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1、酶的发展现状生化10120、31、34、38号摘 要： 本文简单介绍了酶在过去几年的发展历史和随着社会的发展对经济、科学、市场等各行业的影响以及今后的发展方向。综述了酶的精炼过程、历史阶段和对于发展存在的问题，并针对酶推动食品业和化工业发展进行了详细的论述，并且着重于酶催化作用的应用。用酶对棉纤维进行前的处理；纺织、原料和化妆品的出现,将刺激工业酶的增长；酶将洗涤剂朝低磷或无磷化的方向发展。关键词：酶、发展、阶段、应用、生活、工业 在讨论酶的发展现状之前，我们首先对酶工程的发展作以简单的介绍 、酶工程发展情况简介原始的酶工程要追溯到人类的游牧时代那时候的牧民已经会把牛奶制成奶酪, 以便於贮存他
2、們从长期的实践中摸索出一套制奶酪的经验, 其中关键的一点是要使用少量小牛犊的胃液用现代的眼光看那就是在使用凝乳酶此后, 在开发使用酶的早期, 人們使用的酶也多半來自动物的脏器和植物的器官例如, 从猪的胰脏中取得胰蛋白酶來软化皮革；从木瓜的汁液中取得木瓜蛋白酶來防止啤酒混浊；用大麦麦芽的多种酶來酿造啤酒；等等1894年，日本科学家首次从米曲霉中提炼出淀粉酶，并将淀粉酶用作治疗消化不良的药物，从而开创了人类有目的地生产和应用酶制剂的先例。1908年，德国科学家从动物的胰脏中提取出胰酶(胰蛋白酶、胰淀粉酶和胰脂肪酶的混合物)，并将胰酶用于皮革的鞣制。同年，法国科学家从细菌中提取出淀粉酶，并将淀粉酶用
3、于纺织品的退浆。1911年，美国科学家从木瓜中提取出木瓜蛋白酶，并将木瓜蛋白酶用于除去啤酒中的蛋白质浑浊物。此后，酶制剂的生产和应用就逐步发展起来了。然而，在此后的近半个世纪内，酶制剂的生产一直停留在从现成的动植物和微生物的组织或细胞中提取酶的方式。这种生产方式不仅工艺比较复杂，而且原料有限，所以很难进行大规模的工业生产。1949年，科学家成功地用液体深层发酵法生产出了细菌-淀粉酶，从此揭开了近代酶工业的序幕。早在1916年，美国科学家就发现，酶和载体结合以后，在水中呈不溶解状态时，仍然具有生物催化活性。但是，系统地进行酶的固定化研究则是从20世纪50年代开始的。1953年，德国科学家首先将聚
4、氨基苯乙烯树脂重氮化，然后将淀粉酶等与这种载体结合，制成了固定化淀粉酶。1969年，日本科学家首先在工业上应用固定化氨基酰化酶生产出L氨基酸。同年，各国科学家开始使用“酶工程”这一名称来代表生产和使用酶制剂这一新兴的科学技术领域。1971年，第一次国际酶工程学术会议在美国召开，会议的主题就是固定化酶的研制和应用。20世纪70年代后期，酶工程领域又出现了固定化细胞(又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞)技术。固定化细胞是指固定在一定空间范围内的、能够进行生命活动的并且可以反复使用的活细胞。1978年，日本科学家用固定化细胞成功地生产出-淀粉酶。我们知道，细胞中的一些物质之所以不能分泌到细胞外，原因
5、之一就是细胞壁起到了阻碍作用。科学家设想，如果将细胞壁除去，就有可能使比较多的胞内物质分泌到细胞外，这就是科学家开展固定化原生质体研究的意图。1986年，我国科学家利用固定化原生质体发酵生产碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等相继获得成功，为酶工程的进一步发展开辟了新的途径。近20年来，在固定化酶、固定化细胞和固定化原生质体发展的同时，酶分子修饰技术、酶的化学合成以及酶的人工合成等方面的研究，也在积极地开展中，从而使酶工程更加显示出广阔而诱人的前景。然而, 随着酶的开发应用的扩展, 這些从动植物中取得的酶已经远远不能满足需要了人們把眼光转向了微生物微生物是发酵工程的主力军在发酵工程里（或者說在自然界也一
