酶制剂工厂生产工艺

酶制剂工厂生产工艺、设备、发展现状

姓名：金艳娟

班级：生工101

学号：2010053067

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。

酶制剂是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。生产的微生物。将酶加工成不同纯度和剂型（包括固定化酶和固定化细胞）的生物制剂是酶制剂。动、植物和微生物产生的许多酶都能制成酶制剂。以下将酶制剂的生产工艺、生产设备及发展现状作简要介绍。

关键字：酶制剂固定化蛋白质设备发展现状

一、Abstract

Enzyme engineering is the enzyme or microbial cells, animal and plant cells, organelles in certain biological reaction device, such as using enzyme of biocatalysis function, through engineering, to the corresponding raw materials into useful material and applied in the social life of a science and technology. It includes the preparation of enzyme preparation, enzyme immobilization, modification of enzyme and enzyme reactor and contents. The application of enzyme engineering, mainly concentrated in the food industry, light industry and medicine industry.

Enzyme preparation is a kind of extracted from animals, plants, microorganisms capable of biocatalysis protein. Production of microorganisms. Enzyme processing into different purity and dosage forms (including immobilized enzyme and immobilized cell) of biological agents is the enzyme preparation. Animals and plants 。

Key words: enzyme preparation immobilized protein equipment Current situation of the development of

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。

实际上，人类有意识地利用酶已经有好多年历史了，也经历了几个发展阶段，开始的时候，人们直接从动植物或微生物体内提取酶做成酶制剂，用于产品生产，这种方法直到现在仍被诞用。

比如说，现在我们使用的洗涤剂，大部分是加酶的，其去污力大大加强了。此外，在制造奶酪、水解淀粉、酿造啤酒及砚烤制中，酶制剂都可以得到直接的应用。

由于从动植物中撮酶化较麻烦，数量也有限，人们普遍看好通过微生物大规模培养，然后从中提取酶，以获取大量酶制剂的方法。目前，很多的商品酶，如淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等等，主要是来自于微生物的。所以酶工程离不开微生物发酵工程，也可以说是发酵工程的产物。

在七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。

我们知道，酶在生物体内的含量是有限的，不管是哪种酶，在细胞中的浓度都不会是很高的，这也是出于生物机体生命活动平衡调节的需要。可是这样一来，就限制了直接利用天然酶更有效地解决很多化学反应的可能性。

利用基因工程的方法可以解决这一难题。

只要在生物体内找到了某种有用的酶，即使含量再低，只要应用基因重组技术，通过基因扩增与增强表达，就可能建立高效表达特定酶制剂的基因工程菌或基因工程细胞了。把基因工程菌或基因工程细胞固定起来，就可构建成新一代的生物催化剂——固定化工程菌或固定化工程细胞了。人们也把这种新型的生物催化剂称为基因工程酶制剂。

新一代基因工程酶制剂的开发研制，无疑是使酶工程如虎添翼。固定化基因工程菌、基因工程细胞技术将使酶的威力发挥得更出色，科学家们预言，如果把相关的技术与连续生物反应器巧妙结合起来，将导致整个发酵工业和化学合成工业的根本性变革。

对酶进行改造和修饰也是酶工程的一项重要内容。

酶的作用力虽然很强，尤其是被固定起来之后，力量就更大了，但并不是所有的酶制剂都适合固定化的，即使是用于固定化的天然酶，其活性也往往不能满足人们的要求，需要改变其某些性质、提高其活性，以便更好地发挥其催化功能。

于是，酶分子修饰和改造的任务就被提出来了。

一般来说，科学家们是通过对酶蛋白分子的主链进行“切割”、“剪切”以及在侧链上进行化学修饰来达到改造酶分子的目的的。被修饰、改造的酶分子，无论是物化性质，还是生物活性都得到了改善，甚至被赋予了新的功能。

