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1、第七章酶的工业应用,第八章 酶的工业应用,工业酶制剂的来源及特点自然界发现的酶已达数千种工业上常用的酶只有数十种而目前大量生产的酶仅有十余种80以上的工业酶是水解酶，他们主要用于降解自然界中的淀粉、蛋白质、脂肪等高聚物，即蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工业应用的3大主要酶制剂。蛋白酶：用于奶制品业、去污剂、皮革业等；淀粉酶：用于烘焙、酿造、淀粉糖化和纺织业等；脂肪酶：用于食品、去污剂和精细化工工业等。,酶 的 生 产,酶制剂 药用酶 食品添加剂洗涤剂,脂肪工程,发酵工程,基因工程 细胞工程 蛋白质工程,固定化酶,酶电极,生物传感器,酶反应,制糖(葡萄糖、麦芽糖、果葡糖浆),氨基酸、有机酸、抗生素
2、、多肽,新酶,酶的主要应用领域,内容提纲,8.1 酶在食品方面的应用,制糖工业蛋白制品加工果蔬加工改善食品的风味和品质食品添加剂的生产,一、制糖工业,酶法生产葡萄糖过去国内外葡萄糖生产通常采用酸法水解，现在大都采用酶法。原料：淀粉。酶：-淀粉酶和糖化酶。都要求达到一定纯度，尤其是糖化酶中应不含葡萄糖苷转移酶。通常使用游离酶分批方式，也可采用固定化糖化酶进行连续生产。,果葡糖浆的生产原料：葡萄糖，一般由淀粉通过酶法水解制得。但需经过层析等方法精制后使用。酶：葡萄糖异构酶。最适pH可由于来源不同而有所差别；温度不宜超过70。高果糖浆：通常果葡糖浆含果糖42%左右，若将其中的葡萄糖与果糖分离，将分离
3、出的葡萄糖再进行异构化，如此反复，可得到果糖含量达70%、90%甚至更高的糖浆，称为高果糖浆。,一、制糖工业,大米浸泡水洗磨浆调浆（加入淀粉酶）液化压滤糖化（加入糖化酶）升温压滤精制浓缩a.液体糖浆b.葡萄糖异构酶异构化精制浓缩果葡糖浆c.结晶离心分离干燥结晶葡萄糖,饴糖的生产饴糖是我国传统的淀粉糖制品。是以大米或糯米为原料，加进大麦芽，利用麦芽中的-淀粉酶和-淀粉酶，将淀粉糖化而成的麦芽糖浆。其中 含麦芽糖30%-40%，糊精60%-70%。饴糖也可用酶法生产。原料也是大米或糯米，所用酶为-淀粉酶和-淀粉酶，此法生产的饴糖，麦芽糖含量可达60%-70%。,一、制糖工业,淀粉酶类与淀粉糖业,淀
4、粉酶类与淀粉糖业,乳制品加工：凝乳蛋白酶用于制造奶酪：水解-酪蛋白，促进,-酪蛋白凝固用乳糖酶生产低乳糖奶：-半乳糖苷酶分解乳糖蛋白酶用于生产乳蛋白水解物：水解大分子蛋白为小分子的肽和氨基酸,二、蛋白制品加工,蛋制品加工：葡萄糖氧化酶用于除去蛋制品中存在的少量葡萄糖，以防止褐变，提高产品质量。鱼制品加工：利用蛋白酶生产可溶性的鱼蛋白粉；用三甲基胺氧化酶脱腥等。肉制品加工：蛋白酶用于制造肉类水解蛋白；用木瓜蛋白酶制成嫩肉粉；蛋白酶用于生产明胶；溶菌酶用于肉类制品的保鲜防腐等。,二、蛋白制品加工,溶菌酶（肽多糖水解酶）,三、果蔬加工,果胶酶：用于果汁和果酒的澄清以及提高出汁率；纤维素酶：分解细胞壁
