海藻酸钠凝胶在酶的固定化领域的应用上海市闵行中学高二八班吴天鸿张语虹摘要近几年“分子料理”逐渐进入我们的视野当中，其中将食物浆混合海藻
酸钠后加入氯化钙中就可以做成微球状凝胶，其原理是海藻酸钠可以在含有多价金属离子的溶液中形成凝胶，在网上查询其原理之后，我们提出假设
，是否海藻酸钠微球可以运用于酶的固定化领域呢？本报告是关于以α-淀粉酶为例基于海藻酸钠凝胶运用于酶的固定化之后对于酶的性质（酶活性
、温度和pH对酶活性的影响）的影响的研究以及对其在现实应用方面的进一步思考。关键词：酶的固定化、海藻酸钠微球一、实验目的通过实验研
究海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的性质变化二、实验内容（一）验证海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的可行性实验（二）探究温度对海藻酸钠凝胶包埋固定
的酶的作用相比游离状态的酶的变化（三）探究pH对海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的作用相比游离状态的酶的变化（四）探究海藻酸钠浓度对海藻酸
钠凝胶包埋固定的效果影响三、实验原理直链淀粉可吸附碘并与之形成包合物，使溶液变为蓝色，而麦芽糖、葡萄糖等均无此作用。α-淀粉酶能够
切断淀粉中的α-1,4葡萄糖苷键，产生麦芽糖，葡萄糖等。海藻酸钠可溶与水，可与多价金属离子交联形成网状凝胶，该网状凝胶可应用于包埋
法固定酶。酶活力单位（60°C、pH=6）（g/ml）=[(60/T)×V(底物)×ω(底物)]÷V(酶)（本实验中由于要改变温度
和pH等，故使用根据酶活力单位采用相对酶活力单位用于表示酶活力）四、实验过程（一）验证海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的可行性实验将海藻酸
钠粉末加入水迅速搅拌使其成为2.0%的粘稠状海藻酸钠溶液，再加入适量α-淀粉酶使其含0.6%α-淀粉酶,静置2-3分钟，配置适量2
%氯化钙溶液，用滴管吸取适量海藻酸钠与酶溶液的混合物，逐滴加入氯化钙溶液中，使其成为凝胶微球，收集凝胶微球，备用。使用3g淀粉混合
200ml水配置淀粉悬浊液，滴加4-5滴碘液，其置于恒温加热器上加热至25℃并保持温度基本不变，加入凝胶微球，磁力搅拌，观察溶液颜
色变化。（二）探究温度对海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的作用相比游离状态的酶的变化将海藻酸钠粉末加入水迅速搅拌使其成为2.0%的粘稠状海
藻酸钠溶液，再加入适量α-淀粉酶使其含0.6%α-淀粉酶,静置2-3分钟，配置适量2%氯化钙溶液，用滴管吸取适量海藻酸钠与酶溶液的
混合物，逐滴加入氯化钙溶液中，使其成为凝胶微球，收集凝胶微球，备用。使用3g淀粉混合200ml水配置淀粉悬浊液，滴加4-5滴碘液，
其置于恒温加热器上加热至45℃（50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃）并保持温度基本不变，加入凝胶微球，磁力搅拌
，记录溶液褪色时间。（三）探究pH对海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的作用相比游离状态的酶的变化将海藻酸钠粉末加入水迅速搅拌使其成为2.0
%的粘稠状海藻酸钠溶液，再加入适量α-淀粉酶使其含0.6%α-淀粉酶,静置2-3分钟，配置适量2%氯化钙溶液，用滴管吸取适量海藻酸
钠与酶溶液的混合物，逐滴加入氯化钙溶液中，使其成为凝胶微球，收集凝胶微球，备用。使用3g淀粉混合200ml水配置淀粉悬浊液，滴加4
-5滴碘液，其置于恒温加热器上调整pH使pH=5.0（5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0）再加热至45℃并保持温度基本
不变，加入凝胶微球，磁力搅拌，记录溶液褪色时间。记录溶液褪色时间。（四）探究海藻酸钠浓度对海藻酸钠凝胶包埋固定的效果影响将海藻酸钠
粉末加入水迅速搅拌使其成为2.0%（1.6%、2.4%、2.8%）的粘稠状海藻酸钠溶液，再加入适量α-淀粉酶使其含0.6%α-淀粉
酶,静置2-3分钟，配置适量2%氯化钙溶液，用滴管吸取适量海藻酸钠与酶溶液的混合物，逐滴加入氯化钙溶液中，使其成为凝胶微球，收集凝
胶微球，备用。使用3g淀粉混合200ml水配置淀粉悬浊液，滴加4-5滴碘液，其置于恒温加热器上加热至45℃并保持温度基本不变，加入
凝胶微球，磁力搅拌，记录溶液褪色时间。记录溶液褪色时间。观察其微球物理性质的变化，催化时间的变化等。五、实验结果（一）实验1现象：
20分钟后溶液褪色结论：使用适宜浓度的海藻酸钠固定α-淀粉酶不会使酶失活，使用海藻酸钠凝胶固定α-淀粉酶可行。（二）实验2温度（℃
）现象：如图相对酶活力（%）图2温度对海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的作用相比游离状态的酶的变化结论：固定后的酶热稳定性较未固定的酶好
。（三）实验3现象：如图相对酶活力（%）pH图2pH对海藻酸钠凝胶包埋固定的酶的作用相比游离状态的酶的变化结论：固定后的酶相比未
固定的酶对pH变化敏感度降低。（四）实验4现象：如图海藻酸钠浓度（%）相对酶活力（%）图2海藻酸钠浓度对海藻酸钠凝胶包埋固定的酶
的作用相比游离状态的酶的变化结论：酶活性随着海藻酸钠浓度增高先增大再减小，且存在酶活性最高时海藻酸钠浓度≈2%。六、结论和展望使用
海藻酸钠微球固定后的酶相比未固定前更稳定，可应用于替代传统粉状洗涤剂的“洗衣球”中，鉴于海藻酸钠本身安全无毒，海藻酸钠微球固定酶的
方法可能应用于食品工业或医药业中，具有广阔的应用前景。诚挚感谢：指导者：朱丽萍、赵维学参考文献：[1]《陈阅增普通生物学（第四版）》——吴相钰、陈守良、葛明德——2014年08月7日高等教育出版社出版1 |
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