酶的工業(yè)應(yīng)用課件

第七章

酶的工業(yè)應(yīng)用第八章酶的工業(yè)應(yīng)用工業(yè)酶制劑的來源及特點(diǎn)自然界發(fā)現(xiàn)的酶已達(dá)數(shù)千種工業(yè)上常用的酶只有數(shù)十種而目前大量生產(chǎn)的酶僅有十余種80％以上的工業(yè)酶是水解酶，他們主要用于降解自然界中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等高聚物，即蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工業(yè)應(yīng)用的3大主要酶制劑。蛋白酶：用于奶制品業(yè)、去污劑、皮革業(yè)等；淀粉酶：用于烘焙、釀造、淀粉糖化和紡織業(yè)等；脂肪酶：用于食品、去污劑和精細(xì)化工工業(yè)等。酶的生產(chǎn)酶制劑藥用酶食品添加劑洗滌劑脂肪工程發(fā)酵工程基因工程細(xì)胞工程蛋白質(zhì)工程

固定化酶酶電極生物傳感器酶反應(yīng)制糖(葡萄糖、麥芽糖、果葡糖漿)氨基酸、有機(jī)酸、抗生素、多肽

新酶酶的主要應(yīng)用領(lǐng)域8.1酶在食品方面的應(yīng)用制糖工業(yè)蛋白制品加工果蔬加工改善食品的風(fēng)味和品質(zhì)食品添加劑的生產(chǎn)一、制糖工業(yè)酶法生產(chǎn)葡萄糖過去國內(nèi)外葡萄糖生產(chǎn)通常采用酸法水解，現(xiàn)在大都采用酶法。原料：淀粉。酶：-淀粉酶和糖化酶。都要求達(dá)到一定純度，尤其是糖化酶中應(yīng)不含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。通常使用游離酶分批方式，也可采用固定化糖化酶進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

果葡糖漿的生產(chǎn)原料：葡萄糖，一般由淀粉通過酶法水解制得。但需經(jīng)過層析等方法精制后使用。酶：葡萄糖異構(gòu)酶。最適pH可由于來源不同而有所差別；溫度不宜超過70℃。高果糖漿：通常果葡糖漿含果糖42%左右，若將其中的葡萄糖與果糖分離，將分離出的葡萄糖再進(jìn)行異構(gòu)化，如此反復(fù)，可得到果糖含量達(dá)70%、90%甚至更高的糖漿，稱為高果糖漿。一、制糖工業(yè)大米→浸泡→水洗→磨漿→調(diào)漿（加入淀粉酶）→液化→壓濾→糖化（加入糖化酶）→升溫→壓濾→精制→濃縮a. 液體糖漿b. 葡萄糖異構(gòu)酶異構(gòu)化→精制→濃縮→果葡糖漿c. 結(jié)晶→離心分離→干燥→結(jié)晶葡萄糖淀粉酶類與淀粉糖業(yè)淀粉酶類與淀粉糖業(yè)蛋制品加工：葡萄糖氧化酶用于除去蛋制品中存在的少量葡萄糖，以防止褐變，提高產(chǎn)品質(zhì)量。魚制品加工：利用蛋白酶生產(chǎn)可溶性的魚蛋白粉；用三甲基胺氧化酶脫腥等。肉制品加工：蛋白酶用于制造肉類水解蛋白；用木瓜蛋白酶制成嫩肉粉；蛋白酶用于生產(chǎn)明膠；溶菌酶用于肉類制品的保鮮防腐等。二、蛋白制品加工溶菌酶（肽多糖水解酶）三、果蔬加工果膠酶：用于果汁和果酒的澄清以及提高出汁率；纖維素酶：分解細(xì)胞壁，提高出汁率和可溶性固形物含量；柚苷酶和橙皮苷酶：可分別用于柑桔類果汁或罐頭制品脫除苦味和防止出現(xiàn)白色渾濁；葡萄糖氧化酶：可去除果汁、飲料、罐頭食品和果蔬干制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防止微生物生長，延長食品保存期；溶菌酶：可防止細(xì)菌污染，起保鮮作用等。柚苷（柚配質(zhì)-7-蕓香糖苷）橙皮苷（橙皮素-7-蕓香糖苷）四、改善食品的品質(zhì)和風(fēng)味風(fēng)味酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，在食品風(fēng)味的再現(xiàn)、強(qiáng)化和矯正方面有廣闊應(yīng)用前景。例如：用洋蔥風(fēng)味酶處理甘藍(lán)等蔬菜；用奶油風(fēng)味酶（脂肪酶）作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋、人造奶油等食品；端肽酶水解苦味肽消除苦味；風(fēng)味酶用于恢復(fù)甚至強(qiáng)化原來的天然風(fēng)味。面包制造中，面團(tuán)中添加適量的-淀粉酶和蛋白酶，可縮短面團(tuán)發(fā)酵時間，面包品質(zhì)也有提高。五、食品添加劑的生產(chǎn)酸味劑的生產(chǎn)乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原為乳酸2-鹵代酸脫鹵酶催化2-氯丙酸生成乳酸延胡索酸酶催化反丁烯二酸（延胡索酸）生成蘋果酸五、食品添加劑的生產(chǎn)甜味劑的生產(chǎn)嗜熱菌蛋白酶催化Asp和Phe生成天苯肽（阿斯巴甜）葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)帕拉金糖···乳化劑的生產(chǎn)脂肪酶催化甘油三酯生成甘油單酯（乳化劑）8.2酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用原料處理輕工、化工產(chǎn)品制造增強(qiáng)產(chǎn)品食用效果一、原料處理發(fā)酵原料的處理淀粉原料的處理，一般采用-淀粉酶和糖化酶（啤酒生產(chǎn)）；含纖維素原料可用纖維素酶處理；含戊聚糖的植物原料可用各種戊聚糖酶處理。紡織原料的處理上漿：用-淀粉酶處理淀粉，可用作上漿的漿料；退漿：利用-淀粉酶使?jié){料水解；若上漿時用動物膠作膠漿，可用蛋白酶使之退漿。脫皮（酶法）碎屑化學(xué)法紙漿（生物酶紙漿）機(jī)械法紙漿漂白（生物法用木質(zhì)素氧化酶）造紙機(jī)（酶法脫墨）酶法生產(chǎn)L-氨基酸L-氨基酰化酶用于DL-?；被岬墓鈱W(xué)拆分，工業(yè)上已采用固定化酶的方式連續(xù)生產(chǎn)L-苯丙氨酸和L-色氨酸等；工業(yè)上已將固定化菌體形式的天門冬氨酸酶和天門冬氨酸--脫羧酶分別用于L-天門冬氨酸和L-丙氨酸的連續(xù)生產(chǎn)；已內(nèi)酰胺水解酶用于L-賴氨酸的生產(chǎn)；噻唑啉羧酸水解酶用于合成L-半胱氨酸。酶法生產(chǎn)核苷酸5’-磷酸二酯酶水解RNA生產(chǎn)各種5’-核苷酸；腺苷酸脫氨酶水解AMP生產(chǎn)IMP；核苷磷酸化酶催化肌苷生成5’-IMP，催化鳥苷生成5’-鳥苷酸，催化AMP生成ADP和ATP等。二、輕工化工產(chǎn)品制造加酶飼料淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和半纖維素酶等在飼料中的添加，可增加飼料的可消化性。加酶護(hù)膚用品SOD、堿性磷酸酶、尿酸酶、彈性蛋白酶等在護(hù)膚及化妝品中的添加，可有效提高護(hù)膚效果。三、增強(qiáng)產(chǎn)品使用效果SOD酶制劑在國外飼料工業(yè)中得到不斷應(yīng)用，不僅提高了飼料原料的轉(zhuǎn)化率，也促進(jìn)了對飼料的消化。植酸酶

