酶在发酵工业生产的应用现状及发展趋势

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酶工程技术在化学工业中的应用

酶工程技术在化学工业中的应用

酶工程技术在化学工业中的应用随着全球经济的发展和人们对于健康和环保的重视,化学工业对于高效、绿色、可持续的生产技术有着越来越高的要求。

在这样的背景下,酶工程技术作为一种高效、可控制的生产工艺逐渐受到关注,被广泛应用在化学工业中。

本文将探讨酶工程技术在化学工业中的应用,以及它的优势和发展前景。

一、酶工程技术概述酶是一种生物催化剂,是生物体内重要的功能蛋白质之一。

酶能够将化学反应的能垒降低,从而提高反应速率。

酶工程技术是利用遗传工程和生物化学原理对酶进行改良和优化,以适应特定的生产需求。

酶工程技术的主要应用领域包括制药、食品、化工等,并逐渐扩展到纺织、环保等领域。

酶能够在低温、低压、水溶液条件下发挥作用,因此能够实现绿色、清洁的生产。

二、酶在化学工业中的应用1. 活性炭生产活性炭是一种广泛应用于工业和生活中的吸附材料。

传统的活性炭生产工艺需要高温、高压、耗能大,而且会产生有害气体。

利用酶工程技术可以生产出新型的天然活性炭材料,具有高效、低能耗、环保等特点。

2. 生物医药制品生产利用酶工程技术可以制备出高质量、高纯度、低成本的生物医药制品。

比如,酶可以用于生产人类重组生长激素、肝素等药物。

这些药物能够提高生产效率,缩短生产周期,同时减少废弃物的生成,降低环境污染。

3. 生物燃料生产生物燃料是一种可再生能源,有着广泛的应用前景。

目前生物燃料的生产主要采用微生物发酵技术,但微生物的生长和代谢速率较慢,生产效率低。

采用酶工程技术可以加快生物燃料的生产速率,提高生产效率。

4. 化学合成反应酶可以代替传统的催化剂,参与化学反应,形成新型的化学反应体系。

比如,酶可以用于合成异戊酚、己烷二酸酯等有机物,这些有机物在生产粘合剂、塑料、药品等方面有着广泛的应用。

三、酶技术的优势酶工程技术相比传统生产工艺具有以下优势:1. 生产过程绿色环保:酶工程生产过程中不需要使用有害化学物质和重金属,不会产生大量有害污染物,符合可持续发展的要求。

发酵工业现状与发展趋势

发酵工业现状与发展趋势
图4 柠檬酸生产工艺
3、分离提取工艺水平
(1)味精分离提取工艺 味精企业中采取的分离提取工艺有等电离交和浓缩等电两种
图5 等电离交工艺流程
图6 浓缩等电工艺流程
目前,行业内正在推广应用“新型浓缩等电结晶工艺偶联 膜处理技术”。
*一次结晶收率达到90%以上 *无污染物排放 *生产闭路循环 *提高产品质量 *降低水耗、能耗及生产成本
184 89 61.5 19 706 1059.5
2008年 年用水 (万吨) 14720 5340 1230 1425 8472 39659
用水(吨/ 吨产品)
80 60 20 75 12
发酵 产量 浓废液量 产品 (万吨) (吨/吨)
味精 184
12
柠檬酸 89
10
酵母 19
35
合计 292
55
图2 我国发酵工业产业布局
5、自主创新能力显著增强
研发投入持续增长 自主创新网络体系形成
管理体系标准化
6、节能减排初见成效
在国家产业政策的正确引导下,发酵工业企业已经越来越认 识资源综合利用和节能减排的重要性和必要性,努力提高原料转 化率、副产品的综合利用率,加大对生产过程中产生的废水、废 渣和废气的治理和回收利用,并取得了一定的成绩。
3、能耗较高、污染较重
发酵工业是能耗较高的产业,我国水平与国际先进水平相比,差距较大。 生产过程用水量大,由于企业的生产水平和技术装备不同,耗水量差距较 大。
表8浓度有机废水2007年发生量
主要 产品
味精 柠檬酸 酶制剂 酵母 淀粉糖 合计
年产量 (万吨)
图8 柠檬酸废水处理工艺流程
(三)存在的主要问题
发酵工业在快速发展过程中,也暴露了诸多问题,突出表现为以 下几个方面:

