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?果汁實際上，酶已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個領(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，影響產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)用葡萄糖氧化酶進行蛋白脫糖處理，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菌細胞壁中肽多糖水解的水解酶。破壞細胞壁使細菌溶解死亡。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，大豆多肽就是一個典型的例子。大豆多肽可以應(yīng)用于老年人保健食品、運動員食品、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，減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物及有害細菌酶的產(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。啤酒其獨特的色、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行補救。8乳制品中的點金石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。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)生就會開點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。這是因為它們能分解蛋白質(zhì)和多肽，從而增加了組織的通透性，促進炎癥壞死組織溶解，具有消炎、消腫等效用。外科處方單上常有溶菌酶。

它能分解細菌堅韌的細胞壁，使細菌溶解死亡，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，使癌細胞“餓”死，而人體正常細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?，F(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菌，現(xiàn)在用上百萬單位還不能殺死，原因是細菌產(chǎn)生了耐藥性。利用酶稍改變青霉素的結(jié)構(gòu)，即有利于對細胞的攻擊，如加上一個“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、巧克力等有機污漬。在個人用品工業(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磷酸鹽，而未消化的植酸磷被排出動物體外，不僅意味著對磷這種貴重原料的浪費，而且會造成環(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，酶可以檢測有機磷、有機氯等痕量環(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)細菌α-淀粉酶，這標(biāo)志著微生物酶的生產(chǎn)進入大規(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)達到24億美元

據(jù)1985年的統(tǒng)計數(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。總公司位于丹麥，在天津有它的生產(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)過嚴格的安全性評價，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)，主要細菌淀粉酶，填補了我國工業(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)省了勞動力與廠房。在我國食品工業(yè)用酶制劑按食品添加劑進行管理。對新申請的酶制劑進行衛(wèi)生學(xué)評價,包括毒理試驗、理化檢驗和微生物檢驗使用微生物生產(chǎn)酶制劑,必須提供微生物的菌種鑒定報告、毒理試驗報告等安全性評價資料。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。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花費

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的一類底物。酶為什么具有專一性？鎖、鑰學(xué)說認為整個酶分子的天然構(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)說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀.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