身边的酶工程

清凉可口的“雪碧”、“可乐”已赢得了孩子们的心。孩子们喜欢喝它们，是因为这些饮料味道很甜，放过糖，然而又不腻口。可大家是否知道在生产这些饮料时放了什么样的糖呢？告诉你们，这可不是普通的糖，而是一种非常特殊的糖。这是一种新型的甜味剂，叫高果糖浆。它是采用酶工程技术生产出来的。

什么是酶工程

什么是酶工程呢？酶工程就是指利用酶的特性，通过适当的反应，以工业生产的方式生产出人类所需的产品或达到某种特殊目的的一门技术科学。它是在早期的酶技术的基础上建立和发展起来的。

早期的酶技术主要是从动物、植物、微生物材料中分离提取、纯化、制造各种游离的酶制剂，并将它们应用到化工、食品和医药等等方面。在 20

世纪 50 年代，游离酶制剂的生产开始有了迅速的发展。

由于酶是生物体根据自身需要而产生的。在生物体内每一种酶的含量通常是在 0.0001％～1％之间，这给酶的分离提取工作带来困难；又由于酶的稳定性较差，游离的酶制剂在使用后又不能回收，使得酶应用的成本较高。自从本世纪六七十年代相继建立了固定化酶技术和固定化细胞技术后，这才解决了许多酶应用中出现的问题，从而促进了现代酶工程技术的建立和发展。

酶工程研究的内容主要包括：在工业、医学等方面有应用价值的酶类和具有特殊性质的酶类的开发和生产；固定化酶和固定化细胞技术；生物反应器的研究和设计。其中，固定化酶和固定化细胞技术是当今酶工程的核心。目前，在许多领域的工业生产中，酶工程技术的应用已取得了巨大的成就，它的许多产品与我们的日常生活也有很密切的关系。

酶工程的作用

氨基酸是人体不可缺少的营养物质。大量的食品、药物都需要氨基酸作为添加剂。氨基酸的制备通常可以用化学方法合成。用化学合成法制造氨基酸有许多优点，如速度快，成本较低等。遗憾的是，通过化学途径合成的氨基酸，所得产品多数不能直接被人体吸收利用。有什么办法能将化学法合成的氨基酸转化为能被人体直接吸收利用的氨基酸呢？ 1969 年，日本田边制药公司的一位科学家采用固定化氨基酰化酶，成功地将化学法合成的氨基酸转化成人体可以直接利用的氨基酸，开创了固定化酶工业应用的新局面。利用此法生产的氨基酸，成本大约只有用传统发酵法和游离酶法生产氨基酸的60％。这是世界上第一次将固定化酶成功地应用于工业生产。以后，又有人利用不同的固定化酶或固定化细胞分别生产不同的氨基酸。比如，利用聚丙烯酰胺凝胶包埋谷氨酸棒状杆菌，可以连续地将葡萄糖合成谷氨酸；利用聚丙烯酰胺凝胶固定大肠杆菌可生产 L-天冬氨酸；利用卡拉胶固定阿德阿昆哈假孢菌变异株 68 号制备 L-丙氨酸等等。如今，应用酶工程技术生产氨基酸已成为当前氨基酸工业的发展趋势。

新型甜味剂

人们的日常生活中甜味是不可缺少的。传统的甜味剂主要是蔗糖和糖精。自从糖精因可能致癌被禁用以后，蔗糖就担当了食品甜味剂的主角。但因为需求量过大，有些地方蔗糖供不应求。1973 年，人们通过固定化葡萄糖异构酶用葡萄糖生产新型甜味剂——高果糖浆获得成功，从此以后，高果糖浆的产量迅速增加，正在逐步取代蔗糖成为添加在食品与饮料中的主要甜味剂。现在，人们除了利用固定化酶生产高果糖浆外，更多的还采用固定化微生物细胞生产高果糖浆。高果糖浆之所以得到这样的发展，是因为其生产成本低，能耗少，甜味高，热量小。

青霉素是最著名的抗生素，自从青霉素诞生以来，成千上万条生命被从死亡线上挽救回来。在生产青霉素的过程中，如果利用青霉素酰化酶催化剂替代传统的化学药剂，就可以消除有机溶剂对人的毒害。在固定化技术问世以后，科学家们又利用固定化青霉素酰化酶和固定化微生物细胞来生产青霉素，使酶的利用率提高了几百倍。

固定化技术大放异彩

L-苹果酸是一种新型的酸味剂，它可作为治疗高氨血症和肝功能不全等疾病的药物。L-苹果酸原先是从蔬菜、苹果和橘子中提取的，它也可以用化学法合成，但提取 1 千克 L-苹果酸要花费人民币 2 万元。现在可以应用固定化微生物细胞生产 L-苹果酸。用固定化细胞技术生产的 L-苹果酸，工艺简单，产品纯度高，成本低，每千克只花费 40 元。应用酶工程技术生产有机酸的实例还有很多，如生产醋酸、乳酸、柠檬酸等。

酒精是我们大家都比较熟悉的一种有机溶剂。它可作为消毒剂，还可作为燃料。采用固定化的酵母细胞生产酒精是近几年迅速发展起来的一项新技

术，与传统的酒精生产技术相比，它具有速度快、周期短、产率高、成本低和工艺简单、易于实现连续化自动化生产等多种优点，因而具有非常广阔的发展前景。

人们在治疗急性淋巴细胞白血病时常要用到 L-天冬酰胺酶。但是，天然的 L-天冬酰胺酶在人体内会引起过敏反应，并使药物失去活性。自从建立固定化技术以后，研究者们将该酶制成固定化酶，就可以克服治疗中引起的过敏反应。

应用酶工程技术，人们不仅可以大量生产出与人们日常生活密切相关的产品，而且还可以在临床上用于某些疾病的诊断。比如科学家将某种酶或微生物细胞制成酶柱、酶电极、酶管等进行血液或尿液中葡萄糖、胆固醇和尿素等含量的临床检验。

固定化酶

酶是生物催化剂，有很强的催化能力并能促使反应速度增加，但生物体里酶的含量很少，并难以提纯，一些酶的活性也很不稳定。

1969 年，日本科学家发现能将酶固定在载体里，使酶长期保持活性，并可以反复多次使用。这种固定化酶在医疗、食品加工、公害处理等领域得到广泛应用。人们将固定化尿素酶安置在人工肾里，就能连续地排除人体代谢的废物。

“环境卫士”

在环境保护中，酶工程技术也已显示了它的优越性。利用固定化生物反应器可以监测和处理含有酚、苯、硝酸盐和氰化物的有毒、有害废水。比如利用聚丙乙烯、海藻酸钙包埋热带假丝酵母或者将假单胞菌固定在无烟煤颗粒上，形成一个固定化的薄膜，这种固定化反应器可以用于分解废水中的酚，在几分钟内使废水中的酚含量从 0.01％降到 0.0001％以下；利用包埋于聚丙烯酰胺凝胶内的恶臭假单胞菌能分解废水中的苯。又比如将一种能分解氰化物的酶固定后再装填到立式反应柱中，含有 2.5％浓度的氰化物废液从柱顶流入，由柱底流出的净水中已完全不含氰化物。在利用酶工程技术处理工业和城市废水中，有人曾设计出一种既能处理废水，又能发电和产生甲烷燃料的特殊装置；也有人制备了一种在处理废水的同时还能产生大量氢气能源的反应装置。

酶工程已在食品、医药、环保等领域显示了巨大的优势，它已成为当前生物技术的重要组成之一。