论文:发酵工业现状与发展前景

论文:发酵工业现状与发展前景

我国发酵工业现状与发展前景摘要:我国的发酵工业经过了几十年的发展过程,产品从原来的抗生素、食品等几个方面渗透到医药、农业、环保、能源、材料等各个方面,产业结构也逐渐转向能够提高人们生活质量的新一代发酵产品的生产。

20 世纪60年代以来,我国的发酵工业迅猛发展,年产值逐年攀升。

本综述介绍了我国发酵工业的总体状况以及最新进展,并对其发展前景进行了展望。

关键词:我国;发酵工业;总体状况;最新进展;发展前景。

发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一,许多传统产品的生产都应用了发酵技术,在东方有酱油、醋、白酒、黄酒等,而西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。

随着社会经济与科技的发展,由发酵技术支撑起的发酵产业开始诞生与兴起。

20世纪60年代以来,我国的发酵工业迅猛发展,所涵盖的产品也从原来的抗生素、食品等几个方面渗透到人民生活的各方面如医药、保健、农业、环境、能源、材料等。

发酵工业是一种以高科技含量为特征的新型工业,自20世纪90年代以来,行业的迅速发展已经使其在食品工业中占有重要地位。

发酵工业的迅速发展不仅带动了相关行业的发展,而且对节约粮食、增加食品花色品种、提高产品质量及改善环境等,发挥了重要作用。

1.发酵工业的总体状况1.1我国发酵工业的应用领域我国在生物发酵行业经过一段时间的发展,积累了相当丰富的经验,特别是在21 世纪后,生物发酵渗透入了医药,保健,农业,食品,能源,环保等各个领域。

轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域,其生产的产品类型与应用广泛,主要包括酒和溶剂类、有机酸类、氨基酸类、酶制剂类、功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类等。

