효소 공학의 원리와 식품, 경공업 및 제약 분야에서의 응용 분야

1. 원칙

효소 공학은 특정 생물학적 반응 장치에서 효소 또는 미생물 세포, 동물 및 식물 세포, 소기관 등에서 효소의 사용은 해당 원료를 유용한 물질로 공학적 수단의 도움으로 생체 촉매 기능을 가지고 있으며 과학 기술의 사회 생활에 적용됩니다. 여기에는 효소 제제의 준비, 효소의 고정화, 효소 및 효소 반응기의 변형 및 변형이 포함됩니다. 효소 공학의 응용은 주로 식품 산업, 경공업 및 제약 산업에 중점을 둡니다.

• 촉매 속성:

1. 고효율: 비촉매 대비 108-1020배, 비효소 촉매 대비 107-1013배 높음

2. 높은 특이성

3. 온화한 반응 조건

4. 효소 촉매 조절 가능

• 화학적 특성:

효소 단백질

리보자임 RNA

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개발 역사

70년대 이후 2세대 효소 고정화 효소 및 관련 기술의 세대와 함께 효소 공학은 진정한 역사의 무대에 오른 것으로 간주됩니다. 고정화 효소는 점점 더 산업 생산의 주력이 되고 있으며 화학 및 제약 산업, 경공업 및 식품, 환경 보호 등의 분야에서 큰 역할을 하고 있습니다. 뿐만 아니라 보조인자 재생 시스템을 포함한 고정화 다중 효소 시스템인 더 강력한 3세대 효소를 생산하여 효소 공학 응용의 주인공이 되고 있습니다.

아시다시피, 살아있는 유기체의 효소 함량은 제한되어 있으며 어떤 종류의 효소라도 세포 내 농도는 그다지 높지 않으며 이는 생물학적 유기체의 생명 활동을 균형있게 조절할 필요성에서 비롯된 것입니다. 그러나 이는 많은 화학 반응을 보다 효율적으로 해결하기 위해 천연 효소를 직접 활용할 수 있는 가능성을 제한합니다.

이러한 어려움은 유전공학의 방법을 활용하면 해결할 수 있습니다.

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주요 용도

효소는 일종의 생체 촉매로서 경공업의 다양한 생산 분야에서 널리 사용되어 왔습니다. 최근 수십 년 동안 효소 공학의 지속적인 기술 혁신으로 산업, 농업, 의학 및 건강, 에너지 개발 및 환경 공학에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

촉매 활성 단백질 화학 반응 반응기 효소학 산화 환원 효소 전이 효소 가수 분해 효소 리가 효소 이성질화 효소

효소 공학의 응용은 주로 식품 산업, 경공업 및 제약 산업에 집중되어 있으며, 일반적인 효소가 풍부한 세탁 세제 분말, 고기 연화제에서 우리의 일상 생활은 효소 공학의 가장 직접적인 구체화입니다.

1. 식품 가공 분야 적용

식품 산업에서 효소의 가장 큰 용도는 전분 가공이며, 유제품 가공, 주스 가공, 제빵 및 맥주 발효가 그 뒤를 잇고 있습니다. 아밀라아제, 포도당 이소머라제, 락타아제, 레넷, 프로테아제 등 이와 관련된 다양한 효소가 효소 제제 시장의 절반 이상을 차지합니다.

단백질 소화를 촉진하는 효소(파인애플 프로테아제, 펩신, 트립신 등), 셀룰로스 소화를 촉진하는 효소(셀룰라아제, 폴리글루카나제 등), 유당 소화를 촉진하는 효소(락타아제), 지방 소화를 촉진하는 효소(리파아제, 에스테라제) 등을 주요 개발 방향으로 삼고 있으며, 앞으로는 단백질 소화를 촉진하는 효소도 개발할 계획입니다.

2. 경화학 산업에서의 적용

경화학 산업에서 효소 공학은 주로 세제 제조(석회질 제거 능력 향상), 모피 산업, 젤라틴 제조, 콜라겐 섬유 제조(접착제) 치약 및 화장품 생산, 제지, 사진 재료 생산, 폐수 폐기물 처리 및 사료 가공에 사용됩니다.

