酶的应用与发展论文

摘要：生物工程是现代科技的一项高新技术,是当今最有发展前景的学科之一。而酶工程是生物工程的重要组成部分,酶作为生物催化剂,它广泛应用于食品、酿造、淀粉糖、制革、纺织、印刷、医药、石油化工等20多个领域。它可提高产品品质、改进产品工艺、降低劳动强度、节约原料和能源、保护环境,并产生巨大的经济效益和社会效益。关键字：酶工程酶的固定化酶的应用前景从世界范围而言,酶制剂总量的55%是水解酶,主要用于焙烤食品、酿酒、淀粉加工、酒精和纺织等工业;35%是蛋白酶,主要用于洗涤剂、制革和乳品工业;其余是药用酶制剂、试剂级酶制剂和工具酶。1酶工程酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器。1.1酶的生产酶的生产是各种生物技术优化与组合的过程，分为生物提取法、生物合成法和化学合成法三种,其中生物提取法是最早采用而沿用至今的方法,它是指采用各种提取、分离、纯化技术从动物、植物、器官、细胞或微生物细胞中将酶提取出来；生物合成法是20世纪60年代以来酶生产的主要方法,是指利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的生命活动而获得人们所需酶的技术过程；而化学合成法因其成本高,且只能合成那些已经弄清楚化学结构的酶,所以难以进行工业化生产，至今仍处在实验室研究的阶段。1.2酶的纯化酶的纯化属于一种后处理工艺，包括粗制工艺与精制工艺，对超酶液进行浓缩精制是生产高质量酶制剂的重要环节。其提纯手段一般是依据酶的分析大小、形状、电荷性质、溶解度、专一结合位点等性质而建立。要得到纯酶,一般需要将各种方法联合使用。最常用的纯化方法有根据溶解度特性的沉淀法;根据电荷极性的离子交换层析、等电点聚焦电泳等;根据大小或重量的离心分离、透析、超滤等;根据亲和部位的亲和层析、共价层析等。1.3酶的固定化技术酶的固定化技术是把从生物体内提取出来的酶,用人工方法固定在载体上，这是是酶工程的核心,它使酶工程提高到一个新水平。自从1969年世界上第一次使用固相酶技术以来，至今已有40多年的历史。由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了,能将其从反应介质中回收,所以原则上能在批量操作或连续操作中重复使用酶。固定化酶具有如下性质:酶的稳定性提高;最适pH值改变;酶的活性和催化底物有所变化;最适温度有所提高，对抑制剂和蛋白酶的敏感性降低;反应完成后可通过简单的方法回收,且酶活力降低不多,这样可使酶重复使用[3]。同时由于酶没有游离到产品中,便于产品的分离和纯化;实现批量或连续操作模型的可能,可进行于产业化、连续化、自动化生产。2酶的应用现状2.1在食品业的应用酶制剂在食品工业的三大用途分别是水果蔬菜加工、焙烤食品和乳制品。2.1.1在乳制品中的应用乳糖是存在于哺乳动物乳汁中的一种双糖,甜度和溶解度均较低,饮食中的乳糖可提高人体对Ca,P,Mg和其他必需微量元素的吸收，但其在小肠里不能被直接吸收,必须通过小肠内乳糖酶水解才能被人体消化吸收。2.1.2在培烤食品中的应用酶在烘烤食品方面,可以增大面包体积,改善面包表皮色泽,改良面粉质量,延缓陈变,提高柔软度,延长保存期限。国外经试验表明,向面粉中添加0.1%的淀粉酶,就可以使面粉变得完善,大大改进产品的质量,因此国外都把面粉中的淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。2.1.3在果蔬加工中的应用水果蔬菜加工中最常用的有果胶酶,纤维素酶,半纤维素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果胶酶已成为许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果胶酶和其他的酶(如纤维素酶等)处理可以大大提高出汁率,简化工艺步骤,并且可明显提高果汁澄清度,降低果汁相对黏度,提高果汁过滤效果。2.2在发酵业的应用目前酶工程在发酵业中的典型应用为酱油的酿造，即以酶制剂代替制曲,经制醅后熟,再添加酵母生香,或用固定化酵母生香,或经太阳晒露生香制成现代化酿造酱油。2.3在酿酒业的应用麦芽是生产啤酒的主要原料。麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不能充分、蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、p一葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。2.4在饲料业的应用当前，我国用作畜禽饲料的谷物主要是玉米，这造成了玉米供应日趋紧张，因此必须充分开发利用资源丰富的麦类、谷物和糠麸。然而麦类、谷物和糠麸等副产品中都存在抗营养因子——木聚糖，它是一种多聚五碳糖，是自然界中继纤维素之后含量第二丰富的再生物质资源。木聚糖酶可将木聚糖降解成低聚糖和木糖，可有效消除禾本科谷物中主要抗营养因子木聚糖的不利影响，提高谷物的养分利用率，改善家禽的生产性能，改善生态环境和防治动物疾病，避免了由于添加抗生素、激素和高铜等物质所产生的负面影响，具有明显的经济效益和积极的环保意义。2.5在医疗业的应用近年来，酶类药物以其安全、高效的特点在临床应用上处于不断上升趋势。如将尿激酶、弹性酶、降纤酶、纤溶酶、链激酶、胶原酶、超氧化物歧化酶等新的酶类药物广泛应用于心脑血管疾病、血液系统疾病、保健、抗衰老等各个方面,还有不少酶制剂被用做急救药品。由于植物和真菌的细胞外层都含有细胞壁，细胞壁往往成为阻止中药有效成分溶出的关键壁垒，而借助于酶工程可以实现针对细胞壁的破坏和消解，从而使得细胞有效成分更加的容易溶出，提高提取效率。如纤维素酶，果胶酶等具有定向的分解细胞壁，提高有效物质的溶出率的特点，在中药有效物质提取中具有广泛的应用前景。2.6在环保业的应用酶制剂在处理废物、废水,化废为宝,实现二次利用方面表现出巨大的应用前景。在农业方面,生物农药只作用于农作物致病菌或致病因素,对人体无害,不存在农药残留问题。化工行业是污染的主要来源,以酶作为催化剂可使化学反应在常温、常压、中性条件下进行,既降低了本,又大大减少了污染。目前,我国柠檬酸和聚丙烯酰胺就借助生物化工技术实现了大规模、小投资、低成本的技术升级。3酶的发展前景酶制剂是一种生态型高效催化剂,具有高效、安全、节能、生态和环保等特点,其发展能够有效带动相关领域技术水平的提高,对应用产业开发新产品、提高质量、节能降耗、保护环境具有重要意义。并且，近年来酶制剂的应用已取得了很大突破，酶学领域经历了前所未有的发展,除了继续对新的酶源进行筛选,研究其在加工中的适用性外,一些新技术如蛋白质工程、合成酶技术、非水相酶促反应等不断涌现,使人们在酶的研究、应用上做出大胆尝试，从而大大拓展酶的应用范围。参考文献：[1]方尚玲,李世杰.生物工程酶在化工中的应用进展.化学与生物工程[2]唐忠海,饶力群.酶工程技术在食品工业中的应用.《食品研究与开发.2004年8月第25卷第4期[3]李炜炜,陆启玉.酶工程在食品领域的应用研究进展.油脂开发粮油食品科技.第16卷2008年第3期