第2节　酶在工业生产中的应用.doc

参考资料酶在工业生产中得应用实例整合医药工业方面（1）血糖快速测仪：是一种利用固定化酶制成的传感器酶传感器。主要有固定化酶和变换器组成，固定化酶可以选择性“识别”被检测的物质，并且催化被识别物质发生化学反应，变换器将这一反应中的底物或产物变量转化为电信号，进而通过仪表显示出来。（2）脲传感器：是由固定化脲酶、固定化硝化菌及氧电极组成，脲经脲酶分解成氨及二氧化碳，氨又继续被硝化菌氧化，总耗氧量则通过氧电极反映出电流的变化，用以计算脲的含量。（3）半合成青霉素的生产：青霉素在临床上已经应用半个多世纪，许多致病菌已经对其产生了抗药性，半合成青霉素是将青霉素的结构进行改造，以获得许多抗菌范围广、抗耐药性强和稳定性好的新的青霉素。改造青霉素前需要先将青酶素的侧链和母核（青霉素主要结构）水解开， 以前时用化学方法将发酵生产的青霉素水解，但生产效果差，产品质量低，无法满足半合成青霉素 生产的需要。现在则使用青霉素酰化酶，产品质量好，成本也大幅度降低。如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素都是这样生产的。这些产品疗效好，过敏反应低，口服方便。（4）多巴生产：帕金森综合征是一种老年疾病，患者手指颤抖，肌肉僵直，行动不便，发病原因是神经细胞不能将络氨酸转化成神经递质类的多巴，所以治疗这种病的重要手段就是给病人服多巴。人们从微生物中找到一种络氨酸酶，能够将邻苯二酚、丙酮酸和氨合成多巴。这个反应效率很高，可以产生大量的多巴。食品加工业方面（1）面类食品加工：通过脂肪酶反应提高并保持产品的弹性，改善食感。在面类食品生产中，添加不同量的脂肪酶，会使产品的弹性得到不同程度的提高。（2）乳品工业：脂肪酶主要应用于乳酯水解，增强奶酪和奶粉风味、奶酪的熟化、奶油及冰淇淋的酯水解改性等。奶制品独特的风味是由于脂肪酶催化乳酯产生了脂肪酸。脂肪酶产生的短碳链脂肪酸(C4-C6)使产品的奶风味有一定的独特性，而产生的中碳脂肪酸(C10-C11)使产品具有皂香味。同时，脂肪酸参与微生物反应，形成一些新风味的物质，如甲基酮类、风味酯类和乳酯类等。（3）葡萄糖的生产：以前曾采用酸水解淀粉生产葡萄糖，这种生产工艺，反应温度高、酸性强、设备很容易被腐蚀，而且，水解后获得的产物颜色深，提取葡萄糖的难度大。现在采用酶制剂的生产方法，用到耐高温的-淀粉酶和糖化酶，这种生产方法生产的葡萄糖易分离纯化，而且产量高，质量好。（4）帮助和促进食物消化的酶与食品加工:帮助和促进食物消化的酶成为食品市场发展的主要方向，包括促进蛋白质消化的酶（菠萝蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等），促进纤维素消化的酶（纤维素酶、聚糖酶等），促进乳糖消化的酶（乳糖酶）和促进脂肪消化的酶（脂肪酶、酯酶）等。 或者直接在帮助消化的药物中添加胰酶、胃蛋白酶等，胰酶中含有胰脂肪酶、胰淀粉酶、胰蛋白酶。胰脂肪酶能使脂肪分解为甘油及脂肪酸，胰淀粉酶能使淀粉转化为糖，胰蛋白酶能使蛋白质转化为多肽；胃蛋白酶能使蛋白质转化为多肽。二者合用，可促进消化，增进食欲。（5）果汁的生产：将水果制成果汁，既提高了水果的经济附价值，有方便了食用，但在制作果汁的过程中人们发现了以下问题：水果出汁率低，耗费时间长，榨取的果汁浑浊、粘稠，不溶性物质含量高，放置一段时间容易发生沉淀等。