Bio-Feed?Phytase(Ronozyme?P)

主要用于提高植酸磷的消化率，并相應(yīng)改善鈣和其它礦物元素的利用率。大大降低了動物糞便中磷的排放量，有益環(huán)保。8.3酶在醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用可歸納為：用酶進(jìn)行疾病的診斷；用酶進(jìn)行治療各種疾??；用酶進(jìn)行制造各種藥物。由于酶具有專一性強(qiáng)和效率高的特點(diǎn)，所以在醫(yī)藥方面使用的酶具有種類多、用量少、純度高的特點(diǎn)。一、酶在疾病診斷方面的應(yīng)用根據(jù)體液內(nèi)酶活力的變化診斷疾病酸性磷酸酶（ACP）前列腺癌患者及出現(xiàn)肝炎、甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)、紅血球病變等疾病時，血清中酸性磷酸酶的活力會升高。堿性磷酸酶（ALP或AKP）佝僂病、骨骼軟化癥、骨瘤、骨骼廣泛性轉(zhuǎn)移癌、甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)、黃疸性肝臟疾病等，患者血清中堿性磷酸酶活力升高；而軟骨發(fā)育不全等疾病，引起該酶活力下降。一、酶在疾病診斷方面的應(yīng)用根據(jù)體液內(nèi)酶活力的變化診斷疾病轉(zhuǎn)氨酶血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)活力測定，已在肝臟疾病和心肌梗塞等疾病診斷中得到廣泛應(yīng)用。葡萄糖醛縮酶、胃蛋白酶、乳酸脫氫酶、醛縮酶、磷酸葡萄糖變位酶等的活力測定，有助于對某些癌癥作出診斷。體檢表中有關(guān)酶的選項(xiàng)二、酶在疾病治療方面的應(yīng)用

