酶的应用

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酶的应用

绪论

酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。

酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。

目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。

梅奥生物目标成为中国市场已经接受的酶制剂应用领域中的第一，并不断开拓酶制剂应用的新领域。为实现这一目标，我们须把更多的精力放在酶制剂的应用研究与开发上，积极开发各方面的新的酶制剂应用工艺（中草药、保健品、能源、可再生资源）。因此我们将致力于酶制剂应用的开发，不断开发出合适的酶制剂应用工艺，为我们的客户、乃至客户的客户提供最富创新和高效

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的可持续发展解决方案。因次，梅奥生物提出了自己的远景：致力于生物酶制剂的研究与发展，让未来世界经济更繁荣、生活更便利、环境更清洁。

第一节酶及酶制剂

酶是由活细胞产生的一种生物催化剂，其化学本质是蛋白质。

酶除了具有蛋白质的所有特性以外，酶是具有严格的专一性和高效性。

酶具有如下重要特性：

1、催化的高效性

催化效率是普通无机催化剂的106-1013倍。例如1gα－淀粉酶结晶，在65℃15min内可使2吨淀粉糊化，而用酸来催化，则要145－150℃的耐酸、耐高压的专用设备中进行几个小时。

2、底物专一性强

一种酶只能催化一种或一类底物。

3、用条件简单（温和）

常压、常温、温和的酸碱度条件下既可反应。酶对于生命体起着十分重要的作用，细胞内1000余步化学反应都是在酶的参与下高效完成，没有酶就不能进行新陈代谢，更谈不上生命活动。

目前发现3000余种，能制备约300余种，大量生产和应用不到几十种。只要有适宜的生长条件，微生物就可大量繁殖并生产大量的酶。不超过1.5微米的微生物是梅奥生物生产业务的核心。

作为五类高新技术之一的生物工程技术，作为生物工程技术中应用最广泛，技术最成熟、前景最辉煌的酶。因此，我衷心希望梅奥生物的每一位员工都能努力学习、积极工作，培养良好的学习力、树立良好的执行力，通过实际行动来阐释梅奥生物的事业准则：学会学习超越自己。

第二节生物工程、酶工程

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21世纪取得突破性进展的世纪，是新材料、新能源、电子信息等高新技术广泛应用的时代，是人类向空间、海洋、地球内部不断拓展的时代。生物技术作为一个新兴产业，像信息技术一样，发展迅猛，它将是新世纪最有前途、最有代表性、最有推动力的科学技术。

1、生物工程也叫生物技术或生物工艺学。

生物工程在国外一般指医学工程、农业工程、环境工程、卫生工程、人体功能工程等总称。在国内生物工程与生物技术的概念混乱，把生物工程理解为函盖生物技术的一个广义的概念。

生物工程包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程。

四大工程中目前以酶工程和发酵工程发展最为成熟，基因工程和细胞工程起步较晚，很多先进的技术目前只在实验室中得到验证，一时很难转化为生成力，难以大规模生产应用。2、酶工程

酶工程是指酶的生产和应用技术。

包括酶的发酵生产、分离纯化、分子修饰、固定化、酶反应动力与反应器、酶的应用等内容。酶工程是生物过程的主要内容，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的交叉科学技术。

3、现代生物技术最新进展

（1）人类基因组序列工作框架图的完成2000年6月26日宣布人类基因组序列工作框架图完成，„中国科学院遗传研究所完成了1％‟，为人类今后全面认识人类基因组的功能提供了一个结构基础，而要“读懂”遗传奥秘，后基因组生物学时代将有更多的事情要做。

（2）生物芯片生物芯片是缩小的生化分析器，是借用微电子工业比较成熟的微细加工工艺在玻璃、塑料、硅片上加工出微米尺寸的微结构，在微结构上进行生化反应和分析。生物芯片包括样品制备芯片、生化反应芯片和基因芯片。它的出现将给生命科学、医学、化学、新药开发、法医鉴定、环境监督等带来一场革命。

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（3）动物反应器、植物反应器现代生物技术的发展已经使以下方面成为可能：①.使动植物获得优良的性状；

②.使动植物具有抗病、抗虫和抗逆境的能力；

③.转基因动植物生物反应器－这种把外源基因转变成蛋白质的动植物体非常引人注目。第三节酶的生产

酶的生产简单的将就是利用微生物菌种经发酵后，制得的满足应用需求的产品。

第四节酶的应用

酶的应用领域非常广泛。

1、酶具有高效﹑专一和反应条件温和的特点。它的这些特性有助于提高生产效率，降低成本，避免不必要的副反应，简化分离提纯步骤，为有目的地开发特定产品提供良好的途径；减少设备投资，提高安全系数；减少环境污染。

2、酶可以改变被作用对象的物理化学性质或赋予作用对象新的功能⑴改变对象的溶解性﹑乳化性﹑持水性﹑粘度等等。⑵解决产品沉淀，提高原材料利用率或提高产品的可溶性，调整产品生产过程中粘度或生产出粘度适当的产品，去除杂质。⑶结合适当的调控手段，酶可以改变原副材料选定部位的性质、溶解原副材料中特定部位，也可开发特定物化特性的产品。这些作用有助于改善最终产品的加工过程﹑提高产品性能和开发新的功能性产品。3、酶可以有选择﹑有控制地通过特定方式改变对象的化学结构，这些方式包括水解﹑氧化还原﹑裂解﹑合成﹑异构﹑转移基团等，使被作用对象按预定设想发生化学反应，生产出特定产品。

