第三章固定化

EnzymeEngineering

酶工程掌握固定化生物催化劑的概念以及吸附法、包埋法、共價(jià)結(jié)合法、無(wú)載體固定化酶的基本技術(shù)和原理。[重點(diǎn)與難點(diǎn)][教學(xué)目的]1、固定化酶的NCF和CF的關(guān)系及其應(yīng)用；2、高效固定化酶的原則；3、為什么包埋法在實(shí)際工作中廣泛應(yīng)用？它如何與交聯(lián)法結(jié)合以改善缺點(diǎn)。[課堂教學(xué)設(shè)計(jì)]

講授和自學(xué)相結(jié)合。自行比較總結(jié)各種固定化酶方法的優(yōu)缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)包埋法或結(jié)合交聯(lián)法固定細(xì)胞的試驗(yàn)方案。[教學(xué)時(shí)數(shù)]5學(xué)時(shí)思考題固定化酶屬于修飾酶嗎？固定化與酶的化學(xué)修飾在方法上有何異同？固定化酶活力、穩(wěn)定性、專一性等特性發(fā)生了哪些改變？為什么？固定化酶的實(shí)際反應(yīng)速率不同于固有速率？原因何在？針對(duì)目前的研究現(xiàn)狀，你認(rèn)為可以從哪些角度來(lái)深入固定化酶技術(shù)的研究？請(qǐng)說(shuō)明其理由。試述固定化生物催化劑的應(yīng)用。比較游離生物催化劑與固定化生物催化劑的應(yīng)用。設(shè)計(jì)固定化系統(tǒng)時(shí)，如何從載體、酶、方法三方面考慮？除了固定細(xì)胞、酶，還可以固定其他嗎？固定化酶活力的測(cè)定方法有哪些？簡(jiǎn)要敘述每種方法。

生物催化的類型與方式1類型：含酶整細(xì)胞：生長(zhǎng)細(xì)胞、休止細(xì)胞、凍干細(xì)胞、處理或修飾細(xì)胞。分離純化酶：細(xì)胞萃取液、純酶制劑、處理或修飾酶、多酶系統(tǒng)。2方式：游離狀態(tài)、固定化3催化反應(yīng)相:水溶液、含有機(jī)溶劑的水溶液、水-有機(jī)溶劑的雙相系統(tǒng)、有機(jī)溶液或水微溶有機(jī)溶液第三章固定化酶第一節(jié)概述第二節(jié)固定化酶的性質(zhì)及其影響因素第三節(jié)固定化酶的制備第四節(jié)固定化細(xì)胞第五節(jié)固定化輔酶和原生質(zhì)體第六節(jié)酶反應(yīng)器和固定化酶（細(xì)胞）的應(yīng)用什么是固定化酶？處于閉鎖狀態(tài)并能發(fā)揮催化作用的酶。水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固定化酶）固定化技術(shù)第一節(jié)概述二．固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)多次使用可以裝塔連續(xù)反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：純化簡(jiǎn)單提高產(chǎn)物質(zhì)量應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)：首次投入成本高大分子底物較困難第一節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回第二節(jié)固定化酶的性質(zhì)及其影響因素一．影響固定化酶性質(zhì)的因素二．固定化后酶性質(zhì)的變化三．評(píng)價(jià)固定化酶的指標(biāo)一．影響固定化酶性質(zhì)的因素1．酶本身的變化，主要是由于活性中心的氨基酸殘基、高級(jí)結(jié)構(gòu)和電荷狀態(tài)等發(fā)生了變化。一．影響固定化酶性質(zhì)的因素2．載體的影響（1）分配效應(yīng)（2）空間障礙效應(yīng)（3）擴(kuò)散限制效應(yīng)3.固定化方法的影響二．固定化后酶性質(zhì)的變化1．固定化對(duì)酶活性的影響：酶活性下降，反應(yīng)速度下降二．固定化酶的性質(zhì)2．固定化對(duì)酶穩(wěn)定性的影響（1）操作穩(wěn)定性提高（2）貯存穩(wěn)定性比游離酶大多數(shù)提高。

