酶的應(yīng)用及基本知識

授課教師：王瑩TEL-Mail：wylyac@163.com第二部分

酶工程原理及其應(yīng)用咀嚼甜味？酵母如何使面包發(fā)起的呢？啤酒是如何釀出的?果汁實(shí)際上，酶已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，為我們的生活提供了極大的便利。一、酶的重要性緒論大自然的杰作：無處不在的酶生命與非生命最根本的區(qū)別：沒有酶，就沒有新陳代謝，就沒有整個(gè)生物界。生命具有新陳代謝二、酶制劑的應(yīng)用

(一)酶在食品、發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用1、酶在食品保鮮方面的應(yīng)用A食品除氧保鮮

(葡萄糖酸)

B蛋類制品脫糖保鮮——葡萄糖氧化酶蛋類制品，由于蛋白中含有0.5～0.6％葡萄糖，與蛋白質(zhì)反應(yīng)生成黑點(diǎn)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)用葡萄糖氧化酶進(jìn)行蛋白脫糖處理，將適量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液中，采用適當(dāng)方法通氣，將葡萄糖氧化，從而保持蛋品的色澤和溶解性。C食品滅菌保鮮——溶菌酶

溶菌酶是一種催化細(xì)菌細(xì)胞壁中肽多糖水解的水解酶。破壞細(xì)胞壁使細(xì)菌溶解死亡。溶菌酶一般從蛋清中分離得到。在干酪、水產(chǎn)品、啤酒、清酒、鮮奶、奶粉、奶油、生面條等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。2.谷物食品中的魔術(shù)師A促進(jìn)酵母發(fā)酵的酶——α,β-淀粉酶B改善面筋網(wǎng)絡(luò)的酶——葡萄糖氧化酶C延長保鮮期的酶——麥芽糖淀粉酶D有前途的增白酶——脂肪氧化酶3.淀粉糖的孵化器

淀粉糖是是人們非常喜愛的一種甜味料。

淀粉糖大致可分為液體葡萄糖、結(jié)晶葡萄糖、麥芽糖漿、麥芽糊精、麥芽低聚糖、果葡糖漿等。

近年來人們還成功地生產(chǎn)了低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚乳果糖等功能性低聚糖。4.油脂加工中的大力神

A使植物油的生產(chǎn)變的“多快好省”傳統(tǒng)的植物油化學(xué)脫膠工藝流程：毛油→酸處理→堿處理→離心分離→水洗→離心分離→脫膠油酶法脫膠工藝流程：毛油→檸檬酸處理→酶處理→離心分離→脫膠油人造奶油或起酥油——反式脂肪酸。

丹麥諾維信公司——脂肪酶

“酶法酯交換”替代“部分氫化”工藝。B健康衛(wèi)士——酶讓我們遠(yuǎn)離反式脂肪酸5.高品質(zhì)功能食品生產(chǎn)的法寶

功能食品是指具有營養(yǎng)功能、感覺功能和調(diào)節(jié)生理活動(dòng)功能的食品。目前的功能食品生產(chǎn)中，酶技術(shù)正越來越廣泛地得到應(yīng)用。A大豆多肽

蛋白質(zhì)長鏈被切斷至一定程度的短鏈就稱為小肽?？茖W(xué)研究表明，具有某種長度和空間結(jié)構(gòu)的肽鏈具有某種特殊的功能，大豆多肽就是一個(gè)典型的例子。大豆多肽可以應(yīng)用于老年人保健食品、運(yùn)動(dòng)員食品、恢復(fù)營養(yǎng)食品和一些新品種的發(fā)酵類食品中。利用蛋白酶分解大豆蛋白生產(chǎn)大豆多肽是大豆深加工的一個(gè)重要方向B大豆低聚糖

雙歧桿菌——有益菌。產(chǎn)氣莢膜梭菌——有害菌大豆低聚糖具有促雙歧桿菌增殖作用。同時(shí)，減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物及有害細(xì)菌酶的產(chǎn)生

目前大豆低聚糖的生產(chǎn)方式主要色譜分離方法——純度較高，產(chǎn)率較低，成本偏高。采用酶技術(shù)可以使大豆低聚糖中的蔗糖轉(zhuǎn)化為低聚糖——提高產(chǎn)率、節(jié)省成本。6.果汁工業(yè)的巧幫手

A澄清蘋果汁的生產(chǎn)——果膠酶B酶法脫苦

C酶法去皮

7.液體大麥—啤酒中的催化劑

A酶可以改善啤酒的口味

雙乙?！娱L生產(chǎn)周期α-乙酰乳酸脫羧酶——縮短生產(chǎn)周期。

B酶可以提高啤酒質(zhì)量啤酒渾濁、失光等現(xiàn)象。大分子物質(zhì)沒有被徹底分解這可以通過添加相應(yīng)的酶來加以彌補(bǔ)。啤酒其獨(dú)特的色、香、味——保證麥汁成分的一致性——酶作用的一致性現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中往往或多或少出現(xiàn)問題，商品酶可以很方便地進(jìn)行補(bǔ)救。8乳制品中的點(diǎn)金石A酶在奶酪加工中的應(yīng)用B酶解決乳糖不耐受癥

