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1、第三章酶工程在食品工业中的应用PPT推荐现在学习的是第1页，共101页酶的概念酶的概念目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类酶酶 、核酶（脱氧核酶）核酶（脱氧核酶）n酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。效催化作用的蛋白质。现在学习的是第2页，共101页酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一百余年前，一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。189
2、7年，年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核核酶酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，JackW.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连接接酶酶活性活性DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。现在学习的是第3页，共101页酶与生命活动密切相关酶与生命活动密切相关n所有生命活动或过程都需要酶
3、的参与所有生命活动或过程都需要酶的参与（1）执行具体生理机能）执行具体生理机能（2）降解大分子）降解大分子（3）协同激素起信号转化、传递、放大作用）协同激素起信号转化、传递、放大作用（4）催化代谢反应）催化代谢反应n酶的组成和分布是生物进化与组织功能分化的基础酶的组成和分布是生物进化与组织功能分化的基础n在在生生物物进进化化过过程程中中形形成成了了从从酶酶的的合合成成到到酶酶的的结结构构和活性各种水平的调节机构。和活性各种水平的调节机构。现在学习的是第4页，共101页第一部分第一部分酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzy
4、me现在学习的是第5页，共101页（一）结构组成（一）结构组成仅含氨基酸组分仅含氨基酸组分的酶称为的酶称为单纯酶单纯酶有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为因子。这类酶称为单纯酶单纯酶（simpleenzyme）。）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。酸酶等。一、一、酶的分子组成酶的分子组成现在学习的是第6页，共101页（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨基酸（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨基酸组分的酶称为组分的酶称为结合酶结合酶结合酶结合酶（conjugatedenzyme
5、）是除了在其组成中含）是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分分 蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)决定反应的特异性及其催化机制决定反应的特异性及其催化机制 决定反应的性决定反应的性质和反应类型质和反应类型 现在学习的是第7页，共101页辅助因子分类辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用
6、疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超滤透析或超滤的方法除去的方法除去。现在学习的是第8页，共101页二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团必需基团(essentialgroup)酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学基团。基团。常见的必需基团常见的必需基团 Ser-OHSer-OHHis-His-咪唑基咪唑基Cys-SHCys-SHAspAsp、Glu-COOHGlu-COOH 现在学习的是
7、第9页，共101页或称活性部位或称活性部位(activesite)，指必需基团在指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。物。酶的活性中心酶的活性中心(activecenter)现在学习的是第10页，共101页活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空位于活性中心以外，维持