人工设计和合成具有生物活性的非天然大分子物质，是科学家们共同努力的目标。

酶制剂是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质，主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应，改进食品加工方法。

我国已批准的有木瓜蛋白酶、α—淀粉酶制剂、精制果胶酶、β—葡萄糖酶等6种。酶制剂来源于生物，一般地说较为安全，可按生产需要适量使用。

酶制剂是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。

其应用领域遍及轻工、食品、化工、医药、农业以及能源、环境保护等方面。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。中国酶制剂自1965年建立的第一个专业酶制剂生产厂——无锡市酶制剂厂至今已有37个年头。目前全国共有100余家生产企业，年生产能力超过40万吨，产量达到32万吨，产品品种达到20余种，近20年间年产量的平均增长率超过20%。据有关部门统计，2001年各种酶制剂产品的出口量为4812吨，出口额为2807万美元。但整体而言与国外发达国家先进水平相比仍存在很大的差距和问题，主要表现在产品品种少，结构不合理；生产规模小，生产水平低，产品质量差；开发能力差，精细化程度低。在今后的发展中需要注重“生产集中，应用广泛”，要多品种，规模化生产。

生产的微生物。将酶加工成不同纯度和剂型（包括固定化酶和固定化细胞）的生物制剂是酶制剂。动、植物和微生物产生的许多酶都能制成酶制剂。

植物由于生长地域、季节、气候等的影响，生产酶制剂的产、质量都不稳定。动物产生的酶主要从屠宰牲畜的腺体中提取，来源有限；只有微生物生产的酶，可满足任何规模的需求，产率高、质量稳定。微生物酶制剂既可取代性能相同的动、植物主要酶制剂种类，又能生产出在100℃起催化作用的高温-淀粉酶和在pH10～12起作用的洗涤剂蛋白酶等品种。20世纪40年代，微生物酶制剂工业迅速发展起来。现在酶制剂的生产是以深层发酵为主，以半固体发酵为辅，菌株产酶的能力也有很大的提高。60～70年代发展起来的固定化酶和固定化细胞技术使酶可反复使用和连续反应进行，其应用的范围也更加扩大。目前，除食品、轻纺工业外，微生物酶制剂还用于日用化学、化工、制药、饲料、造纸、建材、生物化学、临床分析等方面，成为发酵工业的重要部门。

生产酶制剂的微生物有丝状真菌、酵母、细菌3大类群，主要是用好气菌。几种主要工业酶的菌种和使用情况如下：

淀粉酶类-淀粉酶水解淀粉生成糊状麦芽低聚糖和麦芽糖。以芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌和地衣形芽孢杆菌深层发酵生产为主，后者产生耐高温酶。另外也用曲霉属和根霉属的菌株深层和半固体发酵生产，适用于食品加工。-淀粉酶主要用于制糖、纺织品退浆、发酵原料处理和食品加工等。葡糖淀粉酶能将淀粉水解成葡萄糖，现在几乎全由黑曲霉深层发酵生产，用于制糖、酒精生产、发酵原料处理等。

蛋白酶使用菌种和生产品种最多。用地衣形芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌以深层发酵生产细菌蛋白酶；用链霉菌、曲霉深层发酵生产中性蛋白酶和曲霉酸性蛋白酶，用于皮革脱毛、毛皮软化、制药、食品工业；用毛霉属的一些菌进行半固体发酵生产凝乳酶，在制造干酪中取代原来从牛犊胃提取的凝乳酶。

葡糖异构酶70年代迅速发展起来的一个品种。先用深层发酵取得链霉菌细胞，待固定化后，将葡萄糖液转化成约含果糖50％的糖浆，这种糖浆可代替蔗糖用于食品工业。用淀粉酶、葡糖淀粉酶和葡糖异构酶等将玉米淀粉制成果糖浆已成为新兴的制糖工业之一。

