第十章 酶制劑

EnzymeEngineering

酶工程第十章酶制劑

第一節(jié)酶制劑的定義及分類一、定義及分類

1定義：從生物中提取的具有生物催化能力的酶，輔以其他成分，用于加速加工過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量的產(chǎn)品。2.分類

（1）形態(tài)上分:固體液體固體酶制劑：體積小，易運(yùn)輸、保存，比較穩(wěn)定缺點(diǎn)：雜質(zhì)含量高、酶活性低，生產(chǎn)過程需要沉淀和干燥，酶活以損失。液體酶制劑：生產(chǎn)簡單，成本低，使用方便缺點(diǎn)：生產(chǎn)過程穩(wěn)定性較差，運(yùn)輸和保存較固體困難。2.分類

（2）用途：工業(yè)酶制劑、飼料酶制劑、食品酶制劑、醫(yī)藥酶制劑和洗滌酶制劑

碳水化合物酶、蛋白酶、脂肪酶、其他酶（3）組成：單一酶制劑和復(fù)合酶制劑（4）含量：普通酶制劑和濃縮酶制劑

2.分類

（5）來源：植物酶制劑、動物酶制劑、微生物酶制劑（6）生產(chǎn)加工方法：游離酶制劑、固定化酶制劑、酶試紙、酶電極等二、工業(yè)酶制劑的要求1.減少不必要的副反應(yīng)，有利生物催化的專一性2.能夠適應(yīng)所催化反應(yīng)的條件3.穩(wěn)定性好，操作穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性4.批次之間的實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性好5.能夠反復(fù)使用（固定化酶）三、酶的保存（一）失活機(jī)理（酶空間結(jié)構(gòu)改變）1.蛋白酶水解水解肽鏈2.pH值改變3.氧化作用變性劑、去污劑、巰基試劑4.熱5.金屬離子及其他基團(tuán)6.水活度非常干燥情況，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定7.制作方式顆粒狀（二）酶活性的保護(hù)1.加入穩(wěn)定劑無機(jī)鹽（硫酸銨、氯化鈉）、糖（蔗糖、乳糖、黃原膠、淀粉等）、多元醇（山梨醇、甘油等）或高分子聚合物（聚乙二醇）。2.加入防腐劑（苯甲酸、山梨酸等，抑制微生物）、惰性蛋白（BSA,牛血清蛋白）3.加入金屬螯合劑4.抗氧化劑巰基乙醇5.低溫保存四、商品酶的劑型1、液體酶制劑如稀酶液和濃縮酶液濃縮方法：超濾2.固體粗酶制劑3.純酶制劑分析試劑和醫(yī)療用酶4.固定化酶制劑五、酶制劑的生產(chǎn)工藝過程（一）液體酶制劑（胞外酶）酶發(fā)酵液絮凝板框過濾濾液

濾餅超濾濃縮防腐和標(biāo)準(zhǔn)化處理成品

年產(chǎn)萬噸工業(yè)酶制劑工程主要技術(shù)1、產(chǎn)酶微生物的高通量篩選和評價技術(shù)：基于基因組信息的高通量篩選技術(shù)、基于分子標(biāo)記的微生物快速鑒定技術(shù)、酶功能基因發(fā)掘和分子改造的技術(shù)、安全性評估技術(shù)。2、高產(chǎn)菌株的構(gòu)建及表達(dá)技術(shù)：芽孢桿菌、酵母及絲狀真菌表達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)、生理適應(yīng)性進(jìn)化技術(shù)、高效分泌表達(dá)技術(shù)、規(guī)?；磉_(dá)與制備技術(shù)。3、工業(yè)酶的智能化、自動化生產(chǎn)技術(shù)：精細(xì)液化控制技術(shù)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化及規(guī)?；糯蠹夹g(shù)、全廠生產(chǎn)過程檢測與智能控制技術(shù)、酶復(fù)配及應(yīng)用評價技術(shù)。4、低能耗、高得率的高效分離技術(shù)：高產(chǎn)重組菌發(fā)酵液的絮凝新工藝、固液分離新裝備與工藝技術(shù)、廢物資源化利用技術(shù)、分離裝備優(yōu)化集成技術(shù)、精制廢水處理和回用新技術(shù)。（二）固體酶制劑（胞外酶）酶發(fā)酵液絮凝板框過濾濾液

