固定化酶技术及应用的研究进展
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摘要：固定化酶技术作为一门交叉学科技术，在生命科学、生物医学、食品科学、化学化工及环境科学领域得到了广泛应用。新型载体材料的合成是今后固定化酶发展的一个非常重要的研究领域。本文主要介绍了固定化酶的载体，固定化技术以及应用的研究现状和发展趋势。
关键词：固定化酶 载体 固定化技术 应用
酶是重要的生物催化剂，具有专一性强、催化效率高、无污染、反应条件温和等特点，在制药、食品、环保、酿造、能源等领域都得到了广泛的应用。但在实际应用中，酶也存在许多不足，如大多数的酶在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失活，不够稳定；与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用，这种一次性使用酶的方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产；并且分离纯化困难，也会导致生产成本的提高等。上世纪60 年代出现的固定化酶技术(Immobilized enzyme technology) 克服了酶的上述不足。酶的固定化是指采用有机或无机固体材料作为载体，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又克服了游离酶的不足，呈现出贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点，从而成为生物技术中最为活跃的研究领域之一。
1. 传统酶固定化技术
传统酶的固定化方法可大致分为吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等4 种。吸附法是指通过载体表面和酶表面间的次级键相互作用而达到酶固定化的方法，根据吸附剂的特点又可分为物理吸附和离子交换吸附。该法具有操作简便、条件温和及吸附剂可反复使用等优点，但也存在吸附力弱，易在不适pH 、高盐浓度、高底物浓度及高温条件下解吸脱落的缺点。共价偶联法是将酶的活性非必须侧链基团与载体的功能基通过共价键结合，故表现出良好的稳定性，有利于酶的连续使用，是目前应用和研究最为活跃的一类酶固定化方法，但共价偶联反应容易使酶变性而失活。交联法是利用双功能或多功能基团试剂在酶分子之间交联架桥固定化酶的方法，其更易使酶失活。包埋法包括网格包埋、微囊型包埋和脂质体包埋等，包埋法中因酶本身不参与化学结合反应，故可获得较高的酶活力回收，其缺点是不适用于高分子量底物的传质和用于柱反应系统，且常有扩散限制等问题。上述各种固定化酶的方法所表现出的不足之处限制了其广泛应用，因此，设计和合成性能优异的新型酶固定化材料，研制开发简便、实用的固定化方法是目前固定化酶研究的重点之一。
2. 新型载体材料及固定化技术
传统酶的固定化方法虽在一定程度上可以增强生物催化剂的稳定性，但增强幅度有待进一步提高，并且在此过程中，生物催化剂酶催化活力通常损失严重。运用当代高新技术设计合成新型载体以及两者的有机结合是引人注目的研究动向。因此目前不断地有新的载体和技术引入酶的固定化领域，如：无载体固定化、微波/超声辅助的固
定化、微胶囊固定化、电辅助固定化等，且固定化生物催化剂也越来越广泛地应用于医疗、生物医药、环境保护、食品工业、化学工业、能源等领域。
载体材料的选择是决定酶能否成功固定化以及固定化酶活力高低的重要因素。酶蛋白的活性中心是酶催化活性所必需的，酶蛋白的空间结构也与酶活力密切相关，因而．在固定化的过程中，必须注意酶活性中心的氨基酸残基不受到载体的影响．而且要避免酶蛋白高级结构的破坏。酶固定化对载体材料具有很高的要求，理想的载体要有良好的机械强度、热稳定性及化学稳定性、耐微生物降解性和对酶的高结合能力等特点。
2.1 酶固定化过程中的新载体
