生物技術(shù)概論 3發(fā)酵工程 4酶工程 5蛋白質(zhì)工程 6生物技術(shù)與食品

第三章發(fā)酵工程第一節(jié)發(fā)酵工程概述第一節(jié)發(fā)酵工程概述一、發(fā)酵工程的概念現(xiàn)代的發(fā)酵工程不僅包括包括菌體生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物機(jī)能的利用。其主要內(nèi)容包括生產(chǎn)菌種的選育，發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制，反響器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的別離、提取與精制等。第一節(jié)發(fā)酵工程概述二、發(fā)酵類型〔一〕微生物菌體發(fā)酵是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發(fā)酵。傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)：有用于面包制作的酵母發(fā)酵及用于人類或動(dòng)物食品的微生物菌體蛋白〔單細(xì)胞蛋白〕發(fā)酵兩種類型。新的菌體發(fā)酵可用來生產(chǎn)一些藥用真菌藥用真菌可以通過發(fā)酵培養(yǎng)的手段來生產(chǎn)出與天然產(chǎn)品具有同等療效的產(chǎn)物。有的微生物菌體還可用作生物防治劑第一節(jié)發(fā)酵工程概述〔二〕微生物酶發(fā)酵〔三〕微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵〔四〕微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵微生物轉(zhuǎn)化是利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物?？蛇M(jìn)行的轉(zhuǎn)化反響包括：脫氫反響、氧化反響、脫水反響、縮合反響、脫梭反響、氨化反響、脫氨反響和異構(gòu)化反響等。第一節(jié)發(fā)酵工程概述第一節(jié)發(fā)酵工程概述第二節(jié)微生物發(fā)酵過程微生物發(fā)酵過程即微生物反響過程，是指微生物在生長繁殖過程中所引起的生化反響過程。根據(jù)微生物的種類不同〔好氧、厭氧、兼性厭氧〕，可以分為好氧性發(fā)酵和厭氧性發(fā)酵兩大類。第二節(jié)微生物發(fā)酵過程按照設(shè)備來分，發(fā)酵又可分為敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵。液體深層發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：①液體懸浮狀態(tài)是很多微生物的最適生長環(huán)境。②在液體中，菌體及營養(yǎng)物、產(chǎn)物〔包括熱量〕易于擴(kuò)散，使發(fā)酵可在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行，便于控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。③液體輸送方便，易于機(jī)械化操作。④廠房面積小，生產(chǎn)效率高，易進(jìn)行自動(dòng)化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。⑤產(chǎn)品易于提取、精制等。第二節(jié)微生物發(fā)酵過程一、工業(yè)生產(chǎn)常用微生物工業(yè)生產(chǎn)上常用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌，由于發(fā)酵工程本身的開展以及遺傳工程的介人，藻類、病毒等也正在逐步地變?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)用的微生物。第二節(jié)微生物發(fā)酵過程二、培養(yǎng)基〔一〕培養(yǎng)基的種類①孢子培養(yǎng)基：是供制備孢子用的。②種子培養(yǎng)基：是供孢子發(fā)芽和菌體生長繁殖用的。③發(fā)酵培養(yǎng)基：是供菌體生長繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物用的。第二節(jié)微生物發(fā)酵過程二、培養(yǎng)基〔二〕發(fā)酵培養(yǎng)基的組成1.碳源2.氮源3.無機(jī)鹽和微量元素4.生長因子5.水6.產(chǎn)物形成的誘導(dǎo)物、前體和促進(jìn)劑許多胞外酶的合成需要適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)物存在。第二節(jié)微生物發(fā)酵過程第二節(jié)微生物發(fā)酵過程第三節(jié)液體深層發(fā)酵典型的分批發(fā)酵工藝流程圖微生物分批生長的生長曲線1.延滯期；2.加速生長期；3.指數(shù)生長期；4.減速期；5.穩(wěn)定期；6.衰亡期第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵一、深層發(fā)酵的操作方式〔二〕連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：①可以維持穩(wěn)定的操作條件，有利于微生物的生長代謝，從而使產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)保持穩(wěn)定；②能夠更有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少操作人員與病原微生物和毒性產(chǎn)物接觸的時(shí)機(jī)；③減少設(shè)備清洗、準(zhǔn)備和滅菌等非生產(chǎn)占用時(shí)間，提高設(shè)備利用率，節(jié)省勞動(dòng)力和工時(shí)；④由于滅菌次數(shù)減少，使測(cè)量儀器探頭的壽命得以延長；⑤容易對(duì)過程進(jìn)行優(yōu)化，有效地提高發(fā)酵產(chǎn)率。