工业从传统的依靠野生型菌株生产发展到运用基因工程菌株生产的阶段。而在这个领域，中国科 学技术大学生命科学学院走在了前沿。 国内外在葡萄糖异构酶的突变体构建方面存在多种突变方 案，但真正通过蛋白质工程方法获得的有效突变，仅有比利时的 与法国荷兰科学家合作构建的，以及中国科学技 术大学生命科学学院所构建的和等。中 国科学技术大学生命科学学院所建立的葡萄糖异构酶蛋白质工 程研究系统在完整性和有效性上都达到国际先进水平，在号淀 粉酶链霉菌菌株葡萄糖异构酶晶体结构模型的基础上，确 立了突变体的分子设计，并发现所提供的橄榄色链霉菌葡萄 糖异构酶晶体结构是的模型。 第二节对产业发展的作用与影响 葡萄糖异构酶是生产果葡糖浆的催化剂。人们利用淀粉为 原料，经液化糖化异构化等作用，生产出的含葡萄糖和果糖 的混合糖浆，国内称果葡糖浆，国外称高果糖浆，并分为型 型和型。其中型果葡糖浆含糖其中果糖占， 葡萄糖，低聚糖，甜度与蔗糖相当。 果葡糖浆以其风味醇厚食用后不会引起血糖升高抑制 体内蛋白质消耗等蔗糖不可比拟的优势，正在受到世人的青睐。 尤其是果葡糖浆在人体内的代谢不需经过胰岛素途径，故糖尿病人可以摄入果葡糖浆，这突出优势更使近年来果葡糖浆的消费 量年年攀升。 年，美国果葡糖浆的消费量为万吨，而我国仅为 万吨，远远低于发达国家的水平。目前发展果葡糖浆已引起 了国务院轻工部的重视，计划到年发展到万吨规模， 届时对葡萄糖异构酶的需求量将达到吨年。 果葡糖浆生产技术尤其是酶制剂生产技术的落后是影响 其发展的主要障碍。基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目的实 施，对提高我国酶制剂产业化水平，推进国内食品行业的产品创 新，提升食品生产技术水平，拉动农业产业化发展，节约稀有的 土地资源，减少果葡糖成本比较 单位元吨表 果葡糖浆价格蔗糖价格蔗糖成本 美国国内垄断，高于果葡糖浆价格 日本左右 中国左右 对于食品厂而言，用果葡糖浆代替蔗糖还存在些技术 改造上的困难，如现有工艺配方需适当改变原材料库存设备和 运输工具也要投资改造还有技术人员和操作工人尚需熟悉和摸 索新材料的特性及利用方法等。 我国加入以来，随着国际市场的竞争加剧，国内玉米 价格持续走低。其原因是美国低价优质玉米大量涌入我国， 年为万吨，关税只有二是玉米出口由于取消每吨 美元的国家标贴，出口受阻三是库存暴满，供大于求，这 第章项目的意义和必要性 第节国内外现状和技术发展趋势 国内外现状 葡萄糖异构酶，简称，能将木 糖葡萄糖核糖等醛糖转化为相应的酮糖，工业上主要用 作果葡糖浆生产的催化剂。年，美国首次成功的进行了葡 萄糖异构酶的工业化应用，至今国外的果葡糖浆生产业均已转向 葡萄糖异构酶技术。由于葡萄糖异构酶结构稳定，是目前世界上 公认的研究酶的催化机制建立完整的蛋白质工程技术的最好模 型之，具有巨大的经济价值和理论研究意义，国外投入了大量 的人力物力对葡萄糖异构酶的酶学性质固定化工艺基因工 程晶体学及其蛋白质工程进行了系统的研究。如比利时的植物 遗传所荷兰细菌遗传公司英国帝国理工学 院生物工程中心美国加州以及公司加拿大及日 本的些研究机构等。 国内自六十年代起已开展了葡萄糖异构酶应用于果葡糖浆 生产的研究，山东省食品发酵工业研究设计院通过诱变筛选获得 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传,的号淀粉酶链霉菌菌株，是国内在这方面最具应用价值 的工业菌株之。目前国内外主要是通过诱变筛选等手段来获得 生产用菌株，中国科学技术大学生命科学学院是国内唯开展葡 萄糖异构酶的蛋白质工程的研究单位。自国家八六三项目葡 萄糖异构酶的蛋白质工程立项以来，项目组的研究人员对葡萄 糖异壁垒高的基因重组葡萄糖异构酶，并将进步发展多种高技术含 量的酶种如普鲁兰酶碱性蛋白酶啤酒复合酶真菌淀粉酶 乳酸酶溶菌酶等，并争取以此带动国内的酶制剂生产企业赶上 国外同行业水平。 