酶工程在现实方面的应用

酶工程在现实生活的应用

学院：生命科学与食品工程学院

姓名：沈峰学号：5602209078 班级：生工092

摘要：酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。是生物催化剂，能通

过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。酶工程技术与我们生活息息相关，比如酿酒，制药工业等等。

Abstract:The enzyme is a specific protein, RNA or its complex which is

used to catalytic specific chemical reaction.it's biological catalyst .It can accelerate reaction velocity by reduce the activation energy of reaction ,without changing the point of balance. The vast majority of enzyme's chemical nature is protein.so it have lots of Characteristics as high catalytic efficiency, high specificity, mild conditions and so on.The enzyme engineering is closely linked with our life ,for example,making wine

pharmaceutical industry and so on.

关键字：酶工程酶啤酒制药

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。

如果要了解酶工程在现实生活方面的应用的话，首先先要知道什么是酶，什么是酶工程，和哪些酶可以在起作用及酶的特性有哪些。

首先酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。目前已发现有2000 多种。分子量在数万至数十万之间。生物体内的含量一般极少，它能参与生物体的各种生理生化活动，起催化剂的作用。酶的种类众多，而在酿酒等工业方面方面应用的酶也不少。比如，曲霉，根霉，红曲霉，拟内孢霉，木霉，青霉，等等。所以没对于现实生活有着广而深的影响，对于酶的特性的了解也就十分必要。

酶工程：酶制剂在工业上的大规模应用，主要由酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。

酶的特性主要四点：1、酶具有高效率的催化能力；其效率是一般无机催化剂的10的7次幂~~10的13次幂。2、酶具有专一性；（每一种酶只能催化一种或一类化学反应。）3、酶在生物体内参与每一次反应后，它本身的性质和数量都不会发生改变(与催化剂相似)；4、酶的作用条件较温和。

一酶工程在酿酒制造业的作用

总所周知，现实生活中的许多家庭每天都或多或少会在酒的方面消费，还有社交

应酬，聚会派对酒是必不可少的，所以一个国家的酒制造业对国家的经济也起着不容忽视的作用。而酿酒离不开酶工程的作用，所以了解酿酒的酶工程技术也是必不可少的。

1.酿酒工艺的基本原理

微生物是利用酿酒原料中的糖分转变成酒的。所以原则上凡是含糖的原料都可以用来酿酒。糖分多糖和单糖。正是酒曲中的酵母菌利用单糖转化成酒，这叫发酵。但大米、高粱、玉米中含的是多糖叫淀粉，酵母菌不能直接利用。所以酒曲中还含有叫霉菌的一类微生物，能把多糖切割成单糖供酵母菌利用，这就叫糖化。然而一般多糖都结合很紧密，所以需要通过高温蒸煮使多糖变松散才有利于霉菌的作用，这就叫糊化。通过以上几个步骤就产生酒了，但酒和糟是混在一起的。所以有的就把酒糟通过高温加热使酒变成酒蒸汽再冷凝成酒液，从而使酒从糟中分离出来，这叫蒸馏；而有的是通过压榨使酒液与糟分离这叫压榨。无论是蒸馏还是压榨，刚出的酒很冲，口感不好。通过存放一段时间酒就会变得柔顺谐调了，这叫陈酿老熟。陈酿后的酒虽然口感变好了。但每次酿的酒口感质量都有所差别，要使常年的出厂产品口感质量都保持一致，就需要通过勾兑调配了。即酿酒全过程就是：酿酒原料前处理（粉碎或整粒浸泡）；高温蒸煮（专业术语叫糊化）；加曲糖化发酵；蒸馏或压榨；陈酿老熟；勾兑调配；包装出厂。这就是酿酒企业的生产工艺流程了。