这个领域的特点是大量利用淀粉等农副产品进行进一步的发酵与深加工。

生物医药工业中,通过发酵工程技术生产多种抗生素、疫苗、以及一些基因工程药物如干扰素、白细胞介素等产品。

微生物发酵是常用的生物转化法之一,并在中药制作中早有应用。

现代中药发酵技术分为液体发酵和固体发酵。

2024年酶制剂市场发展现状

2024年酶制剂市场发展现状

2024年酶制剂市场发展现状引言酶制剂是一种用于催化化学反应的生物分子。

由于酶制剂在各种工业领域的广泛应用,酶制剂市场在过去几年里取得了快速增长。

本文将对酶制剂市场的发展现状进行分析,包括市场规模、主要应用领域以及发展趋势等方面的内容。

市场规模酶制剂市场在过去几年里呈现出稳步增长的趋势。

根据市场研究机构的数据,预计到2025年,全球酶制剂市场规模将达到XX亿美元。

市场增长的主要推动因素包括酶制剂在食品与饮料、生物燃料、医药、洗涤剂等领域的广泛应用。

主要应用领域1. 食品与饮料行业在食品与饮料行业,酶制剂被广泛应用于食品加工中的酶解、发酵和漂白等工艺。

酶制剂可以提高食品的品质和口感,并延长食品的保质期。

此外,酶制剂还可以用于制作食品添加剂,以改善食品的营养价值和功能。

2. 生物燃料产业生物燃料产业是酶制剂市场的另一个重要应用领域。

酶制剂可以催化生物质发酵产生乙醇和生物柴油等可再生能源。

随着对可再生能源需求的增加,生物燃料产业的发展将进一步推动酶制剂市场的增长。

3. 医药领域在医药领域,酶制剂主要应用于制药工艺中的催化反应和分子合成。

酶制剂具有高效、环境友好和可控性强等特点,可以提高药物的合成效率和产率。

此外,酶制剂还可以用于制造生物药物和诊断试剂。

4. 洗涤剂行业在洗涤剂行业,酶制剂被广泛用于洗衣粉、洗碗液等清洁产品中。

酶制剂可以去除衣物和餐具中的污渍,提高清洁效果。

与传统的化学清洁剂相比,酶制剂更环保和可持续。

发展趋势1. 创新产品的推出随着技术的不断进步,越来越多的酶制剂企业开始研发和推出创新产品。

这些新产品具有更强的催化效率、更广泛的底物适应性和更长的稳定性,可以满足不同工业领域对酶制剂的需求。

2. 可持续发展的重视在环境保护和可持续发展的背景下,酶制剂市场越来越注重减少对环境的影响。

许多企业开始研究和生产更环保的酶制剂,以满足市场需求。

3. 区域市场的扩张酶制剂市场的发展不仅在全球范围内稳步增长,还表现出区域市场扩张的趋势。

酶制剂的应用现状及发展趋势

酶制剂的应用现状及发展趋势

1、生物制药:工业酶制剂在生物制药领域的应用主要包括抗生素、维生素、 氨基酸等药品的生产过程。利用工业酶制剂的催化作用,可以提高药品的生产效 率和产品质量。
2、化工:工业酶制剂在化工领域的应用主要包括有机合成、石化、精细化 工等。利用工业酶制剂的专一性和高效性,可以实现某些传统化工生产难以完成 的任务。
3、可持续发展
在可持续发展方面,酶制剂具有很好的应用前景。酶制剂的使用可以降低能 源消耗和环境污染,提高资源的利用率。未来,随着环保意识的不断提高,酶制 剂在环保、能源等领域的应用将得到更加广泛的和发展。
应用实践
1、生物医药领域
在生物医药领域,酶制剂的应用实践已经取得了显著的成果。例如,溶血栓 酶作为酶制剂的一种,可以有效治疗血栓性疾病。通过使用溶血栓酶,可以溶解 血栓并恢复血液流通,提高患者的生活质量。另外,酶制剂在抗生素、抗病毒药 物等方面的应用也在不断拓展。
4、安全性高:工业酶制剂在生产和使用过程中安全性较高,对人体和环境 危害较小。
随着环保意识的增强和生物技术的不断发展,工业酶制剂的市场需求量逐年 增加。预计未来几年,工业酶制剂市场规模将保持10%以上的增长速度。同时, 随着新产品和新应用的不断涌现,工业酶制剂的市场前景非常广阔。
五、工业酶制剂的研究现状
与传统的化工生产方式相比,工业酶制剂具有以下优势:
1、高催化效率:工业酶制剂具有极高的催化效率,能够大大缩短生产周期, 提高生产效率。
2、高度专一性:工业酶制剂具有极高的专一性,只对特定的底物进行催化 反应,有利于实现工业化生产。
3、环保友好:工业酶制剂属于生物催化剂,对环境友好,有利于降低生产 过程中的环境污染。
研究现状
1、工业领域
在工业领域,酶制剂主要应用于纺织、造纸、皮革、石化等行业。通过使用 酶制剂,可以提高生产效率和产品质量,降低能源消耗和环境污染。例如,在纺 织工业中,淀粉酶可以用于棉织物的退浆,减轻对环境的污染。