2.1.1介孔材料
孔道的结构和尺寸对酶活力及稳定性有着明显的影响，在合适的孔道中酶固定化后其活力提高到游离酶的2倍，大孔道有利于固定化与催化过程中酶蛋白和底物、产物的传输，从而能提高酶的固定化和催化效果。目前，大孔道、高比表面积和孔容的新型介孔材料不断被引入酶固定化领域，因为在大孔道、高比表面积、高孔容的介孔材料中酶的负载量大。（如图1所示）
2.1.2 纳米管
碳纳米管是一种新型纳米材料。它是由石墨片层卷曲而成的无缝纳米管。将生物大分子，如氨基酸、蛋白质、酶、DNA 等结合在碳纳米管的表面或端口上，可提高它在水溶液中的溶解度，为实现碳纳米管的各种生物应用奠定了基础。纳米管的内表面与酶之间存在强烈的相互作用，从而使得管内酶蛋白结构稳定且保留相当的催化活力，并且用其制成电极能够有效实现底物氧化及电子的传递。硅纳米管用于固定化酶时，能够保持酶的活性，并且提高酶的热稳定性及对PH 的耐受性。
2.1.3 磁性高分子微球
磁性高分子微球是由无机磁性纳米粒子与有机高分子通过包埋法、单体聚合法合成的具有磁响应性和微球特性的粒子。通过共聚合和表面改性，磁性高分子微球表面可被赋予多种活性功能基团（如-OH 、-COOH 、-CHO 等）。无机磁性纳米粒子应用较多的是Fe 3O 4，单体聚合
法主要包括乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合、种子乳液聚合。磁性微球有良好的表面效应和体积效应，如比表面积较大，微球官能团密度较高，选择性吸附能力较强，吸附平衡时间较短等。它的物理化学性质稳定，具备一定的机械强度和化学稳定性，能耐受一定浓度的酸碱溶液和微生物的降解，通过表面改性赋予多种活性的功能基团，这些功能基团可以连接生物活性物质。磁性微球可以用于凝胶化和小颗粒的固定化酶分离纯化，尤其是纳米级的固定化酶。除此之外，还可以利用磁场来控制固定化酶的分散，这就避免了传统的搅拌对酶结
构的机械损伤，以提高酶的稳定性。目前，以磁性材料为载体的固定化酶在很多领域得到广泛应用，如有机合成、生物传感器以及体内的药物靶向传输等。
2.2新型固定化技术
2.2.1 微波/超声辅助固定化法
微波是一种电磁波。微波加热的主要原理是介质材料的极性分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热，从物质内部开始，瞬时达到需要的温度。微波加热具有许多传统加热不具备的优点，包括：加热迅速、均匀，不需要热传导过程，内外同时加热，加热时间短；加热质量高，营养破坏少；节能高效；易于控制功能等。 超声波是指振动频率大于20 kHz以上的一种纵波，在介质中传播时，使介质发生物理和化学变化，从而产生一系列超声效应，包括热效应、机械效应、空化效应和化学效应。研究认为，超声波对液体化学反应速度和产率的影响主要是由超声波在液体介质中的空化作用引起的。超声可使液体介质中形成微泡，其破裂伴随能量的释放，可以提高许多化学反应的速度。到目前为止，超声波技术对物质提取，高分子降解，酶解反应等都有很好的促进作用。其中超声波酶解反应具有高效、廉价、
无污染，可提高酶促反应速度和有效成分的产率等
优点。
2.2.2无载体固定化法
无载体固定化酶技术是通过将结晶酶、物理共沉淀的酶进行交联形成固定化酶，包括交联酶结晶（CLEC ）、交联酶聚集体（CLEA ）。交联酶聚集体技术是一种将蛋白质先沉淀后交联形成不溶性的、稳定的固定化酶，这种技术是通过基本纯化的高浓度的蛋白质样品的共价交联来实现的。具有对酶的纯度要求不高、不需要结晶等复杂步骤、可获得稳定性好、活性高的酶产品、成本低、易于推广等特点，因此是一个很有发掘潜力的固定化方法。无载体固定化酶的研究方向就是将更多的酶进行固定、寻找控制颗粒直径大小的方法、新的沉淀方法、新的交联剂以及对交联酶结晶的活性位点进一步化学修饰等，使这种固定化方式发展成为一项通用技术。
2.2.3微胶囊固定化法