6、样）, 微生物之所以有那么大的神通, 能迅速地把一种物质转化为另一种物质, 正是因为它們体内拥有神奇的酶, 正是那些酶在大显神通說到底, 发酵作用也就是酶的作用微生物种类繁多, 微生物繁殖奇快要发展酶工程, 微生物自然应该是人們获取酶、生产酶的巨大宝库、巨大资源事实上, 目前酶工程中涉及到的酶绝大部分來自於微生物所谓酶工程, 可以分为两部分一部分是如何生产酶, 一部分是如何应用酶用微生物來生产酶, 是酶工程的半壁江山生物体内的一切化学变化，都是在生物催化剂酶的催化下进行的。它具有专一性强、效率高、反应条件温和、不污染环境等特点。科学家将酶引入工业，这种技术也就是我们所说的酶工程，酶工程的发展经
7、历了四个阶段。自18世纪初斯伯塞尼发现酶后，经过一个多世纪，人们未能将酶应用到生产上。直到1894年，淀粉酶作为助消化药物首先登上生产舞台，可谓第一个商品化的酶制剂。到本世纪60年代末，工业化生产的酶制剂只有30多种，且大多是发酵工业，靠活的细菌生产，经过纯化，应用时，再溶于液体中，称为可溶酶，大多用在食品、制酒、制革等工业。比如，用淀粉酶来水解淀粉，制造葡萄糖，用蛋白质酶来水解蛋白质等。这是酶工程的第一阶段。酶工程的第二阶段是针对第一阶段的缺点而革新的，因为可溶酶在酸、碱、高温或有机溶剂中不稳定，容易失去催化活性，且经常只能使用一次，不能回收。因此，科学家针对可溶酶这些弱点，试图通过物理或化
8、学方法，将可溶酶固定在不溶性载体上，使它成为不溶于水且具催化活性的酶衍生物。这就是所谓固定化酶。1969年，日本生物化学家千畑一郎首先将固定化酶应用于生产。他将氨基酸化酶固定在DEAE葡萄糖凝胶上，成功地分离了DL混旋氨基酸，获得纯净具有活性的L型氨基酸。从而，开创了酶工程的第二阶段，即固定化酶阶段。酶固定化后，具有一定的机械强度，装入酶反应器中可使生产连续化、自动化。同时，也提高了对酸、碱、热的稳定性。这对提高生产效率，节约能源，降低成本等均起了前所未有的作用。酶工程的第三阶段是固定化酶系统和固定化活细胞技术联合生产的过程，称为第三代酶工程。其特点是将活的酵母细胞用长拉胶(从海藻中提取的特殊
9、胶）包扎，制成颗粒状，装入酶反应器，反应器通过糖液就可产生酒精。在反应过程中，酵母仍可生长繁殖，不断地补充反应器中酶的数量，使反应器可连续使用几个月甚至几年。第三代酶工程已用于生产各种氨基酸、有机酸、核苷酸、抗生素等。它有高效能、低消耗、无公害、长寿命、安全、自动化等特点。目前，已在各先进国家使用。第四阶段酶工程是将新的生物工程技术全部应用到酶工程上来。例如，用细胞融合术、DNA重组术来改良产酶的菌种，使之能源源不断地生产出适合人类需要的酶来。这项工作还处于试验阶段，目前虽有许多成功的报导，估计还需一段时间才会有实用价值。酶的生产要解决一系列的技术问题, 包括: 挑选和培育生产酶的微生物（要求
10、繁殖快、安全、酶容易分离、符合应用条件）；确定适合的培养条件和培养方式；大幅度地提高酶的产量；將生产出來的酶进行分离提纯, 提高酶的纯度；等等经过各国科学家的不懈努力, 這些技术问题一一迎刃而解, 酶的生产水平不断提高, 为酶的应用提供了坚实的基础這里值得一提的是通过基因重组來对产酶的菌种进行改造, 获得生产性能优秀的菌种最明显的例子是-淀粉酶的生产最初, 从前是从猪的胰脏里提取-粉酶的, 這种酶在將淀粉转化为葡萄糖的过程中是一个主角随着酶工程的进展, 人們开始用一种芽孢杆菌來生产-淀粉酶从 立方米的芽孢杆菌培养液里获取的-淀粉酶, 相当於几千头猪的胰脏的含量然而, 致力於酶工程研究的学者并不
