√环境工程微生物学(十三 微生物学新技术在环境领域的应用-1)PPT幻灯片

随着第三代酶制剂的诞生，应用各种酶工程技 术制造精细化工产品和医药用品及其在化学检 测、环境保护等各个领域的有效应用，使酶工 程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名 列前茅，并正在与基因工程、细胞工程和发酵 工程融为一体，形成一个具有很大经济效益与 社会效益的新型工业门类。
酶工程技术的产业化
3、浓液体酶制剂：将酶培养液过滤除去菌体等杂 质后，浓缩后再加稳定剂和防腐剂制成的产品。
4、干燥粉状酶制剂：我国生产的酶制剂多属此类 型。其制备工艺为：
工艺1：酶培养液除去菌体→浓缩→喷雾干燥 →研磨→加稳定剂、惰性填料→制成产品；
工艺2：酶培养液除去菌体→硫酸铵盐析或乙醇 沉淀→干燥研磨→加稳定剂、惰性填料→制成 产品
1、新型抗生素生产工艺
抗生素工业是以青霉素的生产为开端的，迄今已有50 多年的历史。70年代开始，出现了一新的生产工艺— 酶法半合成。已用酶法生产的产品有头孢霉素I号、Ⅳ 号、羟头孢霉素、青霉素等。充分显示了酶法半合成作 为抗生素生产工艺的后起之秀具有巨大的竞争力。
2、用酶工程法制备新型甜味剂
酶制剂的主要发展动态是：
洗涤剂用酶迅速普及西欧、美、日等国； 凝乳酶广泛用于乳酪制造； 酶制剂新市场——催化剂、医药用酶和三废处理用酶
迅速发展； 应用固定化异构酶大量生产高果糖浆； 筛选耐高温脂肪酶、糖化酶和蛋白酶； 应用基因工程技术改造和生产新型酶制剂。
20世纪90年代，随着基因工程的广泛介入，一 些原来只能由动物或植物生产的酶，经过酶基 因重组，可以在微生物上表达。
第二次世界大战以后，
随着微生物培养技术、 发酵工业和设备的渐渐 完善，利用微生物来获 得商品化酶制剂已形成 规模化产业，并开辟了 广阔的市场。
Pilot Biostat UD50
以微生物酶为主体的酶制剂工业形成于50年代。 其中工业用酶50-60种，治疗和诊断用酶120多 种，酶试剂300多种，已涉及到食品、医药、发 酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造 纸、能源、农业、环保等经济部门。
其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有 了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值 才真正得以体现。
早期的酶工程技术主要是从动物、植物、 微生物材料中提取、分离、纯化制造各种 酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药 等工业领域。
70年代后，酶的固定化技术取得了突破， 使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与 生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。
因此，人们把酶制剂工业称为工业领域中的 “医学金矿”。
新型酶制剂
1、酿造用酶（酒精酿造用酶、啤酒酿造用酶、 白酒酿造用酶、葡萄酒酿造用酶）：纤维素酶、 半纤维素酶、葡聚糖酶、果胶酶等。
2、食品加工用酶：谷氨酰胺转胺酶、高果糖浆 生产用酶（葡萄糖异构酶、菊粉酶）、果汁专 用酶（果胶酶、淀粉酶、纤维素酶、酸性蛋白 酶）。
传统的甜味剂主要是蔗糖与糖精。糖精被禁用后，蔗糖 就成了食品甜味剂的主角。1973年，用固定化葡萄糖异构 酶从葡萄糖生产高果糖浆获得成功，产量迅速增加，目前 已达几百万吨，正在逐步取代蔗糖作为食品与饮料的甜味 剂。美国可口可乐公司所用甜昧剂几乎是高果糖浆。最近 食用甜味剂又出现了一颗新星——天冬氨素。它是低热量、 安全，又有一定营养价值的新型甜昧二肽，甜度是蔗糖的 l50-200倍，可用酶工程法制备。
第一节 固定化酶和固定化 细胞在环境工程中的应用
（酶工程）
生物技术的四大支柱
生物技术 （生物工程）
基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程
酶工程：即利用酶、细胞器或细胞具有的特异催 化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和 工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。
酶工程的应用范围
（1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产； （2）自然酶的分离纯化及鉴定技术； （3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）； （4）酶反应器的研制和应用； （5）与其他生物技术领域的交叉和渗透。
6、饲料用酶：植酸酶、角蛋白酶、木聚糖酶、 脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。
酶制剂剂型
1、干燥粗酶制剂：用麸曲或深层发酵的酶 培养液除掉菌体（不除掉菌体）后，与淀粉等 惰性填料混合、干燥制成的粗酶产品。
2、稀液体酶制剂：将酶培养液过滤除去菌 体等杂质后，直接加稳定剂（甘油、乙醇、氯 化钠等的复合物）和防腐剂制成的产品。国内 许多白酒厂用这种液态糖化酶制剂糖化淀粉。
一、特异生物催化剂——酶
酶的功能特异，威力非凡，生物的生长、发育、繁殖、营 养、运动以及发酵、呼吸、光合作用、神经刺激、免疫反 应无一不受到酶的催化作用。
已知酶的种类约有8000种，它们都是由生物细胞合成的一 类特殊蛋白质，细胞的一切活动都离不开酶的“推动”。
酶催化活力的高效性和专一性是任何其他催化剂所无法比 拟的。正因为体内存在为数众多、魔力非凡的酶，体内的 生化反应才能在十分温和的条件下飞快地进行。
3、制革用酶：蛋白酶。
3、纸浆（造纸）用酶：纸浆漂白用酶（木聚糖 酶）、废纸脱墨用酶（木聚糖酶、甘露聚糖酶、 淀粉酶、脂肪酶）、造纸废水处理用酶（脂肪 酶、甘露聚糖酶、漆酶、果胶酶）。
4、洗涤用酶：碱性蛋白酶、碱性脂肪酶、淀粉 酶、纤维素酶。
5、纺织用酶（绿色染整工艺）：果胶酶、纤维 素酶、过氧化氢酶。
5、结晶酶：是经过高度纯化而结晶的固体酶制剂。 制备过程：在酶溶液中缓慢加入硫酸铵或氯化
钠而使溶液呈轻微浑浊，即接近过饱和状态时， 静置于低温（0-4℃）下就能析出结晶酶。 不同种类酶的结晶时间不同，几个小时-几周。
酶结晶条件：酶蛋白浓度在3-50mg/mL，酶的 纯度＞50%。 6、固定化酶：将酶和酶菌体固定在载体上，制成 不溶于水的固态酶，可长时间使用。
二、酶制剂及其剂型
酶制剂是指从生物体中经分离、提纯而得到的 具有一定纯度和活力的酶制品。酶制剂的大规 模生产主要是利用发酵工程技术。
最初的商品酶制剂主要以动植物为原料提取，如从 牛胃中提取凝乳酶、从胰脏中提取胰酶、从血液中 提取凝血酶、从植物材料中提取淀粉酶等。
之后，Takamine利用霉菌来生产淀粉酶使得酶制剂 工业取得突破，其方法至今仍被采用。