酶工程发展概况及应用前景

酶工程发展概况及应用前景
【发展前景】
现在已知的酶的酶有几千种,但是还远远不能满足人们对酶日益增长的需要。随着科技的发展,人们正在发现更多、更好的酶。其中,令人瞩目的有核酸酶和抗体酶、端粒酶、糖生物学和糖基转移酶和极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种,此外,新的固定化、分子修饰和非水相催化等技术越来越受到人们关注。伴随着人类基因组计划取得的巨大成果,基因组学和蛋白质组学的诞生,生物信息学的兴起,以及DNA重排技术的发展,预期在不久的将来,众多新酶的出现将使酶的应用达到前所未有的广度和深度。
1、应用酶工程生产抗生素
应用酶工程可以制备青霉素酞化酶、头抱菌素酞化酶、头抱菌素、头抱菌素酞化酶、青霉素酞化酶、脱乙酸头抱菌素、头抱菌素乙酸醋酶,近年来还进行固定化产黄青霉青霉素合成酶系细胞生产青霉素的研究,合成青霉索和头抱菌素前体物的最新工艺也采用酶工程的方法。
2、应用酶工程生产维生素
制造2一酮基一L—古龙糖酸【山梨糖脱氢酶及L一山梨糖醛氧化酶】、肌醇【肌醇合成酶】、L—肉毒碱【胆碱脂酶】、CoA【CoA合成酶系】等。由山梨醇和葡萄糖生产维生素及丙烯酸胺的生产也采用酶工程的方法四。
3、酶工程在饲料工业中的应用
动物体由于不能分泌分解纤维素、半纤维素、木质素、果胶等植物细胞壁物质的酶系,因此动物自身不能消化利用这些物质,只能通过瘤胃和大肠微生物利用上述部分物质。植物细胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道内的非淀粉多糖,降低肠道内容物的粘性,促进营养物质的消化吸收,减少畜禽下痢,从而促进畜禽生长和提高饲料利用率。据赵长友【3】报道,利用纤维素复合酶作为半干贮添加剂可提高半干贮饲料的营养成分。蛋白质含量提高,粗纤维含量下降,半干贮品质得到改善,获得了色、味、嗅、质地及完好率均为上乘的优质半干贮饲料,并可抑制霉菌生长、防止腐败和延缓二次发酵,提高了半干贮饲料的完好率和利用率【4】。

酶工程的发展现状及应用前景

酶工程的发展现状及应用前景

在乳制品中的应用
乳糖是存在于哺乳动物乳汁中的一种双糖,甜度和 溶解度均较低, 饮食中的乳糖可提高人体对 Ca,P,Mg和其他必需微量元素的吸收,但其在小 肠里不能被直接吸收,必须通过小肠内乳糖酶水解 才能被人体消化吸收。β-D-半乳糖苷酶又称乳糖 酶,是一种无味、无嗅,溶解后呈浅棕色且无毒、副 作用的生物酶制剂,该酶可用于降解乳糖为半乳糖 和葡萄糖,亦具有半乳糖苷的转移作用。
乳糖酶通过转糖苷作用可生成低聚糖,如低聚半乳糖、 异乳糖等。转糖苷作用生成的低聚半乳糖几乎不被 小肠消化,是一种低分子量、不粘稠的水溶性膳食纤 维。它作为肠道内双歧杆菌的增殖因子,只能为双歧 杆菌所利用,而不能被肠道内腐败细菌所利用,增殖的 双歧杆菌竞争性地拮抗腐败菌如产气荚膜梭菌的生 长,减少有害毒素物质的产生,防止便秘和腹泻,有整肠 效果。与此相关还有抗癌、降血压、增强肝功能及 促进Ca2+吸收等作用。与一般膳食纤维相比,低聚半 乳糖(GOS)对酸稳定,有良好的保湿性,不会束缚金属 离子,易于添加到食品和饮料中。用于生产低聚糖的 酶源有米曲霉、乳酸克鲁维酵母、脆壁克鲁维酵母、 环状芽孢杆菌。
35%是蛋白酶,主要用于洗涤剂、制革和乳品工业; 其余是药用酶制剂、试剂级酶制剂和工具酶。
酶工程
酶的技术 酶的生产 酶的纯化 酶的固定化技术
在食品中的应用 在乳制品中 在烘烤食品中 在果蔬加工中的
在发酵中的应用 在酿酒中的应用 在饲料加工中的应用 在医疗业的应用 在纺织、洗涤业的应
在果蔬加工中的应用
水果蔬菜加工中最常用的有果胶酶,纤维素酶,半纤 维素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果胶酶已成为 许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用 果胶酶和其他的酶(如纤维素酶等)处理可以大大提 高出汁率,简化工艺步骤,并且可明显提高果汁澄清 度,降低果汁相对黏度,提高果汁过滤效果。

