微生物酵素之工业应用与大规模生产(一).doc

微生物酵素之工業應用與大規模生產 (一) 緒言 酵素皆來自於生物體(含動物、植物及微生物)的細胞，特別是微生物可易於大量培養，且生長速度比其他動植物還快好幾倍以上，加上可利用重組DNA及人工誘發突變等技術，使微生物能生產不易獲得的酵素。因此，微生物可以說是酵素商業化生產之最佳來源。 1960以glucoamylase進行starch的酵素水解，取代以往的酸水解製程。 1965由Bacillus licheniformis生產之protease，廣泛應用於清潔劑中。 1968以無塵化(dust free)微粒包覆之酵素技術發展成功，解決過敏反應問題。 1965-1970由微生物生產之凝乳成功地應用在乳酪製造工業上。 1970利用glucose isomerase固定化技術將glucose轉化成fructose，大幅降低成本。 應用於工業上： 利用protease添加於清潔劑中。 利用glucose isomerase固定化技術將glucose轉化成fructose，大幅降低成本。 應用於農業上： 微生物之凝乳酵素來替代小牛的凝乳。 釀造業(如酒醋等)之糖化酵素(α-amylase, glucoamylase)等來提高經濟效益。 應用於製藥工業上： 如胰臟萃取之酵素與微生物酵素混合，作為消化助劑。 利用penicillin acylase來生產青黴素 微生物酵素的工業應用 工業用酵素有80%是屬於具有去聚合能力之水解性酵素，主要是食品業；有60%是蛋白質分解酵素，應用於清潔劑、酪農業及皮革等工業；糖解酵素(carbohydrase)佔酵素使用量的30%，應用於澱粉、麵包烘焙、釀造及紡織工業，其餘為脂肪酵素及其他特用酵素。 食品工業上重要的三大酵素： 醣水解酵素(主要為澱粉水解酵素) 蛋白質水解酵素 脂肪水解酵素 澱粉水解酵素(amylase; amylolytic enzymes)： starch為所有植物的貯存物質，主要為D-glucose的聚合物，依鍵結方式分為： 一、澱粉溶膠質(amylose)：α-1,4 linkage之直鏈聚合體。 二、澱粉粘膠質(amylopectin)：同時以α-1,4 (直鏈) α-1,6 (支鏈) linkage之聚合體。 Amylase對澱粉具有糖化之效應(saccharifying effect)。 α-amylase (1,4,-α-D-glucan 4-glucanohydrolase) = endoamylase 只逢機切斷amylose及amylopectin的α-1,4 linkage，產生glucose, maltose, 直鏈oligosaccharide, 及含有α-1,6 linkage之有限糊精(limited dextrin)，並使降低澱粉之液體粘度，主要應用於澱粉工業之液化(liquefaction)，釀酒工業之製醪(mashing)，麵粉烘焙中將澱粉糖化提供酵母菌發酵所需之單糖及雙糖。 早期是由大麥麥芽中分離α-amylase，目前可由Bacillus subtilis, Aspergillus oryzae工業化生產。 β-amylase (1,4-α-D-glucan maltohydrolase) = exoamylase 只切amylose 及 amylopectin尾端之α-1,4 linkage鍵結水解，從高分子鏈之非還原端開始，一次切掉一個maltose(麥芽糖)為限，大約可以生產50~60%之maltose，其餘為糊精(dextrin)。此酵素主要存在於大多數的高等植物中，微生物較少（如Bacillus circulans, Bacillus megaterium），故商業化之生產主要源自於大麥麥芽及大豆。 Glucoamylase (amyloglucosidase, exo-1,4-α-glucosidase) 是一種exoenzyme，由非還原端一個個將glucose移去，同時也可將oligosaccharide水解成最終產物─glucose，應用於澱粉之糖化製成葡萄糖糖漿(dextrose syrups)。所有的glucoamylase幾乎皆來自於黴菌，主要商業化生產菌種為 Aspergillus niger及Rhizopus niveus。其他如Aspergillus oryzae, Rhizopus delemar Aspergillus phoenicis。 Pullulanase (pullulan 6-glucanohydrolase) Pullulanase具有水解α-1,6 linkage及直鏈性多醣類的能力，故可作用於amylopectin, 肝糖及limited