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

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。

（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

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。

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

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%。

用蛋白酶及碳水化合物酶加工的大豆蛋白、菜籽蛋白或谷类蛋白可制成小猪、小牛的母乳替代品，具有与母乳同样的功能和营养，且价格低廉。

5、啤酒酿造工业用酶

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过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等。

工业酶可用来补充麦芽天然含有的酶，用辅料(玉米、小麦、水稻等淀粉类原料)酿啤酒，大麦酿啤酒时分别加入α-淀粉酶，β-葡聚糖酶及蛋白酶可确保酿造质量。

麦芽汁分离和啤酒过滤是酿酒工艺中两个常见的难关。在糖化过程中，β-葡聚糖酶和戊聚糖酶的应用可解决这些问题。

啤酒发酵初期酵母产生的双乙酰使啤酒有一种类似乳酪的味道。当啤酒中双乙酰的含量下降到某一水平（大约0.07ppm）时，则标志着啤酒的成熟。发酵早期加入α-乙酰乳酸脱峻酶可促进双乙酰分解，缩短啤酒发酵时间并确保良好的风味。

6、酶与燃料酒精

由生物原料生产的酒精可用作传统机动车燃料的替代品、提高辛烷值，减少尾气污染。燃料酒精是淀粉类原料(如玉米)经“干磨”的方法磨碎，糊化后在α-淀粉酶的作用下液化。部分降解的淀粉经糖化酶转化为葡萄糖，由酵母利用糖发酵产生乙醇，再经蒸馏脱水后即可得到燃料酒精。其副产品DDG(全谷物饲料)是非常好的动物饲料。

7、淀粉糖工业用酶

六十年代初，糖化酶的应用很快使大多数葡萄糖生产工艺都由酸水解变成酶水解。由于酶反应的高效性和专一性，人们可以大规模地生产纯度更高、更易结晶的产品。1973年，固定化葡萄糖异构酶大开发使得高糖果浆的工业化生产成为可能。这一工业还迅速采用了由分子生物学和遗传工程学得到的新酶，使工艺不断得到优化和突破。

淀粉(主要来源于小麦、玉米、木薯及马铃薯等)制糖的主要转化步骤是液化、糖化和异构化。

在淀粉悬浮液中加入耐温型的α-淀粉酶，搅拌后通过喷射液化器在105-110摄氏度的温度下经一系列管道系统停留约5分钟，使淀粉完全糊化。部分液化了

的淀粉经板式换热后其温度降至90-100摄氏度。淀粉酶进一步反应1-2小时，即可得到麦芽糊精。液化淀粉所产生的麦芽糊精经糖化酶或真菌α-淀粉酶进一步糖化，可生产各种不同甜度的甜味剂，如麦芽糖浆及高转化糖浆。应用β-淀粉酶、糖化酶及普鲁兰酶可生产高麦芽糖浆和中转化糖浆，其麦芽糖含量接近80%。

另外，淀粉经酶水解后还可发酵生产酒精、多元醇、维生素C和青霉素等。

8、发酵工业与酶

中华民族早在5000年前就开始利用微生物发酵生产食品、调味品和饮用酒类，是世界上最早应用发酵技术的民族之一。

随着人类对微生物生理活动规律认识的加深，利用外源的高活力工业酶制剂将淀粉分解成为菌种利用效率最高的葡萄糖，并加入到发酵培养基中。形成了在时间与空间上均可分别进行的糖化和发酵工艺。这种工艺将工业化的α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶(即糖化酶)的应用引入发酵工业，并立即带来发酵工业技术进步的巨大飞跃。

时至今日，仅仅是将淀粉分解为葡萄糖的酶制剂已远远不能满足发酵工业的需求，具备以下特征的酶越来越受到发酵工业的青睐： ◆更宽的PH、温度适应范围； ◆更少的副产物生成；

◆减少化学品使用以利于环境保护。

除了上述两种酶的应用外，越来越多的酶被不断地引入到发酵工业中以使人们可利用更多的原料来源，或使生产过程更环保和便利。

9、制革工业用酶

皮革/毛皮加工中使用酶制剂有着悠久的历史，第一种商品化皮革酶制剂产生于1908年。如今，从皮革/毛皮加工的浸水、脱毛/浸灰、脱脂、软化、浸酸，到蓝湿皮处理及中和等制革工序中，蛋白酶和脂肪酶均大显神通。同时使用两种酶制剂时，由于协同效应而使酶的作用更加明显。

酶不仅简化了制革这一传统污染行业的应用工艺，同时在环保方面发挥了无可比拟的优势。全世界一年因制革产生含铬废物60万吨。用酶处理含铬废物不仅回收了铬，还能通过不同工艺得到动物饲料或明胶，解决了人们对废物填埋的燃眉之急。

10、造纸与制浆工业用酶

造纸是与皮革并列的另一重污染工业。其中用含氯化合物对纸浆漂白的工艺过程污染尤为严重。半纤维素酶的处理可洗去半纤维素类物质，有效地对木质素进行漂白。木聚糖酶是这种有助于减少氯及无氯的漂白工艺的主要手段。 木材中的树脂会粘在抄纸机的滚轴上，引起造纸机械方面的问题。轻则形成纸张瑕疵，重则造成停机。如在匀浆机中加入脂肪酶搅动纸浆，则可有效减少此类问题。

近年来，再生指发展迅速。在回收的办公室混合废纸脱墨工艺中使用纤维素酶，可生产出颜色浅亮的高清洁度纸浆，并改善白水循环的操作。

用α-淀粉酶处理所得到的低粘度淀粉可用于纸张涂层，改善纸的光泽、滑度及印刷特性。

11、生物聚合物加工用酶

用可降解的生物高分子材料生产的可降解塑料、涂料和纤维板等无疑会对控

制白色污染带来革命性的改变。酶已被用于加工诸如蛋白质、淀粉、纤维素、非淀粉多糖(如果胶、木聚糖、木质素)以及生物塑料(聚基丁酸)等一定规模的生产中。人们正在研制通过交联反应直接将单体聚合成塑料的酶。过氧化物酶、脂肪酶和转谷氨酶都能形成交联键，形成生物聚合物。

12、酶与油脂加工、石油裂解

脂肪酶可用于油脂水解，转酯反应及酯合成。利用这些技术人们可以生产出自然界中产量少但价值高的产品，如可可脂，单甘酯等。重油便轻油。

结 论

我们的生活离不开酶。酶已经在洗涤剂、纺织、酿造、淀粉制糖、动物饲料、酒精、焙烤、果汁、油脂、皮革、造纸、奶制品、有机合成，医药等方面得到成功的工业应用，人类则主动地运用酶以改善自己的生存环境。尽管人类已发现和开发出多种酶，但自然界巨大的酶库远远没有得到充分的开发，今后还可能在更多的工业领域中开发出新的更加令人振奋的应用前景，为提高生产效率、改善产品性能、确保人类持 续发展做出应有的贡献。

总之，今天有幸同大家共同探讨有关酶制剂的相关内容，不仅因为本公司是立志成为中国优秀的酶制剂制作商的需要，也是本公司为社会责任的一部分，更是实现我本人……一个酶制剂行业的热爱者的一个愿望，使更多人了解酶、宣传酶、应用酶，创造大家，人类美好的未来，正如梅奥公司的口号：绿色 健康 新生活 。