2 啤酒的制造

由于啤酒在现实生活中比较广泛，所以着重讲啤酒。

（1）啤酒制造原料

大麦小麦等糖类材料，酒花，水，酵母等。

（2）啤酒制造过程

有以下5道工序。主要是糖化﹑发酵﹑贮酒後熟3个过程。原料粉碎﹕将麦芽﹑大米分别由粉碎机粉碎至适于糖化操作的粉碎度。糖化﹕将粉碎的麦芽和淀粉质辅料用温水分别在糊化锅﹑糖化锅中混合﹐调节温度。糖化锅先维持在适于蛋白质分解作用的温度(45～52℃)(蛋白休止)。将糊化锅中液化完全的醪液兑入糖化锅後﹐维持在适于糖化(β-淀粉和α-淀粉)作用的温度(62～70℃)(糖化休止)﹐以制造麦醪。麦醪温度的上升方法有浸出法和煮出法两种。蛋白﹑糖化休止时间及温度上升方法﹐根据啤酒的性质﹑使用的原料﹑设备等决定用过滤槽或过滤机滤出麦汁後﹐在煮沸锅中煮沸﹐添加酒花﹐调整成适当的麦汁浓度後﹐进入回旋沉淀槽中分离出热凝固物﹐澄清的麦汁进入冷却器中冷却到5～8℃。发酵﹕冷却後的麦汁添加酵母送入发酵池或圆柱锥底发酵罐中进行发酵﹐用蛇管或夹套冷却并控制温度。进行下面发酵时﹐最高温度控制在8～13℃﹐发酵过程分为起泡期﹑高泡期﹑低泡期﹐一般发酵5～10日。发酵成的啤酒称为嫩啤酒﹐苦味犟﹐口味粗糙﹐CO2含量低﹐不宜饮用。後酵﹕为了使嫩啤酒後熟﹐将其送入贮酒罐中或继续在圆柱锥底发酵罐中冷却至0℃左右﹐调节罐内压力﹐使CO2溶入啤酒中。贮酒期需1～2月﹐在此期间残存的酵母﹑冷凝固物等逐渐沉淀﹐啤酒逐渐澄清﹐CO2在酒内饱和﹐口味醇和﹐适于饮用。过滤﹕为了使啤酒澄清透明成为商品﹐啤酒在-1℃下进行澄清过滤。对过滤的要求为﹕过滤能力大﹑质量好﹐酒和CO2的损失少﹐不影响酒的风味。过滤方式有硅藻土过滤﹑纸板过滤﹑微孔薄膜过滤等。

二酶工程在制药方面的应用

酶在制药工业中的作用主要是催化前体物质转化为药物，另外固定化酶膜或者酶管也广泛应用于制药过程的参数检测与测量，特别是生物制药过程。下面以一个典型的应用为例进行叙述。

青霉素酰化酶在新型抗生素生产中的应用

青霉素酰化酶能以青霉素或头孢霉素为原料，可以分别在青霉素的6位或者头孢霉素的7位催化酰氨键的形成与断裂。典型的应用顺序为首先催化青霉素或头孢霉素酰氨键的断裂，获得半合成抗生素的直接底物6-氨基青霉烷酸(6-APA)或7-氨基头孢霉烷酸(7-ACA)；然后在其他酰基供体存在的条件下催化形成新的酰氨键，从而获得具有全新侧链的新型抗生素。

天然发酵生成的青霉素有两种，一为青霉素G，另一为青霉素V。通过青霉素酰化酶催化下进行酰基置换反应，用新的酰基供体置换苯乙酰基，则可以获得许新型的半合成青霉素。比如用￠氨基苯乙酰置换原来的苯乙酰基，可以获得氨苄西林。羟氨苄西林、羧苄西林和磺氨苄西林等也都是采用酶催化半合成的方法通过青霉素的酰基置换反应获得的。

天然发酵生成的头孢霉素是头孢霉素C，头孢霉素C在青霉素酰化酶催化下，首先水解生成7-ACA，再与侧链羧酸衍生物反应形成各种新型头孢霉素。例如：头孢利定、头孢噻吩、头孢氨苄等。

虽然青霉素酰化酶既可以催化酰氨键的形成，也可以催化其水解，具有催化正逆两个反应的能力。但催化水解反应和催化合成反应时所要求的条件存在较大差异，特别是最优催化pH相差较大。常用的催化水解反应的pH为7.0～8.0，而催化合成反应的pH应降低到5.0～7.0。因此应采用两个连续但独立的反应器顺序进行水解和合成反应。

药物对人类的生活不可或缺

人类自诞生以来就与周围的各种病菌做斗争，在人类历史上，天花和黑死病、霍乱，鼠疫等瘟疫都留下了惊人的死亡数字一百八十年前，英国发明了预防天花病的牛痘疫苗。天花病患者的死亡率仍高达三分之一。后来，发达国家逐步控制了这种疾病，但非洲农村仍有流行。自一九六七年开始进行最后一次大规模消灭天花的活动。鼠疫远在2000年前即有记载。在世界历史上,鼠疫曾发生三次大流行,死亡人数数以千万计。第一次发生在公元6世纪，从地中海地区传入欧洲，死亡近1亿人；第二次发生在14世纪，波及欧、亚、非；第三次是18世纪，传播32个国家。14世纪大流行时波及中国。

仅仅天花鼠疫两种病毒就在人类历史上抹上了不可磨灭的伤痕，如此多人死亡可见其对人类的伤害。况且，周围环境中，病毒细菌数不胜数，种类也是极其之多。如2003年的非典，夺走了多少人的生命。所以人类需要能够抑制或杀死病菌的东西-----药物。各种各样的疫苗令人类克服了天花，让人类能够更好的生活在这个世界上。

三酶工程在食品方面的作用

酶用于乳品加工

（1）干酪生产

全世界生产干酪所耗牛奶达1亿多吨，占牛奶总产量的1/4。干酪生产的第一步是将牛奶用乳酸菌发酵制成酸奶，然后加凝乳酶水解K-酪蛋白，在酸性条件下，钙离子使酪蛋白凝固，再经切块加热压榨熟化而成。