微胶囊是一种采用高分子聚合物或其他成膜材料将物质的微粒或微滴包覆所形成的微小容器，其粒径一般在微米至毫米级范围，通常为5～400μm 。将酶用微胶囊包覆后形成的微胶囊固定化酶，由于被催化物质和产物可自由通过囊壁, 因而能起到酶催化剂的作用。 酶经过微胶囊固化后, 还使酶具有如下的优点：①提高了酶的稳定性
,
使其可以在恶劣的条件下存活。 微胶囊囊壁可将对酶活性和稳定性有影响的抑制因子、有害因子等排除在外，同时还可与一定量的稳定剂、整合剂等一起包埋，进一步增加其耐极端条件的能力；②通过选择合适的胶囊，可控制酶的释放时间。这对于多阶段加工过程中酶的活力要在后一阶段发挥的情况来说尤为有用；③改变微胶囊的表面活性, 可使酶具有靶向作用；④微胶囊固定化酶易于与产物分离可以回收反复使用，改善了后处理过程, 提高了利用效率，降低了成本 ⑤包覆多种酶及其它物质, 构成复合酶系统, 形成能模拟生物细胞的人造细胞。
微囊固定化法
3. 固定化酶的应用
3.1医药领域
现代制药多采用化学方法，但化学法工艺复杂，原料浪费严重且易产生污染，因此人们渐渐转向生物酶法制药的研究，获得了很多可喜的成果。脲酶是专一性催化尿素水解的酶，应用于尿素生产控制、产品检验，也广泛用于临床医学、医学检验等，脲酶的固定化在血液透析中有着极佳的应用前景。磷酸酯酶的作用是催化水解低密度脂蛋白上的磷脂的酶，加速体内低密度脂蛋白的代谢。
人体中的低密度脂
蛋白是主要的血浆胆固醇载体，由于其在体内代谢缓慢，易形成高血浆胆固醇，以至引起心血管疾病，因此磷酸酯酶的固定化可以应用于心血管疾病的治疗。
3.2食品行业
固定化酶可应用于食品检测。固定化酶技术的发展使生物传感器也得到相当大的发展，它不仅使食品成分的高选择性、快速、低成本分析测定成为可能，而且生物传感器技术的持续发展将很快实现食品生产的在线质量控制，降低食品生产成本，并且可以保证安全可靠及高质量的食品生产。
3.3生物传感器方面
在医学领域，生物传感器因快速、灵敏、专一、响应快等优点发挥着越来越重要的作用。目前，在检测多种细菌、病毒及其毒素等多个方面生物传感器已有较广泛应用。比如高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪，其分析精度可以达到0.5%-2%，比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级，比目前医用生化分析仪的精度也高2%-3%，这在血糖分析领域是非常重要的。酶电极现已用于测定各种糖类、抗生素、氨基酸、有机酸、脂肪、醇类、胺类以及尿素、尿酸等的含量。
3.4环境保护
在环境监测方面，固定化酶也可以用于测定有毒物质含量以进行环境监测。在废水处理中，固定化酶也越来越受科学家的关注。在水环境污染日益严重的今天，固定化酶的污水处理技术有着广阔的研究
潜力和应用前景。
3.5能源利用
近年来不少学者为了解决能源紧缺问题致力于利用固定化的脂肪酶催化合成生物柴油，并已取得了显著成果。生物柴油主要是以植物油和动物油为原料而制成的，其主要优点是：生物可降解性、可再生资源、无毒、废气排放量小，是环境友好燃料，可作为石油的替代品。目前生产生物柴油主要采用化学法。此方法工艺复杂、能耗高、产品易变质、生产过程有污染，因此，已经有学者研究利用生物酶法，即动植物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行酯化反应，制备相应的脂肪酸酯。脂肪酶广泛地应用于生物柴油工业。
3.6化工领域
水解蛋白酶固定化后可用于肽及有机化合物的酶促合成，如硅藻土固定化木瓜蛋白酶可在乙酸乙酯介质中催化合成Leu-脑啡肽前体Boc- Phe-Leu-OMe、产率高达90 %以上；固定化嗜热菌蛋白酶可高产率及专一性催化合成高甜度低热量的二肽甜味剂Aspartame 的前体Z-L-Asp-L-Phe-OMe 、并可同时实现天冬甜精的生物合成与DL -苯丙氨酸甲酯的光学拆分。