(3)對(duì)熱穩(wěn)定性，大多數(shù)升高，有些反而降低。

(4)對(duì)分解酶的穩(wěn)定性提高。（5）對(duì)變性劑的耐受力升高2．固定化后酶穩(wěn)定性提高的原因：a.固定化后酶分子與載體多點(diǎn)連接。b.酶活力的釋放是緩慢的。c.抑制自降解，提高了酶穩(wěn)定性。3．pH的變化PH對(duì)酶活性的影響：（1）改變酶的空間構(gòu)象（2）影響酶的催化基團(tuán)的解離（3）影響酶的結(jié)合基團(tuán)的解離（4）改變底物的解離狀態(tài)，酶與底物不能結(jié)合或結(jié)合后不能生成產(chǎn)物。固定化酶pH的變化1）載體帶負(fù)電荷，pH向堿性方向移動(dòng)。

微環(huán)境是指在固定化酶附近的局部環(huán)境，而把主體溶液稱為宏觀環(huán)境。3．固定化酶pH的變化載體帶正電荷，pH向酸性方向移動(dòng)。（2）產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)pH的影響催化反應(yīng)的產(chǎn)物為酸性時(shí)，固定化酶的pH值比游離酶的pH值高；反之則低4．最適溫度變化一般與游離酶差不多，但有些會(huì)有較明顯的變化。5．底物特異性變化作用于低分子底物的酶特異性沒(méi)有明顯變化既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶特異性往往會(huì)變化。6．米氏常數(shù)Km的變化，Km值隨載體性質(zhì)變化由于分配效應(yīng)：ρ=[Si]微環(huán)境/[S]宏觀環(huán)境

Km'=Km/ρ(表觀米氏常數(shù))（1）載體與底物帶相同電荷，Si]<[S],ρ<1,Km’>Km固定化酶降低了酶的親和力。（2）載體與底物電荷相反，靜電作用，[Si]>[S]，則ρ>1,Km'<Km米氏方程推導(dǎo)對(duì)簡(jiǎn)單的固定化酶系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)一般服從米氏方程：

三．評(píng)價(jià)固定化酶的指標(biāo)：1．酶活定義（IU)：在特定條件下，每一分鐘催化一個(gè)微摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定義為1個(gè)酶活單位。

——計(jì)量單位2.酶比活定義（游離）：每毫克酶蛋白或酶RNA（DNA)所具有的酶活力單位

——品質(zhì)的體現(xiàn)三．評(píng)價(jià)固定化酶的指標(biāo)：1.固定化酶的比活：每（克）干固定化酶所具有的酶活力單位?；颍?jiǎn)挝幻娣e（cm2）的酶活力單位表示（酶膜、酶管、酶板）。2.操作半衰期：衡量穩(wěn)定性的指標(biāo)。連續(xù)測(cè)活條件下固定化酶活力下降為最初活力一半所需要的時(shí)間（t1/2）三．評(píng)價(jià)固定化酶的指標(biāo)：3.4.或稱偶聯(lián)效率，活力保留百分?jǐn)?shù)。5.相對(duì)酶活力：具有相同酶蛋白（或RNA）量的固定化酶活力與游離酶活力的比值稱為相對(duì)酶活力

四固定化酶的活力測(cè)定方法介紹1.振蕩測(cè)定法：稱取一定量的固定化酶加入一定量的底物溶液，一邊振蕩或攪拌，一邊進(jìn)行催化反應(yīng)取出一定量的反應(yīng)液進(jìn)行酶活力測(cè)定。2.酶柱測(cè)定法：將一定量的固定化酶裝進(jìn)具有恒溫裝置的反應(yīng)柱中讓底物溶液以一定的流速流過(guò)酶柱收集流出的反應(yīng)液測(cè)定其中產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量

四固定化酶的活力測(cè)定方法介紹3.連續(xù)測(cè)定法利用連續(xù)分光光度法等測(cè)定方法可以對(duì)固定化酶反應(yīng)液進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，從而測(cè)定固定化酶的酶活力。

第二節(jié)