（2）分解乳糖

牛奶中含有4.5%的乳糖。乳糖是一种缺乏甜味且溶解度很低的双糖，难于消化。有些人饮奶后常发生腹泻、腹痛等病，其原因即在于此。而且由于乳糖难溶于水，常在炼乳、冰淇琳中呈砂状结晶析出，从而影响食品风味。将牛奶用乳糖酶处理，使奶中乳糖水解为半乳糖和葡萄糖即可解决上述问题。

3）黄油增香

乳制品特有香味主要是加工时所产生的挥发性物质（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺类等）所致。乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。将增香黄油用于奶糖、糕点等食品，可节约黄油用量，提高风味

（4）婴儿奶粉

人奶与牛奶区别之一在于溶菌酶含量的不同。奶粉中添加卵清溶菌酶可防止婴儿肠道感染。

四酶工程在污水处理方面的作用

污水处理的意义

随着的发展，城市水资源短缺的压力越来越大，追究城市水危机的根本原因，人们越来越认识到，是水的社会循环超出了水的自然循环可承载的范围。因此，只有充分尊重水的自然运动规律，合理地使用水资源，使上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能、社会循环不损害自然循环的客观规律，从而维系或恢复城市乃至流域的良好水环境，才是水资源可持续利用的有效途径。这就要求我们从“取水－输水－用户－排放”的单向开放型的用水模式转变为“节制地取水－输水－用户－再生水”的反馈式循环流程，提高水的利用效率。实现这一重大用水模式的转变，加强污水再生利用是关键。随着科学技术的进步，城市污水已不再是废水，而是一种宝贵的资源。既然是一种资源，就要最大程度的利用。提高城市污水的再生利用率，一是可以减少污染物排放，二是节约了有限的水资源。水利部水资源司副司长程晓冰在由清华大学和中国水网主办的“2010城市水业战略论坛”上发表讲话，他指出，我国水资源短缺，城市缺水问题突出，污水处理回用是战略选择，意义重大。城市污水处理回用在替代清洁水源的同时减少了污水排放量，降低了城市排污负荷，具有水量稳定、输水距离短、制水成本低等特点，可以提供安全可靠的替代水源，是解决城市缺水问题的战略选择。推进污水处理回用工作充分体现了科学发展观以人为本的要求，反映了广大人民群众的

迫切愿望，是推进城市化建设的客观需要，是实现水资源合理配置、科学保护、循环利用的重要手段，对建设资源节约型、环境友好型社会意义重大，对我国经济又好又快发展意义重大。

酶工程的食品加工污水处理

以食品加工废水处理为例子

食品加工工业废水易于分解或转化为饲料或其他有经济价值产品。酶可应用于食品加工废水处理，以净化废水并获得高附加值产品。

1．4．1 蛋白酶蛋白酶是一类水解酶，在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，得到可回收的溶液或有营养价值的饲料蛋白酶水解蛋白质，首先被水中固体蛋白吸收，酶使蛋白质表面的多肽链解开然后更紧密的内核才逐渐被水溶解。一种从acillus subtilis中提取的碱性酶(EC 未知)可用于家禽屠宰场的羽毛处理。通过NaOH预处理、机械破碎和酶水解，可成为一种高蛋白含量的饲料成份。

1．4．2 淀粉酶淀粉酶是一类多糖水解酶，多糖转变为单糖和发酵能同时进行，淀粉酶用于含淀粉废水处理，可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。淀粉酶还可减少活性污泥法处理废水的时间。

现实生活的环境问题和人类的生活息息相关，水资源更是重中之重，所以无所的处理是环境保护，可持续发展的一大课题。应用酶工程对污水处理，不仅效率高，成本低，而且不会造成其他副产物污染。

心得小结

酶工程在现实生活中的应用还不止这些，不过仅仅上面所述的，就可见一斑了。因此，现代人们的生活和酶工程息息相关，也对一个国家的多个行业，经济等等方面具有举足轻重的低位。所以对酶工程的开发，利用的多少在某种意义上也代表着一个国家的实力。总而言之，酶工程的开发利用，必不可少。

参考资料：

【1】名称：酿酒工艺技术网址：https://www.360docs.net/doc/241684961.html,/%B3%C7%D5%F2%B4%B4%D2%B5%D7%C9%D1%AF/blog/item/1f 6610013322d78de850cd59.html

【2】名称：?工程技术在制药工业中的应用来源陕西中药现代化信息网网址：https://www.360docs.net/doc/241684961.html,/e/DoPrint/?classid=93&id=2806 【3】名称：酶工程在污水处理方面的应用

来源；石油化工高等学校学报

【4】名称：酶工程在食品方面的应用作者：徐春旭