酶制剂在工业上的应用现状与展望

酶制剂在工业上的应用现状与展望

《酶工程》课程论文学院:材料与化工学院专业班级:2011级生物工程(2)班姓名:李丹丹学号:20110412310047评阅意见评阅成绩评阅教师:2014年6月12日酶制剂在工业上的应用现状与展望姓名:李丹丹学院和专业:材料与化工生物工程2班摘要:酶制剂是一类特殊的食品添加剂,具有催化高效性,专一性等显著特点。

文章综述了食品工业中酶制剂利用及新动向,包括淀粉糖、油脂、蛋白质加工、面包、啤酒、饮料工业以及改善苦味的酶类的应用。

并介绍了酶与食品的关系、酶制剂在食品生产中用于保藏、改善质量和增加营养价值、增加品种种类、提高便捷性和提高食品生产效率等作用,还介绍了酶制剂在饲料中的应用。

并对酶制剂在食品工业中和在动物饲料方面的发展方向进行展望。

关键词:酶制剂食品工业饲料工业应用1.酶制剂的简介酶是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质。

而从生物体中提取的具有酶活力的制品,称为酶制剂。

酶制剂主要用于食品加工和制造业方面,它在对提高食品生产效率和产量、改进产品风味和质量等方面有着其它催化剂所无法替代的作用。

另外,酶制剂在日化、纺织、环境保护和饲料等行业也有着较广泛的应用。

随着发酵工业的发展,酶制剂的主要来源已被微生物所取代,它具有不受季节、地区和数量等因素影响的特性,还具有种类多、繁殖快、质量稳定和成本低等特点。

随着微生物育种技术的发展,酶制剂的种类越来越多,分类也越来越细。

目前我国已工业化生产的、且用于食品工业的酶制剂主要有:淀粉酶、异淀粉酶、果胶酶和蛋白酶等,它们在食品加工中都起着十分重要的作用。

当然,尽管目前我国酶制剂行业的发展已有了长足进步,但与发达国家相比,还有很大差距。

为进一步加快酶制剂产业技术的进步,今后应注重在调整产品结构、增加新品种、提高产品质量和竞争力、实现规模化经营和拓宽应用领域等方面作深入的研究。

2.酶制剂在食品工业中的应用利用淀粉酶可以将淀粉水解为葡萄糖或不同DE值的淀粉糖浆,再经过葡萄糖异构酶的作用产生果葡糖浆;果胶酶用于果汁的加工和澄清,可提高果酒的得率,改善澄清效果,加快过滤速度;乳糖酶可分解牛奶中的乳糖,提高人体对牛奶的消化性;脂肪酸可改进食品风味;蛋白酶可用于蛋白胨和氨基酸混合液的制造,生产糖果使用的蛋白发泡剂,用在面包、糕点和通心粉的生产上可缩短揉面时间、增强面团延伸性和改进产品质量,用在肉类加工上可嫩化肉类、软化肠衣和提高质量,用在乳酪制造上可缩短生产时间等。

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酶在发酵工业生产中的应用现状和发展趋势塔骥1032103030摘要:本文通过列举酶在发酵工业生产中的应用,及在这些应用中的应用现状,对酶法在这些工业生产中未来的发展进行了探讨。

关键词:酶;发酵;工业生产一、前言酶制剂行业是高技术产业,它的特点是用量少、催化效率高、专一性强,是为其他相关行业服务的工业。

酶制剂产业经历了半个多世纪的起步和迅速成长之后,现已形成一个富有活力的高新技术产业,保持持续高速度发展。

过去10年里,国际酶制剂产业的生产技术发生了根本性的变化,以基因工程和蛋白质工程为代表的分子生物学技术的不断进步和成熟,以及对各个应用行业的引入和实践,把酶制剂产业带入了一个全新的发展时期。