脂肪酶既能催化天然油脂及酯类的水解, 也能在有机介质中催化酯的合成、交换、氨解及肽合成而具有重要工业价值, 故固定化脂肪酶的研究颇受重视。固定化酶在化学及化工领域中的应用研究也是人们感兴趣的课题, 通过反相悬浮聚合制备的聚丙烯酰胺原位固定化碱性蛋白酶水凝胶球体可直接用于洗涤剂制备, 具有潜在的应用前景。
4. 展望
近几年来，酶的固定化技术取得了长足的进步，并成为生物化学研究领域的重点和热点。研究者不断对传统固定化技术进行改进，并开发新的固定化方法，一定程度上改善了一些酶的性能，包括稳定性、催化活力、立体选择性和回收再利用性能，他们用实践证明了酶的固定化仍然是最好的改善酶的催化性能的手段。酶固定化技术已在食品工业、精细化学品工业、医药，尤其是手性化合物等行业得到广泛应用，在废水处理方面也取得了一定进展。用酶技术生产化工产品，条件温和，无“三废”产生，随着人类对环保的日益关注，酶的固定化及应用研究已得到长足进展。然而，固定化酶研究具有的高新技术特征与基础理论意义，仍使其处于国际学科前沿，具有很大的研究发展空间。。设计和开发新的合成载体材料，利用和改性质优价廉的天然高分子载体材料，探索和研究新的固定化技术将是这一领域的研究热点。而固定化酶在各行业的应用研究也必将推动酶固定化技术的进一步发展。
参考文献：
【1】 牛亚楠. 研酿酒科技,2011,27(9):97-99.
【2】 拜永孝. 化学通报,2005, 68(10):25-28.
【3】 吕虹. 科技致富向导,2011,19(14):115-115.
【4】 李黎, 马力, 李鹤. 中国组织工程研究与临床康
复,2008,12(41):8198-8200.
【5】 杨玉玲. 粮油食品科技, 2001, 9(5): 22-25.
【6】 薛屏，卢冠忠等. 化学通报, 2003, 66(10): 681-683.
【7】 曹黎明, 陈欢林. 中国生物工程杂志, 2003, 23(10): 22-26.
【8】 李彦锋, 李军荣, 伏莲娣. 高分子通报, 2001, 4(2): 13-18.
【9】 王坤. 山东理工大学学报,2006,7(5):107-110.
【10】 刘春阳. 安徽农学报,2012,18(17):54-56.
【11】 孙建华，邓玉林. 化工进展，2010, 29（4）：715-721.
固定化酶技术及应用的研究进展
学院：
专业：
年级：
姓名：
学号：
摘要：固定化酶技术作为一门交叉学科技术，在生命科学、生物医学、食品科学、化学化工及环境科学领域得到了广泛应用。新型载体材料的合成是今后固定化酶发展的一个非常重要的研究领域。本文主要介绍了固定化酶的载体，固定化技术以及应用的研究现状和发展趋势。
关键词：固定化酶 载体 固定化技术 应用
酶是重要的生物催化剂，具有专一性强、催化效率高、无污染、反应条件温和等特点，在制药、食品、环保、酿造、能源等领域都得到了广泛的应用。但在实际应用中，酶也存在许多不足，如大多数的酶在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失活，不够稳定；与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用，这种一次性使用酶的方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产；并且分离纯化困难，也会导致生产成本的提高等。上世纪60 年代出现的固定化酶技术(Immobilized enzyme technology) 克服了酶的上述不足。酶的固定化是指采用有机或无机固体材料作为载体，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又克服了游离酶的不足，呈现出贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点，从而成为生物技术中最为活跃的研究领域之一。
