纤维素酶固定化的最新研究进展

摘要：由于自然界中游离的纤维素酶活力比较低，不耐热，所以其应用受到限制，而把游离的纤维素酶制成固定化酶制剂后，与游离纤维素酶相比具有可重复操作，比游离酶耐温，与底物亲和力提高等特点。因此，酶的固定化可以改善游离酶的性质并提高其稳定性。近年来对纤维素酶固定化的研究比较多，文章主要对近年纤维素酶固定化的研究进展作一综述。

关键词：纤维素酶；固定化；载体结合法；交联法

中图分类号：Q814.2 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-11-0046-1

0 前言

固定化酶（immobilized enzyme）又称固相酶，是将酶固定于水不溶性载体 ，即将酶锁闭于一定空间内，使其不溶于水溶液。固定化酶是21世纪发展起来的一项新技术，1916年Nelson和Griffin最先发现了酶的固定化现象后，科学家们就开始了固定化酶的研究工作。1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸，开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。固定化酶的制备方法主要有三种：载体结合法、包埋法和交联法。目前应用得比较多的是载体结合法与交联法。

固定化酶与游离酶相比，具有不可比拟的优点，主要表现在：酶与产物易于分开，可以回收再利用，在经济成本上较优于游离酶；固定化酶可以改善酶的操作性能和稳定性；另外固定化酶不混入产物，可以精简分离工序等[1]。近年来，国内外对纤维素酶的固定用以改善游离纤维素酶性质的研究比较多，本文对近期用交联法、载体结合法等方法对纤维素酶进行固定的研究作一综述。

1 国外对纤维素酶固定化的研究概况

国外对纤维素酶固定化的研究开展得比较早。1997年Ge Y.Burmaa B.等[2]就开始同时固定化了纤维素酶和葡萄糖异构酶，结果发现固定化酶仍然保存了50%的初始酶活力。随后，F Bissett,B Sternberg（1978）[3]以壳聚糖为载体固定了黑曲霉产的β-葡萄糖苷酶。结果表明固定化酶以游泳酶具有更高的热稳定性，固定化酶与游离酶的最适PH相差不大但是在偏酸的环境仍有较高酶活等优点。B.A.Sm.K Havkine（2004）等[4]研究了固定在硅质支持物上的淀粉酶和纤维素酶的性质和功能。Yoshimot M（2006）[5]等优化了微脂体交联固定的纤维素酶水解纤维素的一些条件，探讨了最佳固定化方法。Jones PO（2009）[6]等研究了离子交联纤维素酶的结合量以及固定化该纤维素酶后其水解的一些性质。Tébéka IR（2009）[7]等研究了游离纤维素酶以及固定化纤维素酶的水解活性。国外对纤维素酶固定化的研究主要在于研究固定化酶的酶促动力学、水解特性等。

2 国内纤维素酶固定化的最新进展

我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的酶学工作者同时开始了固定化酶的研究工作，随后许多科研院所也逐渐开展了对酶固定化的研究工作[8]。在固定化酶研究初期，人们主要集中于各种制备方法的研究，近年来，人们的注意力已开始转向固定化酶与固定化细胞在工业，农业，医学，等方面的应用。鲁爱华（2009）[9]等分别以冻干壳聚糖微球和湿壳聚糖微球为载体，戊二醛为交联剂进行纤维素酶的固定化研究，并对2种固定化酶的热稳定性、米氏常数、重复利用次数、pH值加以对比分析。确定酶固定化的适宜条件为：0.03g冻干壳聚糖微球与10 mL4 g/L戊二醛交联4h后，加入10mg酶固定2h，酶活力回收率为96.3%；0.1g湿壳聚糖微球与10mL2 g/L戊二醛交联2h后，加入6mg酶固定4h，酶活力回收率为62.4%。与游离酶相比，2种固定化酶的米氏常数均降低；具有很好的热稳定性。冻干载体更易与酶分子结合，酶活力回收率高于湿载体固定化酶。刘志良（2010）[10]等用硅胶作栽体，戊二醛作交联剂，制备了固定化的纤维素酶。同时对制备固定化纤维素酶的偶联剂浓度、pH、给酶量3个影响因素进行了研究，通过正交试验优化得出最佳的固定化条件：交联剂戊二醛浓度为1%，固定化pH值为5，固栽量为每克载体100mg纤维素酶。裴哲、朱启忠（2010）[11]等从香菇中提取纤维素酶后，先后研究了以海藻酸钠、明胶为载体固定化纤维素酶的方法。结果表明，3种固定化酶较游离酶有更好的耐热性与pH值稳定性，其中交联包埋法固定化酶在重复利用性、与底物的亲和程度、酶的固定率等方面均优于直接包埋法和包埋交联法，在重复使用6次后，仍保持72.2%的酶活力。而明胶的最佳浓度为3.0，戊二醛浓度为1.0。与游离酶相比，固定化酶最适反应 pH向酸性方向移动了0.4，最适反应温度提高了5℃，并且固定化酶具有良好的贮存稳定性。张孟麒（2010）[12]等采刚Placken-Burman试验设计和正交试验设计对影响固定化纤维素酶活的因素进行了筛选和优化。探讨了纤维素酶、壳聚糖、乙酸、乙醇、戊二醛等试剂对固定化效果的影响。结果表明：壳聚糖、乙酸、乙醇浓度、酶浓度分别为15L、2.0%、40%、100%时，以壳聚糖为载体制备固定化纤维素酶的活力最高。

随着对纤维素酶固定化方法研究的深入，新型载体应用于纤维素酶的固定化以后，相信在不久的将来一定能够在现有基础上提高纤维素酶固定化的效率，为有效解决利用纤维素废弃物提供高效的酶。

参考文献（略）

项目基金：乐山师范学院自然科学基金（Z0924）。

作者简介：胥成浩（1968-），男，乐山师范学院化学与生命科学学院副教授，研究方向：生物化学的教学与研究。

通讯作者：农向。