敬媛媛食科102班104031213酶工程文献综述

新疆农业大学专业文献综述题目:姓名:学院:专业:班级:学号:指导教师:年月日壳聚糖固定化酶的研究与应用作者：敬媛媛指导老师：武运摘要：壳聚糖作为一种固定大分子载体得到了广泛的应用,本文分析了壳聚糖作为固定化酶和细胞载体的特性,概述了壳聚糖固定化酶的制备方法。总结了壳聚糖固定化酶的制备及其在医药治疗、生化分析、环保应用等方面进展，最后指出壳聚糖在固定化酶技术领域有着广阔的应用前景。关键词：壳聚糖细胞载体固定化酶应用ResearchandApplicationofChitosanimmobilizedenzymeAuthor:JingYuanYuanTeacher：WuYunAbstract：Chitosanasafixedcarriermacromoleculehasbeenwidelyapplied,Thispaperanalyzesthechitosanasacarrierforimmobilizedenzymesandcellcharacteristics,Anoverviewofthechitosangelimmobilizedenzymeandcellmorphologyandpreparationmethods.Summarizestheimmobilizedenzymepreparationofchitosananditsprogressinmedicaltreatment,biochemicalanalysis,environmentalapplications,Finallychitosanimmobilizedenzymetechnologieshavebroadapplicationprospects.Keywords:ChitosanCellcarrierImmobilizedenzymeApplication壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，化学名为β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖,是由葡萄糖结构单元组成的直链多糖,壳聚糖是一种富含游离氨基的多糖,用其作为固定化酶的载体具有机械性能好,化学性质稳定,耐热性好以及使酶免受金属离子抑制等优点。将壳聚糖制备成单分散窄分布的高分子微球,使壳聚糖与高分子微球的功能相复合,可使其在酶固定化领域的应用得到更大的发展。目前已有不少研究者将壳聚糖作为固定化酶的载体[1],其开发应用前景十分广泛。固定化酶是通过物理的或化学的方法,将目标酶束缚在一定载体的空间内,使酶的活性得到最大限度的保存。从固定化本质上分类,固定化酶的方法有物理法和化学法两大类。物理法载体与目标酶以弱键(氢键等)结合,优点是对酶的破坏小,但结合不牢固。化学法则载体与目标酶发生了化学反应,以共价键结合,对酶的破坏大,但结合牢固,重复性和可操作性好。在实际应用中两种方法并不是明显可分的,往往需要两种方法相结合才能达到较好的固定化效果。固定化酶的优点是它能重复使用,反应体系与酶容易分离[2]。本文通过对壳聚糖固定化酶的技术的探索研究,从而总结了壳聚糖固定化酶在各行各业的应用情况。由此可见，对壳聚糖固定化酶的研究具有十分重大的意义。1酶和细胞固定化的载体———壳聚糖1.1壳聚糖的性质壳聚糖是甲壳素经过在特殊的反应条件下脱乙酰作用得到的产物。壳聚糖是白色或淡黄色无定型的固体，半透明，略有珍珠光泽，由于脱乙酰度的不同，壳聚糖长链分子是由β-（1,4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖和β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖两种糖单元链接而成的链状聚合物[3]。壳聚糖属多糖类,是一种生物相容性好、易生物降解、无毒、廉价易得的天然高分子生物材料。壳聚糖是天然碱性氨基多聚糖,由甲壳素脱去分子中的乙酰氨基得到,壳聚糖大分子链上分布着大量羟基、氨基,还有一定数量的N-乙酰氨基,这些活性基团会形成分子内和分子间氢键,使壳聚糖性质趋于稳定,不溶于大部分有机溶剂。