1. 传统酶固定化技术
传统酶的固定化方法可大致分为吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等4 种。吸附法是指通过载体表面和酶表面间的次级键相互作用而达到酶固定化的方法，根据吸附剂的特点又可分为物理吸附和离子交换吸附。该法具有操作简便、条件温和及吸附剂可反复使用等优点，但也存在吸附力弱，易在不适pH 、高盐浓度、高底物浓度及高温条件下解吸脱落的缺点。共价偶联法是将酶的活性非必须侧链基团与载体的功能基通过共价键结合，故表现出良好的稳定性，有利于酶的连续使用，是目前应用和研究最为活跃的一类酶固定化方法，但共价偶联反应容易使酶变性而失活。交联法是利用双功能或多功能基团试剂在酶分子之间交联架桥固定化酶的方法，其更易使酶失活。包埋法包括网格包埋、微囊型包埋和脂质体包埋等，包埋法中因酶本身不参与化学结合反应，故可获得较高的酶活力回收，其缺点是不适用于高分子量底物的传质和用于柱反应系统，且常有扩散限制等问题。上述各种固定化酶的方法所表现出的不足之处限制了其广泛应用，因此，设计和合成性能优异的新型酶固定化材料，研制开发简便、实用的固定化方法是目前固定化酶研究的重点之一。
2. 新型载体材料及固定化技术
传统酶的固定化方法虽在一定程度上可以增强生物催化剂的稳定性，但增强幅度有待进一步提高，并且在此过程中，生物催化剂酶催化活力通常损失严重。运用当代高新技术设计合成新型载体以及两者的有机结合是引人注目的研究动向。因此目前不断地有新的载体和技术引入酶的固定化领域，如：无载体固定化、微波/超声辅助的固
定化、微胶囊固定化、电辅助固定化等，且固定化生物催化剂也越来越广泛地应用于医疗、生物医药、环境保护、食品工业、化学工业、能源等领域。
载体材料的选择是决定酶能否成功固定化以及固定化酶活力高低的重要因素。酶蛋白的活性中心是酶催化活性所必需的，酶蛋白的空间结构也与酶活力密切相关，因而．在固定化的过程中，必须注意酶活性中心的氨基酸残基不受到载体的影响．而且要避免酶蛋白高级结构的破坏。酶固定化对载体材料具有很高的要求，理想的载体要有良好的机械强度、热稳定性及化学稳定性、耐微生物降解性和对酶的高结合能力等特点。
2.1 酶固定化过程中的新载体
2.1.1介孔材料
孔道的结构和尺寸对酶活力及稳定性有着明显的影响，在合适的孔道中酶固定化后其活力提高到游离酶的2倍，大孔道有利于固定化与催化过程中酶蛋白和底物、产物的传输，从而能提高酶的固定化和催化效果。目前，大孔道、高比表面积和孔容的新型介孔材料不断被引入酶固定化领域，因为在大孔道、高比表面积、高孔容的介孔材料中酶的负载量大。（如图1所示）
2.1.2 纳米管
碳纳米管是一种新型纳米材料。它是由石墨片层卷曲而成的无缝纳米管。将生物大分子，如氨基酸、蛋白质、酶、DNA 等结合在碳纳米管的表面或端口上，可提高它在水溶液中的溶解度，为实现碳纳米管的各种生物应用奠定了基础。纳米管的内表面与酶之间存在强烈的相互作用，从而使得管内酶蛋白结构稳定且保留相当的催化活力，并且用其制成电极能够有效实现底物氧化及电子的传递。硅纳米管用于固定化酶时，能够保持酶的活性，并且提高酶的热稳定性及对PH 的耐受性。
2.1.3 磁性高分子微球
磁性高分子微球是由无机磁性纳米粒子与有机高分子通过包埋法、单体聚合法合成的具有磁响应性和微球特性的粒子。通过共聚合和表面改性，磁性高分子微球表面可被赋予多种活性功能基团（如-OH 、-COOH 、-CHO 等）。无机磁性纳米粒子应用较多的是Fe 3O 4，单体聚合
法主要包括乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合、种子乳液聚合。磁性微球有良好的表面效应和体积效应，如比表面积较大，微球官能团密度较高，选择性吸附能力较强，吸附平衡时间较短等。它的物理化学性质稳定，具备一定的机械强度和化学稳定性，能耐受一定浓度的酸碱溶液和微生物的降解，通过表面改性赋予多种活性的功能基团，这些功能基团可以连接生物活性物质。磁性微球可以用于凝胶化和小颗粒的固定化酶分离纯化，尤其是纳米级的固定化酶。除此之外，还可以利用磁场来控制固定化酶的分散，这就避免了传统的搅拌对酶结
