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1、生物工程酶在化工中的应用进展亿与生物互程2008,voI.25No.3Chemistry&Bioengineering生物工程酶在化工中的应用进展方尚玲.李世杰(湖北工业大学工业微生物湖北省重点实验室,湖北武汉430068)摘要:阐述了酶应用的历史起源及酶在化工中应用的发展过程,介绍了酶在化学工业中的覆盖面,地位和现状以及生物工程酶与化工融合发展的潜力和趋势.关键词:酶;生物化工;应用和发展中图分类号:TQ033文献标识码:A文章编号:1672—5425(2008)03—0005—051酶应用的历史起源酶是活细胞所产生的一种生物催化剂.自古以来酶就被用于日常生活,如古人用动物的
2、胃液来凝固牛奶,制造奶酪;用麦芽制饴糖;用胰脏软化皮革;用动物排泄物供兽皮脱毛;用鸡内金治消化不良等.直到19世纪前后,人们通过对胃肠的消化作用,麦芽的淀粉糖化作用和酵母酒精发酵的研究,才建立了酶的概念.1783年,Spallanzani发现食物在胃中的消化是靠胃液的作用,而不是由于机械磨碎作用.1833年,Payer等用酒精从麦芽浸出液中沉淀出淀粉酶(Dia—stase),可使2000倍的淀粉分解,随后用于棉布退浆.1874年,BOchner发现酵母的无细胞抽提液同样可以引起蔗糖的酒精发酵,从而知道酶不仅由活细胞所产生,而且从细胞分离以后仍可继续发生作用.这些发现导致了酶的商品生产.
3、1894年,高峰让吉首先用曲霉固体培养法生产淀粉酶,且开设工厂.1908年,R6hm利用胰酶制皮革,并用于洗涤剂中.这是酶在化学工业中的早期应用.1949年,随着抗生素的大规模生产和深层通风发酵技术的发展,日本开始采用深层培养法生产细菌a一淀粉酶,从此用生物工程的方法生产酶制剂进人大规模工业化阶段.同时由于酶的提纯技术的进步,酶制剂在食品,化工,医药等领域得到了广泛的应用.到目前为止,已经在自然界发现的酶有2500多种,申请专利的酶制剂有100多种,其中有经济价值的有6O余种,工业化生产的酶制剂仅2O种左右.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
4、精和纺织等工业;35是日蛋白酶,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].2酶在化工中的应用2.1酶在洗涤剂工业中的应用酶在洗涤剂工业中的应用已有近百年历史,加酶洗涤剂是酶在化工中用量最大,应用最广也最典型的例子.1913年,德国R6hmandHaas公司的Dr.OttoR6hm就已发现胰蛋白酶可以分解油脂和蛋白质,在洗衣剂中加入胰蛋白酶,就可在较低的洗涤温度下,很快将衣物洗净,并在当年申请专利.第二次世界大战后,瑞士和丹麦的几家公司分别对含酶洗涤剂进行改良,NOVO公司用发酵的方法采用地衣芽孢杆菌产出了命名为Alcalase的微生物碱性蛋白酶,这种
5、酶在pH值8～10之间具有较好的活性和稳定性,经过几年的改良,GebrfiderSchnyder与其它公司合作推出性能很好的Biotex预浸洗剂.由此,西欧和美国开始普及含酶洗涤剂.但1969年前,洗涤剂中仅添加碱性蛋白酶单一品种,酶的剂型为细粉状,加入方式为混拌,在生产和使用过程中,由于酶的粉尘飞扬,引起工人和消费者表皮和粘膜出现了不同程度的过敏和溃疡,使人们对酶产生了误解.2O世纪7O年代初期,NOVO公司将酶,惰性填料和蜡制成酶颗粒,后又经反复研究,采用胶囊技术,成功制成了现在使用的粒状酶.这种方法解决了粉状酶的缺陷,同时由于复合加酶洗涤剂的开发,含酶洗涤剂得到快速发展.2O世纪
6、8O年代以后的洗涤剂用酶,从质量来看,.单位活力愈来愈高;从剂型来看,从细粒到外包裹小球收稿日期:2007—05一ll作者简介:方~4"(1967一),女,江西九江人,在读博士,副教授,研究方向:工业微生物}通讯联系人:李世杰,教授.E-mail:lsj—wh@126.com.■状,再发展到双色包裹小球状颗粒,在生产和使用过程中克服了酶粉飞扬现象;从酶品种来看,除对原有的碱性蛋白酶不断优化外,还相继开发出碱性脂肪酶,碱性淀粉酶和碱性纤维素酶等多种洗涤剂用酶,从而使加酶洗涤剂的品种不断更新,质量不断提升.2o世纪8o年代中期,洗涤剂酶在世界工业酶总销售额中占25左右,至9O年代中期上升到
7、5亿美元,占工业酶总销售额的4O[4].2.2酶在酒精工业和有机酸工业中的应用酒精和有机酸都是采用微生物发酵生产的重要化工产品,其原料都是淀粉,淀粉必须经淀粉酶处理分解成糖才能很快被微生物利用转化成酒精或有机酸.酒精生产过程中,淀粉质原料的糖化经历了从大麦芽到曲霉菌,从固体培养曲霉菌到液体培养曲霉菌的过程.在一百多年的历程中,酒精企业最棘手的问题是将淀粉转化成糖.I966年,日本完成双酶法淀粉工业制糖后,酶制剂生产从酒精企业独立出来.商品酶制剂
