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酶制剂的应用

酶制剂的应用

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酶制剂在生活中的应用

Applicatioｎofenzymｅ　preparaｔｉon　ｉｎ　lｉｆe

摘要

酶工程又称为酶技术，随着酶学研究的迅速发展,特别是酶应用的推广使酶学基本原理与化学工程相结合从而形成了酶工程。

酶工程是酶制剂的大批量生产和应用的技术,它从应用的目的出发,将酶学理论与化学工程相结合研究酶，并在一定的反应装置中利用酶的催化特性，将原料转化为产物的一门新技术。

本介绍了工业酶制剂的定义与分类、酶制剂在工业生产中的应用如在食品加工、医药领域、环境保护、农业、化工等行业的应用。

分析了国内及国外工业酶制剂的发展现状及我国酶制剂工业面临的主要问题也对工业酶制剂的发展前景进行了简要分析。

关键词:

酶制剂工业应用发展现状发展前景

Ａbstrａct

Ｅnｚymｅenｇineerinｇ　ｉsalsoknoｗnasｔhe　enzｙmetecｈnology,withtｈeraｐiddevelopment　oftheresearcｈ,esｐeciａllythｅａpｐlｉcationofenzymesto　proｍotethｅbasｉcｐrinciplesoftheenｚymｅand　chemicaｌengineering,andthus　form　thｅ　ｅnzｙmｅenginｅeriｎｇ.Enzｙｍｅｅngｉneeringis　enzyｍe　ｐｒepaｒａtｉonformaｓsｐrｏｄuctiｏnandａppliｃａｔioｎteｃhnology，iｔfromtheappｌｉｃationｏｆcombinｉｎｇ　ｔｈｅenｚymolｏgytheory　anｄchｅｍicalengineeｒing　ｏｆ　eｎｚｙmｅ，　andmakeuse　ｏｆ　ｔｈecataｌｙｔｉｃpropertｉesｏfenzymｅsin　ｔｈerｅactor,　theｃoｎvｅrsiｏnofrawmateriａls　iｓ　ａneｗtecｈnoｌｏgyof　ｐroｄuct．Ｔhｉs　paｐｅrintrｏdｕｃesthedeｆinition　and　classiｆicationofｉndｕstｒialenzyｍes,ｔhe　ａpplicatiｏn　ofeｎzyme　prepａratioｎin　indusｔｒiａlproductｉon,ｓｕchaｓtheapｐlicaｔiｏnoffｏoｄｐｒoｃeｓsｉng,ｍｅdicｉne,　envｉｒonmentａlｐroteｃtｉon,　ａｇricultｕrｅ,　chｅmicａlaｎｄｏｔheｒinｄｕstｒｉes．Thｅdevelopｍｅｎtsｔatuｓoｆthedomesｔicandforｅigniｎdｕsｔrial　enzymesandtｈe　ｍａiｎproｂlemsfacｅdbｙ　tｈeenｚyme　ｐｒeｐａｒａtionindustryin　Cｈinawereanalyzed．

Keyｗorｄs：

Enzｙｍeｐrｅpaｒatｉon;Ｉnｄｕsｔrｉalａｐplicａｔｉoｎ；Dｅvelopmeｎtｓtatｕs；Deveｌopment　pｒosｐect．

1引言ﻩ2

2　酶工程2

2．1酶工的发展历程ﻩ2

2.２酶工程发展前景2

２．3酶工程国内外对比分析3

３酶制剂的生活中的实际应用ﻩ３

３.１酶制剂在食品工业中的应用ﻩ3

3.２酶制剂在制药中的应用ﻩ４

3.3酶工程在环境保护中的应用ﻩ５

3.4　酶制剂在农业中的应用ﻩ5

4结束语６

５参考文献ﻩ7

1.引言

酶制剂工业是知识密集型的高新技术产业,是生物工程的重要组成部分。

据报道,全世界发现的酶类约有3０0０多种,而在工业上生产的约有60多种，但真正工业化大规模生产的只有20余种。

根据台湾食品工业发展研究所统计显示,　全世界酶制剂市场正以年平均1１％的速度逐年增加，因此酶制剂工业的发展前景相当广阔。

酶制剂在食品加工、医药领域、造、环境保护、农业、化工等行业都有很大的应用。

2.酶工程

2.1酶工程的发展历程

酶工程的发展，是一部科学的成长史。

我国的酶制剂始于1965年,成立了无锡酶制剂厂,这是我国第一家酶制剂厂。

该厂不断发展壮大,酶制剂产量不断增长,品种不断完善，科研成果频繁出现，成为我国酶制剂科研、生产、应用的综合基地。

无锡酶制剂厂培养了大批人才，成为我国第一代酶制剂科研和生产的专业人员，也为不断发展的中国酶制剂事业作出了贡献。

酶制剂的需求日益增加,从九十年代开始在江苏、河南、山东、河北等地逐渐建立新厂，经过改革、发展，至今已有多家工厂,形成了我国酶制剂行业,为国民经济作出了很大的贡献。

