酶工程的應用論文09687

1、畢 業(yè) 設 計（論文）（說 明 書）題 目：酶工程的應用 目 錄一、論文摘要3二、酶工程的應用4 1.酶工程的基本概念和技術 42.在食品領域的應用4 3.在醫(yī)藥領域的應用5 4.結語6三、參考文獻7一摘要 簡要論述了酶的基本相關概念及酶工程技術,如酶的固定化技術的概念、性質及應用。同時介紹了酶工程與食品和醫(yī)藥等方面的應用，并對酶工程的一些發(fā)展前景作出展望。關鍵詞： 酶 酶工程 應用二酶工程的應用1. 酶工程的基本概念和技術酶工程主要指天然酶制劑在工業(yè)上的大規(guī)模應用,由4 個部分組成:酶的產生、酶的純化、酶的固定化、生物反應器1. 1 酶的產生酶是生物細胞原生質合成且具有高度催化活性的蛋白質。

2、因其來源于生物體，故通常稱為生物催化劑。世界酶制劑工業(yè)從19世紀末誕生，二次世界大戰(zhàn)后抗生素工業(yè)的通風攪拌發(fā)酵技術的利用，使微生物酶制劑工業(yè)得到迅速發(fā)展。而20世紀后期遺傳工程蛋白質工程等現代生物技術的研究成果，則促使世界酶制劑工業(yè)持續(xù)地高速發(fā)展，成為生物工程4大主導產業(yè)中最早產業(yè)化的高技術產業(yè)。由于生物酶催化的優(yōu)越性，對應用產業(yè)在開發(fā)新品種。提高質量、節(jié)約原料和能源。降低成本、保護環(huán)境方面產生巨大的經濟效益和社會效益，所以，這一產業(yè)的發(fā)展受到我國政府的高度重視。酶具有改善食品品質和加工性能，酶在食品工業(yè)中的應用日益深入和廣泛，極大地促進了酶制劑工業(yè)的發(fā)展。酶的來源及其性質也關乎食品質量安全，

3、特別是隨著生物技術的發(fā)展，通過基因工程手段改造部分微生物的基因，從而改變酶蛋白的基本結構，達到強化酶在某方面功能特性目的的酶的生產是各種生物技術優(yōu)化與組合的過程。分為生物提取法、生物合成法和化學合成法三種,其中生物提取法是最早采用而沿用至今的方法,生物合成法是20 世紀60 年代以來酶生產的主要方法,而化學合成法至今仍處在實驗室研究的階段2 。提取分離法是采用各種提取、分離、純化技術從動物、植物、器官、細胞或微生物細胞中將酶提取出來。生物合成法是利用微生物細胞、植物細胞或動物細胞的生命活動而獲得人們所需酶的技術過程。化學合成法因其成本高,而且只能合成那些已經弄清楚其化學結構的酶,所以這種方法難

4、以工業(yè)化生產。1. 2 酶的純化酶的提純手段一般都是依據酶的分析大小、形狀、電荷性質、溶解度、專一結合位點等性質而建立的。要得到純酶,一般需要將各種方法聯(lián)合使用。最常用的純化方法有根據溶解度特性的沉淀法;根據電荷極性的離子交換層析、等電點聚焦電泳等;根據大小或重量的離心分離、透析、超濾等;根據親和部位的親和層析、共價層析等。1. 3 酶的固定化技術酶是由生物體產生的具有催化活性的蛋白質,它能特定地促成某個化學反應而本身卻不參加反應,具有反應效率高、條件溫和、反應產物污染小、能耗低、反應容易控制等特點。這是任何無機催化劑都無法比擬的優(yōu)點。但因為酶的化學本質是蛋白質,其最大弱點是不穩(wěn)定性,對酸、堿

5、、熱及有機溶液容易發(fā)生酶蛋白的變性作用,從而降低或失去活性。而且酶往往在溶液中進行反應,反應以后會殘留在溶液系統(tǒng)中不易回收,造成最終產品生化分離提純操作上的麻煩。加之酶反應只能分批進行,難于連續(xù)化、自動化操作,這大大地阻礙了酶工程的發(fā)展應用。為克服上述缺點,要將游離酶固定化后進行應用。固定化酶技術是把從生物體內提取出來的酶,用人工方法固定在載體上。由于固定化酶的運動被化學或物理的方法限制了,能將其從反應介質中回收,所以它原則上能在批量操作或連續(xù)操作中重復使用酶。固定化酶技術是酶工程的核心,它使酶工程提高到一個新水平。固定化酶具有如下性質:酶的穩(wěn)定性提高;最適ph 值改變;酶的活性和催化底物有所