构的机械损伤，以提高酶的稳定性。目前，以磁性材料为载体的固定化酶在很多领域得到广泛应用，如有机合成、生物传感器以及体内的药物靶向传输等。
2.2新型固定化技术
2.2.1 微波/超声辅助固定化法
微波是一种电磁波。微波加热的主要原理是介质材料的极性分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热，从物质内部开始，瞬时达到需要的温度。微波加热具有许多传统加热不具备的优点，包括：加热迅速、均匀，不需要热传导过程，内外同时加热，加热时间短；加热质量高，营养破坏少；节能高效；易于控制功能等。 超声波是指振动频率大于20 kHz以上的一种纵波，在介质中传播时，使介质发生物理和化学变化，从而产生一系列超声效应，包括热效应、机械效应、空化效应和化学效应。研究认为，超声波对液体化学反应速度和产率的影响主要是由超声波在液体介质中的空化作用引起的。超声可使液体介质中形成微泡，其破裂伴随能量的释放，可以提高许多化学反应的速度。到目前为止，超声波技术对物质提取，高分子降解，酶解反应等都有很好的促进作用。其中超声波酶解反应具有高效、廉价、
无污染，可提高酶促反应速度和有效成分的产率等
优点。
2.2.2无载体固定化法
无载体固定化酶技术是通过将结晶酶、物理共沉淀的酶进行交联形成固定化酶，包括交联酶结晶（CLEC ）、交联酶聚集体（CLEA ）。交联酶聚集体技术是一种将蛋白质先沉淀后交联形成不溶性的、稳定的固定化酶，这种技术是通过基本纯化的高浓度的蛋白质样品的共价交联来实现的。具有对酶的纯度要求不高、不需要结晶等复杂步骤、可获得稳定性好、活性高的酶产品、成本低、易于推广等特点，因此是一个很有发掘潜力的固定化方法。无载体固定化酶的研究方向就是将更多的酶进行固定、寻找控制颗粒直径大小的方法、新的沉淀方法、新的交联剂以及对交联酶结晶的活性位点进一步化学修饰等，使这种固定化方式发展成为一项通用技术。
2.2.3微胶囊固定化法
微胶囊是一种采用高分子聚合物或其他成膜材料将物质的微粒或微滴包覆所形成的微小容器，其粒径一般在微米至毫米级范围，通常为5～400μm 。将酶用微胶囊包覆后形成的微胶囊固定化酶，由于被催化物质和产物可自由通过囊壁, 因而能起到酶催化剂的作用。 酶经过微胶囊固化后, 还使酶具有如下的优点：①提高了酶的稳定性
,
使其可以在恶劣的条件下存活。 微胶囊囊壁可将对酶活性和稳定性有影响的抑制因子、有害因子等排除在外，同时还可与一定量的稳定剂、整合剂等一起包埋，进一步增加其耐极端条件的能力；②通过选择合适的胶囊，可控制酶的释放时间。这对于多阶段加工过程中酶的活力要在后一阶段发挥的情况来说尤为有用；③改变微胶囊的表面活性, 可使酶具有靶向作用；④微胶囊固定化酶易于与产物分离可以回收反复使用，改善了后处理过程, 提高了利用效率，降低了成本 ⑤包覆多种酶及其它物质, 构成复合酶系统, 形成能模拟生物细胞的人造细胞。
微囊固定化法
3. 固定化酶的应用
3.1医药领域
现代制药多采用化学方法，但化学法工艺复杂，原料浪费严重且易产生污染，因此人们渐渐转向生物酶法制药的研究，获得了很多可喜的成果。脲酶是专一性催化尿素水解的酶，应用于尿素生产控制、产品检验，也广泛用于临床医学、医学检验等，脲酶的固定化在血液透析中有着极佳的应用前景。磷酸酯酶的作用是催化水解低密度脂蛋白上的磷脂的酶，加速体内低密度脂蛋白的代谢。
人体中的低密度脂
蛋白是主要的血浆胆固醇载体，由于其在体内代谢缓慢，易形成高血浆胆固醇，以至引起心血管疾病，因此磷酸酯酶的固定化可以应用于心血管疾病的治疗。
3.2食品行业