为解决这些问题，工业上采用果胶酶和纤维素酶处理果肉，不仅提高果肉的出汁率，缩短时间，而且能使生产的果汁澄清，稳定性强。果胶酶可以用于橘子脱囊衣，制造果粉、低糖果冻（6）果糖的生产：葡萄糖和果糖属于异构物质(化学式相同、结构不同)，葡萄糖甜味比较弱，在食品上使用有限。用固定化葡萄糖异构酶催化葡萄糖的异构反应，可以将葡萄糖转化为果糖，生产出果糖糖浆。果糖糖浆的甜度和我们日常使用的白糖相似，在生产食品、饮料时可以使用（7）酶在啤酒酿造过程中的应用：传统方法将谷物转化成啤酒的酶来自麦芽，如果麦芽汁中酶活性变化或过低可能导致一系列质量问题：提取率低，麦汁分离时间长，发酵慢，啤酒的口味及稳定性差。 工业酶可用来补充麦芽天然含有的酶，用辅料(玉米、小麦、大米等淀粉类原料)和大麦酿造啤酒时分别加入- 淀粉酶、- 葡聚糖酶及蛋白酶可确保酿造质量。将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中，可显著增加麦粒溶解性，明显缩短发芽时间。 在啤酒酿造过程中，谷物皮壳中含有的木聚糖、戊聚糖等半纤维素和麦芽中释放出的 -葡聚糖，常常造成麦汁黏度的增加以及啤酒的后浑浊，将半纤维素酶与-葡聚糖酶配合使用可以有效减少糖化液中-葡萄糖的含量，改进过滤性能，并且能够避免沉淀的产生，使麦汁的透明度明显提高，显著改善啤酒的品质。加入乙酰乳酸脱羧酶，可以除去发酵生产的具不良味道的乙酰乳酸，从而改善啤酒的口味，发酵完成以后，加入蛋白酶可以降解啤酒中的蛋白质，防止啤酒冷藏时发生浑浊，提高啤酒的质量。在木瓜果酒酿造过程中，加入适当比例的纤维素酶和果胶酶的复合酶液后，木瓜汁的出汁率明显提高，营养物质更加丰富，成品酒的酒质澄清透明，无悬浮物和沉淀物等杂质，口味更加宜人。（8）酶在酿造酱油过程中的应用：酱油的天然酿造过程中需要加入淀粉酶、蛋白酶等多种酶，如果在入池发酵时同时加入一定量的纤维素酶，则可以使大豆等原料的细胞膜的膨胀、软化和破坏都更加充分，从而使包藏在细胞中的蛋白质、碳水化合物等成分充分释放。纤维素酶的加入显著缩短了酿造时间，提高了产率，在提高酱油浓度、改善酱油质量方面也有明显的促进作用，所得的成品酱油色泽较好，无需另外加入糖色。轻、化工业方面轻、化工业方面酶工程在轻、化工业中的用途主要包括：洗涤剂制造（增强去垢能力）、毛皮工业、明胶制造、胶原纤维制造（粘接剂）牙膏和化妆品的生产、造纸、感光材料生产、废水废物处理和饲料加工等。（1）加酶洗涤剂：酶在洗涤剂产品中应用是合成洗涤剂工业发展过程中重大技术进步之一。洗涤剂中添加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等。由于酶催化反应进行迅速、高效,而且在常温甚至低温下均可进行,并且能有效地解决清洗血渍 (特别是织物上干 血渍)、皮脂、口 红、草汁等多种洗涤上的难题，工业与民用上费力的清洗工作变得省时省力轻松多了。而且对人体没有毒害作用，并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解，不会污染环境。脂肪酶：可以催化水解各类动植物油脂和人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢； 淀粉酶：可以去除例如来巧克力、肉汁和婴儿食品中含有淀粉的污垢 纤维素酶：去除棉纺织品表面的浮毛，使洗涤后的棉纺织品柔软蓬松，织纹清晰，色泽更加鲜艳，穿着更加舒适 （2）酶在制革工业中的应用：数百年来, 制革工业中一直沿用碱溶液使毛和皮分离。