生物工程论文
摘 要： 近年来，生物酶作为一种生物催化剂，由于具有环境友好、绿色化学、可持续发展的优点而受到人们的广泛关注。然而，由于游离生物酶的物理化学性质不稳定，导致在实际应用过程中生物酶无法长期保持催化活性，也就无法发挥其最大的催化性能。生物酶固定化技术的出现不仅实现了酶的重复利用，而且可以改善酶的催化性能及活性。本文归纳总结了生物酶传统的固定化技术及新型固定化技术，在此基础上分析比较了各种固定化技术的优缺点。
关键词： 生物酶; 固定化技术; 催化活性;
引言
生物酶固定化技术是指选择适当的固定化方法将游离酶固定在便于回收的载体上的一种生物技术。固定化载体、反应介质、制备条件、酶分子性质及有机溶剂等均会影响生物酶的固定化效果[1]。在生物酶固定化技术发展早期，酶的固定化研究主要集中在非共价固定化，例如吸附法和包埋法。
后来随着更多亲水且具有一定几何性质的不溶性载体的出现，生物酶固定化技术的研究焦点逐渐转移到共价固定化技术。目前，研究人员通过结合不同的固定化技术来提高固定化酶的性能，比如活力、选择性和稳定性等。
1、 生物酶固定化技术
1.1、 吸附法
吸附法是指利用载体和酶之间的物理相互作用力（如范德华力、离子键合、氢键、电荷转移、亲疏水性等）将酶固定化在载体表面的一种固定化方法。相较于酶的共价固定法，吸附法避免了生物酶的化学修饰，能在很大程度上保持酶活力。但是，由于酶和载体间的相互作用力较弱，使得固定化酶的稳定性较差，因而极易发生酶的脱吸附[2]。
任何载体都可以用于吸附法固定化生物酶，但不是每一种酶都可以固定在所有的载体上。这是因为吸附法固定化酶大大依赖于载体与酶之间的特异性结合配基的存在。因此，为了使固定化酶发挥最大的催化性能，在选择载体时应该着重考虑它的物理化学性质，比如比表面积、颗粒大小、表面官能团等[3]。
1.2、 共价结合
共价结合法是指酶蛋白分子的功能基团与载体表面基团之间以共价键结合的一种固定化方法。因此，以共价结合法制备生物复合酶时，常常需要对载体进行改性，使其表面附着氨基、羧基、羟基、醛基等功能性基团。
这些酶表面的活性氨基酸残基与载体表面的活性官能团之间的化学反应使得酶与载体结合较吸附法更加牢靠。但是由于共价结合的反应条件较为激烈，致使酶蛋白高级结构容易发生变化，从而导致酶活降低[4]。
1.3、 包埋法
包埋法是指借助化学或物理的方法（如交联和凝胶化）将酶包埋在某种载体中的一种固定化方法。包埋法制取的载体不受形状限制，可以制成颗粒状、膜状、薄膜状、圆盘转和纤维状等。而且，包埋法将酶包埋于载体网格中，这使其操作稳定性要明显好于吸附法制取的固定化生物复合酶。但是，这种固定化方式会限制生物酶在生化反应中的扩散，这样就大大减弱了酶的表观活力。为克服这些缺点，研究者提出了许多基于包埋法的改进固定化技术，如共价包埋、双包埋、后装载包埋、交联-包埋等[2]。
1.4、 微囊化
酶的微囊化是指将通过物理方法或化学方法将生物酶封存在半透性的高分子膜内的一种固定化方法。微囊化技术可以同时固定多种酶，并且可以在很大程度上保留酶活力。但是该方法很难控制膜的厚度及通透性，这使得生物酶的稳定性下降。所以，为了满足实际工业应用的要求，研究者在微囊化技术的基础上提出了许多改进技术，包括：微囊化后交联、固定后微囊化、载酶后微囊化等[2]。
1.5、 新型固定化技术
合适的固定化载体能有效提高酶的固定化率和催化效率，因而许多新型固定化技术的研究都围绕着载体材料展开。这些新型载体一般具有优异的物化特性，例如多孔性、疏水/亲水性、比表面积大、表面活性高等特性。这类载体主要分为新型纳米材料载体、磁性材料载体、传统材料经过改造修饰而成的复合新型载体。此外，为了让载体发挥最大效用，研究人员还提出了许多新型固定化技术，例如单酶纳米颗粒技术、微波辐射辅助固定化技术、无载体固定化技术等。这些新型载体和固定化技术的出现扩展了生物酶的应用范围[1]。
结语
最佳固定化方法因酶而异，因应用而异，因载体而异，并取决于每一特定应用的特性。因此，固定化酶技术未来发展的主要焦点仍是发展具有预定化学特性和物理特性特别是适当的几何特性和化学活性基团的载体，使得载体能在温和条件下直接结合生物酶，并能用于不同构型的生物酶反应器。
参考文献
[1]柯彩霞,范艳利,苏枫,等.酶的固定化技术最新研究进展[J].生物工程学报,2018,34(2):188-203.
[2]曹林秋.载体固定化酶:原理、应用和设计[M].北京:化学工业出版社,2008:42-43.
[3]Teofil Jesionowski,Jakub Zdarta,Barbara Krajewska.Enzyme immobilization by adsorption:a review[J].Adsorption,2014,20(5):801-821.
[4]张晓慧,蔡青青,贾佳,等.基于聚乙烯醇微球为载体固定化脂肪酶的研究[J].化工新型材料,2019,47(2):215-218.