年中国各类酶制剂的产量总产量和销售情况 单位千吨百万元表 年年年年年年年年 淀粉酶 糖化酶 蛋白酶 其它酶 总产量 总销售额 年全国酶制剂行业重点生产企业 表 北京市房山酶制剂总厂无锡杰能科生物工程有限公司 黑龙江省肇东市酶制剂厂天津市利华酶制剂技术有限公司 江苏江阴星达生物工程有限公司山东省沂水隆大生物工程有限责任公司 河北邢台市翔宇生物工程有限公司江西豪德集团生物工程实业有限公司 湖南津市市新型发酵有限责任公司广东江门生物技术开发中心酶制剂厂 宜兴杰成生物工程有限公司河南省三门峡发酵厂 苏州宏达制酶有限公司张家港市金源生物化工有限公司 烟台盛元鸿生物工程有限公司山东省安丘市酶制剂厂 湖南省津市鸿鹰祥生物工程有限公司郑州市兴达发酵厂 河北胜利酶制剂厂无锡市协达生物制品有限公司 连云港元升实业股份有限公司赤峰红山生物工程有限公司 年酶制剂行业收入最大的十家主要企业 表 公司名称成立年份主要产品 无锡杰能科生物工程有限公司酶制剂 宜兴杰成生物工程公司淀粉酶 河南省三门峡发酵厂糖化酶 安丘市酶制剂厂糖化酶 广州酶制品厂木瓜酶 江阴市星达生物工程有限公司糖化酶 河北省邢台市酶制剂厂淀粉酶 吉林省吉发集团农业开发股份有限公司糊精厂麦芽糊精 贵阳白云银星化工厂触酶 烟台盛元鸿生物工程有限公司酶制剂 三技术发展趋势 从天然菌株中分离纯化得到的野生型葡萄糖异构酶早已商 业化，并取得了良好的经济和社会效益，但同时存在着定的局 限性。主要表现在葡萄糖异构酶在较高的反应温度下稳定性不够 理想，在异构化反应中，温度越高直至‴‴，热力学 平衡越趋向于果糖方向。因此，通过蛋白质工程改造葡萄糖异构 酶的热稳定性，可以提高酶促反应速度，延长酶寿命构酶的催化机理及其蛋白质工程进行了多年的研究和探索。 经十五年科技攻关，目前已完成葡萄糖异构酶的蛋白质工程改 造，获得性质改良的基因重组葡萄糖异构酶并利用基因工程方 法构建高表达量的基因重组链霉菌工业生产菌株，获得了具有完 整自主知识产权的同源重组基因工程菌株，其技术水平 及工业应用价值在国内外处于领先水平。目前项目共获得项国 家发明专利的突变酶及种提高热稳定 性的突变方案专利号种葡萄糖异构酶的 位单突变体酶和，位双突变体酶及其构建方法专 利号表达的突变酶的基因 工程菌株及其构建方法专利号，其 中表达的突变酶的基因工程菌株及 其构建方法已获得国际专利受理。见附件 葡萄糖异构酶市场方面，目前我国还没有自己的葡萄糖异构 酶生产企业，国内市场完全由丹麦诺维信公司所垄断，其产品均 为进口分装，目前国内市场销售价约为万元吨。 二我国酶制剂产业现状 年，中国第家酶制剂专业生产企业在无锡市成立，标 志着中国酶制剂工业的起步，年来，我国酶制剂产业从无到有， 至今已具有定规模。目前我国酶制剂生产企业约家，但均 为中小型企业，现有年生产能力约多万吨，已实现工业化生 产的酶种有多种，主要集中在糖化酶淀粉酶蛋白酶等三 大类，大部分企业生产水平仅达到年代末国际水平。 我国酶制剂生产厂家主要产品大多停留在技术含量低利润 率低的产品上，如目前市场上万单位糖化酶工厂成本约 元吨，售价仅为元吨，单位中温淀粉酶工厂成本约 元吨，售价仅为元吨，万单位蛋白酶工厂成本约 元吨，售价仅为元吨。同时许多工业生产急需的酶 种如葡萄糖异构酶普鲁蓝酶真菌淀粉酶乳酸酶溶菌酶等 又需大量从国外进口，这种情况既严重影响了我国酶制剂行业的 健康发展，又增加了下游生产行业的生产成本。 在当前的市场情况下，安徽生物技术有限公司紧抓机 遇，依托中国科学技术大学的技术优势，生产科技含量高技术 作物，利于土地资源的有效利用。生产吨果葡 糖浆用玉米吨或山芋干吨，分别需耕地亩或亩而 以甘蔗生产吨蔗糖需耕地亩。若年产万吨果葡糖浆， 以玉米计可节约耕地万亩，以山芋干计可节约万亩， 这对耕地面积日趋减少的我国来说，其意义更不可忽视。 三提高果葡糖浆生产厂家的能源和资源利用率，促进其环保效 益 本项目产品投入使用后，由于提高了酶促反应温度，使反 应速度加快，增加反应平衡过程中果糖的产量，同时减少了副产 物的生成，可以简化果葡糖浆生产的后处理工艺，减少工业生产 过程中废物的产生和排放，提高能源和资源利用率。另外葡萄糖 异构酶可以重复使用，由于酶寿命的延长，降低了葡萄糖异构酶 的使用量，从而可以节约国家资源，提高果葡糖浆生产的环保效 益。 四为国家节省外汇资源 目前我国已建成投产的果葡糖浆生产规模超过万吨， 年消耗葡萄糖异构酶约吨。目前国内市场上销售的同类产品 全部由丹麦诺维信公司所垄断，其销售价约为万元吨，即每 年需占用国家亿元外汇资源。本项目建成投产后，完全可以满 足国内市场需求量，每年可为国家节省亿元外汇资源。五是促进我国食品工业发展的需要 糖是我国食品工业的重要原料，在糖类中，果葡糖浆具有 蔗糖不可比拟的优势味甜成本低风味醇厚食用后不会引 起血糖升高抑制体内蛋白质消耗等优点。 目前果葡糖浆热已在全世界掀起。近几年，世界上风 行的运动饮料多以果葡糖浆为主要配方，许多国家正以果葡糖浆 取代蔗糖。在我国，年果葡糖浆的实际产销量仅为万 吨，远远低于发达国家美国年果葡糖浆产量为万吨 的水平。除了消费意识落后消费习惯价格高固定资产投资