但是, 经过强碱作用后, 不但降低了皮革强度和使用寿命, 而且会使羊毛和猪鬃等宝贵的天然徽推发脆、变硬, 降低了它们的质量。同时，制革工业面临着环境污染严重、资源利用率低，耗水量大等问题。酶在制革工业中首先用来加速干皮的浸泡回软。蛋白酶、糖酶和脂肪酶等能溶解生皮中的一些蛋白质和脂肪, 从而形成了无数细微“ 孔隙” , 大大加速了水向生皮中的渗透。酶还有极严格的选择性。例如一些蛋白酶仅仅分解毛与生皮联接地方的蛋白质。这样, 就能把毛从皮上脱下来, 而完整地保存毛和皮的质量，利用酶将毛从皮上脱下来, 速度也比用化学药剂快得多, 皮革回收率可提高25 30 % 左右。生皮在加工过程中需要除去脂肪, 过去是依靠各种乳剂来脱脂的。而生皮握过酶处理后, 皮粗撇中的脂肪已被脂肪酶所分解, 因此脱脂这一工序也就可以根本省去。利用酶来处理生皮, 可以使皮革更加柔软,富于弹性。 （3）棉布的生产：为使牛仔服柔软、光洁、改善手感和外观，从前人们常用沙石洗工艺对棉布进行处理，但这种处理导致纤维不均匀、损害织物的强度等问题，而且生产效率低，生产投资大。用纤维素酶处理棉布，就不会出现这些问题，我国目前制作牛仔服的棉布，其生产过程中都采用了纤维素酶处理。 （4）酶制剂饲料添加剂的作用：淀粉酶：淀粉酶主要有淀粉酶和糖化酶。 淀粉酶能将淀粉大分子分解为易被吸收的中、低分子物质。 糖化酶能将淀粉酶分解的中、低分子物质进一步水分解为葡萄糖，被动物吸收利用。蛋白酶：蛋白酶是降解蛋白质肽链的水解酶，主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜酶等。纤维素酶： 纤维素酶能破坏纤维素的结晶结构，将纤维素大分子水解 为低聚糖片断， 和将低聚糖物质分解为葡萄糖。葡聚糖酶：葡聚糖广泛存在于多种植物原料中，粘性较大，是影响营养分子传递和吸收的一个重要的抗氧因子。 葡聚糖酶能水解葡聚糖等大分子，降低消化道中物质的粘度，促进营养物质的吸收。葡聚糖酶是酶制剂饲料添加剂中较为重要和应用较广泛的一种酶。果胶酶：果胶质是植物 性原料中一种 抗营养因子， 影响饲料的 利用率。 果胶酶能有效破坏果胶质，促进营养成分的消化和吸收。果胶酶也是较常用的一种饲料酶制剂。（5）酶与废水处理：在现有的废水净化方法中，生物净化常常是成本最低而最可行的。微生物的新陈代谢过程，可以利用废水中的某些有机物质作为所需的营养来源。因此利用微生物体中酶的作用，可以将废水中的有机物质转变成可利用的小分子物质，同时达到净化废水的目的。人们利用基因工程技术创造高效菌种，并利用固定化活微生物细胞等方法，在废水处理及环境保护工作中取得了显著的成效。另外，生物传感器的出现为环境监测的连续化和自动化提供了可能，降低了环境监测的成本，加强了环境监督的力度。酶与生物能源的开发：在全世界开发新型能源的大趋势下，利用微生物或酶工程技术从生物体中生产燃料也是人们正在探寻的一条新路。例如，利用植物、农作物、林业产物废物中的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等原料，制造氢、甲烷等气体燃料以及乙醇和甲醇等液体燃料。（1）燃料工业中的酶：应用酶水解技术处理生物质所制造的燃料酒精可以部分替代