我的課件--第五章--酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1、一、酶工程概述一、酶工程概述 酶工程技術(shù)的應(yīng)用范圍大致有：（酶工程技術(shù)的應(yīng)用范圍大致有：（1）對(duì)生物寶庫(kù)中存）對(duì)生物寶庫(kù)中存在天然酶的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)；（在天然酶的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)；（2）自然酶的分離純化及鑒）自然酶的分離純化及鑒定技術(shù)；（定技術(shù)；（3）酶的固定化技術(shù)（固定化酶和固定化細(xì)）酶的固定化技術(shù)（固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)）；（胞技術(shù)）；（4）酶反應(yīng)器的研制和應(yīng)用；（）酶反應(yīng)器的研制和應(yīng)用；（5）與其它）與其它生物技術(shù)領(lǐng)域的交叉和滲透。生物技術(shù)領(lǐng)域的交叉和滲透。其中固定化酶技術(shù)是酶工其中固定化酶技術(shù)是酶工程的核心。程的核心。 加酶洗衣粉中加入一些酶可大大加強(qiáng)其去污能力。加酶洗衣粉中加入一些酶可大大加

2、強(qiáng)其去污能力。用葡萄糖生產(chǎn)果糖行業(yè)來(lái)說(shuō)，將葡萄糖異構(gòu)酶固定起來(lái)，用葡萄糖生產(chǎn)果糖行業(yè)來(lái)說(shuō)，將葡萄糖異構(gòu)酶固定起來(lái)，不僅能使其在常溫、常壓下行使專一的催化功能，而且由不僅能使其在常溫、常壓下行使專一的催化功能，而且由于酶密度提高，使催化效率更高、反應(yīng)更易控制。于酶密度提高，使催化效率更高、反應(yīng)更易控制。菠蘿蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、胃蛋白酶等十幾種可以菠蘿蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、胃蛋白酶等十幾種可以進(jìn)行食物轉(zhuǎn)化的酶都已進(jìn)入食品和藥物中，以解除許多有進(jìn)行食物轉(zhuǎn)化的酶都已進(jìn)入食品和藥物中，以解除許多有胃分泌功能障礙患者的痛苦，此外還有抗腫瘤的胃分泌功能障礙患者的痛苦，此外還有抗腫瘤的L-L-天冬酰

3、天冬酰胺酶、白喉毒素，用于治療炎癥的胰凝乳蛋白酶，降血壓胺酶、白喉毒素，用于治療炎癥的胰凝乳蛋白酶，降血壓的激肽釋放酶，溶解血凝塊的尿激酶等。的激肽釋放酶，溶解血凝塊的尿激酶等。新型青霉素產(chǎn)品及青霉素酶抑制劑等也都是酶工程在醫(yī)藥新型青霉素產(chǎn)品及青霉素酶抑制劑等也都是酶工程在醫(yī)藥醫(yī)療領(lǐng)域的成功應(yīng)用實(shí)例。醫(yī)療領(lǐng)域的成功應(yīng)用實(shí)例。 n(2) (2) 液體發(fā)酵法液體發(fā)酵法發(fā)酵條件既要有利菌體生長(zhǎng)繁殖，又不影響酶的形成發(fā)酵條件既要有利菌體生長(zhǎng)繁殖，又不影響酶的形成（1 1）酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制）酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制2.1.4.1 2.1.4.1 通過(guò)條件控制提高酶產(chǎn)量通過(guò)條件控制提高酶產(chǎn)量2.1.4.3 2.1

4、.4.3 其他提高酶產(chǎn)量的方法其他提高酶產(chǎn)量的方法2.2 2.2 酶的分離純化酶的分離純化交聯(lián)法半衰期延長(zhǎng)半衰期延長(zhǎng)連續(xù)式攪拌罐連續(xù)式攪拌罐固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器厭氧流化床氣提式生物流化床 傳統(tǒng)的啤酒生產(chǎn)主要依靠麥芽中的傳統(tǒng)的啤酒生產(chǎn)主要依靠麥芽中的、一淀粉酶的水解作用，一淀粉酶的水解作用，生成麥芽糖，進(jìn)而發(fā)酵過(guò)濾等，又稱生成麥芽糖，進(jìn)而發(fā)酵過(guò)濾等，又稱全麥啤酒全麥啤酒。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程緩慢，效率低，難以適應(yīng)現(xiàn)代化的要求，正逐步向外加酶制劑的緩慢，效率低，難以適應(yīng)現(xiàn)代化的要求，正逐步向外加酶制劑的方向發(fā)展。方向發(fā)展。多種酶的添加成為現(xiàn)代啤酒技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志。多種酶的添加成為現(xiàn)

