饰品之家讯：将酶固定在各种载体上既在一定程度上保持了酶特有的生物催化特性,又可较方便地分离和重复利用,对提高酶的利用效率,延长使用时间具有重要意义。固定化酶的性能与固定化酶所使用的载体材料的性质有关。目前,用于酶固定化的载体材料有纤维素、壳聚糖、淀粉及其衍生物和无机吸附剂等。其中,淀粉是一种天然高分子化合物,是由植物通过光合作用合成的,其来源广泛,廉价易得,是一种可再生资源,且无毒,亲水性好,具有适合酶反应的天然微环境。此外,淀粉易进行变性制成各种性能的变性淀粉,可满足不同酶固定化的需要,使淀粉及其衍生物成为一种较为理想的酶固定化载体。本文主要对几种变性淀粉在酶固定化中的应用进行阐述,并指出今后淀粉作载体材料在酶固定化中的发展前景。1磁性淀粉微球在酶固定化中的应用淀粉微球是一种交联淀粉,其制备是在引发剂作用下,使交联剂与淀粉上的羟基进行适度交联制得,其制备方便、材料来源广、成本低、无毒、贮存稳定。将淀粉微球用作各种酶的吸附剂,球对酶吸附量大,能够重复使用,可以提高酶对热、酸碱、高能射线、储存等的稳定性,并且有利于酶等活性物质活性的发挥。从磁性的角度来分,淀粉微球有磁性和非磁性微球。磁性淀粉微球一般为核壳式结构,淀粉组成壳层,磁性金属氧化物组成核心,这类微球不仅具有淀粉类微球的特有优点,还具有磁性,可利用外加磁场引导微球定向移动和集中,将其用于酶的固定化可以大大提高酶的稳定性,并且利用磁场可以很方便的将酶从反应液或产物中分离。钱斯日古楞等用磁性淀粉微球为载体,采用戊二醛交联法固定化脂肪酶,得到的磁性固定化脂肪酶的总活力、蛋白载量、比活、活性回收率、最适温度和最适pH分别为4897.15U/g,50.59mg/g,98.58U/mg,72.73%,45℃和8.0;其热稳定性(在水介质和正己烷中)、操作稳定性、pH稳定定性均比自由酶明显提高,用它连续催化底物6次后,其催化活力仍保持67.9%;在水介质中,固定化脂肪酶的储存稳定性较自由酶高近一倍,在正己烷中保存34d后固定化脂肪酶活力无明显变化。邱广亮等采用复合技术制备出粒径为100～300nm的磁性淀粉复合微球,以此为载体,采用溴化氰共价结合法、戊二醛交联法、物理吸附法固定化α-乙酰乳酸脱羧酶。通过比较,以戊二醛交联法制备的磁性酶为最佳,其活力为1138.8U/g微球,蛋白载量为89.7mg/g微球,比活为12.6U/mg蛋白,活性回收率为59.6%。该磁性酶最适温度30℃,最适pH为5.0,热稳定性及酸碱稳定性均有所提高,磁性酶重复使用10次,其相对活性仍保持在77.2%。其用于啤酒发酵,具有明显降低双乙酰的效果,而且由于其具有磁性,可通过施加外部磁场方便简单地与酒液分离,而不影响啤酒风味,缩短生产周期,大大降低成本,可以用于啤酒生产的连续化、自动化。2接枝共聚淀粉在酶固定化中的应用淀粉接枝共聚物由天然淀粉与性能优越的合成聚合物结合在一起,两者取长补短,从而提高了使用价值,具有较好的物理和化学性质。可将淀粉与丙烯腈、丙烯酰胺等单体聚合后作为各种酶的固定化载体材料,制备的固定化酶的性质可得到极大的改善。潘丽军等以多孔淀粉接枝丙烯腈、丙烯酰胺两亲性高分子化合物为载体,共价偶联固定纤维素酶。该固定化纤维素酶的最适温度为50℃,最适pH为6.6;酶分子与载体颗粒结合后,刚性增加,减缓热对酶的作用,提高了固定化酶的热稳定性;且其重复使用稳定性和储存稳定性也有明显提高,在室温条件下,游离酶的活力在4d后降为原活力的50%,固定化纤维素酶在16d后才降至接近原活力的50%;固定化酶在经过5次反应后仍保留原活力的50%。