第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵一、深層發(fā)酵的操作方式〔三〕補(bǔ)料分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵可以分為兩種類型：單一補(bǔ)料分批發(fā)酵和反復(fù)補(bǔ)料分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵作為分批發(fā)酵向連續(xù)發(fā)酵的過渡，兼有兩者之優(yōu)點(diǎn)首先它可以解除營養(yǎng)物基質(zhì)的抑制。還可以減少菌體生成量，提高有用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。與連續(xù)發(fā)酵相比，它不會(huì)產(chǎn)生菌種老化和變異問題，其適用范圍也比連續(xù)發(fā)酵廣。第三節(jié)液體深層發(fā)酵二、發(fā)酵工藝控制〔一〕溫度〔二〕PH值〔三〕溶解氧濃度第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵第三節(jié)液體深層發(fā)酵四、下游加工過程〔一〕發(fā)酵液預(yù)處理和固液別離〔二〕提取〔三〕精制〔四〕成品加工第四節(jié)固體發(fā)酵固體發(fā)酵所用原料一般為經(jīng)濟(jì)易得、富含營養(yǎng)物質(zhì)的工農(nóng)業(yè)中的副、廢產(chǎn)品，如鼓皮、薯粉、大豆餅粉、高梁、玉米粉等。一般過程為：將原料預(yù)加工后再經(jīng)蒸煮滅菌，然后制成含一定水分的固體物料，接入預(yù)先培養(yǎng)好的菌種，進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵成熟后要適時(shí)出料，并進(jìn)行適當(dāng)處理，或進(jìn)行產(chǎn)物的提取。固體發(fā)酵所需設(shè)備簡單，操作容易，并可因陋就簡、因地制宜地利用一些來源豐富的工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品第五節(jié)典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)一、抗生素發(fā)酵生產(chǎn)〔一〕青霉素發(fā)酵生產(chǎn)菌株〔二〕青霉素發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)基碳源氮源前體無機(jī)鹽

第五節(jié)典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)一、抗生素發(fā)酵生產(chǎn)〔三〕青霉素發(fā)酵工藝

1.種子制備2.發(fā)酵培養(yǎng)3.以發(fā)酵后處理過濾、提煉、脫色、結(jié)晶：第五節(jié)典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)二、氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)〔一〕谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的菌種〔二〕谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的原料制備〔三〕菌種擴(kuò)大培養(yǎng)1.一級(jí)種子培養(yǎng)2.二級(jí)種子培養(yǎng)〔四〕谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)〔五〕谷氨酸提取第五節(jié)典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)三、維生素發(fā)酵生產(chǎn)第一步發(fā)酵二級(jí)種子擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)第二步發(fā)酵二級(jí)種子擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵液濃縮，精制第五節(jié)典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)四、檸檬酸的生產(chǎn)培養(yǎng)條件。包括：①供給大量的氧氣，因黑曲霉是嚴(yán)格的好氧菌；②培養(yǎng)基中錳元素不能超標(biāo)；③要供給大量的葡萄糖。過程中有兩個(gè)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶：磷酸果糖激酶〔PEK,一種糖酵解酶〕和α-酮戊二酸脫氫酶〔α-KDH，一種TCA循環(huán)酶〕。