8、酶活性中心应有的空间构象所必需。间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团现在学习的是第11页，共101页底 物 活性中心以外的必需基团结合基团催化基团 活性中心 现在学习的是第12页，共101页酶的催化特性酶的催化特性1、与一般催化剂的共性、与一般催化剂的共性2、作为生物催化剂的特性、作为生物催化剂的特性 现在学习的是第13页，共101页1 1、与一般催化剂的共性、与一般催化剂的共性（1）用量少；效率高；反应前后质和量不变）用量少；效率高；反应前后质和量不变（2）加速化学反应的速度，不改变反应的平衡）加速化学反应的速度，不改变反应的平衡点点 (3)(3)不不能够触发热力学上不能进
9、行的反应。能够触发热力学上不能进行的反应。（4）催催化化可可逆逆反反应应的的酶酶对对正正反反应应、逆逆反反应应都都有有催催化作用化作用（5）降低反应的活化能。）降低反应的活化能。现在学习的是第14页，共101页（一）（一）高度的催化效率高度的催化效率（二）高度的特异性（二）高度的特异性（三）（三）可调节性可调节性2 2、作为生物催化剂的特性作为生物催化剂的特性现在学习的是第15页，共101页二酶的分类：二酶的分类：1氧化还原酶2转移酶3水解酶4裂合酶5异构酶6连接酶（合成酶）7核酸酶（催化核酸）现在学习的是第16页，共101页1氧化还原酶(Oxidoreductase)包括脱氢酶(Dehydr
10、ogenase)、氧化酶(Oxidase)、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶等现在学习的是第17页，共101页2转移酶(Transferase)包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶等基转移酶、含氮基转移酶等现在学习的是第18页，共101页3水解酶(Hydrolase)脂肪酶、糖苷酶、肽酶等，水解酶一般不需辅酶现在学习的是第19页，共101页4裂合酶(Lyase)这类酶可脱去底物上某一基团留下双键，或可相反地在双键处加入某一基团。现在学习的是第20页，共101页5异构酶(Isomerase)此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构化，分别
11、进行外消旋、差向异构、顺反异构等现在学习的是第21页，共101页6连接酶（合成酶）这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅助因子。分别形成助因子。分别形成C-O键（与蛋白质合成有关）、键（与蛋白质合成有关）、C-S键（与脂肪酸合成有关）、键（与脂肪酸合成有关）、C-C键和磷酸酯键。键和磷酸酯键。现在学习的是第22页，共101页7.核酸酶（催化核酸）核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化能够催
12、化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。现在学习的是第23页，共101页酶用于生物催化的概况类别占总酶比例%利用率%水解酶 hydrolases2665氧化还原酶oxidoreductases2725转移酶 transferases245裂合酶 lyases125异构酶 isomerases51连接酶 ligases61现在学习的是第24页，共101页酶与底物的结合模型a 锁和钥匙模型b 诱导锲合模型 现在学习的是第25页，共101页2 关于酶与底物分子结合的假说（1）.中间络合物学说：底物先与酶结合成不稳定的中间络合物，然后再分解释放出酶与底物证实：H2O
13、2+过氧化物酶过氧化物酶（H2O2过氧化物酶）过氧化物酶）（褐色）褐色）（红色）红色）645587548498nm561550nm（H2O2过氧化物酶）过氧化物酶）+AH2过氧化物酶过氧化物酶+A+2H2O（红色）红色）（褐色）褐色）现在学习的是第26页，共101页（2）锁钥匙学说：）锁钥匙学说：1890年年Fisher提出。提出。该学说认为酶的天然构象是刚性的，如果底物分子结构上存在着微小的差别，就不能契入酶分子中，从而不能被酶催化。现在学习的是第27页，共101页（3）诱导契合假说）诱导契合假说:Koshland提出提出 当酶分子与底物接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生了有利于底物