5、代啤酒技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志。 前蘇聯(lián)專家把酵母細(xì)胞鑲嵌在陶瓷或聚乙烯材料的環(huán)形載體上進(jìn)行啤前蘇聯(lián)專家把酵母細(xì)胞鑲嵌在陶瓷或聚乙烯材料的環(huán)形載體上進(jìn)行啤酒發(fā)酵，發(fā)酵周期縮短到酒發(fā)酵，發(fā)酵周期縮短到2d ，鮮啤酒的理化指標(biāo)均可達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量比傳統(tǒng)，鮮啤酒的理化指標(biāo)均可達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量比傳統(tǒng)增加增加2一一2.5 倍。倍。 啤酒中含有多肽和多酚物質(zhì)，在長(zhǎng)期放置過(guò)程中，會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，使啤酒中含有多肽和多酚物質(zhì)，在長(zhǎng)期放置過(guò)程中，會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，使啤酒變混濁。在啤酒中添加啤酒變混濁。在啤酒中添加木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶等蛋白酶，可以水解其中的蛋白質(zhì)和等蛋白酶，可以水解其中的蛋白質(zhì)和多肽，多肽，防止出現(xiàn)混濁防止出現(xiàn)混濁。

6、但是，如果水解作用過(guò)度，會(huì)影響啤酒泡沫的保持性。但是，如果水解作用過(guò)度，會(huì)影響啤酒泡沫的保持性。研究用研究用固定化木瓜蛋白酶固定化木瓜蛋白酶來(lái)處理啤酒，既可克服蛋白酶的這一缺陷，又可防來(lái)處理啤酒，既可克服蛋白酶的這一缺陷，又可防止啤酒的混濁。止啤酒的混濁。 通過(guò)蛋白酶來(lái)降解啤酒中的蛋白質(zhì)，提高啤酒穩(wěn)定性。目前主要采用添加通過(guò)蛋白酶來(lái)降解啤酒中的蛋白質(zhì)，提高啤酒穩(wěn)定性。目前主要采用添加菠蘿蛋白酶和木瓜蛋白酶，加入方式多數(shù)是在成熟啤酒過(guò)濾之前，與酒液混合菠蘿蛋白酶和木瓜蛋白酶，加入方式多數(shù)是在成熟啤酒過(guò)濾之前，與酒液混合進(jìn)過(guò)濾機(jī)，或者直接加入清酒罐中。進(jìn)過(guò)濾機(jī)，或者直接加入清酒罐中。 氧化作用是促

7、使啤酒混濁的重要因素。氧化作用是促使啤酒混濁的重要因素。葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶的存在可以去除啤酒的存在可以去除啤酒中的溶氧和成品酒中瓶頸氧，是中的溶氧和成品酒中瓶頸氧，是阻止啤酒氧化變質(zhì)、防止老化、保持啤酒原有阻止啤酒氧化變質(zhì)、防止老化、保持啤酒原有風(fēng)味、延長(zhǎng)保質(zhì)期風(fēng)味、延長(zhǎng)保質(zhì)期的一項(xiàng)有效措施。的一項(xiàng)有效措施。 成品啤酒中序葡聚糖含量超標(biāo)，容易形成霧濁或凝膠沉淀，嚴(yán)重影響產(chǎn)成品啤酒中序葡聚糖含量超標(biāo)，容易形成霧濁或凝膠沉淀，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)中常因發(fā)芽欠佳而導(dǎo)致品質(zhì)量。在生產(chǎn)中常因發(fā)芽欠佳而導(dǎo)致-葡聚糖超標(biāo)。添加葡聚糖超標(biāo)。添加-葡聚糖酶葡聚糖酶來(lái)降來(lái)降低低-葡聚糖含量，保障糖化和發(fā)

8、酵的正常進(jìn)行，提高啤酒的持泡性和穩(wěn)定性。葡聚糖含量，保障糖化和發(fā)酵的正常進(jìn)行，提高啤酒的持泡性和穩(wěn)定性。E. 降低啤酒中雙乙酰含量降低啤酒中雙乙酰含量 在啤酒生產(chǎn)中，雙乙酰的形成與消除直接影響啤酒成熟和發(fā)酵周期。一在啤酒生產(chǎn)中，雙乙酰的形成與消除直接影響啤酒成熟和發(fā)酵周期。一般成品啤酒的雙乙酞含量不得超過(guò)般成品啤酒的雙乙酞含量不得超過(guò)0.lmg/L，否則會(huì)使啤酒帶有不愉快的餿，否則會(huì)使啤酒帶有不愉快的餿味。味。a 一乙酞乳酸脫梭酶一乙酞乳酸脫梭酶可使可使a 一乙酞乳酸轉(zhuǎn)化為一乙酞乳酸轉(zhuǎn)化為3 一經(jīng)基丙酮，改變了一經(jīng)基丙酮，改變了a 一乙酞乳酸轉(zhuǎn)化途徑，從而有效地降低啤酒中雙乙酞的含量，加快啤酒