第五節(jié)典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)五、發(fā)酵乳的生產(chǎn)大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)在乳業(yè)生物科技的主要應(yīng)用是先向牛奶中接種乳酸菌〔LAB〕發(fā)酵劑，然后將牛奶轉(zhuǎn)化為各類產(chǎn)品豆腐乳的制作一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)豆腐乳發(fā)酵的的工藝過程豆腐乳的制作豆腐乳的制作三、實(shí)驗(yàn)材料AS3.25〔武通橋毛霉〕或AS3.2778〔放射狀毛霉〕，新鮮豆腐，無菌水，三角瓶，食鹽，黃酒，紅曲米，面曲，甜酒釀等豆腐乳的制作四、實(shí)驗(yàn)步驟1.將毛霉制成孢子懸液。2.將新鮮豆腐冷卻后，按規(guī)格大小劃塊。3.接種4.培養(yǎng)與晾花5.裝瓶與腌坯6.裝壇發(fā)酵7.質(zhì)量鑒定豆腐乳的制作五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)SB∕T10170—2007規(guī)定，從腐乳的外表及斷面色澤、組織形態(tài)〔塊形、質(zhì)地〕、滋味及氣味、有無雜質(zhì)等方面綜合評(píng)價(jià)腐乳質(zhì)量。第四章酶工程第一節(jié)酶工程概述一、酶及酶工程的概念〔一〕酶1．酶的定義酶是具有生物催化功能的生物大分子，按照其化學(xué)組成，可以分為蛋白類酶〔P酶〕和核酸類酶〔R酶〕兩大類別。蛋白酶主要是由蛋白質(zhì)組成，核酸類酶主要由核酸〔RNA〕組成。目前已發(fā)現(xiàn)的酶有7000種以上第一節(jié)酶工程概述一、酶及酶工程的概念2．酶的特性〔1〕酶催化作用的專一性強(qiáng)〔2〕酶催化作用的效率高〔3〕酶催化作用的條件溫和3．酶的分類和命名第一節(jié)酶工程概述第一節(jié)酶工程概述二、酶的開展歷程1833年1896年1913年1926年1960年1965年1982年20多年來，新發(fā)現(xiàn)的核酸類酶越來越多第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)：①微生物生長繁殖快，生活周期短，產(chǎn)量高；②微生物培養(yǎng)方法簡單，生產(chǎn)原料大多為農(nóng)副產(chǎn)品，來源豐富，價(jià)格低廉，機(jī)械化程度高，經(jīng)濟(jì)效益高；③微生物菌株種類繁多，酶的品種齊全；④微生物具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和應(yīng)變能力，可以通過適應(yīng)、誘導(dǎo)、誘變及基因工程等方法培育出新的產(chǎn)酶菌種。第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)一、產(chǎn)酶菌種的篩選〔一〕優(yōu)良菌株的標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)優(yōu)良的產(chǎn)酶菌種應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：①繁殖快，產(chǎn)酶量高，生產(chǎn)周期短；②適應(yīng)性強(qiáng)、易培養(yǎng)和控制，便于管理和降低生產(chǎn)本錢；③產(chǎn)酶性能穩(wěn)定，不易退化，不易受噬菌體侵襲；④產(chǎn)生的酶容易別離純化；⑤菌種本身和代謝產(chǎn)物平安無毒，對(duì)生產(chǎn)人員、生產(chǎn)環(huán)境，酶的應(yīng)用不會(huì)產(chǎn)生不良影響。第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)一、產(chǎn)酶菌種的篩選〔二〕菌株篩選過程主要包括以幾個(gè)步驟：含菌樣品的采集，菌種別離，產(chǎn)酶性能測(cè)定及復(fù)篩等。第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)一、產(chǎn)酶菌種的篩選〔三〕產(chǎn)酶常用的微生物1．細(xì)菌2．放線菌3．霉菌4．酵母菌第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)二、基因工程菌的構(gòu)建理想的宿主載體系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)特性：①載體與宿主相容，攜帶酶基因的載體能在宿主中穩(wěn)定維持；②菌體容易大規(guī)模培養(yǎng)，生長無特殊要求，且能利用廉價(jià)的原料；③所生產(chǎn)的目標(biāo)酶占總蛋白質(zhì)的比例較高，且能以活性形式分泌；④宿主菌對(duì)人平安、不分泌毒素。第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)三、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)是指在人工控制的條件下，有目的利用微生物培養(yǎng)來獲得所生產(chǎn)需要的酶制劑。微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)包括菌種活化、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)、培養(yǎng)基制備和發(fā)酵生產(chǎn)等。微生物發(fā)酵產(chǎn)酶的一般工藝流程第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)三、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)是指在人工控制的條件下，有目的利用微生物培養(yǎng)來獲得所生產(chǎn)需要的酶制劑。