我的课件-第五章-酶工程原理及其在食品工业中的应用.ppt

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1、第五章酶工程及其在食品工业中的应用第一节酶工程原理概述（一）酶工程的定义利用酶的特异催化功能，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、酶工程概述酶工程技术的应用范围大致有：（1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产；（2）自然酶的分离纯化及鉴定技术；（3）酶的固定化技术（固定化酶和固定化细胞技术）；（4）酶反应器的研制和应用；（5）与其它生物技术领域的交叉和渗透。其中固定化酶技术是酶工程的核心。食品酶工程是将酶的理论与技术应用在食品领域，将酶学基本原理与食品工

2、程相结合，为新型食品和食品原料的开发提供技术支持。加酶洗衣粉中加入一些酶可大大加强其去污能力。用葡萄糖生产果糖行业来说，将葡萄糖异构酶固定起来，不仅能使其在常温、常压下行使专一的催化功能，而且由于酶密度提高，使催化效率更高、反应更易控制。菠萝蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、胃蛋白酶等十几种可以进行食物转化的酶都已进入食品和药物中，以解除许多有胃分泌功能障碍患者的痛苦，此外还有抗肿瘤的L-天冬酰胺酶、白喉毒素，用于治疗炎症的胰凝乳蛋白酶，降血压的激肽释放酶，溶解血凝块的尿激酶等。新型青霉素产品及青霉素酶抑制剂等也都是酶工程在医药医疗领域的成功应用实例。目前已鉴定的酶约2500多种，有工业应用

3、前景的50一60种，大规模生产应用的仅16种，小批量生产的商品酶只有100多种。酶在工业上应用受到限制的原因：①大多数酶脱离生理环境后极不稳定，而酶在生产和应用过程中的条件与其生理环境差别很大；②分离纯化酶的技术繁琐、复杂，酶制剂成本高，价格贵，不利于广泛应用。因此有人根据酶工程研究和解决问题的手段不同，将酶工程分为化学酶工程和生物酶工程。酶工程的内容化学酶工程化学酶工程亦称初级酶工程，是指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。它主要是由酶学原理与化工技术相互渗透和结合而形成的一门科学技术。自然酶:由材料中分离出来，制成酶制剂，应用于纺织、食品、制药等行业。化学修饰

4、酶:通过酶分子的化学修饰达到改性改构的目的。常采用：酶分子功能基团修饰、交联反应，酶与高分子结合等方法。主要应用于酶学研究和疾病治疗。固定化酶:酶分子通过吸附、交联、包埋及共价键结合等方法束缚于某种特定支持物上而发挥酶的作用。它在医药和食品工业上具有极大的使用价值。人工合成酶:这是化学家模拟酶的催化功能，用化学方法合成的催化剂，称之为人工酶。人工酶的制备有两种：半合成法和全合成法。这类酶目前尚未具备使用价值。生物酶工程生物酶工程是酶学和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术结合的产物，亦称高级酶工程。生物酶工程主要包括三个方面:用基因工程技术大量生产酶（克隆酶），目前已经克隆成功的

5、酶基因有100多种，其中尿激酶，纤溶酶原激活剂与凝乳酶等已获得有效的表达，已经或正在投入生产。修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶），这方面的研究很少，但己揭开了序幕。设计新酶基因，创造优质酶，用于特殊的高价化学药品和超自然生物制品的生产，满足人类的其他需要。酶反应器和酶传感器酶反应器是完成酶促反应的装置。其研究内容包括：酶反应器的类型及特性；酶反应器的设计、制造及选择等。酶传感器又称酶电极。酶电极是由感受器（如固定化酶）和换能器（如离子选择性电极）所组成的一种分析装置。用于测定混合液中某种物质的浓度。酶工程的研究进展及其重要意义由于酶制剂不稳定，不能重复使用，从20世纪60年代起，人

6、们曾把注意力集中到酶和细胞的固定化研究上。1953年,Crubhofet和Schleith,将胃蛋白酶、淀粉酶、梭肤酶和核糖核酸酶等结合在重氮化的树脂上，实现了酶的固定化。1969年，日本千烟一朗首次应用固定化氨基酰化酶大规模生产L-氨基酸。现在已有十多种固定化酶用于工业生产。例如：利用固化定葡萄糖异构酶生产高果糖浆；利用固定化青霉素酞化酶生产6-氨基青霉烷酸；利用固定化乳糖酶生产低乳糖牛奶。酶技术应用十分广泛：（1）运用酶技术生产有重要价值产品例如：利用固定化氨基酰化酶拆分DL一酞化氨基酸，自动连续地生产L一氨基酸；利用固定化青霉素酰化酶合成青霉素；利用固定化木瓜蛋白酶合成高甜度

7、低热量的甜味二肽；利用a-淀粉酶、糖化酶以及固定化葡萄糖异构酶从淀粉生产高果糖浆等。（2）利用酶制剂改进生产工艺，提高产品质量和产率，降低生产成本（3）酶技术在医疗卫生和环保方面，亦发挥着极其重要的作用在治疗疾病方面，不少酶制剂可以作为治疗疾病的药用酶，有很好的疗效。例如：尿激酶在治疗各种血栓病方面，有特效；天冬酰胺酶能治疗白血病，抗肿瘤；人尿胰蛋自酶抑制剂能使急性胰腺炎患者转危为安；猪、牛凝血酶在外科手术过程中用于止血，效果很好。第二节食品酶的生产与改造