酶工程和食品產業(yè)

1、第四章：酶工程與食品產業(yè),三、固定化酶技術,固定化酶（immobilized enzyme）：用物理的或化學的方法使不溶于水的酶與水不溶性大分子載體結合或把酶包埋在水不溶性凝膠或半透膜的微囊體中。,1、為什么要固定化酶？,傳統酶（自由酶）催化反應存在如下缺點： 傳統酶催化反應幾乎都在水溶液中進行，只能一次性使用，難以回收； 酶與產物混合，增加產物分離和純化難度； 溶液中酶的穩(wěn)定性差，容易失活。 而將酶固定化能夠克服這些缺點。,該項技術于20世紀60年代發(fā)展起來的，1971年第一屆國際酶工程會議正式建議采用固定化酶的名稱。,2、固定化酶的優(yōu)點,可以重復使用，在大多數情況下，穩(wěn)定性明顯提高； 催化

2、后，酶與底物容易分開，產物易于分離純化； 反應條件易于控制，可實現反應的連續(xù)化和自動控制； 酶的利用效率高； 更適合于多酶催化反應。,3、固定化酶的缺點,存在著酶失活現象； 消耗固定化材料，增加成本； 增加底物和產物的傳質阻力。,以此，考慮固定化酶的優(yōu)缺點，在工業(yè)采用固定化還是液態(tài)的，應該根據具體情況分析而定。,4、固定化酶的主要方法,（1）載體結合法：將水不溶性的載體與酶結合。,物理吸附法：使酶直接吸附在載體上的方法。常用的載體： a 有機載體, 如面筋、淀粉等； b 無機載體, 如活性炭、氧化鋁、高嶺土、多孔玻璃、硅膠等,氧化鋁,活性碳,多孔玻璃,離子吸附法：將酶與含有離子交換基團的水不溶

3、性載體結 合。此法在工業(yè)上應用較廣泛, 常用的載體有: a 陰離子交換劑, 如二乙氨基乙基(DEA E)纖維素等; b 陽離子交換劑, 如羧甲基(CM ) 纖維素、纖維素檸檬酸鹽等。,（2）共價偶聯法：將不溶性載體與酶蛋白以共價鍵形式結合成固定化酶的方法，包括重氮法、肽鍵法和烷化法等。,（3）包埋法：將游離酶包埋于格子或微膠囊內，格子的結 構可以防止酶滲出到周圍的培養(yǎng)基中，而底物分子仍 能滲入格子內與酶接觸。,包埋法中具體的一些包埋方法,聚乙二醇（PEG）,（4）交聯法：利用雙功能或多功能試劑,使酶分子之間或酶蛋白與其它惰性蛋白之間發(fā)生交聯,凝聚成網狀結構,對酶行固定。 戊二醛是應用最廣泛的雙

4、功能試劑。,中文名稱：戊二醛（1，5-戊二醛）,（a）酶分子之間用雙功能基團的化學交聯試劑相互交聯成水不溶性的固定化酶； （b）酶分子被偶聯到水不溶性載體上形成水不溶性的固定化酶,交聯與共價偶聯不要混淆！,DEAE Cellulose 固定化過氧化氫酶 DEAE-Sephadex A-50 固定化氨基酰化酶 膠格包埋法固定化胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、 淀粉酶 戊二醛交聯固定化羧肽酶,固定化酶的應用（1）-酶法生產,固定化酶的應用（2）-多酶催化,FDH FADH ADH CO2 HCOOH HCHO CH3OH NADH NADH NADH,甲酸脫氫酶（FDH）、甲醛脫氫酶（FADH）和乙醇脫氫酶