固定化酶的性質(zhì)及其影響因素提要影響固定化酶性質(zhì)的因素固定化酶的性質(zhì)評(píng)價(jià)固定化酶的指標(biāo)酶本身的變化載體的影響固定化對(duì)酶活性的影響固定化對(duì)酶穩(wěn)定性的影響最適pH的變化最適溫度變化底物特異性與游離酶不同米氏常數(shù)Km的變化評(píng)價(jià)指標(biāo)活力測(cè)定方法第二節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回第三節(jié)固定化酶的制備一．一般方法及特點(diǎn)二．酶的固定化方法一．一般方法及特點(diǎn)關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)?shù)墓潭ɑ椒ê捅匾妮d體以及穩(wěn)定性研究、改進(jìn)。1．四大類方法：吸附法（包括電吸附法）結(jié)合法（無(wú)機(jī)多孔材料）交聯(lián)法（雙功能試劑）包埋法（微膠囊法）各類固定化方法的特點(diǎn)比較:比較項(xiàng)目吸附法結(jié)合法交聯(lián)法包埋法物理吸附.共價(jià)鍵結(jié)合離子鍵結(jié)合制備難易易難易較難較難固定化程度弱強(qiáng)中等強(qiáng)強(qiáng)活力回收率較高低高中等高載體再生可能不可能可能不可能不可能費(fèi)用低高低中等低底物專一性不變可變不變可變不變適用性酶源多較廣廣泛較廣小分子底物、藥用酶2．選擇方法依據(jù)：（1）酶的性質(zhì)（2）載體的性質(zhì)（3）制備方法的選擇3．固定化后酶的考察項(xiàng)目：（1）測(cè)定固定化酶的活力，以確定固定化過(guò)程的活力回收率。（2）考察固定化酶穩(wěn)定性（2）考察固定化酶最適反應(yīng)條件二．酶的固定化方法（一）吸附法（二）結(jié)合法（三）交聯(lián)法（四）包埋法（entrappingmethod）酶和細(xì)胞固定化示意圖（一）吸附法1．物理吸附：利用各種固體吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上。

（一）吸附法常用載體：無(wú)機(jī)載體：氧化鋁、活性碳、皂土、硅藻土、金屬氧化物、硅膠。一般吸附量<1mg蛋白/克吸附劑有機(jī)載體：淀粉、白蛋白等。一般吸附量幾十毫克蛋白/克吸附劑研究熱點(diǎn)：大孔型合成樹(shù)脂、陶瓷（二）結(jié)合法1離子鍵結(jié)合法2共價(jià)鍵結(jié)合法☆1離子鍵結(jié)合法概念常用載體:DEAE-纖維素，DEAE-葡聚糖凝膠使用注意：pH、離子強(qiáng)度、溫度2共價(jià)鍵結(jié)合法（1）概念（2）可以形成共價(jià)鍵的基團(tuán)：游離氨基，游離羧基，巰基，咪唑基，酚基，羥基，甲硫基，吲哚基，二硫鍵（3）常用載體：天然高分子、人工合成的高聚物、無(wú)機(jī)載體（4）載體活化的方法A．重氮法B．疊氮法C．烷基化反應(yīng)法D．硅烷化法E．溴化氰法A．重氮法反應(yīng)示意式如下A．重氮法目前在我們國(guó)內(nèi)用的較多的載體是對(duì)氨基苯磺酰乙基（ABSE）纖維素、瓊脂糖，葡聚糖凝膠和瓊脂等該方法需要載體具有芳香族氨基A．重氮法反應(yīng)式及原理A．重氮法例5′-磷酸二酯酶的固定化。此酶用來(lái)降解核酸，可分離得到四個(gè)5′-單核苷酸（本成果榮獲國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)，中國(guó)科學(xué)院上海生化研究所袁中一等，我國(guó)第一個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)的固定化酶）B疊氮法例用羧甲基纖維素疊氮衍生物制備固定化胰蛋白酶，步驟如下：⑴酯化：CM-纖維素先洗滌干燥，然后懸于無(wú)水甲醇中，在冰浴中通入HCl氣體，進(jìn)行酯化反應(yīng)；然后洗滌，空氣干燥。⑵肼解。把酯化后的CM-纖維素懸于甲醇中，再加入80%水合肼回流反應(yīng)1小時(shí)，過(guò)濾，洗滌干燥。B疊氮法⑶疊氮化。肼解后的CM-纖維素（1g）加入150ml2%HCl在冰浴中混合，攪拌滴加9ml3%NaNO2反應(yīng)20min，過(guò)濾用冷蒸餾水洗滌，同時(shí)加酶(4)偶聯(lián)：經(jīng)疊氮化后的載體加入0.05NpH8.0磷酸緩沖液（內(nèi)含250-500mg酶），5℃攪拌2-3小時(shí)，過(guò)濾，用0.001NHCl，水洗滌，即為固定化胰蛋白酶（凍干保存）B疊氮法對(duì)含有羧機(jī)基的載體，與肼基作用生成含有酰肼基團(tuán)的載體，再與亞硝酸活化，生成疊氮化合物。最后于酶偶聯(lián)C．烷基化反應(yīng)法D．硅烷化法多孔玻璃特點(diǎn)：①機(jī)械強(qiáng)度好，表面積大。②耐有機(jī)溶劑和微生物破壞。載體可以再生，壽命長(zhǎng)等。D．硅烷化法一般常用的載體：多孔玻璃，多孔陶瓷。D．硅烷化法D．硅烷化法D．硅烷化法E．溴化氰法本方法主要用溴化氰（CNBr）活化多糖類物質(zhì)。如纖維素、葡聚糖、瓊脂糖等.E．溴化氰法（三）交聯(lián)法借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)作用，制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定化酶的方法稱為交聯(lián)法。也可用于含酶菌體或菌體碎片的固定化。（三）交聯(lián)法的形式交聯(lián)法有2種形式： 酶直接交聯(lián)法 酶輔助蛋白交聯(lián)雙重固定法

