正文 第三節 酶工程與化學工業(2 / 3)

4.纖維素酶

纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱,它不是單種酶,而是起協同作用的多組分酶係。大多數由微生物產生的纖維素酶至少包括三類性質不同的酶:一是C1酶,它是纖維素酶係中的重要組分,它在天然纖維素的降解過程中起主導作用;二是β-1,4-葡聚糖酶,亦稱Cx酶,它是水解酶,能水解溶解的纖維素衍生物或膨脹和部分降解的纖維素,但不能作用於結晶的纖維素;三是β-葡萄糖苷酶,它能水解纖維二糖和短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖,又稱為纖維二糖酶,實際上它能作用於所有的葡萄糖β-二聚物。

20世紀60年代後,由於分離技術的發展,推動了纖維素酶的分離純化工作,對於纖維素酶的組分、作用方式以及誘導作用等方麵的研究進展比較快,並且實現了纖維素酶製劑的工業生產。在應用上也取得一定成績。目前已有許多國家在進行纖維酶的研究,以纖維素轉化成糖作為主要目標。纖維素酶製劑的產量亦逐年增加。用於食品、飼料加工、釀造的纖維素酶來源於木黴和青黴。

纖維素酶在食品加工、製酒、飼料、培養菌體蛋白和纖維素糖化等方麵的應用取得了一定成績。

5.其他酶製劑

除前述幾種酶製劑外,常見的酶製劑還有果膠酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、L-天冬酰胺酶、天冬氨酸酶、5′-磷酸二酯酶、多核苷酸磷酸化酶、青黴素酰化酶、α-半乳糖苷酶、右旋糖酐酶、細胞壁溶解酶、鏈激酶、氨基酸脫羧酶等。世界各國對各種酶製劑的生產與應用仍在不斷地研究和開發,技術進步及投入力度的加大將會推進酶製劑行業的進一步發展。

三、酶製劑在化工領域中的應用

隨著新酶種的發現和對已知酶的催化功能的發掘以及酶固定化技術的進步,近年來生物催化技術在化工行業的多方麵得到了應用。

1.酶在大宗化學品方麵的應用

雖然酶目前主要是用於醫藥和精細化學品的製造,但已出現應用於大宗化學品生產的趨勢。例如,杜邦公司與傑寧科樂公司合作開發用微生物法進行生物催化生產1,3-丙二醇的技術,並進一步生產PTT樹脂。美國能源部成功研究利用遺傳修飾大腸杆菌突變種使玉米葡萄糖發酵生產丁二酸的方法,以丁二酸為原料可加工成1,4-丁二醇、四氫呋喃和N-甲基吡咯烷酮等工業產品,成本比其他方法低20%~50%。

日本研究者發現紅球菌產生的腈水解酶可將丙烯腈水解成丙烯酰胺,而在此之前使用化學催化法需要昂貴的銅催化劑,反應溫度為100℃,產生大量廢物且會使產品發生聚合。日本已建成采用此酶法每年生產丙烯酰胺1萬噸的大型裝置,俄羅斯也建成了酶法生產丙烯酰胺2.4萬噸/年的大型生產裝置。

美國明尼蘇達大學化學家鑒定出一種甲烷單加氧酶,它能生物氧化甲烷成甲醇的“反應性中間體Q”,基於這一發現可能設計成功烷烴氧化的生物催化劑供化學工業使用。

酶在輕工業中的用途廣泛,主要表現在:用於洗滌劑製造以增強去垢力;用於製革工業原料皮的脫毛、裘皮的軟化;用於明膠製造以代替原料皮的浸灰減少汙水;用於造紙工業作用於澱粉以製粘接劑;用於化妝品生產中去除膚屑潔淨體膚;用於感光片生產以回收銀粒與片基,以及用於處理廢水廢物,作為飼料添加劑等。

此外,酶能在有機溶劑中進行催化反應,從而開辟了非水酶學這一嶄新的研究領域,大大擴展了酶的應用範圍,也為酶學研究注入了新的生機和活力。近年來,非水酶學研究取得了不少令人可喜的成果,為酶在精細化工、材料科學、醫藥等方麵的應用展示了廣闊的前景。

2.酶在氨基酸生產上的應用

酶在氨基酸生產上的用途主要有兩種,一是用於DL-氨基酸的光學拆分,合成法生產的氨基酸都是消旋體,其中隻有L型氨基酸具有生理活性,可用酶法拆分將DL-氨基酸轉化為L型氨基酸;另一種用途是合成氨基酸,首先利用化學方法合成分子結構簡單的化合物作為前體,通過酶反應合成所需要的氨基酸,這是結合化學合成與酶反應的長處而建立的一種有效的生產手段,能夠廉價、高效地生產氨基酸。