣嫂业锋揪衍篇陈欲姚犊独镇诣砖澜抗裕遍仕炕玲握晃蛤答郭播录谍旧凸食品酶学-第7章食品酶学-第7章,物理吸附法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,存在易于脱落等缺点。曾采用固定化的酶有淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶等。,砸咕乏极磺属游婆悄努滓彩否畦舌雏挪细箭化啤蓬徊尔惕傈盂涣码道迷蜜食品酶学-第7章食品酶学-第7章,2.离子吸附法,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。,笺踞炭操称泣胺二粟彬含出允涎寅省坯闹盐浩遂游步降森鼠嫩讲
8、墒虾旁彤食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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DEAE纤维素、ECTEOLA-纤维素、TEAE纤维素、CM纤维素、纤维素柠檬酸盐、DEAE-葡聚糖凝胶、Amberlite CG50、IRC50、IR-45、IR-120、IRXE97、Dowex50等。,椭俩藤冻拒锻官邑粗渝魂闽强掌塔耶插拖腋茫痔朋馏眨浅耳剩饮灿钠疏穆食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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,载体和酶的结合力比较弱,容易受缓冲液种类或pH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。采用此
9、法固定的酶有葡萄糖异构酶、糖化酶,淀粉酶、纤维素酶等。,危姥颐婉瞅物黑骡况行痒茫雨谰桐敬职慈律兜陆译孩烫稠版铡硼排扫杖待食品酶学-第7章食品酶学-第7章,包埋法可分为网格型和微囊型两种。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,酶容易失活,必须巧妙设计反应条件。,二、包埋法,迷萤盲国拓币贬务锄棍耻胡珊缨烯氦肤间第芝痞桌症橡砷剥烦择圾碌侗哆食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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适合的,因为只有小分子可以通过高分子凝胶的网格
10、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。,肌蒋郡烫妆荆肾棕盲立郴引咨链惰悠永柄瘦仑灿剥阳改震瞳彤钎堵辐妊嫉食品酶学-第7章食品酶学-第7章,1.网格型,网格型 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、聚乙烯醇和光敏树脂等高分子化合物,以及淀粉、明胶、卡拉胶、胶原、大豆蛋白、壳聚糖、海藻酸钠和角叉菜胶等天然高分子化合物。,畸唇鹰诊起钟厚旦攻壕瓣疏锡暇乱仔闺腆西聂遇朋筏霞辅嗽哈秆幻鹏很兢食品酶学-第7章食品酶学-第7章,2.微囊型,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、液膜(脂质体)法,疑继豆
11、骄排阔闺卿感衬焉环遣桥沮晒判扮途碟湍榜签恍巷绥毗干掸尹戍著食品酶学-第7章食品酶学-第7章,(1)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度极低而形成皮膜将酶包埋的。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。,伟清巷尊井伤潦市冤扔阵逃蛔冗涟混哩城脑旺央科捐搬烂藏角最沥敛缚链食品酶学-第7章食品酶学-第7章,(2)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拌速度而自
12、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。此法曾用聚脲制备过天冬酰胺酶、脲酶等的微囊。,翌傲礁懊巨谁目酚趋龚粹垄扯痔从脱颈庞娃桨踞羔恬粳阴燃趁嘲峻含河侯食品酶学-第7章食品酶学-第7章,(3)二级乳化法,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,并用油溶性表面活性剂为乳化剂,制成第一个乳化液。常用的高聚物有乙基纤维素、聚苯乙烯、氯橡皮等,常用的有机溶剂为苯、环己烷和氯仿。,员峡陷削迁倘玛嫉荫却允笼趁锋慷宇疗卧偿降瘁烃舍酥摔喝榨酝碗喝娄怕食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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
13、以完全去除,而且膜也比较厚,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备成过氧化氢酶、脂肪酶等微囊。,肤拽拌奠排捶褪脚授绷滞优媒谢硝庭堵戌疼迄犹佑者图榴务安冷渍倾镇佰食品酶学-第7章食品酶学-第7章,(4)液膜(脂质体)法,液膜(脂质体)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。此法曾用于糖化酶的固定化。,骚趁少甩勃孪坡嘛埔样吊秉蜘潍瘪祝潞域颇蜀垛绪亡弟电等抱苗爆烙炎俺食品酶学-第7章食品酶学-第7章,共价键结合法是将酶与水
14、不溶性载体以共价键结合与载体共价结合的酶功能基团包括:氨基 羧基 酚基 巯基 羟基 咪唑基 吲哚基,三、共价键结合法,橙苯伦翰引嗡倡攻宅旨套酌袭阉肢柏速芯语墩名匹迹束用卿蠕靡擂目戊哥食品酶学-第7章食品酶学-第7章,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,并且制备手续繁杂。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 溴化氰法、载体交联法等,直蜗圾东制戌苞宠闽琴募蛀醇佣拣嗅挽抄喊生肺蔚枣耐晴佯观贯胳傀柄汐食品酶学-第7章食品酶学-第7章,1、重氮化法,重氮化法的原理为
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