制造乳糖水解奶——乳糖酶（二）酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用據(jù)《左傳》記載，2500多年前，人們就懂得用麥曲治療消化不良。20世紀(jì)后半葉，酶的應(yīng)用日益廣泛，它具有療效顯著、副作用小的特點(diǎn)。目前，酶在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用主要有疾病的診斷、治療和藥物制造等方面。①化驗(yàn)單上的酶生命是酶的有秩序的協(xié)同作用，酶的紊亂就預(yù)示著疾病。根據(jù)谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)的活性大小，醫(yī)生就能確診是不是肝病。

肝組織中谷丙轉(zhuǎn)氨酶含量很高，而在正常血清中其含量很低(40單位以下)。感染肝炎病毒后，肝細(xì)胞遭到破壞，GPT被釋放到血液中，使血清中GPT的活性迅速增大，醫(yī)生就可以根據(jù)血清中GPT的活性大小確診是不是患肝炎，也能根據(jù)GPT的變化情況判斷病情是好轉(zhuǎn)還是惡化。

②處方單上的酶內(nèi)科處方單上常見的酶要算多酶片。如果你消化不良或食欲不振，醫(yī)生就會(huì)開點(diǎn)多酶片或乳酶生作為助消化劑，它們就含有消化積食的酶——淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、脂肪酶等。1893年就有人用木瓜蛋白酶治療結(jié)核性潰瘍；如今，胰蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶等可作為消炎劑，治療各種炎癥。這是因?yàn)樗鼈兡芊纸獾鞍踪|(zhì)和多肽，從而增加了組織的通透性，促進(jìn)炎癥壞死組織溶解，具有消炎、消腫等效用。外科處方單上常有溶菌酶。

它能分解細(xì)菌堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解死亡，具有抗、消炎等作用，并對組織無刺激、無毒性；它對眼、耳、鼻、口腔五官科的急慢性炎癥均有一定的療效。溶菌酶與抗生素制成復(fù)合藥劑，可以使抗生素的用量減少到原來的百分之一。L-天冬酰胺酶是第一種用來治療白血病的酶。癌細(xì)胞生長需要天冬酰胺，這種酶可以切斷天冬酰胺的供給，使癌細(xì)胞“餓”死，而人體正常細(xì)胞可以合成天冬酰胺,因而不受影響。因此，L-天冬酰胺酶對治療癌癥，特別是白血病有顯著療效。③制藥能手酶在藥物制造方面的應(yīng)用是利用酶催化反應(yīng)物轉(zhuǎn)變成藥物。現(xiàn)在用酶法生產(chǎn)的藥物有上百種。青霉素最初用4萬單位就能殺死的細(xì)菌，現(xiàn)在用上百萬單位還不能殺死，原因是細(xì)菌產(chǎn)生了耐藥性。利用酶稍改變青霉素的結(jié)構(gòu)，即有利于對細(xì)胞的攻擊，如加上一個(gè)“氨芐”基，就成為氨芐青霉素。

