酶工程原理及其在食品工业中的应用-PPT课件.ppt

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1、第四章酶工程原理及其在食品工业中的应用第一节酶工程原理和方法（一）酶工程的定义利用酶、菌体细胞具有的特异催化功能，或对酶结构进行修饰改造，并借助于生物反应器和工艺优化过程，有效地发挥酶的催化特性来生产人类所需产品的技术。它包括酶、细胞固定化技术、酶化学修饰技术和酶反应器设计等。一、酶工程概述酶工程一般工艺流程示意图胞外酶胞内酶菌种→基因改造→发酵→发酵酶液→预处理→细胞分离→细胞破壁→碎片分离→提取→精制→酶制剂及其改造酶制剂↓原料→前处理→杀菌→酶反应器→反应液→产品提取→成品（二）酶工程的发展历程1.20世纪50～60年代早期的酶工程技术

2、，主要是从动物、植物和微生物原料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。2.20世纪70年代后期，酶的固定化技术取得了突破，使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。3.目前，各种酶工程技术已用于制造多种精细化工产品和医药产品，并且在食品工业、化学检测和环境保护等各个领域中得到了有效的应用。二、酶制剂的生产1.包括菌种的来源、产酶菌种的分离、筛选、育种和酶的发酵生产等。2.酶生产菌的要求（1）不能是致病菌，特别是对食品用酶和医药用酶。目前认为可用于食品工业和医药工业的生产菌种有：

3、枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母和脆壁酵母。（2）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。（4）能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。三、微生物细胞的破碎胞外酶：能分泌透过细胞壁到细胞外部的酶。胞内酶：存在于细胞内部的酶。对于胞内酶的提取，需要破碎技术，胞外酶则无需破碎。破碎的目的是将细胞壁和细胞膜破坏掉，使胞内物质释放出来，包括机械破碎法和非机械破碎法。（一）机械破碎法1.高压匀浆法适合于细菌和酵母的破碎，不适合于丝状真菌及某些基因工程菌。2.珠磨法适合于各种微生物细胞的破碎。3.超声破碎法对杆菌的破碎较容易，对酵母

4、菌的破碎效果较差。（二）非机械破碎法1.酶溶法加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它们对细胞壁或细胞膜进行酶解，使细胞破碎。自溶法：在微生物生长代谢过程中，控制一定条件，诱发微生物产生少量的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力，以达到细胞自溶的目的。2.化学渗透法用有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素或金属螯合物等处理，使细胞壁或膜的通透性（渗透性）改变，从而使胞内物质有选择地渗透出来。四、酶的提取与纯化酶的提取:在一定条件下，用适当的溶剂处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程，也称作酶的抽提，即初步纯化。常用的方法：盐溶液提取、酸溶液提取、

5、碱溶液提取、有机溶剂提取。酶的精制:即高度纯化。常用的方法：沉淀法、超滤法、色谱分离法、结晶法等。其中沉淀法和超滤法既可用于初步纯化，也可用于精制。（一）根据酶分子溶解度不同的方法通过改变某些条件，使溶液中某种物质的溶解度降低，从溶液中沉淀析出，达到与其他物质分离的目的。1.盐析沉淀法通常采用的盐有硫酸铵、硫酸钠、磷酸钾、硫酸镁、氯化钠和磷酸钠等。其中以硫酸铵最为常用，因为它在水中的溶解度大而温度系数小，不影响酶的活性，分离效果好，而且价廉易得。盐析沉淀所得到的产品常含有大量盐分，一般可用超滤或层析等方法脱盐，使酶进一步纯化。2.等电点沉淀法

6、在酶的沉淀分离中，等电点沉淀法经常与盐析沉淀、有机溶剂沉淀和复合沉淀等方法一起使用，使其沉淀完全。3.有机溶剂沉淀法利用酶等物质在有机溶剂中的溶解度不同而使其分离。常用的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙酮、甲醇等。4.复合沉淀法在酶液中加入某些高分子聚合物，例如，单宁，使它与酶形成复合物而沉淀下来，分离出沉淀后，再用适当方法将酶从复合物中重新析出。（二）根据酶分子大小和形状不同的方法1.离心分离法在酶的提取分离纯化过程中，细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离以及酶的纯化等往往要使用离心分离。2.体积排阻法利用具有一定大小网状的凝胶颗粒（固定相）填充柱的

7、分子筛作用，利用溶液中各组分的相对分子质量不同来进行层析分离的一种方法。常用的凝胶有琼脂糖凝胶（Sepharose）、聚丙烯酰胺凝胶（Biogel）和葡聚糖凝胶（Sephadex）等。3.透析透析膜可用动物膜、羊皮纸、火棉胶或塞璐玢等制成。使用时可做成透析管、透析袋或透析槽等形式。优点：设备简单，操作简便。缺点：时间长，若不更换水或缓冲液时，只扩散到膜内外平衡为止。透析结束时，透析袋内的保留液体积较大，浓度较低。透析主要用于酶、蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化，从中除去小分子物质。透析在酶纯化过程中极为常用，通过透析可以除去酶液中的盐类、有

8、机溶剂、低相对分子质量的抑制剂等。4.超滤借助于超滤膜将不同相对分子质量的物质分离的技术，是在一定的正压力或负压力驱动下，将料液强制通过一定孔径的超滤膜，部分小分子