（1）吸附交聯(lián)法（2）交聯(lián)包埋法酶直接交聯(lián)法在酶液中加入適量多功能試劑，使其形成不溶性衍生物。固定化依賴酶與試劑的濃度、溶液pH和離子強(qiáng)度、溫度和反應(yīng)時(shí)間之間的平衡。酶輔助蛋白交聯(lián)為避免分子內(nèi)交聯(lián)和在交聯(lián)過(guò)程中因化學(xué)修飾而引起酶失活，可使用第二個(gè)"載體"蛋白質(zhì).（1）吸附交聯(lián)法先將酶吸附在硅膠、皂土、氧化鋁、球狀酚醛樹(shù)脂或其他大孔型離子交換樹(shù)脂上，再用戊二醛等雙功能試劑交聯(lián)。用此法所得固定化酶也可稱為殼狀固定化酶。（2）交聯(lián)包埋法把酶液和雙功能試劑（戊二醛）凝結(jié)成顆粒很細(xì)的集合體，然后用高分子或多糖一類物質(zhì)進(jìn)行包埋成顆粒。這樣避免顆粒太細(xì)的缺點(diǎn)，同時(shí)制得的固定化酶穩(wěn)定性好。（四）包埋法（entrappingmethod）定義：將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中，使酶固定化的方法稱為包埋法。（四）包埋法包埋法分為網(wǎng)格型和微囊型1．網(wǎng)格型2．微囊型1．網(wǎng)格型(1)概念將酶或含酶菌體包埋在凝膠細(xì)微網(wǎng)格中，制成一定形狀的固定化酶，稱為網(wǎng)格型包埋法。也稱為凝膠包埋法2．微囊型包埋法是將酶包埋在各種高分子聚合物制成的小球內(nèi)，制成固定化酶。由于固定化形成的酶小球直徑一般只有幾微米至幾百微米，所以也稱為微囊化法。