总之，酶应用的可能性几乎是无限的，未来百分之九十多的化学反应将有酶的参与，绿色化学所主要研究的问题，有称12项原则，其中九项都必须在或包括酶的参与下完成。

1、洗涤剂和个人用品工业用酶

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洗涤剂是工业用酶最大的应用领域。在洗衣、洗碗、公共清洗及隐形眼睛等的清洗中，酶无处不在。蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶可除去衣领、袖口处的污渍及血渍、菜渍、油渍等一系列生活污垢；而纤维素的参与则通过对棉组织纤维的修复作用而达到“织物复新”的效果。

含有淀粉葡萄糖酶和葡萄糖氧化酶的牙膏及漱口液可防止牙菌斑的形成，减少口臭。将来，多酶氧化酶在合适的介质中可完成生物染法的工作。这将使爱美人士不必再担心为美丽而付出受化学品毒害的代价。

2、酶在食品工业的应用

⑴烘焙工业用酶

早在十九世纪，人们就用麦芽做为酶的来源天家在面团中，以降低面团粘度，提高发酵率。目前，工业化的焙烤用酶被制备成可自由流动的与面粉颗粒大小相同的制剂，使用也很安全。它可改善面团的韧性、体积结构，并延长货架期。可口的面包具有光亮的色泽、良好的弹性、膨松的体积和芳香的口味。真菌α-淀粉酶和糖化酶通过将淀粉及糊精分解成葡萄糖，提供酵母发酵用养分，从而增大面包体积，改善面包的色泽，还能使面团易揉制。真菌α-淀粉酶则具有独特的抗干硬性能，它在焙烤过程中修饰淀粉，降低了面包储存过程中重结晶的可能性，比添加无菌单甘脂(DMG)作抗干硬剂具有明显的优势。

小麦中的谷蛋白在处理面团时通过形成结实的网络结构产生韧性更好、更易揉制的面团。小麦胚乳中的戊聚糖(一些半纤维素物质)中的不溶物、面粉重点脂肪等均会通过与谷蛋白结合而破坏网络的结构。蛋白酶及戊聚糖酶可溶解戊聚糖与谷蛋白结合形成的胶状物质。而脂肪酶则组织了甘油三脂与谷蛋白的结合。加酶后的面包心结构均匀、光华且更白。葡萄糖氧化酶则可部分替代用于强化谷蛋白的化学氧化剂和溴盐酸等，从而提高面包质量。

⑵酶应用于果汁与葡萄酒加工

果胶酶用于果汁加工已有70多年历史，现在大部分果汁加工都会用到酶。

果浆酶、纤维素酶等可以使皮渣几乎全部溶解，提高果汁产量。果胶酶、阿拉伯聚粮酶可防止浓缩汁的浑浊。

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葡萄果实中的酶活性很弱，不足以分解果胶类物质。酶制剂在果酒和葡萄汁的生产中可起到软化果皮、提取颜色、澄清果汁和帮助过滤等作用。酶还可以防止因真菌感染而引起的混浊及滤膜阻塞。

⑶乳品工业用酶

酶在牛奶加工中的应用已有很长历史。古时代人们用小牛精制凝乳酶促进奶酪生产时牛奶蛋白凝集。今天，DNA重组技术使得小牛凝乳酶的基因克隆到微生物中，生产出价廉物美的粗制凝乳酶，只需对奶酪生产工艺作少许改动。从牛奶凝集得到新鲜凝乳块主要含酪蛋白、脂肪、碳水化合物和矿物质，这此化合物味道很淡。奶酪的风味是在成熟过程中逐渐获得的。使用不同的微生物或其酶系可使奶酪逐渐成熟，得到风味不同的奶酪；使用蛋白酶则可不解干酪，加速奶酪的成熟。来自米氏毛霉的脂肪酶在意大利奶酪中，由于形成短链脂肪酸而促进辣味的产生，已成为替代从小动物中提取的粗制凝乳的安全生产技术。

在以牛奶为基质配方的婴儿奶粉中加入蛋白酶已有50多年的历史了。对于婴儿这个过敏高危群体或其它牛奶过敏人群来说，部分牛奶蛋白质——抗原决定其具有潜在的危险。而使用专一性蛋白内切酶切断蛋白高亲水肽链则可消除其过敏作用，并提高婴儿奶的营养价值。

⑷蛋白质工业

A、植物蛋白

a、大豆蛋白奶b、植物蛋白水解产物

B、动物蛋白

⑸肉类加工

A、嫩肉粉

B、保鲜剂（溶菌酶）

⑹功能食品与酶

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A、谷氨酰胺转胺酶B、天然调味品

3、纺织品整理用酶

从棉花到面料，在纺织厂要经过纺织退浆、煮练、漂白、印染等一系列工序。

淀粉酶用于退浆早已是纺织行业中最古老的应用。果胶酶代替氢氧化钠进行“生物煮练”可能形成对织物低损伤和更为环保的新工艺。过氧化氢酶则以在除去漂白残留液的过程中大显身手。

服装工业受时尚推动，风格各异的牛仔服饰、免烫整理的纯棉织品，生物抛光为设计者提供独具特色的面料品质；悬垂飘逸的天然纤维，古朴质感的麻制品无一不需纤维素酶的处理；羊毛的生物丝光防缩，麻纤维的酶法脱胶等新工艺的不断涌现，使人们在穿衣着装时避免残余氢化物的危害，并减少行业对环境的污染。

4、饲料工业用酶

猪和家禽饲料中的磷约有50-80%以肌醇六磷酸(植酸)的形式存在。多数单胃动物体内没有可消化植酸的酶，因而会排除有害于环境的含磷粪便。全世界的牲畜每年排除的含磷粪便多达八百万吨，如果在饲料中添加植酸酶，一方面通过释放被结合的磷提高营养价值，另外可使排出的磷减少30%。