5、，提高出汁率和可溶性固形物含量；柚苷酶和橙皮苷酶：可分别用于柑桔类果汁或罐头制品脱除苦味和防止出现白色浑浊；葡萄糖氧化酶：可去除果汁、饮料、罐头食品和果蔬干制品中的氧气，防止产品氧化变质，防止微生物生长，延长食品保存期；溶菌酶：可防止细菌污染，起保鲜作用等。,果胶酶的作用机理,酯化的半乳糖醛酸,柚苷（柚配质-7-芸香糖苷）,橙皮苷（橙皮素-7-芸香糖苷）,四、改善食品的品质和风味,风味酶的发现和应用，在食品风味的再现、强化和矫正方面有广阔应用前景。例如：用洋葱风味酶处理甘蓝等蔬菜；用奶油风味酶（脂肪酶）作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋、人造奶油等食品；端肽酶水解苦味肽消除苦味；风味酶用于恢复甚至强
6、化原来的天然风味。面包制造中，面团中添加适量的-淀粉酶和蛋白酶，可缩短面团发酵时间，面包品质也有提高。,五、食品添加剂的生产,酸味剂的生产乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原为乳酸2-卤代酸脱卤酶催化2-氯丙酸生成乳酸延胡索酸酶催化反丁烯二酸（延胡索酸）生成苹果酸,五、食品添加剂的生产,增味剂（鲜味剂）的生产酶法生产L-氨基酸蛋白酶水解蛋白质生成混合L-氨基酸，然后分离谷氨酸脱氢酶催化酮戊二酸生成L-谷氨酸酶法生产核苷酸5-磷酸二酯酶水解RNA生产各种5-核苷酸；腺苷酸脱氨酶水解AMP生产IMP；核苷磷酸化酶催化肌苷生成5-IMP，催化鸟苷生成5-GMP。,五、食品添加剂的生产,甜味剂的生产嗜热菌蛋白酶催
7、化Asp和Phe生成天苯肽（阿斯巴甜）葡萄糖基转移酶生产帕拉金糖乳化剂的生产脂肪酶催化甘油三酯生成甘油单酯（乳化剂）,8.2 酶在轻工业方面的应用,原料处理轻工、化工产品制造增强产品食用效果,一、原料处理,发酵原料的处理淀粉原料的处理，一般采用-淀粉酶和糖化酶（啤酒生产）；含纤维素原料可用纤维素酶处理；含戊聚糖的植物原料可用各种戊聚糖酶处理。纺织原料的处理上浆：用-淀粉酶处理淀粉，可用作上浆的浆料；退浆：利用-淀粉酶使浆料水解；若上浆时用动物胶作胶浆，可用蛋白酶使之退浆。,一、原料处理,造纸原料的制浆酶法制浆：木质素酶可水解除去木质素，提高纸的质量，而且环保。生丝的脱胶处理胰蛋白酶、木瓜蛋白酶
8、或微生物蛋白酶可在温和条件下催化丝胶蛋白水解。羊毛的除垢羊毛在染色前需除垢，可利用蛋白酶来实现，提高羊毛的着色率，并保持羊毛的特点，提高羊毛制品的质量。,脱皮（酶法）,碎屑,化学法纸浆（生物酶纸浆）,机械法纸浆,漂白（生物法用木质素氧化酶）,造纸机（酶法脱墨）,酶法生产L-氨基酸L-氨基酰化酶用于DL-酰基氨基酸的光学拆分，工业上已采用固定化酶的方式连续生产L-苯丙氨酸和L-色氨酸等；工业上已将固定化菌体形式的天门冬氨酸酶和天门冬氨酸-脱羧酶分别用于L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的连续生产；已内酰胺水解酶用于L-赖氨酸的生产；噻唑啉羧酸水解酶用于合成L-半胱氨酸。酶法生产核苷酸5-磷酸二酯酶水解R
9、NA生产各种5-核苷酸；腺苷酸脱氨酶水解AMP生产IMP；核苷磷酸化酶催化肌苷生成5-IMP，催化鸟苷生成5-鸟苷酸，催化AMP生成ADP和ATP等。,二、轻工化工产品制造,酶法生产有机酸工业上采用固定化延胡索酸酶连续生产L-苹果酸；环氧琥珀酸水解酶用于生产L-酒石酸。酶法制酱酱油或豆酱生产中，利用蛋白酶催化大豆蛋白质水解，可缩短生产周期，提高蛋白质利用率；酱油酿造中，添加纤维素酶可提高原料利用率。酶法制革蛋白酶可用于原料皮脱毛；酸性蛋白酶和少量脂肪酶可用于皮革软化。,二、轻工化工产品制造,加酶洗涤剂目前洗涤剂中最广泛最大量使用的是碱性蛋白酶；酶也可加到肥皂中制成加酶肥皂等；淀粉酶、脂肪酶、果