但壳聚糖分子链上的游离氨基能从酸性溶液中结合一个氢离子,使壳聚糖成为带正电荷的聚电解质,破坏壳聚糖分子间和分子内的氢键[4],从而溶于一些低浓度无机酸和有机酸。另外壳聚糖分子结构中的羟基和氨基,使其易于进行酰化、酯化、醚化、烷基化、氧化、螯合等化学修饰和改性。1.2壳聚糖作为固定化酶和细胞载体的特性酶和细胞固定化的成功与否决定于酶和细胞与固定化载体的良好结合而并不破坏酶和细胞的生物催化特性。作为固定化载体,一般应具有良好的化学稳定性和机械刚性、再生容易等基本性质。而用于固定化酶和细胞,它必须能吸附蛋白质,有能与酶和细胞表面基团相作用的功能团,具有亲水性和良好的生物相容性,同时可以根据酶和细胞的特性而做定向化学修饰。显然壳聚糖具备了上述全部性质。壳聚糖与其它载体材料相比固定化强度高、传质性能好、耐生物降解、生物相容性好,可操作性强。目前已逐渐被更广泛的研究并作为酶和细胞固定化良好载体用于工业生产。2壳聚糖固定化酶的制备方法酶和细胞的固定化中,壳聚糖可先制成各种形态,再用吸附法、交联法或共价结合法将酶和细胞固定；也可用包埋法，先将酶和细胞混在壳聚糖酸性溶液中,再制成各种形态。粉末、薄片、凝胶是壳聚糖固定化酶和细胞的常用形态,而凝胶又有微球、薄片、薄膜、微囊,纤维、海绵状等各种形态。2.1吸附法和包埋法固定化酶壳聚糖是一种多孔网状天然高分子材料,机械性能良好,化学性质稳定,耐热性好,其分子中的经基和氨基形成活泼的界面,因而可以粉、膜、多孔微球、凝胶、纳米粒子等多种形态通过吸附和包埋将酶进行固定化[5]。壳聚糖研磨成粉状,与粉状胰蛋白酶混合研磨,通过吸附作用固定化胰蛋白酶。结果表明,研磨时间越长,固定化效果越好。将壳聚糖溶于稀醋酸溶液,再用碱液进行处理,形成凝胶状的壳聚糖膜,利用壳聚糖凝胶的吸附能力提高酶的固定效率。壳聚糖溶于稀醋酸溶液后涂膜,所得膜经干燥水洗数次,再干燥,得壳聚糖干膜,对过氧化氢酶进行固定化，所得固定化酶稳定性良好。以壳聚糖为载体,通过简单的吸附,分别制备出了固定化碱性蛋白酶和固定化脂酶。利用包埋法还制备出了球状壳聚糖/海藻酸钙固定化脂酶。由此可见，壳聚糖是固定化酶技术中十分优良的材料。2.2交联法固定化酶以壳聚糖为载体通过吸附制备固定化酶,酶不易失活,但酶与载体之间的结合力弱,在使用过程中酶分子易从载体上脱落,因此,多数情况下用吸附—交联法以提高其稳定性。最常用的交联剂是甲醛和戊二醛[6],但更多采用戊二醛。采用甲醛活化交联壳聚糖固定L-天冬酰胺酶,其活力回收可达20%～25%。将粉末状壳聚糖制备成微球形多孔载体,采用吸附—交联的方法进行固定化,在最佳固定化条件下,酶活力回收率为78.1%,具有较好的强度。采用戊二醛为交联剂,酶能够通过化学键与载体结合,且其操作稳定性较吸附法和包埋法有所提高,因而在研究中受到广泛重视。此方法已经用于多种酶的固定。。3壳聚糖固定化酶的应用3.1壳聚糖固定化酶在医药领域的应用壳聚糖固定化凝血酶：凝血酶是一种临床上广泛应用的局部止血药,但其稳定性,可保存性较差。研究表明,凝血酶水溶液在室温保存24d便完全失活。李平等[7]以0.6g壳聚糖为载体,0.1%戊二醛溶液为交联剂固定化凝血酶。固定化凝血酶的光、温度、酸碱稳定性均有提高,在室温下放置3个月后,凝血活性保持了38%。壳聚糖固定化脲酶：脲酶催化尿素分解,固定化脲酶在血液透析中有着广泛的用途。Cellapandian等[8]的化学固定化方法制备了活性保留达86.15%的固定化脲酶。基本原理是在壳聚糖的侧链上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),GMA的环氧基团开环与脲酶的氨基缩合,使脲酶接枝在壳聚糖的侧链上。固定化脲酶4℃和25℃保存60d活性保留分别为73%和58.05%。3.2壳聚糖固定化酶在生化分析领域的应用臭氧浓度的测定：臭氧在潮湿的空气中生成过氧化氢,对人的呼吸道和肺黏膜有刺激作用,易引起呼吸道疾病。固定化过氧化氢酶与过氧化氢电极结合对低浓度臭氧测定简便快速。