濃縮酶液填料吸附固體酶制劑粗酶第二節(jié)幾種重要的工業(yè)酶制劑一、碳水化合物酶（一）淀粉酶1.α-淀粉酶（EC3.2.1.1）淀粉內(nèi)切酶，能隨機(jī)水解直鏈或支鏈淀粉分子α-1,4-糖苷鍵生成不同長度的寡糖，液化淀粉速度快，最終產(chǎn)物為α-極限糊精和少量的葡萄糖及麥芽糖。細(xì)菌α-淀粉酶熱穩(wěn)定性高，主要用于淀粉高溫液化，作用條件一般為85℃，pH5.5～7.0。α-淀粉酶的工業(yè)生產(chǎn)固態(tài)發(fā)酵法(真菌)：液態(tài)發(fā)酵法(細(xì)菌);2.β-淀粉酶（EC3.2.1.2）一種淀粉外切酶，在淀粉鏈非還原性末端水解α-1,4-糖苷鍵，產(chǎn)生麥芽糖。與α-淀粉酶相同，β-淀粉酶也不能水解α-1,6-糖苷鍵，形成β-極限糊精，麥芽糖的含量僅為60%。如果將β-淀粉酶與脫支酶聯(lián)合應(yīng)用可將淀粉水解成麥芽糖。β-淀粉酶較佳作用條件為pH6.5～7.0，溫度50℃。3.葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3）

也稱糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的α-1,4-糖苷鍵水解，從分子的非還原性末端釋放出β-葡萄糖分子。此酶還可緩慢水解α-1,6糖苷鍵和α-1,3糖苷鍵，水解后生成DE值為97～98，葡萄糖含量為95%～97%(w／w)的葡萄糖漿。生成的葡萄糖漿也可以脫水得到結(jié)晶葡萄糖，或用作高果糖漿的原料。在pH4.5、35～60℃時，可將α-淀粉酶生成的糊精轉(zhuǎn)變成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶對α-1,6糖苷鍵活性較低，這樣達(dá)到所需要的水解程度，要加大酶用量或延長保溫時間，或?qū)⒃撁概c脫支酶聯(lián)用。

糖化酶生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)例：生產(chǎn)能力用途工藝流程：發(fā)酵（黑曲霉），絮凝，鹽析，過濾，粉碎，干燥，包裝主要設(shè)備

4.脫支酶異淀粉酶（EC3.2.1.68）:能夠?qū)Ｒ蛔饔糜谥ф湹矸壑械摩?1,6-糖苷鍵，對于鏈結(jié)構(gòu)中的α-1,6-糖苷鍵不能水解。將這種酶同葡萄糖淀粉酶一起使用，可以產(chǎn)生DE＞96的葡萄糖漿；與β-淀粉酶一起使用，可將液化后的淀粉漿轉(zhuǎn)化成麥芽糖漿，麥芽糖的產(chǎn)量比β-淀粉酶單獨(dú)作用時顯著增加。

5.葡萄糖異構(gòu)酶（EC5.3.1.5）能夠?qū)⑵咸烟寝D(zhuǎn)化成果糖，它是加工果糖和高果糖漿（HFCS）的重要酶類。能產(chǎn)生葡萄糖異構(gòu)酶的微生物主要有芽孢桿菌、鏈霉菌、密蘇里游動放線菌等。在pH7.5～8.0、55～60℃下作用效果良好。Mg2+是葡萄糖異構(gòu)酶的穩(wěn)定劑和激活劑，木糖可用于這種酶的誘導(dǎo)。二、碳水化合物酶（二）1、纖維素酶EC3.2.1.4由多種水解酶組成的一個復(fù)雜酶系，自然界中很多真菌都能分泌纖維素酶。纖維素酶分成三類：C1酶、Cx酶和β葡糖苷酶。C1酶是對纖維素最初起作用的酶，破壞纖維素鏈的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。Cx酶是作用于經(jīng)C1酶活化的纖維素、分解β-1，4-糖苷鍵的纖維素酶。β葡糖苷酶可以將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。

生產(chǎn)菌種：綠色木霉木10、綠色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15、黑曲霉XX-15A纖維素酶的生產(chǎn)工藝主要有兩種：固體發(fā)酵和液體發(fā)酵

由于纖維素酶在飼料、酒精、紡織和食品等領(lǐng)域具有巨大的市場潛力，已被國內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士看好，將是繼糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工業(yè)酶種，甚至在中國完全有可能成為