11、满足於這一点, 他們用基因工程的手段, 將這种芽孢杆菌的合成-淀粉酶的基因转移到一种繁殖更快、生产性能更好的枯草杆菌的DNA 里, 转而用這种枯草杆菌生产- 淀粉酶, 使产量一下子提高了数千倍人体里的尿激酶, 是治疗脑血栓和其他各种血栓的特效药以前常见的生产手段是从人尿中提取, 其落后性显而易见, 产量也毕竟有限学者們从人的肾脏细胞中分离出尿激酶基因, 转移到大肠杆菌的DNA 中, 用DNA 重组后的大肠杆菌來生产人尿激酶生产效率自然提高了不少通过基因重组來改造产酶的微生物, 建立优良的生产酶的体系, 被认为是最新一代的酶工程（第四代酶工程）這是酶工程与基因工程的结合点基因工程被称为生物工程的
12、灵魂, 在這里又一次展现了它的动人之处除了酶的生产之外, 近些年來, 酶工程又出现了一个新的热门课题, 那就是人工合成新酶, 也就是人工酶這是因为, 人們发现光从微生物里提取酶仍不能满足日益增长的对酶的需求, 需要另辟新路人工酶是化学合成的具有与天然酶相似功能的催化物质它可以是蛋白质, 也可以是比较简单的大分子物质合成人工酶的要求是很高的, 它要求人們弄清楚: 酶是如何进行催化, 关键是哪几个部位在起作用, 這些关键部位有什么特点.最终, 对人工酶还有另一层要求, 那就是简单、经济有人已经合成了一个由 个氨基酸组成的大分子, 這个大分子具有跟核糖核酸酶一样的催化作用然而, 人們仍然嫌它太复杂,
13、 继续寻找更简单、更稳定、更小的人工酶, 寻找在生产上比天然酶经济得多的人工酶尽管人工酶的效益尚不明显, 然而从事人工酶研究的队伍却日益壮大也许, 在不久的將來, 人工酶在酶工程的生产领域里將正式取得一席之地, 而且地位不断上升, 甚至压倒天然酶、在二十一世纪的今天，酶的发展，也带动着社会各个行业的发展生物酶精练技术加快发展 传统的棉纺物的前处理过程是发生激烈的化学反应的过程，其工艺路线长、耗能多、污染严重，这与当今逐渐提高的环保要求及“绿色生产”相矛盾，于是棉织物的酶精练技术应运而生并受到研究者的关注，并已取得一些成果。用酶对棉纤维进行前处理，加工条件比化学方法温和，耗能低，废弃物也容易处理
14、，该技术可望被广泛应用。原棉纤维由以纤维素为主要成分的次生膜和覆盖在其上的初生膜和表皮组成，其杂质 主要存在于初生膜和表皮中。存在于原棉中的杂质，因棉花的种类、产地的不同而异，一般为棉纤维组成的45，棉精练工序在织物漂白、染色等加工过程之前，是以去除这些杂质，提高织物的吸湿性为目的的加工过程。传统精练加工过程通常使用大量的碱和表面活性剂进行高温处理，使棉的伴生物分解、乳化而去除，为此，必须用酸中和以及大量的水冲洗，因此废液中盐的浓度很高，废液中的BOD上各项，同时使纤维失重、强度下降。酶在温和条件下具有催化效率高和专一性强的特点，用酶代替碱进行精练能够解决上述问题。国内外研究者根据不同伴生物作
15、为去除对象而选用不同酶进行处理，最终达到去除杂质的目的。国内外部分研究者采用纤维素酶与果胶酶处理棉纤维，利用它们的协同效应，即果胶酶使棉纤维中的果胶分解，纤维素酶使初生胞壁中的纤维素大分子分解，将棉纤维表面杂质及部分初生胞壁去除，达到精练的目的。纤维素酶是一种含有相互协同作用的多种组分的复合酶，它对纤维素纤维的作用主要通过三部分完成：CX酶，作用于是纤维的结晶部分； C1酶，膨化纤维素，作用于纤维的无定形部分，并最终形成可溶性的产物；葡萄糖苷酶，作用于纤维素二糖、三糖类物质，使它们最终分解为单糖。北京联合大学纺织工程学院利用此两种酶对棉纤维进行前处理，且将精练后的棉精梳针织物用天然色素染色，此工艺可改变作业环境、降低环境污染。江苏省无锡江南学院与无锡维新漂染有限公司对棉府绸织物的前处理工艺进行了探讨，将酶处理的退煮一步法冷堆工艺和先退浆后煮练的工艺进行了比较，考察了纤维素酶与果胶酶相混合的最佳浓度，以及时间、温度、pH值、渗透剂用量对酶处理的影响。筛选出工艺效果较好的处理液的组成，以及适用于实际生产的前处理工艺。日本和欧洲的科学家以蛋白酶作为棉的煮练剂，他们认为虽然纤维素酶可以提高织物的吸湿性，但是强力及织物失重严重，含有纤维素酶的果胶酶也存在这种缺陷。考虑到蛋白质在杂质中的含量较高，便用蛋白质水解酶作煮练剂，根据蛋白质水解酶引起作用的位置的