在二次世界大战后,酶工程发展成为新的工业领域—酶工程工业。

六十年代以后,由于固定化酶、固定化细胞及固定化活细胞的崛起，　使酶制剂的应用技术面貌一新。

七十年代以后,伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。

固定化酶正日益成为工业生产的主力军,在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。

几十年来酶制剂的品种和应用不断扩大。

２.2酶工程发展前景

酶制剂产业经历了半个多世纪的起步和迅速成长之后,现已形成一个富有活力的高新技术产业,保持持续高速度发展。

近些年国际酶制剂产业的生产技术发生了根本性的变化，以基因工程和蛋白质工程为代表的分子生物学技术的不断进步和成熟,以及对各个应用行业的引入和实践，把酶制剂产业带入了一个全新的发展时期。

仅就国内而言,目前我国正处在经济高速发展的历史时期，伴随着经济的增长和生物技术产业的发展，对酶制剂的市场需求产生有力的拉动作用。

我国目前酶制剂的市场份额仅占世界市场的5%可以预计其发展前景是十分广阔的。

酶制剂进入了全新的发展阶段向“高档次、高活性、高质量、高水平”方向发展向专用酶制剂和特种复合酶制剂发展向新的更广泛的领域发展。

工厂自身必须进一步降低成本、优质低耗、安全清洁生产、达标排放,使我国酶制剂在发展中更健全、更优越、更安全使我国酶制剂站在世界酶制剂前列。

2.3酶工程国内外对比分析

我国酶制剂工业面经过近几十年的发展，初步具有一定的规模取得了很大的进步。

但是国外酶制剂公司仍然处于绝对的领先地位,特别是一些比较出色的公司,例如:

诺和诺德公司、丹尼斯克公司等。

主要表现我国酶工程研发资金、人员投入不足、研发能力差、我国酶制剂公司用于开发新产品、改进生产工艺的资金不到其产品销售额的1%,人员投入也严重不足。

　相比之下，国外酶制剂公司在研发上的资金投入约为其销售额的１0%左右，有的甚至高达19％。

例如诺和诺德公司在１998年竟把　19％的销售额用作科学研发,而研发人员占职工人数的２３%。

如此看来，国内酶制剂公司的研发资金远远不足,这是制约酶制剂工业进一步发展的主要原因。

设备落后、生产水平较低，总体而言，国内酶制剂公司的各项生产技术水平与国外相比较为落后。

大多数工厂还沿用硫酸铵盐析工艺或发酵液直接喷雾干燥工艺。

这造成资源的严重浪费、产品纯度低、产品质量低下等严重后果。

虽然国内企业在近几年已改进了一些生产技术，但就总体来看还是面临着诸多不合理之处。

这就导致国内企业生产出的酶制剂产品的产量和质量都远远低于国外企业。

制造技术落后,产品种类少,供应范围有限,我国生产的酶制剂一直都是未经除菌操作的粉状粗酶制剂,这会在国外已经淘汰。

国外大多生产的是液型酶制剂，并且经过严格的除菌操作、使用安全、纯度较高。

最近几年，国内的酶制剂公司才开始改进生产技术，研发液型酶制剂的生产工艺。

但是,液型酶制剂在国内的市场份额一直处于较低水平而得不到提高，而且酶制剂产品的种类更是相对较为单一,产品供应范围极为局限。

３.酶制剂的生活中的实际应用

3.1　酶制剂在食品工业中的应用

利用凝乳酶生产奶酪，淀粉酶可液化、糖化淀粉,促进酵母菌的生长，进而生产啤酒、酒精。

如果利用棕榈油与硬脂酸进行酶交酯化，就可制得类似可可脂的产品—类可可脂或代可可脂。

通过不同的淀粉酶分解淀粉，可以生产出麦芽糊精、麦芽糖浆、麦芽糖和果糖等甜味剂,分别用于糖果、冰淇淋、饮料等各类食品的加工。

酶制剂在起酥油和人造奶油的生产方面也有很好的应用。

以大豆油为原料氢化生产出来的人造奶油会产生反式酸，已证明其对人体有害。

利用酶制剂进行酯交换生产则可以避免产生反式脂肪酸,目前已有企业开始利用此技术进行不含反式脂肪酸的人造奶油的生产。

酶制剂在食品保鲜中也有广泛的应用，酶制剂保鲜的原理是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响,从而保持食品原有的品质。

