在合成工艺性化过程中,固定化酶在可操作性和经济性两方面都具备巨大的优势。
除了使用方便,固定化酶拥有分离简单和可重复使用两大最主要的优点。反应完毕可以通过过滤等常规手段与产品分离,大大降低产品的下游处理成本,而且可以高效应用于各种类型的反应器,实现生产连续化和自动化,提升反应效率。另外,固定化酶的可重复使用特性,使用成本大幅下降,解决了酶催化应用过程中面临的最大障碍。
应用固定化酶有非常大的灵活性,适用于固定床连续生产工艺,也适用于釜式搅拌反应器的批次生产工艺。
固定化酶具有刚性结构,增加了酶的稳定性,特别是在有机溶剂中,避免了酶活性结构的改变,维持酶活性稳定。
固定化收率、传质限制和操作稳定性是制备固定化酶过程中的关键参数,深刻的影响酶的固定化效率,必须严格控制。通过弱电相互作用力吸附或强共价作用力键合连接,是酶固定化的两种主要途径,使用哪种方法固定取决于固定化酶的使用条件和应用需要。
固定化酶已大量应用于医药中间体和食品添加剂的规模化生产。其中一些重要产品工业化生产过程如下:
固定化酶载体的性质
功能基团
树脂功能基团的活化类型、表观结构、分散度以及密度决定酶固定化效率、固定化酶活性和机械稳定性。创科生物科技有限公司提供各种不同功能团的树脂载体。
孔径和表面积
通常情况下,大的载体表面积(>100 m2/g)和孔径对酶和底物的充分接触是必需的,孔径>300 A 足以使酶分子进入到孔内与孔径内表面充分接触。创科生物提供的不同孔径和表面积的酶载体,大都达到或高于400A和>400 m2/g。
疏水/亲水性
树脂基体影响着酶蛋白质与基质非共价作用力的类型和强度,此外,还影响着底物/产物的吸附性、分散度和利用率。创科生物M系列树脂载体由苯乙烯、丙烯酸酯等单体单独或共同聚合而成,具备全面的亲水和疏水性能,可以适用于全部类型的应用。
溶解性
酶载体必须在有机溶剂中不溶解或崩解,不仅可以防止酶的流失,还能预防溶解的基质和酶对产品的污染。创科生物提供的酶载体树脂具备高强度的圆形球体结构,可以应用于固定床和搅拌釜反应器。
机械稳定性
酶载体需要根据反应器类型达到不同的机械稳定性,特别是在搅拌反应釜中酶载体需要对抗搅拌浆和釜壁的摩擦造成的磨损。创科生物M系列酶载体具备很高的机械稳定性,使其可以多批次重复使用。
载体粒径
酶载体颗粒大小影响着反应后处理时的过滤效率。而且对于柱反应器,还决定着柱后压和反应体系流动速度。创科生物供应150-300和300-700两种粒径的酶载体树脂,这两种规格可以满足实验室小试到工业化生产的应用要求。
抗微生物降解
长期储存时,酶载体树脂必须能够对抗微生物对树脂的分解。创科生物M系列酶载体可以长期储存而无任何性能损失。
再生性
对特殊类型的载体可以再生重复固载。M系列酶载体对于物理吸附类型可以多次重复回收,用于酶的重新固载。
安全性
M系列酶载体树脂经处理后,对人无害,可以应用于食品原料的处理和生产。
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环氧基树脂
环氧基树脂可以简单的通过多点共价键合与酶连接固定。
MC-150EP和MC-300EP是以苯乙烯和丙烯酸酯为基质,并以环氧功能基活化,该树脂载体固定化酶可以在水相或水/有机两相反应体系中催化疏水性底物的反应。环氧化功能基团和高疏水性的基质使其较适用于脂肪酶的固定化。
氨基功能化树脂是另外一种常用的酶共价固定化载体,该树脂可以在用于酶固定之前先用戊二醛预活化,然后使载体上的醛基与酶分子上的氨基发生反应形成Schiff 碱,构建牢固的多点共价键合位点,该键合位点还可以通过硼烷还原形成更加稳定的连接。
MI-BS1具备较短的氨基连接臂,MI-BN4具备较长的氨基连接臂,都拥有两种孔径规格的产品。
酶吸附树脂载体
该类型树脂载体是以物理吸附的原理把酶固定在不溶于水的载体树脂表面,固定化方法温和,几乎不改变酶的构象,对酶活性中心也没有损害,特别适用于有机溶剂或疏水性溶剂中的固定化,同时固定化过程不需要任何其它试剂。
创科生物酶载体树脂产品系列中包括以苯乙烯和丙烯酸脂为基质的不同孔径和疏水性的吸附树脂。表观性能设计为脂肪酶和蛋白酶固定化的最佳参数。
MI-150IDA和MI-300IDA为两种不同粒径的离子吸附酶载体树脂,在较高的离子强度内可以与酶分子形成离子相互作用力,从而吸附固定酶。其吸附是过逆的但吸附力强度较范德华力强,当酶活力消失后,载体可以回收重复使用。
MA-NP6为大孔苯乙烯基的疏水性树脂,交联程度高,具备很高的机械稳定性,适合于釡式和固定床反应器。
MA-WP8为弱极性大孔疏水性树脂,其具有苯乙烯和丙烯酸型基质,非常适用于脂肪酶类的固定化,且可应用于有机溶剂和水相中,对疏水性底物有较高的催化活性。
MA-P9极性大孔树脂具备较大的孔径和表面积,对脂肪酶的固定化过程简单,保存和处理方便,活性稳定,对脂肪酶和蛋白酶的固定化,具有活性高、稳定性高和机械强度高的特点。固定化酶适用于釜氏反应器和固定床酶反应器。
酶载体树脂以含水湿形态供应,使用前无需任何处理。