用的技术过程称为酶 工程。其主要任务是通过预先设计,经人 工操作而获得大量所需的酶,并利用各种 方法使酶发挥其最大的催化功能。 本文 意在阐述近年来酶工程在分子水平的研 究进展,展示酶工程在医药、农业、食品、 环境保护等领域的应用进展,并对其未来 前景进行了展望。
• 2、酶工程在调味剂生产中的应用
• 在日本和美国利用酶水解蛋白制取的营养型调味 剂和氨基酸复配调味品占调味剂市场很大的比重 。其销售量已超过传统调味剂的数倍。用酶法提 取的米糠蛋白的溶解性、起泡性、乳化特性和营 养性等蛋白功能特性 上表现出良好性能,不 仅可以作为食品中的 营养强化剂,还可以作 为食品中的风味增强 剂。
发展前景
• 现在已知的酶的酶有几千种，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。
• 2、微生物脂酶的应用
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微生物脂酶(甘油脂水解酶)能催化一系列反 应,包括水解、醇解、酸解、酯化和氨解等。大量 的微生物可以用来生产脂酶,其中以假丝酵母、假 单胞菌和根霉为其重要的酶源。脂酶应用于被污 染环境的生物修复以及废物处理是一个新兴的领 域。石油开采和炼制过程中产生的油泄漏,脂加工 过程中产生的含脂废物,都可以用不同来源的脂酶 进行有效处理。脂酶被广泛地用于废水处理。 Dauberhe和Boehnke研究出一种技术,利用酶的混 合物,包括脂酶,将脱水污泥转化为沼气。
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微生物发酵药品：如人胰岛素、干扰素等
• 1、应用酶工程生产抗生素
• 应用酶工程可以制备青霉素酞化酶、头抱菌素酞 化酶、头抱菌素、头抱菌素酞化酶、青霉素酞化 酶、脱乙酸头抱菌素、头抱菌素乙酸醋酶,近年来 还进行固定化产黄青霉青霉素合成酶系细胞生产 青霉素的研究,合成青霉 索和头抱菌素前体物的 最新工艺也采用酶工程 的方法。
• 2、应用酶工程生产维生素
• 制造2一酮基一L—古龙糖酸【山梨 糖脱氢酶及L一山梨糖醛氧化酶】、 肌醇【肌醇合成酶】、L—肉毒碱【 胆碱脂酶】、CoA【CoA合成酶系 】等。由山梨醇和葡萄糖生产维生 素及丙烯酸胺的生产也采用酶工程 的方法。
二、酶工程技术在农业中的应用
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酶工程应用于农产品的深加工
• 3、酶工程在饲料工业中的应用
• 植物细胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道 内的非淀粉多糖，降低肠道内容物的粘性，促进 营养物质的消化吸收，减少畜禽下痢，从而促进 畜禽生长和提高饲料利用率。利用纤维素复合酶 作为半干贮添加剂可提高半干贮饲料的营养成分 。蛋白质含量提高，粗 纤维含量下降，半干贮 品质得到改善，获得了 色、味、嗅、质地及完 好率均为上乘的优质半 干贮饲料
• 生物活性肽是蛋白质中2 0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。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。
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酶工程在用农产品开发生物活性肽方面的应用
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酶工程在饲料工业中的应用
1、酶工程应用于农产品的深加工
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。
• 2、酶工程在用农产品开发生物活性肽方面 的应用
四、酶工程技术在环境保护的应用
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随着人类社会的不断发展，工业越来越 发达，环境问题随之而来，并变得日益严 峻，目前，工业三废对人们日常生活的影 响越来越大，环境问题以不容忽视，而传 统的化学方法显现出了弊端与不足，利用 酶工程治理环境得到了人们的青睐。
• 1、辣根过氧化物酶
• 辣根过氧化物酶是酶处理废水领域中应用最 多的一种酶。有过氧化氢存在时,它能催化氧化多 种有毒的芳香族化合物,其中包括酚、苯胺、联苯 胺及其相关的异构体,反应产物是不溶于水的沉淀 物。HRP特别适合于废水处理还在于它能在一个 较宽的pH值和温度范围内保持活性。HRP的很多 应用都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。而且,HRP可以与一些难以去除的污染物 一起沉淀,去除物形成多聚物而使难处理物质的去 除率增大。这个现象在处理含多种污染物的废水 时有重要的实际应用。例如,多氯联苯可以与酚一 起从溶液中沉淀下来。
三、酶工程技术在食品工程的应用
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酶工程在甜味剂生产中的应用
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酶工程在调味剂生产中的应用
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酶工程在食品抗氧剂生产中的应用
• 1、酶工程在甜味剂生产中的应用
• 应用海藻糖是一种新型的多功能食品添加剂。张 海平和杨静从中国土样中筛选分离得到能产生淀 粉转化为海藻糖的酶菌柱, 并利用该菌柱生产的酶进 行淀粉合成海藻糖。产物 海藻糖在反应混合物中的 含量可达48%。海藻糖还 可由海藻糖合酶将麦芽糖 直接转化为海藻糖,在海藻 糖的工业生产中有着良好 的应用前景。
• 3、酶工程在食品抗氧剂生产中的应用
• 采用低浓度的乙醇、氨基酸和溶菌酶复酶添加入 食品的杀菌防腐的方法越来越受到人们的重视,并 在食品加工业中广泛推广。随着近年来酒精需求 量的上升,固定化细胞技术应用于酒精工业生产方 面的研究也变得非常 活跃。日本协和发酵 公司的固定化酵母连 续发酵系统,半衰期可 长达3个月,酒精产值 接近理论值,已进入 工业生产阶段。
前言
• 早在几千年我们的祖先就曾有酿酒、制醋 、做酱的记载,所有这些,实际上都是酶知识 的应用。
• 现在，酶工程已在医药、食品、工业、农 业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛 应用。
一、酶工程技术在医药工业中的应用
1 种类繁多的药品，如抗生素、维生素等
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基因工程药品：如人生长素、乙肝疫苗、单抗等