14、结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。现在学习的是第28页，共101页第二部分第二部分 酶工程概述酶工程概述一、酶工程的概念一、酶工程的概念 酶工程酶工程:酶的大批量生产以及利用酶的催化作用酶的大批量生产以及利用酶的催化作用,借助工程技术借助工程技术手段进行物质转化手段进行物质转化,生产人们所需要产品的技术。生产人们所需要产品的技术。现在学习的是第29页，共101页酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系 现在学习的是第30页，共101页二、酶工程的内容二、酶工程的内容 根据酶工程研究和解决问题的手段不同，将酶工程分为根据酶工程研究和解决
15、问题的手段不同，将酶工程分为化学化学酶工程和生物酶工程酶工程和生物酶工程。（一）（一）化学酶工程化学酶工程亦称初级酶工程，亦称初级酶工程，指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。研究和应用。现在学习的是第31页，共101页（二）生物酶工程（二）生物酶工程 生物酶工程主要包括三个方面：生物酶工程主要包括三个方面：一是用基因工程技术大量生产酶是用基因工程技术大量生产酶(克隆酶克隆酶)，二是修饰酶基因产生遗传修饰酶二是修饰酶基因产生遗传修饰酶(突变酶突变酶)，三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶(新酶
16、新酶)现在学习的是第32页，共101页当前酶工程的主要任务是：当前酶工程的主要任务是：研制分解纤维素和木质素的酶、使低分子有机物聚合的研制分解纤维素和木质素的酶、使低分子有机物聚合的酶、检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合利用酶。酶、检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合利用酶。利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体系，固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体系，特定生物反应的研究和应用。特定生物反应的研究和应用。用微生物和动植物组织研究生物传感器。用微生物和动植物组织研究生物传感器。非水系统的反应
17、技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高效催化剂的人工合成研究。效催化剂的人工合成研究。现在学习的是第33页，共101页第三部分第三部分 食品酶的生产与分离纯化食品酶的生产与分离纯化 一、酶的生产一、酶的生产 获得酶制剂的方法有获得酶制剂的方法有:化学合成化学合成从生物体内直接提取分离从生物体内直接提取分离 目前酶的生产主要以微生物为原料。目前酶的生产主要以微生物为原料。现在学习的是第34页，共101页（一）对酶生产菌的要求（一）对酶生产菌的要求 1、不能是致病菌。、不能是致病菌。可用于食品的有枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母等可用于食品的有枯草
18、芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母等 2、不易退化，不易感染噬菌体。、不易退化，不易感染噬菌体。3、产酶量高，而且最好产生胞外酶。、产酶量高，而且最好产生胞外酶。4、能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。、能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。生产菌种的获得生产菌种的获得:除了从菌种保存机构和有关部门获得外，一般除了从菌种保存机构和有关部门获得外，一般都有要通过筛选得到。都有要通过筛选得到。筛选包括：菌样采集、菌种分离、筛选包括：菌样采集、菌种分离、纯化和生产性能检定。纯化和生产性能检定。现在学习的是第35页，共101页（三）（三）提高酶产量的方法提高酶产量的方法 在正常情况下，酶产量受其合成
19、调节机制的调控，因在正常情况下，酶产量受其合成调节机制的调控，因此要提高酶产量就必须此要提高酶产量就必须打破这种调控机制。打破这种调控机制。酶合成调节控制能保证机体最经济有效地将体内原料酶合成调节控制能保证机体最经济有效地将体内原料和能量用于合成生命活动最需要的物质，但是人们为了需和能量用于合成生命活动最需要的物质，但是人们为了需要使某些酶大量合成就必须打破这种调节机构。要使某些酶大量合成就必须打破这种调节机构。现在学习的是第36页，共101页1、通过条件控制提高酶产量、通过条件控制提高酶产量(1)添加诱导物添加诱导物:这种方法只适应于诱导酶的合成。其关键这种方法只适应于诱导酶的合成。其关键在