微囊化法制備固定化酶有兩種方法①界面沉淀法②界面聚合法①界面沉淀法這是一種簡(jiǎn)單的物理法，它是利用某些高聚物在水相和有機(jī)相的界面上溶解度較低而形成的皮膜將酶包埋。此法條件溫和，酶失活少，但要完全除去膜上殘留的有機(jī)溶劑很麻煩。②界面聚合法是用化學(xué)手段制備微囊的方法。利用油水界面上發(fā)生聚合反應(yīng)形成聚合體而將酶包裹起來(lái)。②界面聚合法固定化酶方法研究熱點(diǎn)1熱處理法：2結(jié)晶法：3分散法：第三節(jié)提要一般方法及特點(diǎn)酶的固定化方法吸附法結(jié)合法交聯(lián)法包埋法第三節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回第四節(jié)微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞固定化細(xì)胞特性比較細(xì)胞種類植物細(xì)胞微生物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞大小/um20-3001-1010-100倍增時(shí)間/h>120.3-6>15營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單復(fù)雜光照要求大多數(shù)要光照不要求不要求對(duì)剪切力敏感大多數(shù)不敏感敏感主要產(chǎn)物色素、藥物、香精、酶等醇、有機(jī)酸、氨基酸、抗生素、核苷酸、酶疫苗、激素、抗體、酶固定化細(xì)胞的特點(diǎn)類型：生理狀態(tài)：形狀：使用周期：理論上講，固定化增殖細(xì)胞保持了細(xì)胞原有的全部活性，只要載體不解體，不污染就可以長(zhǎng)期使用。概念：固定在載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動(dòng)的細(xì)胞稱為固定化細(xì)胞.該細(xì)胞能進(jìn)行正常的生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝，又稱固定化活細(xì)胞或固定化增殖細(xì)胞。細(xì)胞固定化方法吸附法包埋法吸附法它主要通過(guò)載體與細(xì)胞間的靜電引力，即細(xì)胞表面與載體之間范德華作用力，離子鍵和氫鍵作用力，才使細(xì)胞固定在載體上的。影響吸附法的主要因素（1）Z-電位：Z-電位能近似地代表表面電荷密度的大?。?）細(xì)胞的性質(zhì)和細(xì)胞壁的組成：細(xì)胞壁的電荷性質(zhì)（3）載體的性質(zhì)：特別是玻璃、陶瓷等無(wú)機(jī)材料包埋固定法包理法是在細(xì)胞自身并不與凝膠基體發(fā)生化學(xué)鍵合的情況下將其包埋在半透性聚合物顆粒（或膜）內(nèi)的一種固定化方法。包埋法的最大優(yōu)點(diǎn)是能較好的保持細(xì)胞內(nèi)多酶系統(tǒng)的活力，可象游離細(xì)胞那樣進(jìn)行產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)。