微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)包括菌種活化、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)、培養(yǎng)基制備和發(fā)酵生產(chǎn)等。微生物發(fā)酵產(chǎn)酶的一般工藝流程如圖4-1所示。第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)三、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)〔二〕發(fā)酵方法1.溫度的控制枯草桿菌的最適生長溫度為34～37℃，黑曲霉的最適生長溫度為28～32℃。2.通氣和攪拌在發(fā)酵過程中必須不斷供給氧，一般通過供給無菌空氣來實(shí)現(xiàn)；第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)三、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)〔二〕發(fā)酵方法3.pH值的控制細(xì)菌和放線菌的生長最適pH值為6.5～8.0；霉菌和酵母的生長最適pH值為4～6；植物細(xì)胞的生長最適pH值為5～6。第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)三、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)〔三〕培養(yǎng)基1.碳源2.氮源3.無機(jī)鹽4.生長因子5.產(chǎn)酶促進(jìn)劑第二節(jié)酶的發(fā)酵生產(chǎn)三、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)〔四〕提高酶產(chǎn)量的措施1.添加誘導(dǎo)物酶作用底物、酶反響產(chǎn)物、酶底物類似物2.控制阻遏物濃度3.外表活性劑4.添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔一〕細(xì)胞破碎第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔二〕酶的提取酶的提取是指在一定條件下，用適當(dāng)?shù)娜軇┗蛉芤禾幚砗冈?，使酶充分溶解到溶劑或溶液中的過程，又稱為酶的抽提。酶的提取方法第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔三〕沉淀別離第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔四〕離心別離〔五〕過濾與膜別離第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔六〕層析別離第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔七〕電泳別離帶電離子在電場(chǎng)中向著與其本身所帶電荷相反的電極移動(dòng)的過程稱為電泳。電泳的方法很多。紙電泳、薄層電泳、薄膜電泳、凝膠電泳、自由電泳和等電聚焦電泳。第三節(jié)酶的別離純化第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔九〕結(jié)晶結(jié)晶是溶質(zhì)以晶體形式從溶液中析出的過程。酶的結(jié)晶是酶別離純化的一種手段。酶在結(jié)晶之前，酶液必須經(jīng)過純化到達(dá)一定純度和濃度。第三節(jié)酶的別離純化一、酶制劑生產(chǎn)的根本過程〔十〕枯燥枯燥是將固體、半固體或濃縮液中的水分或其他溶劑除去一局部，以獲得含水分較少的固體物質(zhì)的過程。物質(zhì)經(jīng)過枯燥后，可以提高酶的穩(wěn)定性，利于產(chǎn)品保存、運(yùn)輸和使用。常用的枯燥方法有真空枯燥、冷凍枯燥、噴霧枯燥、氣流枯燥和吸附枯燥等。第三節(jié)酶的別離純化二、酶的純度與酶活力酶活力是指在一定條件下，酶所催化的反響初速度。1961年國際生物化學(xué)與分子生物學(xué)聯(lián)合會(huì)規(guī)定：在特定條件下〔溫度可采用25℃，pH值等條件均采用最高條件〕，每1min催化1μmol的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定義為1個(gè)酶活力單位，這個(gè)單位稱為國際單位(IU)。第三節(jié)酶的別離純化三、酶制劑的保存〔一〕溫度〔二〕緩沖液〔三〕氧化/復(fù)原〔四〕蛋白質(zhì)的濃度及純度第四節(jié)酶分子的改造第四節(jié)酶分子的改造第四節(jié)酶分子的改造一、酶分子修飾〔一〕金屬離子置換修飾〔二〕大分子結(jié)合修飾〔三〕側(cè)鏈基團(tuán)修飾〔四〕側(cè)鏈水解修飾第四節(jié)酶分子的改造二、酶的蛋白質(zhì)工程酶的蛋白質(zhì)工程是在基因工程的根底上開展起來的，酶的蛋白質(zhì)工程致力于天然蛋白質(zhì)的改造，制備各種定做的蛋白質(zhì)。第四節(jié)酶分子的改造第五節(jié)酶與細(xì)胞的固定化一、酶的固定化固定化酶是指在一定空間內(nèi)以閉鎖狀態(tài)存在的酶。第五節(jié)酶與細(xì)胞的固定化一、酶的固定化〔一〕載體結(jié)合法1.物理吸附法2.離子吸附法3.共價(jià)結(jié)合法4.螯合法第五節(jié)酶與細(xì)胞的固定化一、酶的固定化〔二〕包埋法〔三〕供價(jià)交聯(lián)法第五節(jié)酶與細(xì)胞的固定化二、細(xì)胞的固定化〔一〕吸附法〔二〕包埋法將細(xì)胞包埋在多孔載體內(nèi)部而制成固定化細(xì)胞的方法稱為包埋法。