固定化酶可应用于食品检测。固定化酶技术的发展使生物传感器也得到相当大的发展，它不仅使食品成分的高选择性、快速、低成本分析测定成为可能，而且生物传感器技术的持续发展将很快实现食品生产的在线质量控制，降低食品生产成本，并且可以保证安全可靠及高质量的食品生产。
3.3生物传感器方面
在医学领域，生物传感器因快速、灵敏、专一、响应快等优点发挥着越来越重要的作用。目前，在检测多种细菌、病毒及其毒素等多个方面生物传感器已有较广泛应用。比如高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪，其分析精度可以达到0.5%-2%，比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级，比目前医用生化分析仪的精度也高2%-3%，这在血糖分析领域是非常重要的。酶电极现已用于测定各种糖类、抗生素、氨基酸、有机酸、脂肪、醇类、胺类以及尿素、尿酸等的含量。
3.4环境保护
在环境监测方面，固定化酶也可以用于测定有毒物质含量以进行环境监测。在废水处理中，固定化酶也越来越受科学家的关注。在水环境污染日益严重的今天，固定化酶的污水处理技术有着广阔的研究
潜力和应用前景。
3.5能源利用
近年来不少学者为了解决能源紧缺问题致力于利用固定化的脂肪酶催化合成生物柴油，并已取得了显著成果。生物柴油主要是以植物油和动物油为原料而制成的，其主要优点是：生物可降解性、可再生资源、无毒、废气排放量小，是环境友好燃料，可作为石油的替代品。目前生产生物柴油主要采用化学法。此方法工艺复杂、能耗高、产品易变质、生产过程有污染，因此，已经有学者研究利用生物酶法，即动植物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行酯化反应，制备相应的脂肪酸酯。脂肪酶广泛地应用于生物柴油工业。
3.6化工领域
水解蛋白酶固定化后可用于肽及有机化合物的酶促合成，如硅藻土固定化木瓜蛋白酶可在乙酸乙酯介质中催化合成Leu-脑啡肽前体Boc- Phe-Leu-OMe、产率高达90 %以上；固定化嗜热菌蛋白酶可高产率及专一性催化合成高甜度低热量的二肽甜味剂Aspartame 的前体Z-L-Asp-L-Phe-OMe 、并可同时实现天冬甜精的生物合成与DL -苯丙氨酸甲酯的光学拆分。
脂肪酶既能催化天然油脂及酯类的水解, 也能在有机介质中催化酯的合成、交换、氨解及肽合成而具有重要工业价值, 故固定化脂肪酶的研究颇受重视。固定化酶在化学及化工领域中的应用研究也是人们感兴趣的课题, 通过反相悬浮聚合制备的聚丙烯酰胺原位固定化碱性蛋白酶水凝胶球体可直接用于洗涤剂制备, 具有潜在的应用前景。
4. 展望
近几年来，酶的固定化技术取得了长足的进步，并成为生物化学研究领域的重点和热点。研究者不断对传统固定化技术进行改进，并开发新的固定化方法，一定程度上改善了一些酶的性能，包括稳定性、催化活力、立体选择性和回收再利用性能，他们用实践证明了酶的固定化仍然是最好的改善酶的催化性能的手段。酶固定化技术已在食品工业、精细化学品工业、医药，尤其是手性化合物等行业得到广泛应用，在废水处理方面也取得了一定进展。用酶技术生产化工产品，条件温和，无“三废”产生，随着人类对环保的日益关注，酶的固定化及应用研究已得到长足进展。然而，固定化酶研究具有的高新技术特征与基础理论意义，仍使其处于国际学科前沿，具有很大的研究发展空间。。设计和开发新的合成载体材料，利用和改性质优价廉的天然高分子载体材料，探索和研究新的固定化技术将是这一领域的研究热点。而固定化酶在各行业的应用研究也必将推动酶固定化技术的进一步发展。
参考文献：
【1】 牛亚楠. 研酿酒科技,2011,27(9):97-99.
【2】 拜永孝. 化学通报,2005, 68(10):25-28.
【3】 吕虹. 科技致富向导,2011,19(14):115-115.
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