此外,陈尊等以此为载休,用物理吸附方法固定化了糖化酶,在最适固定化条件下,该固定化糖化酶的活力为1500U/g干胶,蛋白载量为25mg/g干胶,比活为60U/mg蛋白,比天然酶的比活提高6倍;其热稳定性提高,最适反应温度比天然酶提高10℃;无底物存在下,其在55℃的半衰期为24h,而天然酶只有1h;有底物存在下,其在55℃的半衰期为220h,45℃的操作半衰期由外推法算得为69d,而且该载体对糖化酶有一定的保护作用。通过淀粉与丙烯腈、丙烯酰胺等单体接枝共聚,然后将对-β-硫酸酯乙砜基苯胺通过醚化反应共价连接到淀粉接枝共聚物上,制成多孔球状碱性氨基苯磺酸乙基接枝淀粉,该载体粒径分布均一,有较高的成孔率、很好的机械强度及物理稳定性,而且还含有大量的活性基团,以其为载体固定化酶酶的活力和蛋白载量均很好。葛玉斌等[5～7]以此为载体,分别对葡萄糖异构酶和糖化酶进行了固定化,制备的固定化糖化酶的活力为1462IU/g干胶,比活为29.31IU/mg蛋白;另外,由于在合成淀粉接枝共聚物时引人了羧基,致使固定化糖化酶的表观最适pH向碱性方向移动1.2pH单位。得到的共固定糖化酶和葡萄糖异构酶适用于各种类型的淀粉底物,在pH6.0,60℃条件下,共固定双酶体系能将5%*质量浓度)DE-27糊精一步转化为果糖含量为20%的果葡糖浆,其催化效率是天然酶体系的1.6倍,且共固定双酶于0～4℃冰箱储存一个月后,其活力并没有明显的改变,表现出良好的储存稳定性。制备的葡萄糖异构酶最适pH范围变宽,在pH6条件下仍保持85%最大活力;稳定性明显提高,该固定化葡萄糖异构酶于0～4℃储存2个月,活力没有明显改变。另外,Dung等以丙烯酰胺为单体制备接枝共聚淀粉,并以此为载体固定化脲酶,该固定化脲酶的活力收率和稳定性均有较大提高,活力收率最高可达70%,重复使用后仍保留较高活力,重复使用7次后仍保留初始活力的60%。3包醛氧淀粉和双醛淀粉(DAS)在脲酶固定化中的应用包醛氧淀粉含有聚醛结构,它对氨吸附速度快、吸附能力大,利用具有反应性功能的醛基和尿素分子中的氨基发生相互作用,由于包醛氧淀粉的这些特点,可将其作为脲酶固定化的载体,而且将脲酶固定化在包醛氧淀粉上以后,可以解决包醛氧淀粉作为治疗高氮质血症口服吸附剂时,由于人的体液中大量蛋白及氨基酸等有益物质中存在氨基,使包醛氧淀粉在口服时与这些物质结合,而导致其对尿素的吸附能力衰减的问题。于九皋等[9]用包醛氧淀粉固定化脲酶作为口服吸附剂,并在固定化脲酶表面覆上一层海藻酸膜保护脲酶的活性,制成包覆型包醛氧淀粉固定化脲酶,该固定化脲酶样品在经过0.1mol/L的HCl溶液浸泡3h后,其对尿素的吸附量仍可达到15mg/g,约是包醛氧淀粉的4倍,是一种高效的尿素吸附剂。DAS可以直接作为固定化酶的载体,利用其自身携带的大量醛基,直接与酶中的氨基通过共价结合成为希夫碱,从而达到酶的固定化,可简化在载体上引入活性基团的步骤,开辟了固定化酶简洁易行的新途径。李新蕊等[11]直接以双醛淀粉为载体对脲酶进行了固定化,制备的固定化酶的稳定性明显优于游离酶,将游离酶于室温下放置两周后,其活力基本丧失,而固定化酶于5℃及36℃下分别放置两周后,其活力基本不变。