6、變化;最適溫度有所提高。酶固定化處理后一般穩(wěn)定性有較大提高,對溫度適應范圍增大,對抑制劑和蛋白酶的敏感性降低;反應完成后可通過簡單的方法回收酶,酶活力降低不多,這樣可使酶重復使用,同時由于酶沒有游離到產品中,便于產品的分離和純化;實現批量或連續(xù)操作模型的可能,適于產業(yè)化、連續(xù)化、自動化生產。1.4 酶催化技術 傳統(tǒng)的酶催化反應主要在水相中進行，但自1987年kilibanov等3用脂肪酶粉或固定化酶在幾乎無水的有機溶劑中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以來，對酶在非水相介質的催化反應技術的開發(fā)及研究報道迅速增加，特別在手性藥物的不對稱合成及手性藥物拆分的生物技術開發(fā)中得到了很多應用。目

7、前非水相中的酶催化技術已衍生出以下幾類體系：水與有機溶劑的互溶均相體系；水與有機溶劑形成的兩相或多相體系；單相有機溶劑體系；反膠束體系；超臨界液體；低溫體系等。不同的介質體系都有各自的適用范圍，研究在不同介質中的酶催化反應動力學及熱力學平衡以及酶催化機制將對某一特定催化反應所需介質的篩選和使用起到十分重要的指導意義，樊可可和歐陽平凱在兩相體系酶催化反應介質的選取方面做了很多的實驗及理化研究，已初步歸納出經實驗驗證行之有效的兩相體系中酶促肽鍵合成反應介質的篩選原則。2.酶工程在食品領域的應用2.1 酶的固定化技術的應用2.1.1 固定化葡萄糖異構酶在高果糖漿生產中的應用固定化葡萄糖異構酶是世界上

8、生產規(guī)模最大的一種固定化酶,1973 年就已應用在工業(yè)化生產,它可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產高甜度的高果糖糖漿4 。用淀粉生產高果糖漿包含三步: (1)用淀粉酶液化淀粉; (2) 用糖化酶將其轉化為葡萄糖,即糖化; (3) 用葡萄糖異構酶將葡萄糖異構為果糖。2. 1.2 固定化酶用于水解牛奶中的乳糖牛奶中含有4. 3 %4. 5 %的乳糖?；既樘敲溉狈ΠY的人飲用牛奶后將導致不良后果。用乳糖酶可以將乳糖分解為組成乳糖的兩個單糖: 半乳糖和葡萄糖。用固定化乳糖酶反應器可以連續(xù)處理牛奶,將乳糖分解,用于連續(xù)化生產低乳糖奶。該技術已于1977年實現工業(yè)化。此外,乳糖在溫度較低時易結晶,用固定化乳糖酶

9、處理后,可以防止其在冰淇淋類產品中結晶,改善口感,增加甜度。固定化乳糖酶還可以用來分解乳糖,制造具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖漿。2. 2果蔬加工中的應用水果蔬菜加工中最常用的有果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果膠酶已成為許多國家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果膠酶可以明顯提高果汁澄清度,增加果汁出汁率,降低果汁相對黏度,提高果汁過濾效果。果膠酶主要由滋生物來生產,人們通過一系列誘變育種技術,可以篩選優(yōu)良菌種3 。隨著人們對天然健康食品的不斷需求,近年來,采用果膠酶和其他的酶(如纖維素酶等) 處理可以大大提高出汁率,簡化工藝步驟,并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再經過種種調