氨芐青霉素——它們能作用于耐藥性菌株，是療效很好的廣譜抗生素?，F(xiàn)在，酶工業(yè)發(fā)達(dá)的國家每年要生產(chǎn)上千噸半合成青霉素。（三）酶在輕工化工方面的應(yīng)用洗滌能手1962年，加酶洗衣粉。目前，洗滌劑用酶已成為工業(yè)用酶中市場銷量最大的酶制劑。除堿性蛋白酶外，還添加有淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、脂肪酶等，用來去除血漬、油漬、菜漬、巧克力等有機(jī)污漬。在個(gè)人用品工業(yè)牙膏、漱口水等產(chǎn)品中加酶，可增加潔齒效果，防治齲齒。在護(hù)膚品和化妝品加入超氧化物歧化酶、溶菌酶、彈性蛋白酶可以起到抗衰老、抗氧化、殺菌消炎、光潔皮膚等作用。造紙工業(yè)是一個(gè)重度污染環(huán)境的工業(yè)。在漂白過程中使用木聚糖酶和半纖維素酶等處理紙漿，減少了用氯量，從而減少了氯的污染。在飼料廠——植酸酶飼料中的磷50%～80%以植酸形式存在，但由于大多數(shù)單胃動(dòng)物(雞、豬等)體內(nèi)植酸酶的活力很低，所以大多數(shù)植酸磷無法利用。因此為預(yù)防磷酸缺乏，必須向飼料中添加無機(jī)磷酸鹽，而未消化的植酸磷被排出動(dòng)物體外，不僅意味著對磷這種貴重原料的浪費(fèi)，而且會(huì)造成環(huán)境污染。如果在飼料中添加由微生物重組制成的植酸酶，一方面能分解利用飼料中的磷以提高營養(yǎng)，另一方面也可以使排出的磷減少30%。（四）酶在環(huán)保、能源方面的應(yīng)用“白色污染”是嚴(yán)重的環(huán)境問題酶已被用于生產(chǎn)可生物降解塑料——聚3-羥基丁內(nèi)酯(PHB)取代塑料發(fā)泡制品、消滅白色污染的最具前景的替代物。利用酶還可以轉(zhuǎn)化工廠廢水中有毒的酚類、汞化合物、劇毒的氰化物等物質(zhì)，減少環(huán)境污染。在環(huán)境檢測方面，酶可以檢測有機(jī)磷、有機(jī)氯等痕量環(huán)境污染物。酶在分解廢棄物中的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、纖維素、環(huán)烴、有機(jī)磷、人工合成聚合物等的過程中，也都擔(dān)任著重要角色。能源乙醇很可能是未來石油的代替品。利用酶將淀粉等可再生資源轉(zhuǎn)化為乙醇制成的乙醇汽油已得到關(guān)注。我國以玉米淀粉為原料生產(chǎn)燃料乙醇，現(xiàn)在吉林、黑龍江等地已建立了年產(chǎn)數(shù)十萬噸乙醇的工廠。酶法還可以通過對廢棄的植物油進(jìn)行酯交換反應(yīng)而生產(chǎn)生物柴油。（五）酶在分析檢測方面的應(yīng)用快速、方便、靈敏、精確在臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)保監(jiān)測及工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。酶法檢測包括單酶反應(yīng)檢測、酶偶聯(lián)反應(yīng)檢測、酶標(biāo)記免疫反應(yīng)檢測，可確定葡萄糖、膽固醇、乳糖、胰島素、多種抗體抗原等物質(zhì)的含量。三、酶制劑工業(yè)的發(fā)展概況

1、世界酶制劑發(fā)展現(xiàn)狀

酶作為商品生產(chǎn)已有100多年歷史1949日本人采用液體深層培養(yǎng)法生產(chǎn)細(xì)菌α-淀粉酶，這標(biāo)志著微生物酶的生產(chǎn)進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化階段。第二次世界大戰(zhàn)后，由于抗生素工業(yè)的興起，使酶制劑工業(yè)迅速發(fā)展。1974，全世界酶制劑年銷售總額不過4000萬美元

2002已經(jīng)達(dá)到24億美元

據(jù)1985年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，世界上大型酶制劑生產(chǎn)廠家超過10家，其中丹麥諾維信公司是世界上最大的酶制劑生產(chǎn)公司，在丹麥、日本、美國、巴西、中國等國設(shè)廠，在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種開發(fā)和經(jīng)濟(jì)效益等方面處于世界領(lǐng)先水平。

諾維信酶制劑公司，全球最大的酶制劑公司。公司產(chǎn)品占有中國50%的工業(yè)酶制劑市場?？偣疚挥诘湥谔旖蛴兴纳a(chǎn)基地，并在全國都有分廠和合作工廠。世界第二大酶制劑公司genencor德國AB酶制劑公司比利時(shí)BELDEM丹麥哥本哈根諾維信公司總部全世界酶制劑市場以每年11％的速度逐年增長。就酶應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域來說，食品、飼料工業(yè)用量最大，洗滌劑、紡織、造紙工業(yè)、化學(xué)工業(yè)。美國、加拿大、歐盟、澳大利亞、新西蘭、日本等國均規(guī)定酶制劑必須經(jīng)過嚴(yán)格的安全性評價(jià)，批準(zhǔn)后才能生產(chǎn)銷售。2、我國的酶制劑工業(yè)1965年開始生產(chǎn)，主要細(xì)菌淀粉酶，填補(bǔ)了我國工業(yè)化生產(chǎn)微生物酶制劑的空白。1969年又完成了蛋白酶的工業(yè)化生產(chǎn)。1980年將糖化酶投入到白酒與酒精生產(chǎn)中，節(jié)約了曲糧，并節(jié)省了勞動(dòng)力與廠房。在我國食品工業(yè)用酶制劑按食品添加劑進(jìn)行管理。對新申請的酶制劑進(jìn)行衛(wèi)生學(xué)評價(jià),包括毒理試驗(yàn)、理化檢驗(yàn)和微生物檢驗(yàn)使用微生物生產(chǎn)酶制劑,必須提供微生物的菌種鑒定報(bào)告、毒理試驗(yàn)報(bào)告等安全性評價(jià)資料。我國酶制劑企業(yè)具有一定規(guī)模的有近百家。主要產(chǎn)品是淀粉酶，其次是蛋白酶，其它酶的產(chǎn)量甚微。我國酶制劑工業(yè)基礎(chǔ)較薄弱，產(chǎn)量雖大，但技術(shù)水平整體不高，離國際先進(jìn)水平還有差距，需要趕超。