酶作為藥物可治療多種疾病，且具有療效顯著，副作用小的特點(diǎn)。蛋白酶可用于治療多種疾病，是臨床上使用最早、用途最廣的藥用酶之一?？勺鳛橄瘎委熛涣己褪秤徽?；可作為消炎劑，治療各種炎癥；經(jīng)靜脈注射，可治療高血壓。溶菌酶也是一種應(yīng)用廣泛的藥用酶。具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛等作用?？勺饔糜诩?xì)菌的細(xì)胞壁，使病原菌、腐敗性細(xì)菌等溶解死滅，療效顯著而副作用很小。與抗生素聯(lián)合使用，可顯著提高抗生素的療效。二、酶在疾病治療方面的應(yīng)用SOD可使機(jī)體免遭超氧負(fù)離子的損害；具有抗輻射作用并對紅斑狼瘡、皮肌炎、結(jié)腸炎及氧中毒等疾病有顯著療效。L-天門冬酰胺酶是一種用于治療癌癥的酶。特別是對治療白血病有顯著療效。二、酶在疾病治療方面的應(yīng)用三、酶在藥物制造方面的應(yīng)用青霉素酰化酶在半合成抗生素的生產(chǎn)上有重要作用的一種酶。它催化青霉素或頭孢菌素水解生成6-APA和7-ACA，又可催化?；磻?yīng)，合成新型青霉素和頭孢菌素。不同來源的該酶對溫度和pH的要求不同。同一來源的該酶在催化水解反應(yīng)和催化合成反應(yīng)時所要求的條件各不相同，尤其是pH條件相差很大，操作時要控制好。催化合成反應(yīng)時，還要注意反應(yīng)液中6-APA與側(cè)鏈羧酸衍生物的比例。反應(yīng)液中適當(dāng)加入一些表面活性劑或異丁醇等，有利于提高轉(zhuǎn)化率。-酪氨酸酶可催化L-酪氨酸或鄰苯二酚生成多巴。已經(jīng)制成固定化酶使用。多巴是治療帕金森氏綜合癥的一種重要藥物。該酶作用pH為3.5-6.0，溫度為30-55℃，為控制氧化進(jìn)程，應(yīng)添加維生素C或硫酸肼等抗氧化劑。三、酶在藥物制造方面的應(yīng)用核苷磷酸化酶可催化阿糖尿苷生成阿糖腺苷；而阿糖尿苷由尿苷通過化學(xué)方法轉(zhuǎn)化而成；阿糖腺苷具有顯著的抗癌和抗病毒作用。無色桿菌蛋白酶可以特異性催化胰島素B鏈羧基末端上的氨基酸置換反應(yīng)，由豬胰島素轉(zhuǎn)變?yōu)槿艘葝u素，以增加療效。三、酶在藥物制造方面的應(yīng)用乳糖酶乳糖不耐癥主要有三種類型：1．原發(fā)性乳糖不耐癥：2．繼發(fā)性乳糖不耐癥：3．先天性乳糖酶不足：避免食用含有乳糖的食物、補(bǔ)充乳糖酶、食用不含乳糖的替代產(chǎn)品8.4酶在生物工程中的應(yīng)用除去細(xì)胞壁大分子切割分子拼接一、除去細(xì)胞壁生物工程研究與應(yīng)用中，有時需要除去細(xì)胞壁：提取胞內(nèi)物質(zhì)；原生質(zhì)體的制備。除去細(xì)胞壁的方法有多種，諸如機(jī)械研磨，物理、化學(xué)破碎法等。但在制備原生質(zhì)體或提取胞內(nèi)某些穩(wěn)定性較差的活性物質(zhì)時，只能利用各種專一性的酶。根據(jù)不同細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁組分的不同，除去細(xì)胞壁時所采用的酶也有所區(qū)別。此外，還必須控制好酶作用條件和時間。二、大分子切割限制性核酸內(nèi)切酶一類在特定的位點(diǎn)上，催化雙鏈DNA水解的磷酸二酯酶。目前已成為基因工程中必不可少的常用工具酶。DNA外切核酸酶一類從DNA分子末端開始逐個除去末端核苷酸的酶。在基因工程中用于載體或基因片段的切割加工。還可用于由DNA生產(chǎn)脫氧核苷酸。堿性磷酸酶該酶可除去DNA或RNA鏈中的5’-磷酸。在基因工程中主要用于防止質(zhì)粒DNA的自我環(huán)化，或在用32P對DNA或RNA進(jìn)行5’-末端標(biāo)記前除去5’-磷酸。核酸酶S1該酶作用于單鏈DNA或RNA。在基因工程中，用于從具有單鏈末端的DNA分子中除去單鏈部分的核苷酸，而變成齊平末端。在cDNA合成時，用于除去生成的“發(fā)夾狀環(huán)”。二、大分子切割DNA連接酶能使雙鏈DNA的缺口封閉。在基因工程中主要采用的是T4-DNA連接酶。DNA聚合酶一類催化DNA復(fù)制和修復(fù)DNA分子損傷的酶。主要包括大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及T4-DNA聚合酶