9、的成一乙酞乳酸轉(zhuǎn)化途徑，從而有效地降低啤酒中雙乙酞的含量，加快啤酒的成熟。熟。 與普通啤酒相比，干啤酒（與普通啤酒相比，干啤酒（dry beer ）具有發(fā)酵度高、殘?zhí)堑?、熱）具有發(fā)酵度高、殘?zhí)堑?、熱量低、干爽及飲后無(wú)余味等特點(diǎn)。隨著人們生活水平的不斷提高，干啤酒量低、干爽及飲后無(wú)余味等特點(diǎn)。隨著人們生活水平的不斷提高，干啤酒越來(lái)越受歡迎，已成為目前國(guó)際市場(chǎng)上的新潮飲品。越來(lái)越受歡迎，已成為目前國(guó)際市場(chǎng)上的新潮飲品。 生產(chǎn)干啤酒，要求提高發(fā)酵度，降低殘?zhí)?。提高發(fā)酵度主要通過(guò)提生產(chǎn)干啤酒，要求提高發(fā)酵度，降低殘?zhí)恰Ｌ岣甙l(fā)酵度主要通過(guò)提高麥汁可發(fā)酵糖的含量或選育高發(fā)酵度的菌種。高麥汁可發(fā)酵糖的含量或

10、選育高發(fā)酵度的菌種。 通過(guò)添加通過(guò)添加a 一淀粉酶、異淀粉酶、糖化酶、普魯蘭酶一淀粉酶、異淀粉酶、糖化酶、普魯蘭酶等酶制劑，可以等酶制劑，可以提高發(fā)酵度，釀造干啤酒。提高發(fā)酵度，釀造干啤酒。n 橘苷酶橘苷酶可用于分解柑橘類果肉和果汁中的柚皮苷，以脫除苦味；可用于分解柑橘類果肉和果汁中的柚皮苷，以脫除苦味；橙橙皮苷酶皮苷酶可使橙皮苷分解，能有效地防止柑橘類罐頭制品出現(xiàn)白色渾濁；可使橙皮苷分解，能有效地防止柑橘類罐頭制品出現(xiàn)白色渾濁；果膠酶果膠酶可用于果汁和果酒的澄清；可用于果汁和果酒的澄清；纖維素酶纖維素酶可將傳統(tǒng)加工中果皮渣等廢可將傳統(tǒng)加工中果皮渣等廢棄物綜合利用，促進(jìn)果汁的提取與澄清，提高可

11、溶性固形物含量。棄物綜合利用，促進(jìn)果汁的提取與澄清，提高可溶性固形物含量。 果汁生產(chǎn)中果膠酶的應(yīng)用果汁生產(chǎn)中果膠酶的應(yīng)用 在渾濁果汁內(nèi)加入果膠裂解酶（在渾濁果汁內(nèi)加入果膠裂解酶（PL ）并輕輕攪拌，在酶作）并輕輕攪拌，在酶作用下，不溶性果膠漸漸凝聚成絮狀物析出，從而可以獲得清澈用下，不溶性果膠漸漸凝聚成絮狀物析出，從而可以獲得清澈的琥珀色蘋(píng)果汁。有的蘋(píng)果因果肉柔軟難以壓出果汁，但添加的琥珀色蘋(píng)果汁。有的蘋(píng)果因果肉柔軟難以壓出果汁，但添加PL 能大大促進(jìn)果汁的提取。能大大促進(jìn)果汁的提取。 n 果汁澄清果汁澄清 新壓榨出來(lái)的果汁不黏度大，而且渾濁。加果膠酶澄清處理后，使果新壓榨出來(lái)的果汁不黏度大，

12、而且渾濁。加果膠酶澄清處理后，使果汁得以快速澄清、易于過(guò)濾。汁得以快速澄清、易于過(guò)濾。0. 1 % 的果膠酶與的果膠酶與0. 1 的纖維素酶結(jié)合的纖維素酶結(jié)合使用，效果更好。有些果汁含較多淀粉，為了防止果汁由于淀粉的存在出使用，效果更好。有些果汁含較多淀粉，為了防止果汁由于淀粉的存在出現(xiàn)渾濁，可用淀粉酶進(jìn)行澄清處理?，F(xiàn)渾濁，可用淀粉酶進(jìn)行澄清處理。n果酒澄清、過(guò)濾果酒澄清、過(guò)濾 常見(jiàn)的保鮮技術(shù)主要有添加防腐劑或保鮮劑和冷凍、加熱、常見(jiàn)的保鮮技術(shù)主要有添加防腐劑或保鮮劑和冷凍、加熱、干燥、密封、腌制、煙熏等。隨著人們對(duì)食品的要求不斷提高干燥、密封、腌制、煙熏等。隨著人們對(duì)食品的要求不斷提高和科學(xué)