酶制剂本身的一系列特性使其在食品保鲜中的应用较其他方法有优势。

目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的保鲜技术。

葡萄糖氧化酶对食品有多种作用，作为在食品保鲜及包装中最大的作用是除氧,延长食品的保鲜保质期。

很多除氧方法效果都不佳,从选择抗氧剂的特性来说，利用葡萄糖氧化酶除氧是一种理想的方法。

如在啤酒加工过程中加入适量的葡萄糖氧化酶可以除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧，阻止啤酒的氧化变质,而且不会对啤酒中的其他物质产生作用。

因此葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化、保持啤酒风味、延长保质期有显著的效果。

由于葡萄糖氧化酶催化过程不仅能使葡萄糖氧化变性,而且在反应中消耗掉一个氧分子，因此,它可作为脱氧剂广泛应用于食品保鲜。

3.2　酶制剂在制药中的应用

现代酶工程具有技术先进、投资小、工艺简单、能耗量低、产品收率高、效率高、效益大和污染小等优点,成为化学、医药工业应用方面的主力军。

以往采用化学合成、微生物发酵及生物材料提取等传统技术生产的药品，皆可通过现代酶工程生产，甚至可以获得传统技术不可能得到的昂贵药品。

固定化基因工程菌、工程细胞以及固定化技术与连续生物反应器的巧妙结合，将导致整个发酵工业和化学合成工业的根本性变革。

应用固定化细胞可大量生产各种初级代谢产物或中间产物,如糖、有机酸和氨基酸等。

我国用固定化大环内酯-4-丙酯化酶将螺旋霉素转化为丙酰螺旋霉素，用固定化生产米卡链霉菌突变菌株也可完成产品的转化。

利用微生物酶工程技术不仅研究提高某一步转化反应的专一性和收率或寻找某一转化反应代替某一个用化学合成法难以进行的反应,而且进一步综合应用了酶抑制剂、生化阻断突变株和细胞通透性的改变等生物技术，从而制得了雄甾-1，4－二烯-３，17-二酮（AＤＤ）、雄甾-４-烯-3,17-二酮（4AＤ）和3－氧联降胆甾－1,4-二烯－20酸（ＢＤA）等关键中间体,是复杂的天然资源经过几步反应就和合成了各种性激素和皮质激素。

应用酶工程可以制备青霉素酰化酶、头孢菌素酰化酶、头孢菌素酰化酶、青霉素Ⅴ酰化酶、头孢菌素乙酸酯酶,今年来还进行固定化产黄青霉细胞生产青霉素的研究，合成青霉素和头孢菌素前体物的最新工艺也采用酶工程的方法。

制造２-酮基-L-古龙糖酸（山梨糖脱氢酶及L-山梨糖醛氧化酶）、肌醇（肌醇合成酶）、L-肉毒碱（胆碱酯酶）、等。

由山梨醇和葡萄糖生产维生素及丙稀酰胺的生产也采用酶工程的方法。

酶工程作为生物工程的重要组成部分,其作用之重要、研究成果之显著已为世人所公认。

充分发挥酶的催化功能、扩大酶的应用范围、提高酶得应用效率是酶工程应用研究的主要目标。

21世纪酶工程的发展主题是:

新酶的研究与开发、酶的优化生产和酶的高效应用。

除处采用常用技术外,还要借助基因学和蛋白质组学的最新知识，借助DNA重排和细胞、噬菌体表面展示技术进行新酶的研究与开发,目前最令人瞩目的新酶有核酸类酶、抗体酶和端粒酶等。

要采用固定化、分子修饰和非水相催化等技术实现酶的高效应用,将固化技术广泛应用于生物芯片、生物传感器、生物反应器、临床诊断、药物设计、亲和层析以及蛋白质结构和功能的研究,使酶技术在制药领域发挥更大的作用。

`

３.３酶工程在环境保护中的应用

人类赖以生存的环境质量,是目前举世瞩目的重大问题。

随着科学技术的不断发展，人类开发利用自然资源的能力和范围不断扩大,随之而来的环境污染问题也越来越严重。

作为生物工程的重要组成部分,酶和酶工程受到生物化学工作者的重视,几种新兴的技术产业已成为优先发展的高科技领域。

早在20世纪70年代，固定化酶已被用于水和空气的净化。

法国工业研究所积极开展利用固定化酶处理工业废水的研究,将能处理废水的酶制成固定化酶。

处理静止废水时直接用酶布或酶片，处理流动废水时根据废水所含污物的种类和数量,确定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和直径,采用多酶酶柱或单一酶柱。