DAS还可以和其它物质结合作为固定化酶的载体,Nakabayashi等[12]以DAS-明胶为载体固定化脲酶,在此体系中脲酶先将尿素分解为NH3,NH3再被载体中的DAS吸收,从而可彻底快速地消除体内的尿素,比单独用DAS吸收尿素效率要高出两倍。酶的柔性固定可改善因直接固定化及手臂固定化使酶失活的缺陷,提高固定化酶的自由度。江海萍等以双醛淀粉为柔性链对羧基化聚苯乙烯载体进行柔性化修饰后,固定木瓜蛋白酶,其活力回收率可达50%,相当于用戊二醛进行手臂固定化的活力回收率的2倍。4展望综上所述,淀粉由于其来源广泛,廉价易得,可再生,无毒,亲水性好,具有适合酶反应的天然微环境等特性,将其改性后作为酶的固定化载体体现出许多优良的特性。用变性淀粉为载体固定化各种酶,酶的活力收率较高,热稳定性及储存稳定性提高,提高了酶的利用效率,是一种理想的固定化酶的载体材料。虽然如此,变性淀粉在酶固定化中的应用还存在很多不足,如用于酶固定化的变性淀粉种类比较单一,应用范围比较窄,目前研究中仅用于糖化酶、脲酶、纤维素酶和脂肪酶等几种酶的固定化。在今后的研究中,要注重开发性能优良的新型的变性淀粉,或者将其和其它物质结合使用,拓宽其应用范围,应用于更多种类的酶的固定化。相信随着变性淀粉技术的发展,变性淀粉在酶固定化中的应用将会越来越广泛。参考文献:[1]钱斯日古楞,王红英.磁性淀粉微球固定化脂肪酶的研究[J].食品科学,2004,25(4):47～50.[2]邱广亮,邱广明,李咏兰,等.磁性淀粉微球固定化乙酰乳酸脱羧酶及应用[J].广州化工,2000,28(4):24～27.[3]潘丽军,陈实公,赵妍嫣.多孔淀粉接枝聚合物载体固定化纤维素酶的研究[J].食品科学,2006,27(4):115～118.[4]陈尊,孔维,周慧,等.接枝淀粉载体固定化糖化酶的研究[J].生物化学杂志,1995,11(2):150.[5]葛玉斌,吴永革,孙文田,等.多孔球状淀粉接枝共聚物的合成及其性质研究[J].高等学校化学学报,1997,18(6):978～980.[6]葛玉斌,王树岩,孙铭一,等.淀粉接枝共聚物共固定糖化酶和葡萄糖异构酶研究[J].吉林大学自然科学学报,1998(3):99～101.[7]葛玉斌,孙铭一,周慧,等.碱性ARSE接枝淀粉固定化葡萄糖异构酶[J].吉林大学自然科学学报,1998(2):66～68.[8]NADung,NdHuyen,NDHang,etal.Immobilizationofureaseongraftedstarchbyradiationmethod[J].RadiatPhyschem,1995,46(6):1037～1042.[9]于九皋,刘峰,于琳.包覆包醛氧淀粉固定脲酶制备及对尿素吸附[J].天津大学学报,2003,3(2):197～200.[10]李新蕊,赵宝昌,杨栋.淀粉载体固定化酶的研究[J].化工时刊,1997,11(8):29～32.[11]NNakabayashi,NHasegawa,TAkisawa.Immobilizationofuneasetomodifieddialdehyde-starchwithgelatinforremovalofurea[J].KobunshiRonbunshu,1985,42(11):835～839.[12]汪海萍,魏荣卿,沈斌,等.双醛淀粉柔性固定木瓜蛋白酶研究[J].生物加工过程,2004,2(1):25～29.
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