一、什么是酶工程
酶工程(英语:Enzyme engineering)又称蛋白质工程学,是指工业上有目的的设置一定的反应器和反应条件,利用酶的催化功能,在一定条件下催化化学反应,生产人类需要的产品或服务于其它目的的一门应用技术。
特点:其特点是利用酶、含酶细胞器或细胞(微生物、植物、动物)作为生物催化剂来完成某些重要的化学反应。它从应用目的出发,研究酶的产生、酶的制备与改造、酶反应器以及酶的各方面应用。
二、原理
酶工程就是将酶或者微生物细胞,动植物细胞,细胞器等在一定的生物反应装置中,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用,主要集中于食品工业,轻工业以及医药工业中。
三、催化特性
(1)高效率 :比非催化高108-1020倍; 比非酶催化高107-1013倍
(2)高度专一性
(3)反应条件温和
(4)酶催化是可调控的
四、主要内容
酶作为为一种生物催化剂,已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来,随着酶工程不断的技术性突破,在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。
食品加工中的应用
酶在食品工业中最大的用途是淀粉加工,其次是乳品加工、果汁加工、
酶工程
烘烤食品及啤酒发酵。与之有关的各种酶如淀粉酶、葡萄糖异构酶、乳糖酶、凝乳酶、蛋白酶等占酶制剂市场的一半以上。
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。
轻化工业中的应用
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。
医药上的应用
重组DNA技术促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。用于临床的各类酶品种逐渐增加。酶除了用作常规治疗外,还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如在体外循环装置中,利用酶清除血液废物,防止血栓形成和体内酶控药物释放系统等。另外,
酶作为临床体外检测试剂,可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物,也将是酶在医疗上一个重要的应用。
能源开发
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。另外,在石油资源的开发中,课题。
环境工程
在科学技术高度发展的同时,环境净化尤其是工业废水和生活污水的净化,作为保护自然的一项措施,具有十分重要的意义。
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。
酶工程食品
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。
五、发展历史
在七十年代以后,伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生,酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军,在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。不仅如此,还产生了威力更大的第三代酶,它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统,它正在成为酶工程应用的主角。
六、酶工程的主要研究内容
酶工程是酶学基本原理与化学工程相结合而形成的一门新兴的技术科学。研究酶
制剂大规模生产及应用所涉及的理论与技术方法。从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能,并通过工程化将相应的原料转化为有用物质的技术
内容包括:(1)酶的分离纯化 (2)酶的固定化和固定化酶反应器 (3)新酶的开发和应用 (4)遗传修饰酶的研究 (5)酶生产中基因工程 (6)抗体酶、核酸酶的研究
(7)酶分子改造与修饰 (8)酶的结构与功能关系 (9)模拟酶、合成酶以及酶分子的人工设计
七、当代酶工程发展的趋势之一是寻找耐极端条件的酶,如耐高温、耐酸碱、耐盐等。这些酶存在于嗜高温、嗜酸碱、嗜高盐的细菌中。近年来对这些细菌的研究进展迅速,这将为酶工业提供源源不断的新型酶类。
酶在工业应用上受到限制的原因主要有:①大多数酶脱离其生理环境后极不稳定,而酶在生产和应用过程中的条件往往与其生理环境相去甚远;
• ②酶的分离纯化工艺复杂;
• ③酶制剂成本较高
八.酶和酶工程研究的重要意义
(1)阐明生命的本质和活动规律;
(2)催化剂设计,药物设计及疾病诊断治疗提供依据和新思路;
(3)白质和核酸一级结构测定和基因工程研究中的重要工具;
(4)用酶技术生产有重要价值的产品;
(5)酶技术改进生产工艺,提高产品质量和产率,降低生产成本;
(6)技术应用于疾病诊断治疗和环境保护等