正文 第三節 酶工程與化學工業(1 / 3)

一、酶製劑現狀

酶工程是基於生物技術學科的發展而開發的應用技術,利用生物催化劑——酶的催化特性,解決酶在醫藥、化工、輕工、食品、能源和環境工程方麵的應用技術。目前,酶催化在精細化學品、藥物及食品工業中都已有較多應用。

我國酶製劑工業起步於1965年,在無錫建立了第一個專業化酶製劑廠,總產量隻有10t,而品種隻有普通澱粉酶。經過40年的發展,我國酶製劑已形成一定規模,但與世界發達國家相比,還存在著較大差距,主要表現在以下幾個方麵。

(1)劑型少、品種少,產品結構不合理國內外酶製劑產品結構對比詳。

(2)總體技術水平比較低我國酶製劑生產總體上提取手段落後,造成產品粗糙、雜質多、質量差,影響了下遊過程產品質量的提高及產品用途的擴大,同時也不利於環境保護。雖然在逐漸改善,但從行業總體水平看,還有較大差距,發展不平衡。

(3)應用的深度和廣度不夠,新產品開發能力差國外酶製劑公司的研究、開發經費一般占產品銷售額的10%以上,我國在這方麵的投入不夠,研究、開發的全部經費不到產品銷售額的1%,因此新產品的開發受到很大製約,新酶種和新用途的研製開發速度緩慢,跟不上工業發展的需要,某些酶種還依靠進口。

二、商品化的酶製劑

酶的催化作用,自古以來就被人類應用於日常生活。19世紀前後,建立了酶的概念,1897年,發現了酶不僅由活細胞產生,而且從細胞分離以後仍可以繼續發生作用,導致了酶的商品化生產。1949年日本開始采用深層培養法生產細菌α-澱粉酶後,微生物酶製劑的生產進入了大規模工業化的階段。1959年酶法生產葡萄糖成功,帶來了酶製劑工業的新發展。目前在生物界發現的酶已達2500多種,其中數百種已得到結晶,但大量工業生產的酶僅數十種。

1.澱粉酶

澱粉酶是水解澱粉和糖原的酶類的統稱,是最早實現工業生產,並且是迄今為止用途最廣、產量最大的一個酶製劑品種。由於酶法生產葡萄糖,以及用葡萄糖生產異構糖漿的大規模工業化,澱粉酶的需求量不斷增大,其產量在酶製劑總產量中所占的比例不斷提高。

目前,澱粉酶主要分為四大類:α-澱粉酶、β-澱粉酶、葡萄糖澱粉酶以及解支酶(異澱粉酶),除此之外,還有一些與工業有關的環式糊精生成酶,如G4、G6生成酶,α-葡萄糖苷酶等。α-澱粉酶最早發現產生於枯草芽孢杆菌,它可從澱粉分子內部切開α-1,4糖苷鍵而將澱粉降解成糊精和還原糖,目前主要用於食品、釀造、製藥、紡織以及石油開采等領域;葡萄糖澱粉酶即糖化酶,主要來源於根黴、紅曲酶、黑曲黴,目前大量用於澱粉糖化劑;異澱粉酶能分解α-1,6糖苷鍵,主要用於分解支鏈澱粉。

2.蛋白酶

蛋白酶是催化肽鍵水解的一群酶類,是研究得比較深入的一種酶,按酶的來源可分為動物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。蛋白酶在工業上有不同的用途,如絲綢脫膠,皮革工業中脫毛和軟化皮板,水解蛋白注射液的生產及啤酒澄清等。按蛋白酶作用的最適pH,可分為酸性、中性和堿性蛋白酶。

蛋白酶商品化生產開始於20世紀初,1908年德國Ro··hm等人開始用胰酶鞣革;1911年美國華勒斯坦公司生產木瓜酶作為啤酒澄清劑;20世紀30年代微生物蛋白酶開始用於食品和製革工業。到目前為止,國際市場上商品蛋白酶約在80~100種以上。我國已陸續選育了一批優良產酶菌株,包括中性蛋白酶生產菌如枯草杆菌、放線菌、棲土曲黴和堿性蛋白酶生產菌株地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等,以及酸性蛋白酶生產菌黑曲黴、宇佐美曲黴變異株、肉桂色曲黴和醬油工業用的米曲黴等。

3.葡萄糖異構酶

葡萄糖異構酶能夠催化D-木糖、D-葡萄糖等醛糖轉化為相應的酮糖,是工業上大規模以澱粉製備高果糖漿的關鍵酶。葡萄糖異構酶工業化生產的早期是利用熱處理細胞直接作為酶進行生產,隨後固定化葡萄糖異構酶工業化成功,現在異構糖全部使用固定化酶生產。

由於異構糖漿製造方便,生產成本和設備投資遠比甜菜製糖低(約50%),各國競相生產。我國是食糖缺乏的國家,因此發展異構糖意義重大,自1965年以來,對各種產葡萄糖異構酶的菌種進行了研究,目前已有利用固定化異構酶細胞進行果糖漿生產的技術。