包埋法可分為凝膠包埋法、纖維包埋法和微膠囊法。其中凝膠包埋法應(yīng)用最廣泛第五節(jié)酶與細(xì)胞的固定化三、固定化酶的性質(zhì)〔一〕酶的活性變化〔二〕酶穩(wěn)定性提高〔三〕最適pH的變化〔四〕最適溫度提高〔五〕反響動(dòng)力學(xué)常數(shù)變化第五節(jié)酶與細(xì)胞的固定化四、固定化酶的指標(biāo)〔一〕相對(duì)酶活力〔二〕酶的活力回收率〔三〕固定化酶的半衰期第六節(jié)酶反響器間歇式酶反響器第六節(jié)酶反響器二、酶反響器的設(shè)計(jì)原那么底物的酶促反響動(dòng)力學(xué)以及溫度、壓力和pH等操作參數(shù)對(duì)反響器的影響，反響器的類型和反響器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)及傳熱特性，生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)量的需求等。在設(shè)計(jì)酶反響器時(shí)，還應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。第六節(jié)酶反響器三、酶反響器的性能評(píng)價(jià)〔一〕空時(shí)〔二〕轉(zhuǎn)化率〔三〕生產(chǎn)強(qiáng)度第六節(jié)酶反響器四、酶反響器的操作〔一〕酶反響器中微生物污染的控制〔二〕酶反響器中流動(dòng)狀態(tài)的控制〔三〕反響器中恒定生產(chǎn)能力的控制第七節(jié)生物傳感器第七節(jié)生物傳感器一、生物傳感器的原理生物傳感器是使用固定化的生物分子結(jié)合換能器，用來偵測(cè)生物體內(nèi)或生物體外的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)或與之起特異性交互作用后產(chǎn)生響應(yīng)的一種裝置。第七節(jié)生物傳感器一、生物傳感器的原理工作原理：待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入固定化生物敏感層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物化學(xué)反響，產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的化學(xué)或物理換能器轉(zhuǎn)化為可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)儀表的放大和輸出，便可獲得待測(cè)物的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。第七節(jié)生物傳感器一、生物傳感器的原理生物傳感器由兩個(gè)主要關(guān)鍵局部所構(gòu)成。一局部是生物傳感器信號(hào)接收或產(chǎn)生局部，來自于生物體分子、組織局部或個(gè)體細(xì)胞的分子識(shí)別組件；另一局部屬于硬件儀器組件局部，主要為物理信號(hào)轉(zhuǎn)換組件。第七節(jié)生物傳感器二、生物傳感器的分類酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、免疫傳感器、組織傳感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器第七節(jié)生物傳感器三、生物傳感器的開展前景〔一〕功能更加全面，朝微型化方向開展〔二〕智能化程度更高第八節(jié)酶的應(yīng)用一、酶應(yīng)用的領(lǐng)域第八節(jié)酶的應(yīng)用二、酶應(yīng)用的例子〔一〕酶在葡萄糖生產(chǎn)中的應(yīng)用葡萄糖的酶法生產(chǎn)工藝流程：淀粉→調(diào)漿→液化→糖化→脫色→過濾→離子交換→真空濃縮→結(jié)晶→別離→枯燥→葡萄糖產(chǎn)品第八節(jié)酶的應(yīng)用二、酶應(yīng)用的例子〔二〕酶在疾病診斷方面的應(yīng)用【實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)】淀粉酶在果葡糖漿生產(chǎn)上的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆盏矸勖杆獾矸鄣脑?，了解溫度、pH值和淀粉酶添加量的變化對(duì)果葡糖漿得率的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理淀粉水解的方法有酸解法、酸酶結(jié)合法和酶法三種。酶法是采用酶液化和酶糖化得到葡萄糖液的一種工藝。此法已經(jīng)廣泛用于淀粉糖品的生產(chǎn)，其中果葡糖漿的生產(chǎn)即采用雙酶法。淀粉酶在果葡糖漿生產(chǎn)上的應(yīng)用三、材料用具〔一〕材料玉米淀粉或薯類淀粉〔二〕試劑α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶〔糖化酶〕、異構(gòu)酶、濃度0.1%稀鹽酸、0.1mol/LCaCl2溶液、0.01mol／L的硫酸鎂溶液〔三〕器具500ml燒杯、量筒、微量移液器、磁力攪拌器、離子交換樹脂、真空濃縮器、恒溫干箱、連續(xù)蒸發(fā)器、異構(gòu)酶柱桶、酸度計(jì)、高效液相色譜、封口膜淀粉酶在果葡糖漿生產(chǎn)上的應(yīng)用四、制備方法〔一〕工藝流程淀粉酶在果葡糖漿生產(chǎn)上的應(yīng)用四、制備方法〔二〕操作要點(diǎn)1.調(diào)漿與液化2.糖化3.糖化液精制4.酶法異構(gòu)葡萄糖為果糖5.果糖與葡萄糖的別離6.