10、配就可以制成品種繁多的飲料食品,如胡蘿卜汁,南瓜汁,番茄汁,洋蔥汁飲料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脫氧化,國內外對其生產及固定化方法進行了深入的研究。特別是近年來,隨著葡萄糖酸鈣,葡萄糖酸鋅,葡萄糖酸鐵等葡萄糖酸系列產品的興起,需求日益增加,因而開發(fā)性能優(yōu)良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生產葡萄糖酸具有實際意義。 3. 酶工程在醫(yī)藥領域的應用3.1 酶的固定化技術在醫(yī)藥領域的應用 酶的蛋白質屬性，進人人體后產生免疫反應，因稀釋效應，而無法集中于靶器官組織，常不能保持最適合的治療濃度，而固定化酶則很好的克服了游離酶的這些缺點，應用于治療鎂缺乏癥、代謝異常癥及制造人工內臟方面，如固定化l-天冬酰

11、胺酶用于治療白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在納米微帶金電極上可用于活體檢測的微生物傳感器2。固定化酶技術可用于治療一些代謝障礙疾病。已知人類關于新陳代謝的疾病已過120余種，很多病因歸結為人體缺乏某種酶的活性，一種可能的治療方法就是通過某種方式給病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：將固定化酶用于體內作為治療藥物；將固定化酶組裝成體外生物反應器，通過體外循環(huán)作為臨床治療劑。將固定化酶用于臨床診斷的例子很多，如各種酶測試盒層出不窮，采用固定化酶柱反應器的fia(流動注射法)可用于臨床診斷檢測尿酸、葡萄糖、氨、尿素、膽甾醇、谷氨酸、乳酸、無機磷等。3.2 酶催化技術在醫(yī)藥領域的應用 應用酶催化技

12、術可以生產許多成品藥及醫(yī)藥中間體。它是通過以制造初級代謝產物、中間代謝產物、次級代謝產物及催化轉化和拆分等形式來進行的。這已成為當今新藥開發(fā)和改造傳統(tǒng)制藥工藝的重要手段，特別在手性藥物及中間體的生產中更有廣泛的應用前景。以下重點介紹幾個制藥領域中酶催化技術的應用：生產醫(yī)藥用的氨基酸（如l-丙氨酸）、有機酸（檸檬酸、l一蘋果酸、l-酒石酸）、抗生素（如6一氨基青霉烷酸、氨芐青霉素和羥氨青霉素）、肽類藥物（如胰島素、環(huán)孢菌素a）以及廣泛應用于多種維生素(vb2、vb12)、甾體藥物(氫化可的松、脫氫潑尼松、睪丸激素等)及核苷酸類藥物(5-核苷酸，3-核苷酸)等的生產。結語 現在已知的酶的酶有幾千種

13、，但是還遠遠不能滿足人們對酶日益增長的需要。隨著科技的發(fā)展，人們正在發(fā)現更多、更好的酶。其中，令人矚目的有核酸酶和抗體酶、端粒酶、糖生物學和糖基轉移酶和極端環(huán)境微生物和不可培養(yǎng)微生物的新酶種，此外，新的固定化、分子修飾和非水相催化等技術越來越受到人們關注。伴隨著人類基因組計劃取得的巨大成果，基因組學和蛋白質組學的誕生，生物信息學的興起，以及dna重排技術的發(fā)展，預期在不久的將來，眾多新酶的出現將使酶的應用達到前所未有的廣度和深度。 可以預計,隨著各種高新技術的廣泛應用及酶工程研究工作的不斷深入,酶工程研究和酶制劑工業(yè)必將取得更快、更大的發(fā)展。可以相信,將來人們可以用化學的方法隨心所欲地構造出各種性能優(yōu)異的人工合成酶和模擬酶,而且還可以采用生物學方法在生物體外構造出性能優(yōu)良的產酶工程菌為生產和生活服務,酶工程技術必將在工業(yè)、醫(yī)藥、農業(yè)、化學分析、環(huán)境保護、能源開發(fā)和生命科學理論研究等各個方面發(fā)揮越來越大的作用。三、參考文獻1 張斌,金莉. 固定化酶及其在食品中的應用j . 中國食品添加劑,2006 (1) :147 - 151.2 袁勤生,趙健. 酶與酶工程m . 上海:華東理工大學出版社,2005.3 唐忠海,饒力群. 酶工程技術在食品工業(yè)中的應用j . 食品研究與開發(fā),2004 ,25 (4) :10 - 14.4 陳紅霞. 酶工程研究及應用j . 化學