芳香族化合物，包括酚和芳香胺,属于优先控制的污染物,塑料厂、树脂厂、染料厂等企业的废水中都含有这类污染物,很多酶已用于这类废水处理。

辣根过氧化物酶（HRＰ）的应用集中在含酚污染物的处理方面，使用ＨＲＰ处理的污染物包括苯胺、羟基喹啉、致癌芳香族化合物等。

ＨRP可以与一些难以去除的污染物一起沉淀，形成多聚物而使难处理物质的去除率增大。

如多氯联苯可以与酚一起从溶液中沉淀下来。

马秀玲等研究了用磁性CＳ-M固定化HＲＰ处理含酚废水,不仅有较高的酚去除率,并可利用其磁响应性简便地回收磁性酶。

3.4酶制剂在农业中的应用

由于酶的作用具有专一性强,催化效率高，作用条件温和等特点，从而带动了许多产业的发展。

应用酶工程对农产品进行深加工，是人们努力的一个方向。

利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶的催化功能,以玉米淀粉等为原料生产高果糖浆等。

乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。

农副产品的加工和综合利用需要用纤维素酶、果胶酶和木质素酶。

此外，从木瓜中提取的木瓜蛋白酶,提高活性和固定化以后,可以被用来酿制啤酒和制造果汁。

以前,人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径,随着研究发现，蛋白质经消化道中的酶水解后,主要以小肽的形式吸收，比完全游离的氨基酸更易吸收利用。

这一发现,启发了科研工作者采用酶工程技术用蛋白质生产生物活性肽的新思路。

生物活性肽是蛋白质中20种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称,是源于蛋白质的多功能化合物。

活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，且食用安全性高。

生物活性肽主要是通过酶法降解蛋白质而制得。

目前已从大豆蛋白、玉米蛋白、牛奶蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。

例如用玉米生产玉米多肽:

玉米多肽主要来自玉米蛋白的水解产物，是由分子量很小但活性很高的短肽分子组成。

玉米多肽易消化、吸收,具有消除疲劳、抗高血压和醒酒的功能,可用于功能食品的开发。

制备玉米多肽通常采用的方法有酸碱降解法、微生物降解法和酶解法。

由于酸碱法对蛋白质损害严重,故其应用受到限制;微生物降解法对于菌种的要求比较高，因此目前酶法水解玉米蛋白成为制取玉米多肽的主要方法。

从酶解制取活性多肽的研究结果统计可知,通过选择不同的酶和控制不同酶解条件可释放出具有不同活性的多肽如玉米降压肽、谷氨酰胺活性肽、抗氧化肽、高F值低聚肽等。

酶解玉米蛋白对生产高营养、易于吸收、高附加值的具有生物学功能特性的生物产品具有重要意义。

4．结束语

现在已知酶的酶有几千种，但是还远远不能满足人们对酶日益增长的需要。

随着科技的发展，人们正在发现更多、更好的酶。

其中,令人瞩目的有核酸酶和抗体酶、端粒酶、糖生物学和糖基转移酶和极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种,此外，新的固定化、分子修饰和非水相催化等技术越来越受到人们关注。

伴随着人类基因组计划取得的巨大成果，基因组学和蛋白质组学的诞生,生物信息学的兴起，以及DＮA重排技术的发展,预期在不久的将来，众多新酶的出现将使酶的应用达到前所未有的广度和深度。

可以预计，随着各种高新技术的广泛应用及酶工程研究工作的不断深入,酶工程研究和酶制剂工业必将取得更快、更大的发展。

可以相信，将来人们可以用化学的方法随心所欲地构造出各种性能优异的人工合成酶和模拟酶,而且还可以采用生物学方法在生物体外构造出性能优良的产酶工程菌为生产和生活服务,酶工程技术必将在工业、医药、农业、化学分析、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面发挥越来越大的作用。

5．参考文献

［１].陈红霞，酶工程与抗生素工业［J].国外医药抗生素分册,２0０５年:

11第26卷第6期；

［2].熊吉敏,武晋娴,酶工程的新研究及应用进展.科技信息，2０08年：

第26期;

[3]．沈树宝,胡永红,欧阳平凯,酶催化技术在医药工业中的应用［J].精细与专用化学,2001年；

[4].邹国林，裘名宜,朱彤.超氧化物歧化酶研究的历史、现状及应用前景.《氨基酸和生物资源》,1991年;