制備高果糖漿淀粉酶在果葡糖漿生產(chǎn)上的應(yīng)用五、本卷須知1.α-淀粉酶根據(jù)熱穩(wěn)定性和最適反響溫度的不同2.pH值的影響3.Ca2+的影響4.影響葡萄糖淀粉酶作用的主要因素是pH值和溫度。5.現(xiàn)在推出的新型異構(gòu)酶，酶分子中含有鈷和鎂，最適pH值8.0，最適溫度60℃。6.異構(gòu)化反響溫度控制。第五章蛋白質(zhì)工程第五章蛋白質(zhì)工程【知識(shí)目標(biāo)】①了解蛋白質(zhì)工程的產(chǎn)生背景及目前的開展?fàn)顩r。②理解蛋白質(zhì)工程的主要的研究過程及具體操作手段。③掌握蛋白質(zhì)工程的概念并明確其研究的目標(biāo)?！炯寄苣繕?biāo)】①能夠運(yùn)用蛋白質(zhì)工程的根本原理解析在實(shí)際生產(chǎn)生活中蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的實(shí)例。②掌握胰蛋白酶酶活力的測(cè)定方法。第一節(jié)蛋白質(zhì)工程概述第一節(jié)蛋白質(zhì)工程概述二、蛋白質(zhì)概述〔一〕蛋白質(zhì)的組成組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種其中除甘氨酸和脯氨酸外，均屬于L-α-氨基酸第一節(jié)蛋白質(zhì)工程概述二、蛋白質(zhì)概述〔二〕蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)第一節(jié)蛋白質(zhì)工程概述二、蛋白質(zhì)概述〔三〕蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(1)相似的結(jié)構(gòu)具有相似的功能(2)不同結(jié)構(gòu)具有不同的功能2.蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其功能活性也必然會(huì)隨之改變第二節(jié)蛋白質(zhì)工程的研究方法一、蛋白質(zhì)工程的研究策略研究過程就是通過嚴(yán)格的分子設(shè)計(jì)，把它定向地改造成一個(gè)具有預(yù)期的新的特性的蛋白質(zhì)。一種是對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造；另一種是完全重建一個(gè)新的蛋白質(zhì)。在具體操作中，前者是對(duì)天然蛋白質(zhì)中的少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行的替換(小改)、分子剪裁(中改)或者局部重建(大改)；后者是從頭設(shè)計(jì)—個(gè)全新的蛋白質(zhì)。我們目前的蛋白質(zhì)工程研究中主要進(jìn)行的是“小改〞和“中改〞。第二節(jié)蛋白質(zhì)工程的研究方法第二節(jié)蛋白質(zhì)工程的研究方法第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例一、胰蛋白酶胰蛋白酶〔〕是絲氨酸蛋白酶類，它是一條單鏈肽，由223個(gè)氨基酸殘基組成，N末端為異亮氨酸。主要作用于精氨酸或賴氨酸羧基端的肽鍵。是特異性最強(qiáng)的蛋白酶，在決定蛋白質(zhì)的氨基酸排列中，它成為不可缺少的工具。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例一、胰蛋白酶胰蛋白酶極易自溶，自溶產(chǎn)物經(jīng)層析別離后，會(huì)得到4個(gè)具有胰蛋白酶活性的片段。通過對(duì)N末端殘基的分析，說明這些活性產(chǎn)物是由于Arg117-Val118、Lys145-Ser146及Lys159-Ala160處發(fā)生了斷裂而出現(xiàn)的。人們運(yùn)用了蛋白質(zhì)工程手段，對(duì)Arg117位自溶點(diǎn)進(jìn)行了缺失突變，最終得到了穩(wěn)定性明顯提高的突變株。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例二、金屬硫蛋白金屬硫蛋白(metallothionein,MT)是由微生物和植物產(chǎn)生的金屬結(jié)合蛋白，是一類富含半胱氨酸的短肽，是半胱氨酸殘基和金屬含量極高的蛋白質(zhì)，可以通過半胱氨酸的巰基結(jié)合大量的金屬素，對(duì)多種重金屬有高度的親和性。一般由兩個(gè)大小相近，結(jié)構(gòu)與功能類似的結(jié)構(gòu)域組成，即α-結(jié)構(gòu)域和β-結(jié)構(gòu)域。人們?yōu)閷⒑笑?結(jié)構(gòu)域的基因轉(zhuǎn)移到煙草中，成功的獲得了對(duì)鎘，銅，鉛等重金屬具有較高抗性的工程株。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例三、人白細(xì)胞介素-2IL-2是第—個(gè)被發(fā)現(xiàn)的白細(xì)胞介素。天然人白細(xì)胞介素-2是一個(gè)由133個(gè)氨基酸殘基組成的多肽，133個(gè)氨基酸中共有3個(gè)半胱氨酸，其中有一個(gè)半胱氨酸〔Cys125〕以游離方式存在，而另兩個(gè)半胱氨酸〔Cys58和Cys105〕縮合成活性所必需的二硫鍵。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例四、組織纖維蛋白溶酶原激活因子tPA能夠切割纖溶酶原形成纖溶酶，從而激活纖溶作用(fibrino1ysis)，使血栓溶解。作為一種高效特異性溶血栓藥物。