20、于选择适宜的诱导物及其浓度。在于选择适宜的诱导物及其浓度。诱导物：诱导物：一是酶的作用底物，但有些底物并不一定是诱一是酶的作用底物，但有些底物并不一定是诱导物；导物；二是一些难以代谢的底物类似物。二是一些难以代谢的底物类似物。三是诱导物的前体物质。三是诱导物的前体物质。此外此外,对于参加分解代谢的胞外酶，它们的产物也对于参加分解代谢的胞外酶，它们的产物也往往行诱导作用，如纤维二糖诱导纤维素酶。往往行诱导作用，如纤维二糖诱导纤维素酶。现在学习的是第37页，共101页(2)降低阻遏物浓度降低阻遏物浓度:对于受分解代谢产物阻遏的酶，常采用直接限制碳源或相应对于受分解代谢产物阻遏的酶，常采用直接限制碳
21、源或相应的生长因子供应。的生长因子供应。对于合成代谢的酶解决尾产物阻遏的方法对于合成代谢的酶解决尾产物阻遏的方法l在培养基中添加尾产物类似物或尾产物形成的抑制剂在培养基中添加尾产物类似物或尾产物形成的抑制剂l采用营养缺陷型菌株，限制其必须生长因子的供应采用营养缺陷型菌株，限制其必须生长因子的供应u阻遏有两种：分解代谢产物阻遏、尾产物阻遏阻遏有两种：分解代谢产物阻遏、尾产物阻遏u分解代谢产物阻遏：当细胞在容易利用的碳源（葡萄糖）上生长时，有分解代谢产物阻遏：当细胞在容易利用的碳源（葡萄糖）上生长时，有些酶特别是参与代谢的酶类的合成受阻。些酶特别是参与代谢的酶类的合成受阻。u尾产物阻遏：有些酶当它
22、们的作用产物积累到一定浓度，并满足集尾产物阻遏：有些酶当它们的作用产物积累到一定浓度，并满足集体需要后，其合成就受阻。体需要后，其合成就受阻。现在学习的是第38页，共101页2、通过基因突变提高酶产量、通过基因突变提高酶产量 根据酶合成的调节机构，要使酶产量因基因突变而提高，根据酶合成的调节机构，要使酶产量因基因突变而提高，有两种可能：有两种可能：一是使诱导型变成组成型：即获得的突变株在没有诱导物存一是使诱导型变成组成型：即获得的突变株在没有诱导物存在的条件下酶产量达诱导的水平；在的条件下酶产量达诱导的水平；二是使阻遏型变为去阻遏型：即获得的突变株在引起阻遏的二是使阻遏型变为去阻遏型：即获得的
23、突变株在引起阻遏的条件下，酶产量达到无阻遏的水平。条件下，酶产量达到无阻遏的水平。方法方法：物理：紫外线、物理：紫外线、X-射线射线化学：化学：5-溴代尿嘧啶、亚硝酸等溴代尿嘧啶、亚硝酸等基因突变基因突变？基因重组？基因重组？现在学习的是第39页，共101页3、其他提高酶产量的方法、其他提高酶产量的方法(1)添加表面活性剂：添加表面活性剂：人们发现许多表面活性剂能提高酶的产量，特别有人们发现许多表面活性剂能提高酶的产量，特别有利于霉菌胞外酶的生产，而且它们对菌和酶没有专一性，利于霉菌胞外酶的生产，而且它们对菌和酶没有专一性，通常用的是非离子型表面活性剂如通常用的是非离子型表面活性剂如Tween
24、80、TritomX-100等。等。目前认为，表面活性剂可能是提高了细胞膜的透性，有目前认为，表面活性剂可能是提高了细胞膜的透性，有助于打破细胞内酶合成的助于打破细胞内酶合成的“反馈平衡反馈平衡”。(2)其他产酶促进剂：其他产酶促进剂：有时添加其他一些物质也能提高酶有时添加其他一些物质也能提高酶的产量。如枯青霉培养基中添加植酸钙镁，可使的产量。如枯青霉培养基中添加植酸钙镁，可使5-P-二二酯酶产量增加酯酶产量增加10-20倍。倍。(3)通过基因重组提高酶的产量通过基因重组提高酶的产量：现在学习的是第40页，共101页二、酶的分离纯化（二、酶的分离纯化（P37）酶的分离纯化包括三个基本的环节：酶
25、的分离纯化包括三个基本的环节：抽提：即把酶从材料转入溶剂中制成酶溶液；抽提：即把酶从材料转入溶剂中制成酶溶液；纯化：即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离纯化：即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来；出来；制剂：即将酶制成各种剂型。制剂：即将酶制成各种剂型。现在学习的是第41页，共101页三、酶与细胞固定化三、酶与细胞固定化从从20世纪世纪60年代起，固定化酶研究的发展很快。初年代起，固定化酶研究的发展很快。初期，人们集中于各种制备方法的研究，近年，人们的期，人们集中于各种制备方法的研究，近年，人们的注意力已开始转向固定化酶和固定化细胞在工业、医注意力已开始转向固定化酶和固定化细胞
