固定化酶
固定化酶及制備原則
固定化酶
固定化酶是20世紀50年代開始發展起來的一項新技術，最初是將水溶性酶與不溶性載
體結合起來，成為不溶于水的酶的衍生物，所以曾叫過“水不溶酶”（water insoluble enzyme）和“固相酶”（solid phase enzyme）。但是后來發現，也可以將酶包埋在凝膠內或置于超濾裝置中，高分子底物與酶在超濾膜一邊，而反應產物可以透過膜逸出，在這種情況下，酶本身仍處于溶解狀態，只不過被固定在一個有限的空間內不能再自由流動。因此，用水不溶酶或固相酶的名稱就不恰當了。在1971年第一屆國際酶工程會議上，正式建議采用“固定化酶”（immobilized enzyme）的名稱。
所謂固定化酶，是指在一定空間內呈閉鎖狀態存在的酶，能連續地進行反應，反應后的酶可以回收重復使用。因此，不管用何種方法制備的固定化酶，都應該滿足上述固定化酶的條件。例如，將一種不能透過高分子化合物的半透膜置入容器內，并加入酶及高分子底物，使之進行酶反應，低分子生成物就會連續不斷地透過濾膜，而酶因其不能透過濾膜而被回收再用，這種酶實質也是一種固定化酶。
固定化酶與游離酶相比，具有下列優點：①極易將固定化酶與底物、產物分開；②可以在較長時間內進行反復分批反應和裝柱連續反應；③在大多數情況下，能夠提高酶的穩定性；④酶反應過程能夠加以嚴格控制；⑤產物溶液中沒有酶的殘留，簡化了提純工藝；⑥較游離酶更適合于多酶反應；⑦可以增加產物的收率，提高產物的質量；⑧酶的使用效率提高，成本降低。
與此同時，固定化酶也存在一些缺點：①許多酶在固定化時，需利用有毒的化學試劑使酶與支持物結合，這些試劑若殘留于食品中對人類健康有很大的影響；②連續操作時，反應體系中常滋生一些微生物，后者利用食品的養分進行生長代謝，污染食品；③固定化時，酶活力有損失；④增加了生產的成本，工廠初始投資大；⑤只能用于可溶性底物，而且較適用于小分子底物，對大分子底物不適宜；⑥與完整菌體相比不適宜于多酶反應，特別是需要輔助因子的反應；⑦胞內酶必須經過酶的分離手續。表7-4為食品加工中已應用的和有發展潛力的固定化酶。
酶 在加工中的作用
葡萄糖氧化酶 除去食品中的氧氣；除去蛋白中的糖
過氧化氫酶 牛奶的巴氏殺菌
脂肪酶 乳脂產生風味
α-淀粉酶 淀粉液化
β-淀粉酶 高麥芽糖漿
葡萄糖淀粉酶 由淀粉產生葡萄糖；淀粉去支鏈
β-半乳糖苷酶 水解乳制品中的乳糖
轉化酶 水解蔗糖生成轉化糖
橘皮苷酶 除去柑橘汁的苦味
蛋白酶 牛乳的凝聚；改善啤酒的澄清度；制造蛋白質水解液
氨基酰化酶 分離左旋與右旋氨基酸
葡萄糖異構酶 由葡萄糖制果糖
1971年首屆國際酶工程會議提出了酶的分類。酶可粗分為天然酶和修飾酶，固定化酶屬于修飾酶。修飾酶中，除固定化酶外尚有經過化學修飾的酶和用分子生物學方法在分子水平上改良的酶等。
7.4.1.2 固定化酶的制備原則
已發現的酶有數千種。固定化酶的應用目的、應用環境各不相同，而且可用于固定化制備的物理、化學手段、材料等多種多樣。制備固定化酶要根據不同情況（不同酶、不同應用目的和應用環境）來選擇不同的方法，但是無論如何選擇，確定什么樣的方法，都要遵循幾個基本原則。
①必須注意維持酶的催化活性及專一性。酶蛋白的活性中心是酶的催化功能所必需的，酶蛋白的空間構象與酶活力密切相關。因此，在酶的固定化過程中，必須注意酶活性中心的氨基酸殘基不發生變化，也就是酶與載體的結合部位不應當是酶的活性部位，而且要盡量避免那些可能導致酶蛋白高級結構破壞的條件。由于酶蛋白的高級結構是憑借氫鍵、疏水鍵和離子鍵等弱鍵維持，所以固定化時要采取盡量溫和的條件，盡可能保護好酶蛋白的活性基團。
②固定化應該有利于生產自動化、連續化。為此，用于固定化的載體必須有一定的機械強度，不能因機械攪拌而破碎或脫落。
③固定化酶應有最小的空間位阻，盡可能不妨礙酶與底物的接近，以提高產品的產量。
④酶與載體必須結合牢固，從而使固定化酶能回收貯藏，利于反復使用。
⑤固定化酶應有最大的穩定性，所選載體不與廢物、產物或反應液發生化學反應。
⑥固定化酶成本要低，以利于工業使用。