優(yōu)點(diǎn):(1)血栓選擇性高但幾乎不激活循環(huán)血液中的纖溶系統(tǒng)，可直接靜脈注射；(2)對(duì)中毒性休克引起的彌散性血管內(nèi)凝血療效顯著等。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例五、枯草桿菌蛋白酶枯草桿菌蛋白酶(subtilisin)是由枯草芽抱桿菌(Bacillussubtilis)合成的一種絲氨酸蛋白酶?？莶輻U菌蛋白酶根據(jù)來源的不同可分為Carlsberg，E，BL，YaB等多種。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例五、枯草桿菌蛋白酶枯草桿菌蛋白酶可以催化蛋白質(zhì)，把蛋白質(zhì)水解成氨基酸。具有重要的應(yīng)用價(jià)值，被廣泛應(yīng)用在洗滌劑、制革及絲綢工業(yè)中，是一種重要的工業(yè)用酶。三維結(jié)構(gòu)及編碼基因目前已經(jīng)根本搞清楚，而且配有適宜的克隆、表達(dá)系統(tǒng)以及準(zhǔn)確的定量分析催化活性的方法，因此缺點(diǎn)目前已經(jīng)可以通過蛋白質(zhì)工程得到改進(jìn)第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例五、枯草桿菌蛋白酶對(duì)枯草桿菌蛋白酶所做的定點(diǎn)誘變已有400多個(gè)，在理論和應(yīng)用方面均取得了相當(dāng)大的進(jìn)展和成功?？莶輻U菌蛋白酶早在幾十年前就被開發(fā)成為商用的紡織品洗滌劑的添加酶，目前仍然是最根本、最重要，也是使用最廣泛、最成熟的洗滌用酶。應(yīng)用定點(diǎn)改造后的枯草桿菌蛋白酶制成的洗滌劑，便可以實(shí)現(xiàn)與漂白劑共同使用的目的了。第三節(jié)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例胰蛋白酶酶活力的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握胰蛋白酶的根本性質(zhì)；2.學(xué)會(huì)純化、結(jié)晶胰蛋白酶的根本方法；3.能夠獨(dú)立完成胰蛋白酶的活性及比活性的測(cè)定。

胰蛋白酶酶活力的測(cè)定胰蛋白酶酶活力的測(cè)定三、試劑和器材1.材料新鮮或速凍的豬胰臟2.儀器剪刀、鑷子；絞肉機(jī)；研缽；大玻璃漏斗；布氏漏斗；抽濾瓶；顯微鏡；紗布；恒溫水浴鍋；紫外分光光度計(jì)；計(jì)時(shí)器；pH試紙。胰蛋白酶酶活力的測(cè)定三、試劑和器材3.試劑pH2.5乙酸酸化水；2.5mol/LH2SO4；5mol/LNaOH；2mol/LNaOH；2mol/LHCl；0.001mol/LHCl；硫酸銨；氯化鈣。0.8mol/LpH9.0硼酸緩沖液：取20mL0.8mol/L硼酸溶液，加80mL0.2mol/L四硼酸鈉溶液，混合后，用pH計(jì)檢查校正。0.4mol/LpH9.0硼酸緩沖液〔用0.8mol/L稀釋1倍即可〕；0.2mol/LpH8.0硼酸緩沖液：取70mL0.2mol/L硼酸溶液，加30mL0.05mol/L四硼酸鈉溶液，混合后，用pH計(jì)校正。0.05mol/LpH8.0Tris－HCl緩沖液：取50mL0.1mol/Ltris〔三羥甲基氨基甲烷〕，加29.2mL0.1mol/LHCl，再加水定容至100mL。BAEE底物溶液的配制：即每毫升0.05mol/LpH8.0Tris－HCl緩沖液中加0.34mgBAEE和2.22mg的氯化鈣。胰蛋白酶酶活力的測(cè)定四、實(shí)驗(yàn)步驟〔一〕豬胰蛋白酶制備1.豬胰蛋白酶原的提取2.胰蛋白酶原激活3.胰蛋白酶的別離4.胰蛋白酶的結(jié)晶5.胰蛋白酶的重結(jié)晶胰蛋白酶酶活力的測(cè)定四、實(shí)驗(yàn)步驟〔二〕胰蛋白酶活性的測(cè)定以苯甲酰-L-精氨酸乙酯〔BAEE〕為底物，用紫外吸收法進(jìn)行測(cè)定胰蛋白酶酶活力的測(cè)定五、本卷須知

1.胰臟必需是剛屠宰的新鮮組織或速凍的。2.在室溫14～20℃條件下8～12h可激活完全，比活性到達(dá)“3000～4000BAEE單位/mg蛋白〞時(shí)即可停止激活。3.進(jìn)行結(jié)晶時(shí)應(yīng)十分細(xì)心地按規(guī)定條件操作。4.必須嚴(yán)格控制PH。5.第一次結(jié)晶時(shí)，3～5d后仍然無結(jié)晶，應(yīng)檢查pH，必要時(shí)調(diào)整pH，促使結(jié)晶形成。胰蛋白酶酶活力的測(cè)定六、思考題1．提取制備豬胰蛋白酶的過程中，應(yīng)特別注意哪些因素？2．PH值在制備中起到什么作用？3．影響晶體形成的因素有哪些？4．在測(cè)定酶的比活力過程中應(yīng)注意哪些因素？一、單細(xì)胞蛋白〔一〕SCP產(chǎn)生的背景微生物生產(chǎn)SCP的優(yōu)點(diǎn)：①在適宜條件下微生物可快速生長，有些微生物的生物量倍增時(shí)間為0.5~1h；一、單細(xì)胞蛋白〔二〕SCP的平安性及其被接納程度SCP生產(chǎn)過程中所用的原材料是影響平安性的關(guān)鍵因素要想將SCP直接作為人類的食品，就必須具備高超的制作工藝和技能一、單細(xì)胞蛋白〔三〕SCP的生產(chǎn)1.用能源物質(zhì)生產(chǎn)SCP2.用廢棄物生產(chǎn)SCP3.用農(nóng)作物生產(chǎn)SCP4.用藻類生產(chǎn)SCP〔1〕污水預(yù)處理〔2〕小球藻培養(yǎng)〔3〕收獲及加工。啤酒工藝流程示意圖二、食品和飲料的發(fā)酵生產(chǎn)〔二〕奶制品1.奶酪2.酸奶3.雙歧桿菌乳〔三〕蔬菜發(fā)酵〔腌制〕二、食品和飲料的發(fā)酵生產(chǎn)〔六〕植物蛋白飲料植物蛋白飲料是利用蛋白質(zhì)含量較高的植物種子及各種核果類為主要原料，經(jīng)加工制成的一種乳狀飲料。