包埋法分類常用載體：瓊脂、海藻酸鈣、角叉菜膠、明膠、聚丙烯酰胺常用凝膠包埋法通過(guò)改變載體溶液參數(shù)包埋細(xì)胞改變載體溶液、操作溫度、鹽濃度、pH值和溶劑等參數(shù)時(shí)，亦可使其轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)，將細(xì)胞包埋其中。研究熱點(diǎn)——光交聯(lián)樹(shù)脂包埋法例：相對(duì)分子量為1000-3000的光交聯(lián)聚氨酯預(yù)聚物等，加入1%左右的光敏劑，加水配成一定濃度，加熱至50℃，然后與一定濃度的細(xì)胞懸浮液混合均勻，攤成一定厚度的薄層，用紫外照射3min，就可制得第四節(jié)固定化細(xì)胞提要特點(diǎn)方法目的第四節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回第五節(jié)固定化原生質(zhì)體和輔酶一原生質(zhì)體固定化的方法制備原生質(zhì)體——將原生質(zhì)體重新懸浮在含有滲透壓穩(wěn)定劑的緩沖液中配成原生質(zhì)體懸浮液——包埋法固定化原生質(zhì)體。關(guān)鍵：原生質(zhì)體如何制備？二原生質(zhì)體的制備將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞收集——懸浮在含有滲透壓穩(wěn)定劑的高滲緩沖液中——去細(xì)胞壁——分離純化——得到原生質(zhì)體-活性鑒定三酶解注意要點(diǎn)1酶解前要預(yù)處理：主要是為了使酶滲透到細(xì)胞器中去。采取的策略：先加入物質(zhì)抑制或阻止某種細(xì)胞壁的成分合成，可以使酶插入。一般加入：巰基乙醇，Triton-100,甘氨酸、青霉素。三酶解注意要點(diǎn)2酶系選擇：溶菌酶蝸牛酶β葡聚糖酶纖維素、半纖維素、和果膠酶3酶濃度選擇（0.5%-1%）三酶解注意要點(diǎn)4酶解溫度和pH5酶解終點(diǎn)確定四穩(wěn)定劑（高滲溶液）要求1加入的化合物對(duì)細(xì)胞和原生質(zhì)體無(wú)毒性2不會(huì)影響水解酶的活性3對(duì)代謝產(chǎn)物無(wú)不良影響四穩(wěn)定劑加入操作注意點(diǎn)1 一定pH（酶和菌體活性最高）2 一定的濃度（過(guò)高濃度原生質(zhì)體易脫水皺縮）3 種類：無(wú)機(jī)鹽-對(duì)細(xì)菌有機(jī)物糖和糖醇-酵母4 易于滲入質(zhì)膜、易于被原生質(zhì)體和菌體分解的物質(zhì) 不宜作為穩(wěn)定劑五原生質(zhì)體細(xì)胞活性的檢測(cè)1熒光素雙醋酸鹽（FDA)染色法2酚藏花紅染色法3伊文思蘭染色法四輔酶固定化1原因有機(jī)輔因子中具有某些特殊的化學(xué)基團(tuán)，參與酶的催化反應(yīng)(遞氫、遞電子或遞某些化學(xué)基團(tuán)的作用）有機(jī)輔因子在使用過(guò)程中要流失，并且不能自行再生有機(jī)輔因子價(jià)格昂貴——工業(yè)上應(yīng)用全酶的關(guān)鍵是有機(jī)輔因子的保留和再生輔酶固定化的方法：2固定化方法與酶相似，一般采用溴化氰法，碳二亞胺法以及重氮偶聯(lián)法等共價(jià)偶聯(lián)，或?qū)⑵溥M(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)修飾后固定在超濾器中。3輔酶固定化必須解決輔酶在多個(gè)酶之間傳遞的障礙。策略：先在輔酶的一定部位進(jìn)行修飾--引入功能團(tuán)和間隔臂（形成輔酶衍生物）--再與水溶性高分子結(jié)合輔酶的固定化輔酶的固定化輔酶再生的形式：輔酶和酶共固定 與酶分子偶聯(lián)成輔酶-酶復(fù)合物第五節(jié)固定化原生質(zhì)體和輔酶的固定化原生質(zhì)體輔酶固定化方法固定化要點(diǎn)原因方法形式第五節(jié)結(jié)束點(diǎn)擊返回第六節(jié)酶反應(yīng)器和固定化酶（細(xì)胞）的應(yīng)用

酶反應(yīng)器介紹酶反應(yīng)器的選擇和應(yīng)用固定化酶和細(xì)胞的應(yīng)用生物催化反應(yīng)器工程通過(guò)反應(yīng)器型式、操作方式的改變能否使生物催化反應(yīng)效率最大化？將反應(yīng)與傳質(zhì)緊密相關(guān)

一．酶反應(yīng)器。

分批攪拌反應(yīng)器。攪拌罐型連續(xù)流攪拌桶反應(yīng)器。固定床型（填充床反應(yīng)器）流化床反應(yīng)器連續(xù)攪拌桶-超濾反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器膜式反應(yīng)器鼓泡塔型

分批攪拌反應(yīng)器反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要特殊裝置，適與小規(guī)模試驗(yàn)

連續(xù)流攪拌桶反應(yīng)器連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器

填充床反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)填充床流化床反應(yīng)器與連續(xù)流攪拌桶式反應(yīng)器類似，是讓適量的顆粒狀酶懸浮于反應(yīng)床中，不用攪拌器，而是底物向上流過(guò)固定酶床，因此流速要適當(dāng)控制。