26、在工业、医学、化学分析、亲和层析和环境保护、能源开发以及学、化学分析、亲和层析和环境保护、能源开发以及理论研究等方面的应用研究。理论研究等方面的应用研究。固定化酶：固定化酶：指经过一定改造后被限制在一定的空指经过一定改造后被限制在一定的空间内，能模拟体内酶的作用方式，并可反复连续地间内，能模拟体内酶的作用方式，并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。固定化技术：固定化技术：是通过化学或物理等手段将酶分是通过化学或物理等手段将酶分子束缚起来供重复使用的技术子束缚起来供重复使用的技术 现在学习的是第42页，共101页（一）为什么要固定化酶（
27、一）为什么要固定化酶（二）酶固定化的优缺点（二）酶固定化的优缺点（三）酶的固定化方法（三）酶的固定化方法（四）固定化酶反应器（四）固定化酶反应器现在学习的是第43页，共101页（一）为什么要固定化酶传统酶（自由酶）催化反应存在如下缺点传统酶催化反应几乎都在水溶液中进行，只能一次性使用，难以回收酶与产物混合，增加产物分离和纯化难度溶液中酶的稳定性差，容易变形和失活。而将酶固定化能够克服这些缺点。相对于酶直接加入至溶液中，通常将固定化酶的制备过程称为酶的固定化。该项技术于20世纪60年代发展起来的，1971年第一届国际酶工程会议正式建议采用固定化酶的名称。现在学习的是第44页，共101页（二）酶固
28、定化的优缺点1、酶固定化的优点：固定化酶最大的特点就是既有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的特点：可以重复使用，在大多数情况下，稳定性明显提高催化后，酶与底物容易分开，产物易于分离纯化，质量提高反应条件易于控制，可实现反应的连续化和自动控制酶的利用效率高了，单位酶量催化的底物浓度增加，而酶量减少更适合于多酶催化反应现在学习的是第45页，共101页2、固定化酶的缺点存在着酶失活现象，尤其是共价法固定消耗固定化材料，增加成本酶被固定到载体后将增加底物和产物的传质阻力以此，考虑固定化酶的优缺点，在工业采用固定化还是液态的，应该根据具体情况分析而定。现在学习的是第46页，共101页1、酶的固定方法酶的
29、固定方法 酶酶的固定方法有四的固定方法有四种：种：吸附法吸附法共价键结合法共价键结合法交联法交联法包埋法包埋法 现在学习的是第47页，共101页（一）（一）吸附法吸附法吸附法分为吸附法分为物理吸附法物理吸附法和和离子吸附法离子吸附法。1、物理吸附法、物理吸附法通过氢键等物理作用，将酶固定在通过氢键等物理作用，将酶固定在水不溶载体上水不溶载体上的方法。的方法。常用的载体常用的载体无机吸附剂：如高岭土、硅藻土、硅胶、磷酸钙胶、微孔玻无机吸附剂：如高岭土、硅藻土、硅胶、磷酸钙胶、微孔玻璃等。无机吸附剂吸附容量低，一般小于璃等。无机吸附剂吸附容量低，一般小于1mg蛋白蛋白/g吸附剂，吸附剂，还易发生解
30、吸。还易发生解吸。有机吸附剂：如纤维素、骨胶原、赛璐玢、火棉胶等。吸附有机吸附剂：如纤维素、骨胶原、赛璐玢、火棉胶等。吸附容量可达容量可达70mg蛋白蛋白/cm2膜。膜。物理吸附法制成的固定化酶，酶活力损失少，但酶物理吸附法制成的固定化酶，酶活力损失少，但酶易脱落，实用价值小。易脱落，实用价值小。现在学习的是第48页，共101页2、离子吸附法离子吸附法将酶同含有将酶同含有离子交换基的水不溶性载体离子交换基的水不溶性载体相结合。相结合。操作简便操作简便,处理条件温和，可以得到较多高活性的固定处理条件温和，可以得到较多高活性的固定化酶化酶常用载体：常用载体：阴离子交换剂：阴离子交换剂：DEAE(二
31、乙氨基乙基二乙氨基乙基)-纤维素、纤维素、ECTEOLA-(混合氨类混合氨类)-纤维素、纤维素、TEAE(四乙氨基乙基四乙氨基乙基)-纤纤维素、维素、DEAE-葡聚糖凝胶等；葡聚糖凝胶等；阳离子交换剂：阳离子交换剂：CM-纤维素、纤维素纤维素、纤维素-柠檬酸柠檬酸 现在学习的是第49页，共101页（二）（二）包埋法包埋法将将聚合物单体聚合物单体和和酶溶液酶溶液混合，再借助于聚合促进剂混合，再借助于聚合促进剂(包括包括交联剂交联剂)的作用进行聚合，使酶包埋于聚合物中以达到固的作用进行聚合，使酶包埋于聚合物中以达到固定化。定化。此法由于酶分子仅仅是被包埋，故酶活力高，但此法对作此法由于酶分子仅仅是