目前我國的酶制劑工業(yè)與國際先進(jìn)水平相比，仍有較大差距，主要表現(xiàn)在3方面：（1）酶制劑品種少，結(jié)構(gòu)不合理。國內(nèi)有近百家酶制劑廠，除無錫酶制劑廠生產(chǎn)的品種較多外，其他廠家的產(chǎn)品品種單一。淀粉加工用酶的比例居高不下，我國占70％，而國外只占20％左右。（2）技術(shù)水平總體較低，趨于發(fā)展不批平衡，環(huán)境治理差，廢水沒有完全處理（3）應(yīng)用的深度和廣度不夠。品種少，同時(shí)應(yīng)用技術(shù)的研究跟不上生產(chǎn)發(fā)展需要，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，影響了酶制劑行業(yè)的發(fā)展四、酶制劑工業(yè)的發(fā)展方向1、開發(fā)新酶源菊糖酶——果葡糖漿生產(chǎn)黃曲霉毒素脫毒酶單寧酶——茶飲料、制革、化妝品2、微生物酶及產(chǎn)酶效能和酶制劑應(yīng)用性能改良3、酶制劑應(yīng)用研究開發(fā)趨勢（1）基因工程和蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用菌種是發(fā)酵工程的根本，改良菌種是酶工程發(fā)展的必由之路80%基因工程菌——Novozyme（2）人工合成酶和模擬酶人工合成的具有類似酶活性的有機(jī)催化劑稱之為～（3）酶的定向固定化使酶蛋白以有序的方式附著在載體的表面，～（4）雜交酶由來自兩種或兩種以上的酶不同結(jié)構(gòu)片段構(gòu)建成的新酶。應(yīng)用領(lǐng)域新用途（1）制造功能性低聚糖——益生元，雙歧因子（2）功能性肽目前，已發(fā)現(xiàn)的酶7000，已利用的150，工業(yè)生產(chǎn)的60，大量生產(chǎn)的20，占0.3%，其中，80%是水解酶，氧化還原酶有待開發(fā)。第一章酶與酶制劑由活細(xì)胞所產(chǎn)生的，具有高效和專一催化功能的生物大分子(蛋白質(zhì)、RNA)。第一節(jié)酶一、定義

蛋白質(zhì)二、酶的特性A只改變反應(yīng)速度，不改變反應(yīng)性質(zhì)、方向和反應(yīng)平橫點(diǎn)。B在反應(yīng)過程中不消耗。C可降低反應(yīng)活化能。

1、酶是催化劑，首先具有催化劑的共同特性。酶促反應(yīng)非酶促反應(yīng)自由能能反應(yīng)進(jìn)程底物產(chǎn)物ESES*EP2作為生物催化劑，酶還具有特殊的特性A高效性Exp.1鐵離子和過氧化氫酶分別催化1mol鐵離子可催化1mol過氧化氫酶10-5molH2O210+5molH2O2exp.2在正常體溫下，人的消化道內(nèi)要是沒有酶的作用，消化一頓簡單的午餐將會(huì)花費(fèi)

原理：酶的催化效率之所以這么高，由于酶催化反應(yīng)可以使反應(yīng)所需的活化能顯著降低。50年B、高度專一性I絕對專一性：一種酶只能作用于一種化合物，以催化一種化學(xué)反應(yīng)，稱為絕對專一性。L－乳酸乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶D－乳酸丙酮酸一種酶只能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，催化一類化學(xué)反應(yīng)，稱為相對專一性。II相對專一性：相對專一性胰蛋白酶選擇性水解含有賴氨酰和精氨酰的羰基肽鍵。凡含有這兩種肽鍵的物質(zhì)，都能被水解。RCOR’+H2ORCOOH+R’OH鍵專一性：基團(tuán)專一性：酶能夠催化具有相同化學(xué)鍵的一類底物。酯酶催化具有相同基團(tuán)的一類底物。酶為什么具有專一性？鎖、鑰學(xué)說認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣剛性模式：EmilFisher提出誘導(dǎo)契合學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀.柔性學(xué)說：Koshland提出常溫、常壓、pH值近乎中性

c作用條件溫和245～294千帕140～150℃的高溫耐酸的設(shè)備淀粉葡萄糖酸90℃、一般設(shè)備淀粉葡萄糖酶d高度受控性酶濃度的調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié)激素調(diào)節(jié)、輔助因子、存在狀態(tài)、反饋調(diào)節(jié)、底物水平、酶原激活、抑制劑、溫度、pH等。e易變性