探讨化工无机材料的酶固定化的应用

闫坤鹏(天河（保定）环境工程有限公司河北保定071000)

摘要：近年来，随着酶固定化技术的不断发展与研究的深入，该技术已经在食品工业、精细化学工业以及医药，特别是手性化合物等各行业中的推动与广泛应用，并在废水处理运用中也取得了比较明显的成效。但是，载体材料所具有的物理与化学性能情况都将直接影响到固定化酶所具有的催化活性能。因此，文章通过介绍一般性无机材料、改性无机材料以及复合性无机载体材料的相应酶固定化方法，展望酶固定化中无机材料的有效运用。

关键词：化工无机材料；酶固定化；复合型无机载体

引言

酶作为一种纯天然的高分子催化剂，具有极高的催化作用与选择性特点且条件温和、无污染，故广泛被运用到食品加工与医药等各行各业中。但是，因自由酶所表现出的不稳定性与易变性等缺点致使其无法在工业中得到长久的应用与发展。加之作为催化剂的酶是在其反应体系中经过有效分离与提纯的，故相对的增加了其使用成本，基于种种因素，固定化酶的相关概念与技术应运而生，并在各行各业中的得到了广泛的推广与应用。

一、酶固定化关于载体材料的性能要求

所谓“酶固定化”，指的就是通过物理或化学处理方法将原本水溶性酶同固态水不相溶的载体有机结合或是被载体包埋。而载体材料作为固定化酶中的一个组成部分，其结构与性能的好坏直接决定着固定化酶的性能，故近几年来学者们也逐渐加大了对载体材料的研究，从天然高分子材料到合成高分子材料再到无机材料以及现有的复合材料等，载体材料发生了较大的变化[1]。但是，从整体上而言，固定化酶中的载体材料普遍具有以下几个特点：一，带有功能基团。通常情况下，载体材料都带有能同酶发生反应的功能基团以提高两者间的结合力，提高固定化酶的稳定性与操作性；二，比表面积较大，渗透性较好，以有利于固定化率的提高；三，具有不溶水性，且机械刚性与稳定性也非常好；四，材料粒径较小，具有较好的生物抵抗性，能够长时间使用，且再使用率较高。同时，随着人类对公共卫生与环境保护问题的日趋关注，对载体材料的性能提出了更好的要求，如无毒性、可降解性，而在成本上也要求载体材料具有经济实用性与来源丰富等优点。

二、不同无机材料酶固定化的应用

从上可知，固定化酶对于载体材料的选择是具有极高要求的，下面，针对化工无机材料具体分析不同无机材料酶固定化的应用。

1.一般无机载体

一般大孔类的无机载体，可在充分利用其大比表面积与高气孔率等优势基础上通过直接吸附法来固定化酶。如二氧化硅就因其具有较高的表面能与生物相容性而得到了广泛的应用。有实验就证明，若将固定于新鲜石墨电极表面且尺寸均匀的二氧化硅纳米粒子作为载体来吸附脂肪酶，其固定化酶的酸碱度、温度与耐受力都有明显的提高，而使用寿命也有所增加，且催化活性几乎提高了1 倍；而有效采用交联剂交联吸附氧化铝表面的酶分子，将可有效提高载体对酶的固定性能，有实验证明，利用吸附-交联法并其γ-氧化铝为载体来制备固定化青霉素酰化酶，其耐高温性与pH 适用度都得到了明显的提高，且仅仅采用物理吸附法所产生的固定化效果也比较明显。同时，若有效运用浸渍法将α-胰岛凝乳蛋白放入分子筛孔道中后，其固定化酶可表现出较高的稳定性；而硅藻土因其具有适宜的孔径与较大的比表面积等优势使其具备较高的吸附量，但是，通过研究发现，硅藻土表面电位、结构与孔结构均与其等温吸附类型有一定关系，且其等温吸附类型有着明显的地域差别。

2.改进无机载体

利用无机载体以直接吸附固定化酶虽具备方法简单、固定化酶初始活性高以及造价低等特点，但因无机载体结构同时具有不可控性，在很大程度上影响到传质与键合酶的能力，从而导致固定化酶因脱附而村苏失活。因此，有效运用组成与结构可控性较好的有机聚合物对一般无机载体进行改性修饰，以制备出兼具两者有点的复合载体用于酶固定化的相关研究受到了学者们的广泛青睐。如有研究表明，向介孔二氧化硅硅醇基中加入2%的-CH2-CH2-COOH 功能团，结果发现固定有机磷水解酶的活性几乎提高了1 倍；而若将抗体固定于硅烷化多孔二氧化硅载体上面，将能大大提高载体的吸附密度，并使该固定抗体能发挥出更好的治疗效果。因此，可以说，通过改变其功能团类型与使用量将能使固定抗体的速率与稳定性得到极大的提高。同时，由于分子筛固定化酶的操作稳定性较低，致使其在使用过程中容易出现部分酶分子脱落现象，因此，学者们纷纷考开始研究有机官能功能团功能化介入分子筛以制备固定化酶。有研究发现，借助于介孔分子筛本身所具有的自由硅羟基而在其表面嫁接-NH2、-COOH、-CH=CH2等有机官能团来修饰其MCM-48 与SBA-15等新型的介孔分子筛以有效构建酶固定化微环境，将能大大提高酶分子与载体的亲和作用，并使其固定化酶的活性得到大大提高[2]。

3.复合型无机载体

为提高无机材料结合酶的性能，可将那些容易与酶结合的无机或有机材料涂敷在那些多孔无机材料表面以制备出固定化酶的复合载体。有学者以二氧化碳超临界方法制备出硅气凝胶，并在凝胶化前将气凝胶浸渍到富含石英纤维与脂肪酶的硅溶液中，从而将酶包埋在硅气凝胶中，这样一来，固定化进程中乙醇将能对脂肪酶活性实现有效控制，效果比较显著。

结束语

目前，关于无机材料在酶固定化中的有效应用仍处于发展与研究当中，可以预见，伴随无机材料合成技术、酶蛋白连接技术与材料表面改性技术的飞速发展，关于各种无机材料在固定化酶载体中应用的相关研究必将出现质的飞跃，并在工业酶催化进程中得到更加广泛的运用。

参考文献：

[1]隋颖.无机固定化酶载体材料的研究进展[J].山东化工,2013,42(7):67-68,74.

[2]闵丹丹,何文,杜晓永等.酶固定化无机载体材料的研究进展[J].山东陶瓷,2011,34(5):11-16.

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