32、被包埋，故酶活力高，但此法对作用于大分子底物不适宜。用于大分子底物不适宜。现在学习的是第50页，共101页（三）共价结合法（三）共价结合法酶蛋白分子上官能团和载体上的反应基团通过酶蛋白分子上官能团和载体上的反应基团通过化学价键化学价键形成形成不可逆的连接的方法不可逆的连接的方法 常用的载体包括天然高分子（纤维素、琼脂糖、葡萄糖常用的载体包括天然高分子（纤维素、琼脂糖、葡萄糖凝胶、胶原及其衍生物），合成高分子凝胶、胶原及其衍生物），合成高分子(聚酰胺、聚丙烯聚酰胺、聚丙烯酰胺、乙烯酰胺、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等顺丁烯二酸酐共聚物等)和无机支持物（多和无机支持物（多孔玻璃、金属氧化物等）。孔玻璃
33、、金属氧化物等）。共价结合法制备的固定化酶共价结合法制备的固定化酶,酶和载体的连接键结合酶和载体的连接键结合牢固牢固,使用寿命长，但制备过程中酶直接参与化学反应，使用寿命长，但制备过程中酶直接参与化学反应，常常引起酶蛋白质的结构发生变化，导致酶活力的下降，常常引起酶蛋白质的结构发生变化，导致酶活力的下降，往往需要严格控制操作条件才能获得活力较高的固定化酶。往往需要严格控制操作条件才能获得活力较高的固定化酶。现在学习的是第51页，共101页（四）交联法（四）交联法利用利用双双/多功能试剂多功能试剂在酶分子间或酶与载体间，或酶与惰在酶分子间或酶与载体间，或酶与惰性蛋白间进行交联反应，以制备固定化酶
34、。性蛋白间进行交联反应，以制备固定化酶。交联剂：戊二醛、苯基二异硫氰酸酯、双重交联剂：戊二醛、苯基二异硫氰酸酯、双重N联苯胺联苯胺-2，2，-二磺酸；甲异氰二磺酸；甲异氰-4-异硫氰等异硫氰等交联反应可以发生在酶分子之间，也可以发生在酶分子内交联反应可以发生在酶分子之间，也可以发生在酶分子内部。部。酶浓度低发生在酶分子内部，酶浓度高时分子间交联比例上酶浓度低发生在酶分子内部，酶浓度高时分子间交联比例上升形成固定化酶后往往为不溶态。升形成固定化酶后往往为不溶态。现在学习的是第52页，共101页二、固定化酶的性质二、固定化酶的性质（一）固定化对酶反应系统的影响（一）固定化对酶反应系统的影响 构象改
35、变和立体屏蔽效应构象改变和立体屏蔽效应 构象改变：构象改变：指酶在固定化过程中，酶与载体的相互作用指酶在固定化过程中，酶与载体的相互作用引起酶活性中心的引起酶活性中心的构象发生变化构象发生变化，从而导致酶活性下降从而导致酶活性下降。这。这种效应，通常出现于种效应，通常出现于吸附法和共价偶联法吸附法和共价偶联法。立体屏蔽效应：立体屏蔽效应：由于载体的空间大小，或是由于固定方法与由于载体的空间大小，或是由于固定方法与位置的不同，对酶的活性中心造成空间障碍，位置的不同，对酶的活性中心造成空间障碍，底物与酶无法底物与酶无法接触，从而影响酶活性接触，从而影响酶活性。现在学习的是第53页，共101页（二）
36、（二）固定化对酶稳定性的影响固定化对酶稳定性的影响大多数酶在固定化以后，有大多数酶在固定化以后，有较高的稳定性和较长的有效寿较高的稳定性和较长的有效寿命。命。其原因是：其原因是：固定化增加了酶结构的牢固性程度；固定化增加了酶结构的牢固性程度；阻挡了不利因素对酶的侵袭；阻挡了不利因素对酶的侵袭；限制了酶分子的相互作用。限制了酶分子的相互作用。现在学习的是第54页，共101页1、增加热稳定性、增加热稳定性2、增强对变剂性、抑制剂的抵抗能力、增强对变剂性、抑制剂的抵抗能力3、固定化减轻蛋白酶的破坏作用、固定化减轻蛋白酶的破坏作用4、半衰期延长、半衰期延长 现在学习的是第55页，共101页第四部分第四
37、部分酶反应器酶反应器一、酶反应器一、酶反应器酶反应器：利用游离酶、或固定化酶将底物转酶反应器：利用游离酶、或固定化酶将底物转化成产物化成产物的装置的装置。酶反应器类型：酶反应器类型：根据使用对象的不同，可以分为根据使用对象的不同，可以分为l游离酶反应器游离酶反应器l固定化酶反应器固定化酶反应器 现在学习的是第56页，共101页（一）固定化酶反应器的类型（一）固定化酶反应器的类型 1、间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐2、连续式搅拌罐连续式搅拌罐3、固定床反应器、固定床反应器（填充床反应器）（填充床反应器）4、流化床反应器流化床反应器5、膜型反应器膜型反应器现在学习的是第57页，共101页连续式搅拌罐连续
38、式搅拌罐间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐固定床反应器固定床反应器固定床反应器固定床反应器流化床反应器流化床反应器现在学习的是第58页，共101页特点：特点：酶的底物一次性加入反应器，而产物一次性取出，酶的底物一次性加入反应器，而产物一次性取出，反应完成，将固定化酶滤出，再转入下一批反应。反应完成，将固定化酶滤出，再转入下一批反应。优点优点：反应器结构简单，造价较低；由于搅拌使内容：反应器结构简单，造价较低；由于搅拌使内容物混合均匀；反应温度和物混合均匀；反应温度和pH值易于控制；传质阻力小，值易于控制；传质阻力小，反应能迅速达到稳态；能处理难溶底物或胶状底物，适用于反应能迅速达到稳态；能处理难溶底物或