以膜状壳聚糖为载体吸附过氧化氢酶，戊二醛使壳聚糖膜交联,膜材料吸附过氧化氢酶制得膜状固定化酶。固定化酶与荧光分光光度法结合,测定潮湿空气中试样中的过氧化氢含量,灵敏度可达50ng/ml。生物体组织新鲜程度的确定：动物食品工业中,需要快速准确地确定动物组织的新鲜程度。通过测定生物体在死亡后组织内产生的某种降解物的含量可以确定其新鲜程度。贝类生物死亡后体内会产生羟乙基精氨酸,含量是这类生物新鲜程度的标志物。以壳聚糖微球固定羟乙基精氨酸脱氢酶结合氧电极测定该标志物的含量。固定化的基本原理是将戊二醛活化的壳聚糖与目标酶进行共价结合。与高效液相色谱法相比,测定一个试样的时间明显缩短。用类似的固定方法制成的生物传感器可以对鸡肉的新鲜程度进行估计，壳聚糖固定化[9]的腐胺氧化酶催化标志物腐胺氧化产生过氧化氢,再以过氧化氢电极测定产生的过氧化氢的量,确定组织内产生的腐胺量,估计鸡肉的新鲜程度。测试结果与高效液相色谱法比较,准确度相同,但酶法3min可完成一个测定；固定化酶在贮存了8个月后保持了40%的活性,测定的相对误差在2.8%以内。3.3壳聚糖固定化酶在环保领域的应用工业废水中含有芳香类和酚类物质,通常方法很难清除。漆酶的催化使其与氧化剂反应氧化为醌类活性物,活性物相互作用生成高分子量沉淀,得以从水中清除污染物。工业废水成分复杂,多种物质对漆酶有抑制和破坏作用,有必要发展固定漆酶的方法。对壳聚糖固定漆酶[10]进行了研究表明：壳聚糖吸附漆酶后,再以1%的戊二醛交联固定,固定化漆酶保持了相当的活性(520U/g载体)。热稳定性,在75℃和80℃,固定化酶保持了分别为65%和50%的相对活性,而自由酶仅为35%和12%相对活性。当废水中芳香类和酚类污染物浓度很低时,氧化生成的醌类活性物很少,不足以生成能够沉淀的高分子量的物质。同时,研究中发现这类物质能抑制酶的活性。多酚氧化酶也是一种以芳香类和酚类物质为底物将其氧化为醌类化合物的酶。最初使用聚砜毛细管膜固定化多酚氧化酶处理工业废水中的芳香类和酚类物质,也出现了酶抑制问题。以聚砜毛细膜复合壳聚糖凝胶,利用壳聚糖凝胶的吸附能力提高酶的固定效率和活性,对低浓度的醌类物质吸附清除。制备时,毛细膜的外壁接触溶于乙酸中的壳聚糖,再用碱液处理,在毛细膜的外壁形成了凝胶状的壳聚糖膜[11],将这种材料用于吸附多酚氧化酶与传统的聚砜毛细管固定的多酚氧化酶的清除效率、活性及稳定性进行比较。同样条件下,壳聚糖复合固定酶的活性保持的相对较高并且具有较强的去污能力。4壳聚糖固定化酶的发展前景壳聚糖是自然界资源量仅次于纤维素的可再生资源,是自然界含有氨基和具有阳离子聚合物特征的多糖化合物,不仅有独特的理化性质和功能性质,还有生物活性、生物相容性和可被生物降解性；该化合物中的羟基和氨基或乙酰氨基活泼,可以通过化学改性制备符合各种要求的衍生物,壳聚糖及其衍生物能作为载体,用吸附、吸附交联、凝胶包埋、复合载体等方法对活性酶进行固定化，这种固定化酶具有活力高、回收率高和耐贮藏等优势；此外,壳聚糖无毒无害无污染，更适合于食品中应用。因此，随着壳聚糖基载体、各种固定化方法的发展,预计在不久的将来,固定化酶和固定化因子会得到广泛的应用,研究必将更加深入，壳聚糖及其衍生物在固定化酶技术领域有着广阔的应用前景。参考文献：[1]陈峰,谭炯,杨学军.壳聚糖及其衍生物的应用[J].西南民族学院学报,2002,28(1):40-44[2]王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学(第三版上)[M].北京:高等教育出版社,2002:345.[3]蒋挺大.壳聚糖[M].北京:化学工业出版社,2001.[4]BarbaraKrajewska.Applicationofchitin-andchitosan-basedmaterialsforenzymeimmbilizations:areview[J].EnzymeandMicrobialTechnology,2004,25:126-139.[5]曾嘉,郑连英,余世清,等.壳聚糖微球固定化酶的研究[J].食品工业科技,2002,23(1):29..[6]Kirkegy