酶在化工、輕工方面的應(yīng)用

第三節(jié)酶在輕工、化工業(yè)方面的應(yīng)用一、酶在原料處理方面的應(yīng)用二、酶在輕工、化工生產(chǎn)方面的應(yīng)用三、加酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果

許多輕工原料在應(yīng)用或加工之前都需要經(jīng)過(guò)原料處理，其中不少原料可以用酶進(jìn)行處理，以縮短原料的處理時(shí)間，增強(qiáng)處理效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)時(shí)間，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等。一.酶在原料處理方面的應(yīng)用1.發(fā)酵原料的處理淀粉原料的處理，一般采用α-淀粉酶進(jìn)行液化，然后再經(jīng)糖化酶進(jìn)行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟呛w維素的發(fā)酵原料可用纖維素酶處理，使纖維素水解為可發(fā)酵的葡萄糖含戊聚糖（如木聚糖、阿拉伯聚糖等）的植物原料可用各種戊糖酶處理，將戊聚糖水解為各種戊糖后用于發(fā)酵2.紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和光滑性，便于紡織，需要先行上漿。將淀粉用α-淀粉酶處理一段時(shí)間，使粘度達(dá)到一定程度就可用作為上漿的原料。紡織品在漂白、印染之前，還需將附著在其上的淀粉漿料等除去，利用α-淀粉酶使淀粉漿料水解，就可使?jié){料退盡，這稱之為退漿。有些紡織品上漿時(shí)用的是動(dòng)物膠，可用蛋白酶使之退漿。3.制漿造紙?jiān)系奶幚碓旒堅(jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會(huì)引起紙變成黃褐色，降低強(qiáng)度，嚴(yán)重影響紙的質(zhì)量。用木質(zhì)酶處理，可以使木質(zhì)素水解而被除去。既高效，且污染小。紙漿漂白若采用二氯化鹽進(jìn)行漂白，既影響環(huán)境又影響紙的光澤和強(qiáng)度。所以國(guó)際上采用木聚糖酶、半纖維素酶、木質(zhì)素過(guò)氧化物酶等進(jìn)行漂白。紙回收利用上，有些油墨等污跡難以完全除去，影響值得光潔度，通常用化學(xué)藥劑處理，費(fèi)用較高。應(yīng)用纖維素酶對(duì)再生紙進(jìn)行處理，則可顯著降低成本。4.生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是絲蛋白。為了提高絲的質(zhì)量。所以要進(jìn)行脫膠處理。手工的叫土絲，脫膠后叫熟絲。脫膠可采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理。5.羊毛的除垢處理

羊毛在染色之前需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，除去表的鱗垢，才能使羊毛著色。羊毛表面的鱗垢是由一些蛋白質(zhì)堆積而成的聚合體，所以需利用枯草桿菌蛋白酶或其他適宜的蛋白酶。6.皮革的脫毛處理

皮革是由牛、羊、豬等動(dòng)物的皮，進(jìn)過(guò)脫毛處理后鞣制而成。傳統(tǒng)的脫毛方法是采用石灰和硫酸鈉溶液浸漬，這不僅時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大而且污染大。經(jīng)細(xì)菌、霉菌、放線菌等微生物產(chǎn)生的堿性或中性酶處理后

酶處理前

酶處理后7.酶在煙草處理中的應(yīng)用用纖維素酶、半纖維素酶，果膠酶對(duì)煙梗和煙末進(jìn)行處理，可提高煙草質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。用一定量的硝酸還原酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶處理煙草，可以增加香氣。用一定量的α-淀粉酶、蛋白酶進(jìn)行處理，可以促進(jìn)煙葉內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化。8.酶在甜菜糖蜜處理中的應(yīng)用甜菜中含有少量棉子糖，棉子糖由半乳糖、葡萄糖、和果糖組成，也可以看成由蜜二糖和果糖組成。蜜二糖：由D-半乳糖和D-葡萄糖1，6-結(jié)合成的二糖的一種。在還原基一側(cè)結(jié)合上果糖，則成為棉子糖。在pH為5.2，溫度45~50攝氏度左右時(shí)，蜜二糖酶催化棉子糖水解生成半乳糖和蔗糖。因此，在甜菜制糖中利用蜜二糖酶，可以提高蔗糖的含量，也可以減少棉子糖對(duì)蔗糖結(jié)晶的影響。蜜二糖酶也可以用于回收糖蜜中的蔗糖。9.酶用于植物油的脫膠處理

CH2－COO－R1CH2－OH

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CH－COO－R2+H2O磷脂酶A1

CH－COO－R2+R1COOH

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CH2－O－PO2X

CH2－O－PO2X

磷脂

親水磷脂

脂肪酸

CH2－COO－R1

CH2－COO－R1

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CH－COO－R2+H2O磷脂酶A2

CH－OH

+

R2COOH

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CH2－O－PO2X

CH2－O－PO2X

磷脂

親水磷脂

脂肪酸植物油在精煉之前，需要用磷脂酶除去其中的磷脂。磷脂酶的作用于磷脂的1位或者2位的酯鍵，將疏水性的二脂肪酸甘油磷脂水解生成親水性的單脂肪酸甘油磷脂，然后通過(guò)水化作用除去磷脂。

利用酶的催化作用可將原料轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧妮p工、化工產(chǎn)品，也可利用酶的催化作用除去某些不需要的物質(zhì)而得到所需的產(chǎn)品。二.酶在輕工、化工產(chǎn)品制造方面的應(yīng)用1.酶法生產(chǎn)L-氨基酸

利用酶或固定化酶的催化作用，可以將各種底物轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-氨基酸，或?qū)L-氨基酸拆分而生產(chǎn)L-氨基酸。