我国酶制剂已广泛应用于食品、酿造、味精、制药、有机酸、淀粉糖、纺织、皮革、洗涤剂及保健品等很多领域,并且应用领域不断扩大,应用技术水平不断提高,然而与国外先进国家相比尚有差距。

二、酶在发酵工业中的应用2.1酶法生产葡萄糖利用酶水解淀粉生产葡萄糖是酶催化工业的一项重大成就,由日本在20世纪50年代末研究成功,现已在全世界普遍采用。

酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料,先经。

一淀粉酶液化成糊精,再用糖化酶催化生成葡萄糖。

如北京房山酶制剂总厂的产品耐高温a-淀粉酶采用地衣芽孢杆菌深层培养、提炼等工序精制而成;能随机水解淀粉、糖原及降解物内部的 a-1.4 葡萄糖苷键使得胶状淀粉溶液的黏度迅速下降,产生可溶性糊精和寡聚糖,过度的水解则可产生葡萄糖和麦芽糖。

低聚糖的制备:低聚糖是由3-9个单糖昔键连接而成的低度聚合糖。

它之所以具有生理功效,是因为他能促进人体肠道内固有的有益细菌一双歧杆菌的增殖,从而抑制肠道内腐败菌的生长,减少有毒发酵产物的形成。

目前,微生物糖昔水解酶在生产中应用较多,而且技术都比较成熟。

如利用α-葡萄糖苷酶生产的低聚异麦芽糖,利用节杆菌产生的β一呋喃果糖苷酶合成的低聚乳果糖、低聚半乳果糖等,利用α-半乳糖昔酶生产的棉子糖和密二糖等。

2..2酶法生产蛋白氨基酸酶催化在化学工业已经被沿用已久,用于生产精细化学品,现正大力开发其潜力。

工业开发酶生产氨基酸开始于差不多40 年前,当时日本为了通过固定化酰化酶拆分N-乙酰DL-氨基酸。

为了生产L-蛋氨酸,要求用于输液和特别的饮食,这要求继续选择生产方法,使用米曲霉酰化酶在酶膜反应器上酶法拆分可最小化的减少酶的消耗被证明是特别有用的。

每年几百吨L-蛋氨酸和L-缬氨酸通过酶膜反应器生产。

一个新的酶法生产蛋氨酸的途径近来被提出,该法借助于D 型氨基酸氧化酶和亮氨酸脱氢酶酶法转化DL-蛋氨酸生产L-蛋氨酸,这两种酶均可以通过重组大肠杆菌表达得到。

L-天冬氨酸是适宜酶法获得的又一种氨基酸,天冬氨酸酶催化添加的氨到富马酸上可直接得到L-天冬氨酸,L-天冬氨酸在甜味剂阿斯巴甜生产上大量需要,也是作为使用固定化天冬氨酸β-脱羧酶酶法生产L-丙氨酸的起始原料。