13、技術(shù)的不斷發(fā)展，一種嶄新的食品保鮮技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一種嶄新的食品保鮮技術(shù) 酶法保酶法保鮮正在崛起。鮮正在崛起。 酶法保鮮的原理是利用酶的催化作用，防止或消除外界因酶法保鮮的原理是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素對(duì)食品的不良影響，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持食品原有的品質(zhì)和風(fēng)素對(duì)食品的不良影響，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持食品原有的品質(zhì)和風(fēng)味。目前應(yīng)用較多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鮮。味。目前應(yīng)用較多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鮮。 葡萄糖氧化酶（葡萄糖氧化酶（glucose oxidase ）是一種氧化還原酶，）是一種氧化還原酶，它可催化葡萄糖與氧反應(yīng)，生成葡萄糖酸和它可催化葡萄糖與氧反應(yīng)，生

14、成葡萄糖酸和雙氧水雙氧水，有效地防止，有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。 葡萄糖氧化酶可以在有氧條件下，將蛋類制品中的少量葡萄葡萄糖氧化酶可以在有氧條件下，將蛋類制品中的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 食品在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏保存過(guò)程中，氧的存在容易引發(fā)色、香、味的改變。食品在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏保存過(guò)程中，氧的存在容易引發(fā)色、香、味的改變。如油脂的酸敗，水果蔬菜及草毒醬、蘋(píng)果醬、肉類等變色，影響商品質(zhì)量。如油脂的酸敗，水果蔬菜及草毒醬、蘋(píng)果醬、肉類等變色，影響商品質(zhì)量。葡萄糖氧化酶

15、可有效防止氧化的發(fā)生葡萄糖氧化酶可有效防止氧化的發(fā)生。葡萄糖氧化酶可直接加入到啤酒及。葡萄糖氧化酶可直接加入到啤酒及果汁、果酒和水果罐頭中，不僅起到防止食品氧化變質(zhì)的作用，還可有效果汁、果酒和水果罐頭中，不僅起到防止食品氧化變質(zhì)的作用，還可有效防止罐裝容器的氧化腐蝕。含有葡萄糖氧化酶的吸氧保鮮袋也已在生產(chǎn)中防止罐裝容器的氧化腐蝕。含有葡萄糖氧化酶的吸氧保鮮袋也已在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。得到廣泛應(yīng)用。 n蛋類制品的脫糖保鮮蛋類制品的脫糖保鮮 蛋類蛋白中含有蛋類蛋白中含有0.5 一一0.6 的葡萄糖，其羧基與蛋白質(zhì)的氨基反應(yīng)，的葡萄糖，其羧基與蛋白質(zhì)的氨基反應(yīng)，結(jié)合生成黑蛋白，出現(xiàn)褐變、小黑點(diǎn)，使加

16、工產(chǎn)品色澤加深、溶解度降低并結(jié)合生成黑蛋白，出現(xiàn)褐變、小黑點(diǎn)，使加工產(chǎn)品色澤加深、溶解度降低并有不愉快氣味，必須進(jìn)行脫糖處理，除去蛋白中的葡萄糖。將一定量的有不愉快氣味，必須進(jìn)行脫糖處理，除去蛋白中的葡萄糖。將一定量的葡萄葡萄糖氧化酶糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，并適當(dāng)配合一定量的加到蛋白液或全蛋液中，并適當(dāng)配合一定量的過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化氫酶可使葡萄可使葡萄糖完全氧化。既除掉了蛋白中的葡萄糖，又提高了生產(chǎn)效率，保障了產(chǎn)品的糖完全氧化。既除掉了蛋白中的葡萄糖，又提高了生產(chǎn)效率，保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。質(zhì)量。 溶菌酶對(duì)人體無(wú)害，可有效防止細(xì)菌對(duì)食品的溶菌酶對(duì)人體無(wú)害，可有效防止細(xì)菌對(duì)食品的污染，用途廣泛。污染，用途廣泛。 用一定濃度的用一定濃度的溶菌酶溶液溶菌酶溶液進(jìn)行噴灑，即可對(duì)水產(chǎn)品起到進(jìn)行噴灑，即可對(duì)水產(chǎn)品起到防腐保鮮防腐保鮮效果。效果。既可節(jié)省冷凍保鮮的高昂的設(shè)備投資，又可防止鹽腌、干制引起產(chǎn)品風(fēng)味的既可節(jié)省冷凍保鮮的高昂的設(shè)備投資，又可防止鹽腌、干制引起產(chǎn)品風(fēng)味的改變，簡(jiǎn)單實(shí)用，易于推廣。