循環(huán)反應(yīng)器高效內(nèi)循環(huán)生物反應(yīng)器（HCR）

連續(xù)攪拌桶-超濾反應(yīng)器膜式反應(yīng)器定義：由膜狀或板狀固定化酶或固定化微生物組裝的反應(yīng)器均稱為膜式反應(yīng)器。類型：直接接觸式酶膜反應(yīng)器、擴(kuò)散型膜反應(yīng)器和多相酶膜反應(yīng)器。膜式反應(yīng)器采用聚砜中空纖維膜反應(yīng)器固定淀粉酶可控制淀粉水解，制備糊精。鼓泡塔型反應(yīng)器適用對(duì)象：反應(yīng)中涉及氣體的吸收或產(chǎn)生時(shí)適用。氣體進(jìn)入方式：與底物一起從底部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)氣體分散板分散。和循環(huán)液從底部以切線方向進(jìn)入。生物催化反應(yīng)－分離耦合反應(yīng)器Diagramoftheenzymaticsynthesisofcefaclorwithinsituproductremoval.(1)Complexationreactor,(2)enzymaticreactionreactor,(3)peristalticpump,(4)sintered-glass(G2),(5)mechanicalstirrer.反應(yīng)－分離耦合反應(yīng)器成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物在線分離青霉素?；干锎呋铣深^孢克羅產(chǎn)物在線分離策略實(shí)現(xiàn)頭孢克羅半連續(xù)制備JournalofMolecularCatalysis,17(2):81-87,2003.

BiotechnologyLetters,2003,25(14):1195-1198.

J.MolecularCatalysisB:Enzymatic,2003,26(1-2):99-104.

JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology,2004,79:480-485.

減壓式反應(yīng)器用于生物催化反應(yīng)中易揮發(fā)產(chǎn)物的在線去除

WeiDongzhi*,Yuying,BiocatalysisandBiotransformation,2003,21(3)135-139.

生物催化合成油酸乙基葡萄糖苷酯減壓式反應(yīng)器用常規(guī)反應(yīng)器用反應(yīng)器選擇酶的形式：溶液酶顆粒狀或片狀固定化酶膜狀和纖維狀固定化酶底物的物理性質(zhì)：溶解性、顆粒物質(zhì)和膠體物質(zhì)反應(yīng)操作要求酶的穩(wěn)定性應(yīng)用和可塑性和成本酶反應(yīng)器的應(yīng)用控制酶反應(yīng)器液態(tài)流動(dòng)方式反應(yīng)器中流動(dòng)方式的改變會(huì)使酶與底物的接觸不良，造成反應(yīng)器生產(chǎn)能力降低。流動(dòng)方式改變?cè)斐煞椿斐潭鹊淖兓瑫?huì)發(fā)生程度不同的反應(yīng)或副反應(yīng)。物料粒子進(jìn)入反應(yīng)器后所經(jīng)歷的時(shí)間稱為粒子的年齡。粒子離開(kāi)反應(yīng)器時(shí)的年齡稱為停留時(shí)間。反應(yīng)器內(nèi)不同年齡的粒子間的混合稱為反混。酶反應(yīng)器的應(yīng)用酶反應(yīng)器對(duì)底物恒定轉(zhuǎn)化目的：反應(yīng)器能平穩(wěn)的進(jìn)行工作，有利于實(shí)現(xiàn)自控操作方法：控制底物流速國(guó)外熱點(diǎn)：將固定化酶反應(yīng)器串聯(lián)或并聯(lián)操作。酶反應(yīng)器的應(yīng)用保持酶反應(yīng)器的穩(wěn)定性：防止酶變性、中毒、自溶或載體磨損。防止酶反應(yīng)器中微生物污染向底物中加入殺菌、抑菌物質(zhì)，或有機(jī)溶劑底物物料預(yù)先除菌在45度以上環(huán)境中或酸、堿緩沖液中進(jìn)行反應(yīng)酶反應(yīng)器每次用后消毒二．固定化酶（細(xì)胞）的應(yīng)用1．固定化酶（細(xì)胞）在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用2．固定化酶在醫(yī)藥治療上的應(yīng)用3．固定化酶在分析化學(xué)中應(yīng)用4．固定化酶和親和色譜5．固定化酶與環(huán)境保護(hù)6．新能源開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用7．固定化酶在基礎(chǔ)理論研究中應(yīng)用1．固定化酶（細(xì)胞）在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用葡萄糖異構(gòu)酶——世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的一種固定化酶。用吸附法、結(jié)合法、凝膠包埋法等進(jìn)行固定化。

葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖果糖果葡糖漿固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用聚丙烯酰胺凝膠包埋含有延胡索酸酶的產(chǎn)氨短桿菌菌體，制得固定化延胡索酸酶。工業(yè)化生產(chǎn)L-蘋(píng)果酸利用固定化乳糖酶可以連續(xù)生產(chǎn)低乳糖奶固定化酵母細(xì)胞等微生物可用于生產(chǎn)各種酒類固定化原生質(zhì)體的應(yīng)用研究中：固定后化枯草桿菌原生質(zhì)體生產(chǎn)堿性磷酸酶，使原來(lái)存在于細(xì)胞中的堿性磷酸酶，全部分泌到發(fā)酵液中，提高產(chǎn)率36%，可連續(xù)使用37天。2．固定化酶在醫(yī)藥治療上的應(yīng)用例1固定化青霉素?；福灰淖僷H值等條件，就既可以催化青霉素或頭孢菌素水解生成6-氨基青霉烷酸酸或7-氨基頭孢霉烷酸也可以催化6-APA或7-ACA與其他的羧酸衍生物進(jìn)行反應(yīng)合成新的具有不同惻鏈基團(tuán)的青霉素或頭孢霉素青霉素酰化酶催化合成頭孢類抗生素

7-ACAasnucleus青霉素?；复呋铣深^孢類抗生素7-ACCAor7-ADCAasnucleus酶促合成頭孢類抗生素--Reversiblereaction--Hydrolysisofsubstrateorproductbybiocatalyst--Difficultyofseparationofproductfromreactants++Esterase

HydrolaseSynthetase固定化酶在醫(yī)藥治療上的應(yīng)用例2：制造人工腎利用固定化脲酶透析液和活性炭一起制成的體外循環(huán)裝置，大大提高了療效。固定化脲酶由酶與離子交換樹(shù)脂一起制成微小膠囊尿酶可分解尿素為NH3和CO2，NH3被樹(shù)脂吸附，CO2可由肺部排出，活性炭用以吸附尿素以外的代謝廢物。

3．固定化酶在分析化學(xué)中應(yīng)用酶柱和酶管，可與分光光度計(jì)、熒光計(jì)或電量計(jì)結(jié)合，形成酶電極，進(jìn)行某些物質(zhì)的自動(dòng)分析。酶電極酶電極特點(diǎn)：快速、方便、靈敏、精確范圍：糖類、抗生素、氨基酸、甾體化合物、有機(jī)酸、脂粉、醇類、胺類以及尿素、尿酸、硝酸、磷酸等要求：酶必須有較強(qiáng)的專一性，并且要有一定的純度。一．概論

生物傳感器又稱生物活性物質(zhì)修飾的傳感器。

一般傳感器可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器。例如熱敏電阻是最常用的物理傳感器，而玻璃pH電極是最常用的化學(xué)傳感器。

固定化青霉素酶層熱敏電阻pH電極敏感部固定化青霉素酶層生物傳感器的基本原理；易測(cè)量的物理,化學(xué)量生物活性物質(zhì)不易測(cè)量的化學(xué),生物量基礎(chǔ)傳感器測(cè)量信號(hào)

酶生物傳感器微生物細(xì)胞生物傳感器動(dòng)物組織生物傳感器植物組織生物傳感器免疫生物傳感器基因生物傳感器其他雜合膜生物傳感器

電化學(xué)生物傳感器（又稱為生物電極）光學(xué)（纖維）生物傳感器熱敏生物傳感器壓電晶體生物傳感器等等

生物電極還可分