10、胶酶和纤维素酶等也可添加于固体和液体洗涤剂中。加酶牙膏、牙粉和嗽口水可添加到洁齿用品中的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和右旋糖酐酶等。可利用酶的催化作用，增加洁齿效果，减少牙垢并可防止龋齿的发生。,三、增强产品使用效果,加酶饲料淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和半纤维素酶等在饲料中的添加，可增加饲料的可消化性。加酶护肤用品SOD、碱性磷酸酶、尿酸酶、弹性蛋白酶等在护肤及化妆品中的添加，可有效提高护肤效果。,三、增强产品使用效果,SOD,酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用，不仅提高了饲料原料的转化率，也促进了对饲料的消化。,植酸酶Bio-Feed Phytase(Ronozyme P)主要用于提高植酸磷的消
11、化率，并相应改善钙和其它矿物元素的利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。,8.3 酶在医药行业的应用,酶在医药方面的应用可归纳为：用酶进行疾病的诊断；用酶进行治疗各种疾病；用酶进行制造各种药物。由于酶具有专一性强和效率高的特点，所以在医药方面使用的酶具有种类多、用量少、纯度高的特点。,一、酶在疾病诊断方面的应用,根据体液内酶活力的变化诊断疾病酸性磷酸酶（ACP）前列腺癌患者及出现肝炎、甲状旁腺机能亢进、红血球病变等疾病时，血清中酸性磷酸酶的活力会升高。碱性磷酸酶（ALP或AKP）佝偻病、骨骼软化症、骨瘤、骨骼广泛性转移癌、甲状旁腺机能亢进、黄疸性肝脏疾病等，患者血清中碱性磷酸酶活力
12、升高；而软骨发育不全等疾病，引起该酶活力下降。,一、酶在疾病诊断方面的应用,根据体液内酶活力的变化诊断疾病转氨酶血清谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)活力测定，已在肝脏疾病和心肌梗塞等疾病诊断中得到广泛应用。葡萄糖醛缩酶、胃蛋白酶、乳酸脱氢酶、醛缩酶、磷酸葡萄糖变位酶等的活力测定，有助于对某些癌症作出诊断。,体检表中有关酶的选项,二、酶在疾病治疗方面的应用,酶作为药物可治疗多种疾病，且具有疗效显著，副作用小的特点。蛋白酶可用于治疗多种疾病，是临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。可作为消化剂，治疗消化不良和食欲不振；可作为消炎剂，治疗各种炎症；经静脉注射，可治疗高血压。,溶菌酶也是一种
13、应用广泛的药用酶。具有抗菌、消炎、镇痛等作用。可作用于细菌的细胞壁，使病原菌、腐败性细菌等溶解死灭，疗效显著而副作用很小。与抗生素联合使用，可显著提高抗生素的疗效。,二、酶在疾病治疗方面的应用,SOD可使机体免遭超氧负离子的损害；具有抗辐射作用并对红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎及氧中毒等疾病有显著疗效。L-天门冬酰胺酶是一种用于治疗癌症的酶。特别是对治疗白血病有显著疗效。,二、酶在疾病治疗方面的应用,三、酶在药物制造方面的应用,青霉素酰化酶在半合成抗生素的生产上有重要作用的一种酶。它催化青霉素或头孢菌素水解生成6-APA和7-ACA，又可催化酰基化反应，合成新型青霉素和头孢菌素。不同来源的该酶对温度