有多種酶可用于L-氨基酸的生產(chǎn)，其中有些已采用固定化酶進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，舉例如下。1）氨基酰化酶光學(xué)拆分DL-?；被嵘a(chǎn)L-氨基酸氨基酰化酶可以催化外消旋的N-?；?DL-氨基酸進(jìn)行不對(duì)稱水解，其中L-?；被岜凰馍蒐-氨基酸，余下的N-?；?D-氨基酸經(jīng)化學(xué)消旋再生成DL-?；被幔匦逻M(jìn)行不對(duì)稱水解。

如此反復(fù)進(jìn)行，可將通過(guò)化學(xué)合成方法得到的DL-?；被釒缀醵甲兂蒐-氨基酸。2）用天冬氨酸酶將延胡索酸氨基化生成L-天冬氨酸

天冬氨酸酶又稱為天冬氨酸氨裂合酶，是一種催化延胡索酸（反丁烯二酸）氨基化生成L-天冬氨酸的裂合酶。其催化反應(yīng)如下：

工業(yè)上已用固定化大腸桿菌菌體的天冬酰胺酶連續(xù)生產(chǎn)L-天冬氨酸。3)用L-天冬氨酸-4-脫羧酶工業(yè)上已用固定化假單胞菌菌體的L-天冬氨酸-4-脫羧酶，將L-天冬氨酸的4-位羧基脫去，而連續(xù)生產(chǎn)L-丙氨酸。4）用己內(nèi)酰胺水解酶生產(chǎn)L-賴氨酸

此法由L-?-氨基-?-己內(nèi)酰胺水解酶與?-氨基-?-己內(nèi)酰胺消旋酶聯(lián)合作用，將DL-?-氨基-?-己內(nèi)酰胺轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-賴氨酸。

所用的原料DL-?-氨基-?-己內(nèi)酰胺（DL-ACL)是由合成尼龍的副產(chǎn)品環(huán)己烯通過(guò)化學(xué)合成法得到的。原料中的L-?-氨基-?-己內(nèi)酰胺經(jīng)L-?-氨基-?-己內(nèi)酰胺水解酶作用生成L-賴氨酸。余下的D-?-氨基-?-己內(nèi)酰胺在消旋酶的作用下變?yōu)镈L-型，再把其中的L-型水解為L(zhǎng)-賴氨酸。如此反復(fù)進(jìn)行，可把原料幾乎都變成L-賴氨酸。5）用噻唑啉羧酸水解酶合成L-半咣氨酸

將化學(xué)合成的DL-2-氨基噻唑啉-4-羧酸中的L-2-氨基噻唑啉-4-羧酸經(jīng)噻唑啉羧酸水解酶作用生成L-半咣氨酸。

余下的D-2-氨基噻唑啉-4-羧酸再經(jīng)消旋酶作用變?yōu)镈L-型。反復(fù)進(jìn)行，不斷生成L-半咣氨酸。

2.酶法生產(chǎn)有機(jī)酸

有機(jī)酸是一類有重要應(yīng)用價(jià)值的輕工、化工產(chǎn)品。通過(guò)酶的催化作用可以生產(chǎn)各種有機(jī)酸。1）用延胡索酸酶生產(chǎn)L-蘋果酸延胡索酸酶又稱為延胡索酸酶水合酶，是催化延胡索酸與水反應(yīng)，水合生成L-蘋果酸的裂合酶。其催化下述反應(yīng)：

工業(yè)上已采用固定化黃色短桿菌或產(chǎn)氨短桿菌的延胡索酸酶連續(xù)生產(chǎn)L-蘋果酸。2）用環(huán)氧琥珀酸酶催化環(huán)氧琥珀酸水解生成L-酒石酸

L-酒石酸是從葡萄酒的酒石中分離得到的一種有機(jī)酸?？梢酝ㄟ^(guò)環(huán)氧琥珀酸酶催化環(huán)氧琥珀酸水解，開(kāi)環(huán)而生成L-酒石酸。3.酶法制造化工原料

化工原料的生產(chǎn)通常采用化學(xué)合成法，需要在高溫高壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)。對(duì)設(shè)備的要求高，投資大，甚至造成環(huán)境污染。如果采用酶催化，則由于酶具有作用條件溫和等顯著特點(diǎn)，所以可以在常溫常壓的條件下生產(chǎn)許多化工原料，從而減少設(shè)備投資，降低生產(chǎn)成本。

例如，腈水合酶可以催化腈類化合物加水，合成丙烯酰胺、煙酰胺、5-腈基苯戊胺等重要的化工原料。

丙烯酰胺是一種重要的化工原料，可以用于聚合生成聚丙烯酰胺、廣泛用作絮凝劑和制成各種凝膠。利用丙烯腈為原料，在腈水合酶的催化作用下，可以水合生成丙烯酰胺。

在某些輕工產(chǎn)品中添加一定量的酶，可以顯著的增強(qiáng)產(chǎn)品的效果。三、加酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果1.加酶洗滌劑在洗滌劑中添加適當(dāng)?shù)拿缚梢源蟠罂s短洗滌時(shí)間，提高洗滌效果。其中最廣泛最大量使用的是堿性蛋白酶。蛋白酶的添加量一般為洗滌劑的0.1%~1%。除了堿性蛋白酶外，固體和液體洗滌劑中還可按需要添加淀粉酶、脂肪酶、果膠酶和纖維素酶等。2.加酶牙膏、牙粉和漱口水將適當(dāng)?shù)拿柑砑拥窖栏?、牙粉或漱口水中，可以利用酶的催化作用，增加潔齒效果，減少牙垢并防止齲齒的發(fā)生。在家禽、家畜的飼料中添加淀粉酶、蛋白酶、植物酶、纖維素酶和半纖維