5、（ADH）三種脫氫酶作為催化劑，以還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）作為電子供體，考察了酶法轉化CO2為甲醇的可行性。 包埋法固定化3個酶的混合物。,固定化酶的應用-酶傳感器,固定化酶膜可以選擇性地“識別”被檢測的物質，并且催化被“識別”出的物質發(fā)生化學反應；變換器則把這一催化反應中底物或產物的變量轉換成電信號，進而通過儀表顯示出來。,血糖-乳酸分析儀 測定對象為葡萄糖和L-乳酸，固定化酶膜采用葡萄糖氧化酶和L-乳酸氧化酶經戊二醛固定化制成。固定化酶膜的保存期達1年，使用壽命乳酸膜為15天以上，葡萄糖膜為30天以上。,尿糖試紙 ，水質檢測。,四、 有機介質中的酶反應,有利于疏水性底物的反應

6、； 能催化在水中不能進行的反應； 可防止由水引起的副反應； 酶和產物易于回收； 可避免微生物污染。,1、有機介質中酶促反應的條件,必需水 酶的選擇 溶劑及反應體系的選擇 pH選擇和離子強度的影響,必需水：緊緊吸附在酶分子表面，維持酶催化活性所必需 的最少量水，與溶劑中的水含量沒有關系。,a不同酶需水量不同 同一種酶在不同有機溶劑中需水量不同溶劑疏水性越強，需水量越少,山梨醇改變水活度改變底物的離子化程度,頭孢氨芐合成中助溶劑的影響,酶的選擇：,脂肪酶、蛋白酶、次黃嘌呤氧化酶、過氧化氫酶等。,脂肪酶：即三?；视王；饷?，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油單酯或二酯。廣泛應用于油脂

7、加工、食品、醫(yī)藥、日化等工業(yè)。其中用于有機相合成的具有轉酯化或酯化功能的脂肪酶的規(guī)?；a對于酶催化合成精細化學品和手性化合物有重要意義。,蛋白酶：催化蛋白質水解的酶類。皮革工業(yè)的脫毛和軟化已大量利用蛋白酶。蛋白酶還可用于蠶絲脫膠、肉類嫩化、酒類澄清。加酶洗衣粉是洗滌劑中的新產品，含堿性蛋白酶，能去除衣物上的血漬和蛋白污物。,有機介質中酶催化的應用,酶 催化反應 應用 脂肪酶 肽合成 青霉素G前體肽合成 酯合成 醇與有機酸合成酯類 轉酯 各類酯類生產 聚合 二酯的選擇性聚合 酰基化 甘醇的?；?蛋白酶 肽合成 合成多肽 ?；?糖類?；?羥基化酶 氧化 甾體轉化 過氧化物酶 聚合酚類、胺類

8、化合物的聚合 膽固醇氧化酶 氧化 膽固醇測定 醇脫氫酶 酯化 有機硅醇的酯化,溶劑的選擇：,水溶性有機溶劑：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙腈等 水不溶性的有：石油醚、己烷、庚烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、戊醚等,有機溶劑的選擇,H選擇和離子強度的影響,酶在水相的pH值可在有機相中保持，同一種酶不同來源，對pH值敏感程度大不相同。,有機介質中酶反應應用（1） -手性化合物的拆分,手性化合物：是指化學組成相同，而其立體結構互為對映 體的兩種異構體化合物。 一種有顯著療效，另一種有療效弱或無效 一種有顯著療效，另一種有毒副作用 兩種對映體的藥效相反 兩種對映體具有各自不同的藥效 兩種消旋體的作用具有互補性,手性藥物的拆分已經成為最熱門、最具發(fā)展性的酶學研究應用領域。,核心：利用酶的對映體選擇性進行光學異構體的合成與拆分。,青霉素?；?青霉素?；复呋辶涟彼岵鸱?有機介質中酶反應應用（2）-生物柴油,生產生物柴油的兩大方法： 化學法：采用生物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氫氧化鈉 (占油脂 重量的1%) 或甲醇鈉做為觸媒，在酸性或者堿性催化劑和高溫 （230250）下發(fā)生酯交換反應生成相應的脂肪酸甲酯或乙 酯，再經洗滌干燥即得生物柴油