14、和pH的要求不同。同一来源的该酶在催化水解反应和催化合成反应时所要求的条件各不相同，尤其是pH条件相差很大，操作时要控制好。催化合成反应时，还要注意反应液中6-APA与侧链羧酸衍生物的比例。反应液中适当加入一些表面活性剂或异丁醇等，有利于提高转化率。,-酪氨酸酶可催化L-酪氨酸或邻苯二酚生成多巴。已经制成固定化酶使用。多巴是治疗帕金森氏综合症的一种重要药物。该酶作用pH为3.5-6.0，温度为30-55，为控制氧化进程，应添加维生素C或硫酸肼等抗氧化剂。,三、酶在药物制造方面的应用,核苷磷酸化酶可催化阿糖尿苷生成阿糖腺苷；而阿糖尿苷由尿苷通过化学方法转化而成；阿糖腺苷具有显著的抗癌和抗病毒作用
15、。无色杆菌蛋白酶可以特异性催化胰岛素B链羧基末端上的氨基酸置换反应，由猪胰岛素转变为人胰岛素，以增加疗效。,三、酶在药物制造方面的应用,乳糖酶乳糖不耐症主要有三种类型：1原发性乳糖不耐症：2继发性乳糖不耐症：3先天性乳糖酶不足：,避免食用含有乳糖的食物、补充乳糖酶、食用不含乳糖的替代产品,8.4 酶在生物工程中的应用,除去细胞壁大分子切割分子拼接,一、除去细胞壁,生物工程研究与应用中，有时需要除去细胞壁：提取胞内物质；原生质体的制备。除去细胞壁的方法有多种，诸如机械研磨，物理、化学破碎法等。但在制备原生质体或提取胞内某些稳定性较差的活性物质时，只能利用各种专一性的酶。根据不同细胞的结构和细胞壁
16、组分的不同，除去细胞壁时所采用的酶也有所区别。此外，还必须控制好酶作用条件和时间。,二、大分子切割,限制性核酸内切酶一类在特定的位点上，催化双链DNA水解的磷酸二酯酶。目前已成为基因工程中必不可少的常用工具酶。DNA外切核酸酶一类从DNA分子末端开始逐个除去末端核苷酸的酶。在基因工程中用于载体或基因片段的切割加工。还可用于由DNA生产脱氧核苷酸。,碱性磷酸酶该酶可除去DNA或RNA链中的5-磷酸。在基因工程中主要用于防止质粒DNA的自我环化，或在用32P对DNA或RNA进行5-末端标记前除去5-磷酸。核酸酶S1该酶作用于单链DNA或RNA。在基因工程中，用于从具有单链末端的DNA分子中除去单链
17、部分的核苷酸，而变成齐平末端。在cDNA合成时，用于除去生成的“发夹状环”。,二、大分子切割,DNA连接酶能使双链DNA的缺口封闭。在基因工程中主要采用的是T4-DNA连接酶。DNA聚合酶一类催化DNA复制和修复DNA分子损伤的酶。主要包括大肠杆菌DNA聚合酶、及T4-DNA聚合酶。在基因工程中，主要应用于DNA的缺口修补。,三、分子拼接,末端脱氧核苷酸转移酶该酶从小牛胸腺分离得到。在基因工程中利用该酶给DNA片段加上一段同聚物，形成附加末端。或者用32P标记的脱氧核苷酸进行3-末端标记。反转录酶该酶又称为依赖于RNA的DNA聚合酶。它以RNA为模板合成DNA。该酶在基因工程中用于从mRNA反转录生成互补DNA（cDNA）。,三、分子拼接,Thank You!,酶制剂在酿造工业中的应用技术,
