酶与细胞的固定化

酶是一种生物催化剂，稳定性较差，而且催化结束后难于回收。为此发展出了固定化（im-mobilization）技术，即用物理或化学方法将酶（或细胞）固定于某一限制性空间，并保持其固有的催化活性，使其活性能被反复利用的技术。随着该技术的不断发展，人们发现对那些多酶反应体系来说，直接用固定化细胞可能更方便、更经济。如用葡萄糖发酵生产酒精时需要用到包括EMP途径酶在内的多种酶，如果直接用固定化酵母细胞来生产，比固定化多酶体系更为方便，比分批酒精发酵更经济。但是，工业上用得较多的发酵原料是淀粉质原料，而酵母细胞一般不能直接利用淀粉，为了解决这一问题，人们将淀粉酶或能分解淀粉的菌株（如黑曲霉）与酵母细胞固定在一起，这种技术称为共固定化（co-immobilization）技术。目前固定化技术已在发酵工业的某些领域得到应用，如采用固定化的大肠杆菌细胞将富马酸铵连续反应成L-天冬氨酸于1973年投入工业化生产。1974年采用产氨短杆菌制成固定化细胞，使富马酸连续反应制备苹果酸获得成功。此外，应用固定化方法生产能源（如酒精、H2、甲烷等）、医药（如甾体、抗生素等）、氨基酸、有机酸（如醋酸、乳酸等）、饮料（如啤酒等）、酶制剂（如淀粉酶 、蛋白酶等），以及用于废水处理，都已在实验室规模获得成功。

1.固定化方法

常用的制备方法有载体结合法、交联法和包埋法等几大类。载体结合法是将酶或细胞通过物理吸附、离子吸附、螯合和共价结合等方式连接到载体上的固定化技术；交联法是通过双功能或多功能的交联剂，使酶或细胞与载体间形成共价结合的一种固定化技术；包埋法是通过高分子凝胶网格或半透膜将酶或细胞固定的技术。各种固定化技术示意图见图7-10。

图7-10 固定化方法示意图

（a）离子结合法；（b）共价结合法；（c）交联法；（d）聚合物包埋法；（e）微胶囊法

2.固定化细胞的特点

固定化的细胞具有明显的特点：① 酶活力的稳定性增强；② 酶促效率明显升高；③ 具有多步酶反应的特点；④ 反应时不需添加辅助因子；⑤ 细胞透性增强；⑥ 热稳定性增强；⑦ 易产生副反应。