39、胶状底物，适用于受底物抑制的酶反应。受底物抑制的酶反应。缺点：缺点：反应效率较低，容易造成酶失活，游离酶不能回收，反应效率较低，容易造成酶失活，游离酶不能回收，操作麻烦，不适用于大规模工业生产。操作麻烦，不适用于大规模工业生产。1、间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐现在学习的是第59页，共101页2、连续式搅拌罐、连续式搅拌罐特点：特点：向反应器投入固化酶和底物溶液，不断搅拌，反应向反应器投入固化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速补充新鲜底物溶液，以相同达到平衡之后，再以恒定的流速补充新鲜底物溶液，以相同流速输出反应液。流速输出反应液。优点：该反应器具有与优点：该反应器具有与间歇式
40、搅拌罐间歇式搅拌罐同样的优点。同样的优点。此外，不需要将固定化酶滤出，因而操作较简便。此外，不需要将固定化酶滤出，因而操作较简便。缺点：反应效率较低，缺点：反应效率较低，容易造成酶失活容易造成酶失活现在学习的是第60页，共101页3、固定床反应器、固定床反应器特点：将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的固定床。特点：将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的固定床。底物溶液以一定的方向和流速不断地流进固定床，产物底物溶液以一定的方向和流速不断地流进固定床，产物从固定床出口不断地流出来。从固定床出口不断地流出来。优点：反应效率较高；可以减少产物对酶的抑制作用；优点：反应效率较高；可以减少产物对酶的抑制作
41、用；结构简单，容易操作，适用于大规模工业生产。结构简单，容易操作，适用于大规模工业生产。缺点：传质系数和传热系数较低；缺点：传质系数和传热系数较低；柱床不易堵塞；柱床不易堵塞；底物溶底物溶液必须在加压下才能流入柱床内；更换固定化酶较麻烦。液必须在加压下才能流入柱床内；更换固定化酶较麻烦。现在学习的是第61页，共101页4、流化床反应器、流化床反应器特点：底物溶液以较大的流速，从反应器底部向上流过固定特点：底物溶液以较大的流速，从反应器底部向上流过固定化酶柱床，从而使固定化酶颗粒始终处于流化化酶柱床，从而使固定化酶颗粒始终处于流化(浮动浮动)状态。状态。优点：使反应液混合比较充分，进而使传质、传
42、热情况良优点：使反应液混合比较充分，进而使传质、传热情况良好；对温度和好；对温度和pH值的调控及气体的供给都比较容易；柱床值的调控及气体的供给都比较容易；柱床不易堵塞不易堵塞缺点：需要保持较大的流速，运转成本较高；固定化缺点：需要保持较大的流速，运转成本较高；固定化酶处于流动状态，易使酶颗粒磨损；流化床的空隙体积酶处于流动状态，易使酶颗粒磨损；流化床的空隙体积大，使酶浓度不高；底物溶液高速流动，使固定化酶冲大，使酶浓度不高；底物溶液高速流动，使固定化酶冲出反应器外，从而降低了产物转化率。出反应器外，从而降低了产物转化率。现在学习的是第62页，共101页5、膜型反应器、膜型反应器特点：由膜状或板
43、状的固定化酶所组装的反应器，均称膜型特点：由膜状或板状的固定化酶所组装的反应器，均称膜型反应器。反应器。类型：类型：螺旋卷膜式反应器；螺旋卷膜式反应器；中空纤维膜式反应器；超滤膜酶反应中空纤维膜式反应器；超滤膜酶反应器器现在学习的是第63页，共101页酶反应器设计的主要目标：产品的质量和产量最酶反应器设计的主要目标：产品的质量和产量最高，生产成本最低高，生产成本最低评价酶反应器优劣的条件：生产能力大小；产品质评价酶反应器优劣的条件：生产能力大小；产品质量高低量高低现在学习的是第64页，共101页酶工程在食品工业中酶工程在食品工业中的应用的应用 现在学习的是第65页，共101页一、一、改进果酒、
44、果汁饮料的生产工艺改进果酒、果汁饮料的生产工艺橘苷酶可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷以除去苦橘苷酶可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷以除去苦味，橙皮苷酶可分解橙皮苷，有效防止柑橘类罐头食品出现味，橙皮苷酶可分解橙皮苷，有效防止柑橘类罐头食品出现白色浑浊，果胶酶可用于果酒、果汁的澄清，纤维素酶可将白色浑浊，果胶酶可用于果酒、果汁的澄清，纤维素酶可将传统工艺中的果皮渣进行综合利用，促进果汁的提取与澄清，传统工艺中的果皮渣进行综合利用，促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量。目前已成功地将柑橘果皮渣酶解制提高可溶性固形物含量。目前已成功地将柑橘果皮渣酶解制取全果饮料，其中的纤维素经纤维素酶