在以大豆為代表的植物蛋白原料中，含較高的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和其他營養(yǎng)成分。發(fā)酵型植物蛋白飲料兼有植物蛋白飲料和乳酸菌飲料的雙重優(yōu)點(diǎn)。豆奶飲料是一種理想的植物蛋白飲料，通過乳酸菌對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵作用，可進(jìn)一步改善產(chǎn)品的品質(zhì)。三、酶與食品加工四、新型甜味劑〔一〕功能性甜味劑1.功能性低聚糖2.糖醇四、新型甜味劑〔二〕高甜度新型甜昧劑1.阿斯巴甜2.甜蜜素3.甜菊甙4.甜蛋白5.二氫查爾酮6.其他五、其他食品添加劑〔一〕食用有機(jī)酸〔二〕氨基酸和維生素〔三〕調(diào)味劑或調(diào)味增強(qiáng)劑六、轉(zhuǎn)基因食品〔一〕產(chǎn)生的背景〔二〕轉(zhuǎn)基因食品的概念轉(zhuǎn)基因食品〔geneticallymodifiedfood〕是指以轉(zhuǎn)基因生物為原料加工生產(chǎn)的食品，轉(zhuǎn)基因食品包括轉(zhuǎn)基因動(dòng)物性食品、轉(zhuǎn)基因植物性食品和轉(zhuǎn)基因微生物性食品。六、轉(zhuǎn)基因食品〔三〕轉(zhuǎn)基因食品的主要優(yōu)點(diǎn)1.延長水果和蔬菜的貨架期及感官特性2.提高食品的品質(zhì)3.提高必需氨基酸的含量4.增加碳水化合物含量5.提高肉、奶和畜類產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量6.增加農(nóng)作物抗逆能力7.生產(chǎn)可食性疫苗或藥物8.生產(chǎn)功能性食品七、重組牛生長激素〔rBST〕牛生長激素〔bovinegrowthhormone，bGH〕是由腦垂體前葉嗜酸性細(xì)胞分泌的一種具有調(diào)節(jié)生長和催乳功能的內(nèi)源性激素蛋白質(zhì)。1993年，美國FDA允許在奶牛中使用rBST，作為bGH人工合成的替代品，給奶牛注射，可以人工增加奶牛產(chǎn)量，最高可增產(chǎn)15％－20％。研究證明，rBGH使用會(huì)增加牛奶中IGF-l的濃度。人和牛的IGF-l幾乎完全相同，免疫學(xué)分析方法無法區(qū)別?？赡軙?huì)對(duì)消費(fèi)者有害。八、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物〔一〕促進(jìn)動(dòng)物生長，提高生產(chǎn)性能?！捕程岣呖共×瓦m應(yīng)性〔三〕利用動(dòng)物生物反響器提取保健蛋白〔四〕提高動(dòng)物性食品的相關(guān)特性九、轉(zhuǎn)基因植物〔一〕改善食品營養(yǎng)品質(zhì)1.改善食品營養(yǎng)成份2.改善食品風(fēng)味3.增加食品的藥用價(jià)值和保健功能〔二〕改善食品加工品質(zhì)〔三〕改善食品貯藏品質(zhì)二、基因工程在食品包裝中的應(yīng)用塑料作為四大包裝材料之一，由于其質(zhì)輕、強(qiáng)度好，用量逐年遞增。聚β-羥基脂肪酸〔PHA〕是一類微生物合成的大分子聚合物，其結(jié)構(gòu)簡單，是可生物降解材料研究的熱點(diǎn)。目前，PHB的生產(chǎn)本錢依然太高?？上蛑参矬w內(nèi)引入PHB生物合成途徑，以植物為表達(dá)載體，利用CO2及光能合成。這是大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)PHB的一種很有前景的方法，用轉(zhuǎn)基因植物來生產(chǎn)PHB是降低生產(chǎn)本錢的較好選擇。

利用核酸探針檢測(cè)食物中沙門氏菌病原體的過程

四、抗體檢測(cè)系統(tǒng)〔一〕原理根本原理是抗原抗體反響，抗原抗體反響是指抗原與相應(yīng)抗體之間所發(fā)生的特異性結(jié)合反響，不同的微生物有其特異的抗原，并能激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的特異性抗體。在免疫檢測(cè)中，可利用單克隆抗體檢測(cè)微生物的特異抗原，也可利用微生物抗原檢測(cè)體內(nèi)產(chǎn)生的特異抗體。兩種方法均能判斷機(jī)體的感染狀況。四、抗體檢測(cè)系統(tǒng)〔二〕方法及應(yīng)用其應(yīng)用范圍包括：①食品成分的檢測(cè)，包括食品中諸如蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分、香氣成分及某些不期望成分的檢測(cè)等；②食品生產(chǎn)和加工過程中某些引起食品質(zhì)量問題的成分的檢測(cè)，如定性或定量檢測(cè)腐敗微生物及其酶等；③食品平安性的檢測(cè)，如病原微生物或微生物毒素、殺蟲劑、抗生素以及食品摻假物等檢測(cè)。第四節(jié)轉(zhuǎn)基因生物與食品平安第四節(jié)轉(zhuǎn)基因生物與食品平安第四節(jié)轉(zhuǎn)基因生物與食品平安三、轉(zhuǎn)基因食品的生物芯片檢測(cè)生物芯片是轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)的新方法?；蛐酒哂懈咄壳夷懿⑿袡z測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，僅靠一個(gè)實(shí)驗(yàn)就能篩選出大量的各種轉(zhuǎn)基因食品，被認(rèn)為是最具潛力的檢測(cè)手段之一。Rudi等研制出一種基于PCR的復(fù)合定