酶工程

生物工程的一個組成部分。利用酶、細胞器或細胞的特異催化功能,通過適當的反應器工業化生產人類所需產品或達到某種特殊目的的一門技術科學。它與微生物學、生物化學、化學和工程學等學科有著密切的聯系,是一門綜合性科學?!?a href='http://www.thecrowtv.com/baike/220/250992.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>酶工程”這一術語出現在60年代末和70年代初,1971年召開了第一次國際酶工程會議。以后發展迅速,它的研究內容主要包括:

工業、醫學等方面有應用價值的酶類和具有特殊性質的酶類的開發和生產,如它包括提高在工業上有重要用途的酶(α-淀粉酶、 葡萄糖淀粉酶、蛋白酶等)的產量,以及尋找具有新特性的酶(耐熱酶、嗜鹽酶、能適于有機溶劑中使用的酶等)。

酶的改造

酶雖然能在常溫常壓下起催化作用,但穩定性差,溶液狀態的酶制劑使用后不能回收,成本較高。為了克服這些缺點,可將酶固定化(見固定化酶)。固定化技術既可用于單一酶、多酶體系、具有一種或多種酶特性的微生物和動植物細胞,也可用于具有生長和增殖能力的活的微生物和動植物細胞。這是酶工程的主要內容。

生物反應器的研究和設計

生物反應器是生物催化劑生產生物產品的關鍵設備,它是由生物催化劑和反應設備結合在一起的一種裝置。以固定化酶反應器為例,通常有兩大類型,一是分批式反應器,圖中底物與固定化酶在反應器中攪拌反應,一定時間后過濾,反應液及產物就能與固定化酶分開。反應器內的固定化酶可再加入新的底物進行第二次反應,如此反復多次,直至固定化酶活性降低至無使用價值。二是連續流動式反應器。當底物溶液從反應器頂端流過固定化酶時,就發生了催化反應生成產物,這樣只要控制流經反應器的速度就可連續不斷地得到產物溶液。這些生物反應器與一般的化工設備不同,它在物質與能量的傳遞上,對溫度、pH、溶氧的要求上,無菌操作以及反應器的大小形狀上都有更高更嚴的要求(見圖)。

圖 酶的應用

它包括開拓酶的應用范圍,研究新的生產工藝等。如:采用固定化青霉素酰胺酶的工藝連續裂解青霉素生產6-氨基青霉烷酸,以代替化學合成工藝,消除有機溶劑對人的毒害;以淀粉為原料經過三個酶的作用生產出的高果糖漿在食品和飲料工業中代替蔗糖:

利用固定化酶工藝可在常溫常壓下氧化乙烯和丙烯生產環氧乙烷環氧丙烷等化工產品;飲料行業中可用固定化酵母來連續生產啤酒、果酒。酶工程也可在食品工業的轉化糖、麥芽糖、乳酪等的生產上發揮作用。在醫藥工業中酶工程可在三磷酸腺苷、乙酰輔酶 A、多聚核苷酸、多肽激素、β-內酰胺類藥物的生產上應用。酶或固定化酶還可治療先天性缺酶病,或器官缺損引起的某些功能的衰竭、腫瘤等,固定化酶還可克服溶液酶在治療中引起的免疫反應。利用固定化生物反應器可以監測和處理含有酚、苯、硝酸鹽和氰化物等有害有毒廢水。借助酶工程中的酶柱、酶電極、酶管等可以監測并自動控制發酵過程,也可進行血或尿中葡萄糖、膽固醇和尿素等含量的臨床檢驗。

酶工程已在食品、醫藥工業顯示了它的優越性。若借助基因工程的手段產生一些新特性的菌;進一步發展輔酶的固定化及其再生、增殖細胞的固定化等項技術,則酶工程可在化學合成工業及能源開發等領域發揮巨大作用。