随着菌株的开发将来有可能建立L-半胱氨酸生产的发酵技术。

3酶法生产核苷酸5'-核苷酸是一种重要核酸类物质,在食品及医药工业等方面都有着广泛的用途。

目前仅有酶法可用来工业化生产四种5'-核苷酸,它是用核酸酶P_1水解酵母RNA的磷酸二酯键以得到5'-核苷酸的。

日本早在上世纪70年代就用此方法实现了5'-核苷酸的工业化生产。

但是,目前在国内有能力生产核苷酸的厂家比较少,且都存在技术和成本上的严重缺陷,生产的产品很难与国外,特别是与日本的公司抗衡。

为了改变这一不利状况,我们开展了酶法生产5'-核苷酸项目的研究。

目前项目进展良好,已基本完成了前期的小试研究,即将进入中试扩大化研究阶段。

本论文的主要研究内容集中在该项目上游工艺部分,包括核酸酶P_1的发酵以及利用核酸酶P_1催化RNA的水解生产5'-核苷酸(即酶解部分)两部分。

目前,国内在上游部分同国外的差距主要是核酸酶P_1的发酵水平低和酶解转化率低等。

这些技术上的不足不仅增大了整个项目所需的成本,而且为下游的分离纯化等工作带来了极大的压力。

2.3酶法生产生物柴油目前,生物柴油的工业化生产方法主要是碱催化法。

碱法生产生物柴油速度快且转化率高,但此法在生产过程中产生废碱液,对环境造成污染,且不能处理废油脂。

酸催化法适用于游离脂肪酸和水分含量高的反应体系,产率高,但甲醇用量大,反应时间长,需要较高的反应温度。

2001年,Saka S和Kusdiana D提出了超临界法。

用超临界法生产生物柴油无需催化剂,反应速率快、转化率高,反应分离可同时进行,但反应需在高温高压的条件下进行,对设备要求相当高且能耗巨大。

生物酶法是以脂肪酶为催化剂,催化油脂与短链醇进行酯交换反应。

与上述方法相比,生物酶法具有多方面的优势)。

相对于酸碱化学法,生物酶法酯交换反应醇消耗量较少,产品回收过程简单,无污染排放,适用范围广。

跟超临界法相比,生物酶法具有条件温和、醇用量小、产品易于收集、无污染排放等优点,是一种很有潜力的绿色生产方法。

但生产中酶的成本过高、甲醇和甘油对酶的毒害作用这两大问题还未能得到根本性地解决,使得生物酶法一直不能在工业生产上得到推广应用。

因此,开发价廉高效的酶催化剂以及优化生物柴油的生产工艺对生物柴油的酶法生产尤为迫切。

2.4酶法生产抗生素β-内酰胺抗生素经过多年的发展,己成为抗生素中的最主要类型之一。

由于具有良好的抗菌效力,较低的毒副作用,在临床上广泛应用,其发展非常迅速。

现全世界耗用量已过万吨,预计今后还会增长。

其中青霉素和头孢菌素为最重要的两大类β-内酰胺抗生素。

酶法合成技术始于20世纪60年代末70年代初,经过 30多年的发展,现在酶缩合反应技术、产品分离以及固定化酶技术等方面取得很大的发展,配套技术日益完善,具备了大规模工业化生产的条件,全球著名的β- 内酰胺抗生素生产厂家如荷兰DSM公司已有酶法合成的商品头孢氨苄、阿莫西林等产品面世。

由于酶法应用于β-内酰胺抗生素合成,不仅可减少反应步骤,而且还可减少废弃物的产生,有利于保护环境,降低生产成本,产品质量优异,所含杂质极少。

因此,21世纪β-内酰胺抗生素的酶法合成将是发展的必然趋势。

我国酶法合成研究起步并不晚,但至今仍未形成大规模工业化生产,与国外先进厂家差距较大。

随着我国经济快速发展,人们对自身居住环境的要求,政府对环保的重视,政府和越来越多的企业加大“绿色化学制药”的研究开发,特别是加快工业化生产的推进进程。

现将近年来β-内酰胺抗生素合成研究、产品的分离纯化、酶反应器研究进行概述。

青霉素中如氨苄西林、阿莫西林等,头孢菌素中如头孢氨苄、头孢羟氨苄、头孢克罗、头孢丙烯、头孢唑林等,这些产品有化学半合成法(简称化学法)和酶半合成法(简称酶法)。

化学法是将母核与侧链以化学法缩合,现在世界上绝大多数生产这些产品的企业使用的是化学法,常用的方法有酰氯法、混合酸酐法、 Vilsmeier法及活性醋法。

酶法则是将母核与侧链通过酶催化缩合。

化学法需要较多的有机化学原料(如溶剂二氯甲烷、吡啶、二甲苯胺),反应条件苛刻,如需无水条件,反应温度低(有的需低至零下90℃),反应步骤多,产生大量的三废需处理。

些产品酶法合成技术自1969年开始报道,但由于当时酶的性能较差,分离纯化技术也一直未能很好的解决,因此多年来酶法合成技术仍处于研究和试生产阶段。

近年来,随着生物工程技术和固定化酶技术的快速发展,酶法制备β-内酰胺抗生素的技术也不断得到提高。

在酶法制备β-内酰胺抗生素的技术中,产品的分离及纯化是一项关键性技术,由于所用原料侧链、母核和产品的理化性质相近,采用普通方法难以达到分离提纯的目的,因此该问题一直是酶法合成β-内酰胺抗生素生产的一大障碍。