45、水解后，可转化为可取全果饮料，其中的纤维素经纤维素酶水解后，可转化为可溶性糖和低聚糖，构成全果饮料中的膳食纤维，具有一定的溶性糖和低聚糖，构成全果饮料中的膳食纤维，具有一定的医疗保健价值。医疗保健价值。现在学习的是第66页，共101页果胶酶的应用果胶酶的应用（一）（一）果汁提取果汁提取苹果汁要先用机械压榨，然后离心获得果汁，但果汁中仍然含苹果汁要先用机械压榨，然后离心获得果汁，但果汁中仍然含较多的不溶性果胶而呈浑浊状，通过外加酶制剂，即可澄清果较多的不溶性果胶而呈浑浊状，通过外加酶制剂，即可澄清果汁。具体做法是在浑浊果汁内加入果胶酶汁。具体做法是在浑浊果汁内加入果胶酶(PL)并轻轻搅拌，在并轻
46、轻搅拌，在酶作用下，不溶性果胶渐渐凝聚成絮状物析出，从而可以获得酶作用下，不溶性果胶渐渐凝聚成絮状物析出，从而可以获得清澈的琥珀色苹果汁。有的苹果因果肉柔软难以压出果汁，但清澈的琥珀色苹果汁。有的苹果因果肉柔软难以压出果汁，但添加果胶酶（添加果胶酶（PL）能大大促进果汁的提取。可以在把果肉）能大大促进果汁的提取。可以在把果肉搅拌搅拌1530min后，直接添加后，直接添加0.04果胶酶，并于果胶酶，并于45下处下处理理10min；即可多产果汁；即可多产果汁1224。还可以把纤维素酶与果。还可以把纤维素酶与果胶酶结合使用，使果肉全部液化，用于生产苹果汁、胡萝卜汁胶酶结合使用，使果肉全部液化，用于生
47、产苹果汁、胡萝卜汁和杏仁乳，产率高达和杏仁乳，产率高达85，而且简化了生产工艺，而且简化了生产工艺.现在学习的是第67页，共101页（二）（二）果汁澄清果汁澄清新压榨出来的果汁不仅黏度大，而且浑浊。加果胶酶澄清新压榨出来的果汁不仅黏度大，而且浑浊。加果胶酶澄清处理后，黏度迅速下降，浑浊颗粒迅速凝聚，使果汁得以处理后，黏度迅速下降，浑浊颗粒迅速凝聚，使果汁得以快速澄清、易于过滤。但对于橘汁，由于要求保持雾状浑快速澄清、易于过滤。但对于橘汁，由于要求保持雾状浑浊，所以应使用不含果胶酶的内切多聚半乳糖醛酸酶制剂浊，所以应使用不含果胶酶的内切多聚半乳糖醛酸酶制剂进行澄清处理。利用进行澄清处理。利用0.
48、1的果胶酶处理苹果果汁、果浆，的果胶酶处理苹果果汁、果浆，可明显地提高出汁率、可溶性固形物含量和透光率，降低可明显地提高出汁率、可溶性固形物含量和透光率，降低pH值和相对黏度，处理时间越长，效果越好。值和相对黏度，处理时间越长，效果越好。0.1的果的果胶酶与胶酶与0.1的纤维素酶结合使用，效果更好。的纤维素酶结合使用，效果更好。现在学习的是第68页，共101页（三）果酒澄清、过滤（三）果酒澄清、过滤果胶的存在会降低果酒的透光率，并极易产生浑浊和沉淀。果胶的存在会降低果酒的透光率，并极易产生浑浊和沉淀。经果胶酶澄清处理能除去果酒中的果胶，提高果酒的稳定性。经果胶酶澄清处理能除去果酒中的果胶，提高
49、果酒的稳定性。采用传统工艺生产苹果酒果香不足、新鲜感不强，将果胶酶采用传统工艺生产苹果酒果香不足、新鲜感不强，将果胶酶应用于苹果酒酿造，并辅以其他工艺改革，不但提高出汁率应用于苹果酒酿造，并辅以其他工艺改革，不但提高出汁率10.814.3，提高果汁的过滤效率，缩短苹果酒的贮，提高果汁的过滤效率，缩短苹果酒的贮存期，提高设备利用率，进而使苹果汁透光率由存期，提高设备利用率，进而使苹果汁透光率由30.1提高到提高到71.5，酿出的苹果酒果香清新、典型性好。，酿出的苹果酒果香清新、典型性好。现在学习的是第69页，共101页二、食品保鲜二、食品保鲜常见的保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻、加常见的
50、保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻、加热、干燥、密封、腌制、烟熏等。热、干燥、密封、腌制、烟熏等。一种崭新的食品保鲜技术一种崭新的食品保鲜技术-酶法保鲜正在崛起。由于酶具酶法保鲜正在崛起。由于酶具有专一性强、催化效率高，作用条件温和等特点，可广有专一性强、催化效率高，作用条件温和等特点，可广泛地应用于各种食品的保鲜。泛地应用于各种食品的保鲜。酶法保鲜的原理酶法保鲜的原理:利用酶的催化作用，防止或消除外界因素利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，在较长时间内保持食品原有的品质和风对食品的不良影响，在较长时间内保持食品原有的品质和风味。味。目前应用较多的是目前应用较多的是葡萄糖