3. 의료용 애플리케이션

재조합 DNA 기술은 의학적 가치가 있는 다양한 효소의 대량 생산을 촉진합니다. 병원에서 사용되는 다양한 종류의 효소가 점차 증가하고 있습니다. 효소는 기존 치료 외에도 의료 공학의 일부 구성 요소로 사용되어 의학적 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 체외 순환 장치에서 효소는 혈액 노폐물 제거 및 혈전증 예방, 생체 내 효소 제어 약물 방출 시스템 등에 활용됩니다. 또한 임상 체외 검사 시약으로서 효소는 체내의 특정 대사 산물을 빠르고 민감하며 정확하게 측정 할 수 있으며 의학에서 효소의 중요한 응용 분야가 될 것입니다.

4. 에너지 개발

전 세계적으로 새로운 에너지원을 개발하는 일반적인 추세에 따라 미생물 또는 효소 공학 기술을 사용하여 살아있는 유기체에서 연료를 생산하는 것도 사람들이 탐구하고 있는 새로운 길입니다. 예를 들어 식물, 농작물, 임산물 폐기물에서 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 전분 및 기타 원료를 사용하여 수소, 메탄 및 기타 기체 연료와 에탄올, 메탄올 및 기타 액체 연료를 제조하는 것이 그 예입니다. 또한 석유 자원 개발의 주제입니다.

5. 환경 공학

과학 기술이 고도로 발달한 오늘날 환경 정화, 특히 산업 폐수 및 생활 하수 정화는 자연을 보호하기 위한 조치로서 매우 중요합니다.

기존의 폐수 정화 방법 중 생물학적 정화가 가장 비용이 저렴하고 실현 가능한 경우가 많습니다. 미생물의 대사 과정은 폐수 속 특정 유기 물질을 필요한 영양소의 공급원으로 활용할 수 있습니다. 따라서 미생물 체내의 효소를 활용하면 폐수 속 유기 물질을 활용 가능한 저분자로 전환하는 동시에 폐수 정화라는 목적을 달성할 수 있습니다. 사람들은 유전 공학 기술을 사용하여 고효율 박테리아 균주를 만들고 살아있는 미생물 세포를 고정함으로써 폐수 처리 및 환경 보호에 괄목할 만한 성과를 거두었습니다.

또한 바이오 센서의 출현은 지속적이고 자동화된 환경 모니터링의 가능성을 제공하고, 환경 모니터링 비용을 절감하며, 환경 감독의 강도를 강화합니다.

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준비 방법

1. 유전자 준비

생물체에서 유용한 효소가 발견되면 함량이 낮더라도 유전자 재조합 기술을 적용하여 유전자 증폭 및 발현 강화를 통해 특정 효소 제제를 효율적으로 발현할 수 있는 유전공학 박테리아 또는 유전공학 세포를 확립할 수 있습니다. 유전자 조작 박테리아 또는 유전자 조작 세포를 고정함으로써 고정화 유전자 조작 박테리아 또는 고정화 유전자 조작 세포라는 새로운 세대의 생체 촉매를 만들 수 있습니다. 사람들은 이 새로운 유형의 생체 촉매를 유전자 조작 효소 제제라고 부르기도 합니다.

차세대 유전자 조작 효소 제제의 개발은 의심 할 여지없이 효소 공학을 날개를 가진 호랑이처럼 만드는 것입니다. 고정화 된 유전자 조작 박테리아, 유전자 조작 세포 기술은 효소의 힘을 더 좋게 만들 것이며, 과학자들은 관련 기술과 연속 생물 반응기가 영리하게 결합되면 전체 발효 산업과 화학 합성 산업의 근본적인 변화로 이어질 것이라고 예측합니다.

2. 효소의 변형과 변형도 효소 공학에서 중요한 부분입니다.

효소의 힘은 매우 강하지 만, 특히 고정화 된 후에는 그 힘이 훨씬 더 크지 만 모든 효소 제제가 고정화에 적합한 것은 아니지만 천연 효소의 고정화에도 불구하고 그 활동은 종종 사람들의 요구 사항을 충족 할 수 없으며, 촉매 기능을 더 잘 수행하기 위해 일부 특성을 변경하고 활동을 개선해야합니다.

따라서 효소 분자 변형 및 변형이라는 과제가 제안되었습니다.

일반적으로 과학자들은 효소 분자의 변형 목적을 달성하기 위해 효소 단백질 분자의 주쇄를 "절단", "전단" 및 측쇄의 화학적 변형을 거칩니다. 이렇게 변형된 효소 분자는 물리적, 화학적 특성과 생물학적 활성을 개선하고 새로운 기능까지 부여받았습니다.

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