目前使用的回收纯化方法有多种,如:酸碱结晶法、浓缩结晶法、化学法(如萘复合物法)、柱色谱法、纳米滤膜法、两相萃取法等。

这些方法各有优缺点,还需进一步的改进和完善。

采用酸碱结晶法分离产品,可以不用有机溶剂,避免了对环境的污染。

但是此法不能把产品一次分离干净,母液中残留的产品仍需浓缩结晶或其他方法加以回收处理,而且产品纯度也不够理想。

利用头孢菌素与萘类化合物形成复合物的方法比较简单可行,反应体系中的产品几乎可以定量地与萘类化合物形成复合物,从而得到完全分离。

此法非常适合有酶存在的反应体系。

如能解决回收蔡类化合物的问题,这将是一个非常好的分离纯化工艺。

用两相萃取法分离提纯产品,是一个较好方法。

Hernandez Justiz 等报道由动力学控制的酶法(自大肠杆菌的青霉素酰化酶)缩合头孢氨苄,通过连续萃取水溶性产品(周围是酶),从而使收率提高,这样,可避免酶快速水解。

将酶以共价键固定于多孔载体上,反应开始前,孔状结构载体可以洗涤,用其中一相填充,这样,当事先平衡好的生物催化剂与第二相混合(那里反应产物将被萃取),固相酶保留于开始选择的第一相中。

首次评估了在不同二相体系中头孢氨苄分配系数。

在剧烈条件下,可获得高的分配系数。

在100%聚二乙醇600-3mol/L,硫酸铵体系中,头孢氨苄被萃取到聚乙二醇体系中,可获最佳分配系数。

固定化青霉素酰化酶在硫酸铵中,然后进一步悬浮于100%聚乙醇600 中,这样,可得到90%头孢氨苄合成收率,这里苯甘氨酸甲酯浓度150mmol/L,7-ADCA浓度l00mmo1/L。

在这个反应体系中,固相酶留在硫酸铵水相中,由于将产品连续萃取到聚乙二醇相中,使头孢氨苄的水解得到抑制。

相反,在单相体系中,由于头孢氨苄的快速水解,综合收率低于55%。

随着人们对β-内酰胺抗生素的酶法合成深人研究,相关的工业技术快速发展,人类对自身生存环境状况日益重视,β-内酰胺抗生素的酶法合成将是21世纪β-内酰胺抗生素发展的必然趋势之一。

2.5酶法生产有机酸以先进的发酵法和酶法生产取代传统的合成工艺,也是目前十分热门的课题。

比如乙醛酸,是一种重要的精细化工原料,是制造高档化妆品的重要添加剂尿囊素的原料,也是合成香兰素、乙基香兰素等合成香料的主要原料,还可以制成多种医药中间体。

据中国香料香精化妆品工业协会报道,随着我国对乙醛酸应用的开发及相关衍生物产品市场需求的持续上升,乙醛酸市场被业内人士普遍看好。

目前我国乙醛酸生产能力尚不能满足国内市场需求,供需缺口主要由日本等国进口。

据称,目前世界乙醛酸年需求量达20万吨以上,我国乙醛酸年需求量为5000吨。

乙醛酸目前主要采用化学法生产。

化学法工艺的主要问题是反应条件苛刻,乙醛酸转化率低,污染环境。

1995年日本天野公司申请了第一个双酶法生产乙醛酸的工艺专利。

1995年底,美国杜邦公司申请了基因工程菌方法生产乙醛酸的专利,乙醛酸转化率达到 100%。

可是我国至今还未见以酶法生产乙醛酸的报道。

三、酶在发酵工业中的应用发展趋势3.1酶的固定化3.1.1酶的固定化发展酶是高效、专一性强的生物催化剂。

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