其他重要工业用酶还有：用曲霉、木霉半固体发酵生产的纤维素酶;用曲霉生产的果胶酶、半纤维素酶;曲霉和青霉深层发酵生产的葡糖氧化酶和过氧化氢酶；用假丝酵母、曲霉深层发酵生产的脂肪酶等；用黑曲霉深层或半固体发酵生产的葡糖淀粉酶、葡糖氧化酶、过氧化氢酶、脂肪酶、乳糖酶等；用米曲霉生产的淀粉酶、蛋白酶、核糖核酸酶；用芽孢杆菌生产的蛋白酶、-淀粉酶。(https://www.360docs.net/doc/623046207.html,)

中国从1964年开始生产细菌－淀粉酶。至今除有－淀粉酶（枯草芽孢杆菌）,蛋白酶（芽孢杆菌、曲霉、链霉菌），葡糖淀粉酶（黑曲霉）等主要酶制剂品种外，还有脂肪酶（假丝酵母）、葡糖氧化酶（青霉）、天冬酰氨酶（大肠杆菌）及用固定化技术生产的葡糖异构酶（链霉菌）、青霉素酰化酶、天冬氨酸酶、多核苷酸磷酸化酸化酶（大肠杆菌）、富马酸酶（假丝酵母）等多种酶制剂品种。

工业酶制剂生产菌种除要不断进行选育外，还应遵守以下条件：①尽可能多生产所需

要的胞外酶；②菌种特性要稳定，如产酶能力、半固体发酵用菌株的生孢子能力等不能减退或波动；③用廉价的工业原料；④不产生干扰生产或影响产品的副产物（如胶状物、色素等）；

⑤不能使用产毒素的菌种和它们的近缘种。

每个微生物细胞有产生2500种以上酶的能力。现在开发的只是以水解酶类为主的很小一部分，而且在生产上使用的菌种数也很有限。因此，在酶的种类和剂型上都很有开发的潜力。在技术上，除诱变育种外，已开始采用融合、杂交等细胞工程和基因工程等技术来培育性能更优良的新型菌种。

三、生产工艺

1、酶的产生

酶制剂的来源，有微生物、动物和植物，但是，主要的来源是微生物。由于微生物比动植物具有更多的优点，因此，—般选用优良的产酶菌株，通过发酵来产生酶。为了提高发酵液中的酶浓度，选育优良菌株、研制基因工程菌、优化发酵条件。工业生产需要特殊性能的新型酶，如耐高温的α—淀粉酶、耐碱性的蛋白酶和脂肪酶等，因此，需要研究、开发生产特殊性能新型酶的菌株。

2、酶的制备

酶的分离提纯技术是当前生物技术“后处理工艺”的核心。采用各种分离提纯技术，从微生物细胞及其发酵液，或动、植物细胞及其培养液中分离提纯酶，制成高活性的不同纯度的酶制剂，为了使酶制剂更广泛地应用于国民经济各个方面，必须提高酶制剂的活性、纯度和收率，需要研究新的分离提纯技术。

3、酶和细胞固定化

酶和细胞固定化研究是酶工程的中心任务。为了提高酶的稳定性，重复使用酶制剂，扩大酶制剂的应用范围，采用各种固定化方法对酶进行固定化，制备了固定化酶，如固定化葡萄糖异构酶、固定化氨基酰化酶等，测定固定化酶的各种性

质，并对固定化酶作各方面的应用与开发研究。目前固定化酶仍具有强大的生命力。它受到生物化学、化学工程、微生物、高分子、医学等各领域的高度重视。

固定化细胞是在固定化酶的基础发发展起来的。用各种固定化方法对微生物细胞、动物细胞和植物细胞进行固定化，制成各种固定化生物细胞.研究固定化细胞的酶学性质，特别是动力学性质，研究与开发固定化细胞在各方面的应用，是当今酶工程的一个热门课题。

固定化技术是酶技术现代化的一个重要里程碑，是克服天然酶在工业应用方面的不足之处，而又发挥酶反应特点的突破性技术。可以说没有固定化技术的开发，就没有现代的酶技术。

4、酶分子改造

又称为酶分子修饰。为了提高酶的稳定性，降低抗原性，延长药用菌在机体内的半衰期，采用各种修饰方法对酶分子结构进行改造，以便创造出天然酶所不具备的某些优良特性(如较高的稳定性、无抗原性、抗蛋白酶水解等)，甚至于创造出新的酶活性，扩大酶的应用，从而提高酶的应用价值，达到较大的经济效益和社会效益。

酶分子改造可以从两个方面进行：

(1)用蛋白质工程技术对酶分子结构基因进行改造，期望获得一级结构和空间结构较为合理的具有优良特性、高活性的新酶(突变酶)。

(2)用化学法或酶法改造酶蛋白的一级结构，或者用化学修饰法对酶分子中侧链基团进行化学修饰．以便改变酶学性质。这类酶在酶学基础研究上和医药上特别有用。

四、我国酶制剂工业的发展现状

1、我国的酶制剂工业起步于1965 年,在无锡建立了第一个专业化酶制剂厂,当时总产量只有10 t ,品种只有普通淀粉酶。从“六五”到“八五”期间,我国酶制剂产品的生产量以每

年20 %以上的速度增长,生产规模、产品种类和应用领域正在逐步扩大。20世纪90 年代,企业不断深化改革,推动技术进步,取得了可喜的进展,现已有实现工业化生产的酶种30种之多,还有一些新酶种已完成实验室工作,进入中试或生产型试验阶段。例如,采用基因工程技术选育的α- 乙酰乳酸脱羧酶、植酸酶已进入工业化生产;高转化率的糖化酶产品质量达到国际水平,在国内市场上均有一定的竞争力;高温淀粉酶产品开发成功,受到客户的欢迎;国外新菌种、新工艺、新设备的引进和国产化,有效地提高了生产技术水平。据中国发酵工业协会最新统计,我国2000 年酶制剂生产量为30 万t 。目前我国酶制剂生产企业约100 家,均为中小型企业,现有生产能力40 多万t 。产品以糖化酶,α- 淀粉酶、蛋白酶为主,这三种产品的年生产量占据总生产量的95 %以上,此外还有果胶酶、β- 葡聚糖酶、纤维素酶、碱性脂肪酶、α- 乙酰乳酸脱羧酶、植酸酶、木聚糖酶等。我国酶制剂产品主要应用于酿酒、淀粉糖、洗涤剂、纺织、皮革、饲料等行业。

2、世界酶制剂工业概况

酶作为商品生产已有100 多年历史,早在1833年还没出现酶字之前已有人用酒精沉淀出麦芽淀粉酶,叫Diastase。可使2000 倍淀粉液化而用于棉布退浆,微生物酶的生产是1884 年日本人Takamine首先开发的,他在美国开Takamine 制药厂生产高峰淀粉酶用于棉布退浆和用作消化剂。此后在欧洲、美国和日本先后建立了一些酶制剂工厂,生产动植物酶如胰酶、胃蛋白酶、木瓜酶、麦芽淀粉酶以及真菌细菌淀粉酶等少数品种,其应用范围还限于作为消化剂、制革工业脱灰软化剂和棉布退浆剂等,20世纪50 年代前酶制剂工业没什么惊人发展。直到60 年代随着发酵技术和菌种选育技术的进步,日本酶法生产葡萄糖获得成功,欧洲加酶洗涤剂的流行,70 年代酶法生产果葡糖浆又获成功,带动了淀粉深加工工业的兴起,工业酶开始大量需要,使酶制剂工业出现重大转机。工业上使用酶带来了许多的好处,如节约成本,改善品质,减少环境污染等,因而引起人们广泛重视。80 年代以后,遗传工程被广泛用于产酶菌种之改良,现在酶制剂工业已成为国民经济的一门重要高科技产业。

五、使用设备一览表