[高等教育]食品生物应用技术第三章酶工程在食品工业中的应用

1、第 三 章 酶工程及其在食品工业中的应用,酶的概念,目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶,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,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有

2、DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme,酶与生命活动密切相关,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 （2）降解大分子 （3）协同激素起信号转化、传递、放大作用 （4）催化代谢反应 酶的组成和分布是生物进化与组织功能分化的基础 在生物进化过程中形成了从酶的合成到酶的结构和活性各种水平的调节机构,第一部分酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme,一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶,有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为单纯酶（simple enzyme）。

3、 如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等,一、 酶的分子组成,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结合酶,结合酶（conjugated enzyme）是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分,辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度,二、酶的活性中心,必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团,或称活性部位(active site)，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的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物,酶的活性中心(active center,活性中

4、心内的必需基团,位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需,活性中心外的必需基团,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,酶的催化特性,1、与一般催化剂的共性 2、作为生物催化剂的特性,1、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 （2）加速化学反应的速度，不改变反应的平衡 点 (3) 不能够触发热力学上不能进行的反应。 （4）催化可逆反应的酶对正反应、逆反应都有催化作用 （5）降低反应的活化能,一）高度的催化效率 （二）高度的特异性 （三）可调节性,2、作为生物催化剂的特性,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

5、连接酶（合成酶） 7核酸酶（催化核酸,1氧化还原酶 (Oxidoreductase,包括脱氢酶(Dehydrogenase) 、氧化酶(Oxidase) 、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶等,2转移酶(Transferase,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,3水解酶(Hydrolase,脂肪酶、糖苷酶、肽酶等，水解酶一般不需辅酶,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,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，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等,6连接酶（合成酶,这类酶关系很多生

6、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助因子。分别形成C-O键（与蛋白质合成有关）、C-S键（与脂肪酸合成有关）、C-C键和磷酸酯键,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RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应,酶用于生物催化的概况,酶与底物的结合模型,a 锁和钥匙模型 b 诱导锲合模型,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：H2O2 + 过氧化物酶 （H2O2 过氧化物酶） （ 褐色） （ 红色） 645587548498nm 5

7、61550nm （H2O2 过氧化物酶）+ AH2 过氧化物酶 + A + 2H2O （ 红色） （ 褐色,2）锁钥匙学说：1890年Fisher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,3）诱导契合假说:Koshland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结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应,第二部分 酶工程概述,一、酶工程的概念,酶工程:酶的大批量生产以及利用酶的催化作用,借助工程技术手段进行物质转化,生产人们所需要产品的技术,酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系

8、,二、酶工程的内容,根据酶工程研究和解决问题的手段不同，将酶工程分为化学酶工程和生物酶工程,一）化学酶工程 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研究和应用,二）生物酶工程,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(克隆酶)， 二是修饰酶基因产生遗传修饰酶(突变酶)， 三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶(新酶,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。 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

9、。 用微生物和动植物组织研究生物传感器。 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,第三部分 食品酶的生产与分离纯化,一、酶的生产,获得酶制剂的方法有: 化学合成 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,一）对酶生产菌的要求,1、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,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,生产菌种的获得:除了从菌种保存机构和有关部门获得外，一般都有要通过筛选得到。筛选包括：菌样采集、菌种分离、纯化和生产性能检定,三）提高酶产量的方法

10、,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,1、通过条件控制提高酶产量 (1)添加诱导物:这种方法只适应于诱导酶的合成。其关键在于选择适宜的诱导物及其浓度。 诱导物： 一是酶的作用底物，但有些底物并不一定是诱导物； 二是一些难以代谢的底物类似物。 三是诱导物的前体物质。 此外,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,2)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

11、制碳源或相应的生长因子供应。 对于合成代谢的酶解决尾产物阻遏的方法 在培养基中添加尾产物类似物或尾产物形成的抑制剂 采用营养缺陷型菌株，限制其必须生长因子的供应,阻遏有两种：分解代谢产物阻遏、尾产物阻遏 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。 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,2、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，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

12、株在引起阻遏的条件下，酶产量达到无阻遏的水平,方法： 物理：紫外线、X-射线 化学：5-溴代尿嘧啶、亚硝酸等,基因突变？ 基因重组,3、其他提高酶产量的方法 (1)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Tween80、TritomX-100等。 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“反馈平衡,2)其他产酶促进剂：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5-P-二酯酶产量增加10-20倍。 (3)通过基因重组提高酶的产量,二、酶

13、的分离纯化（P37,酶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； 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； 制剂：即将酶制成各种剂型,三、酶与细胞固定化,从20世纪60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，人们的注意力已开始转向固定化酶和固定化细胞在工业、医学、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,固定化酶：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，并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。 固定化技术：是通过化学或物理等手段将酶分子束缚起来供重复使用

14、的技术,一）为什么要固定化酶 （二）酶固定化的优缺点 （三）酶的固定化方法 （四）固定化酶反应器,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,二）酶固定化的优缺点,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：

15、 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,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,1、酶的固定方法,酶的固定方法有四种： 吸附法 共价键结合法 交联法 包埋法,一）吸附法 吸附法分为物理吸附法和离子吸附法,1、物理吸附法 通过氢键等物理作用，将

16、酶固定在水不溶载体上的方法。 常用的载体 无机吸附剂：如高岭土、硅藻土、硅胶、磷酸钙胶、微孔玻璃等。无机吸附剂吸附容量低，一般小于1mg蛋白/g吸附剂，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。吸附容量可达70mg蛋白/cm2膜。 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,2、离子吸附法 将酶同含有离子交换基的水不溶性载体相结合。 操作简便,处理条件温和，可以得到较多高活性的固定化酶 常用载体： 阴离子交换剂：DEAE(二乙氨基乙基)-纤维素、ECTEOLA-(混合氨类)-纤维素、TEAE(四乙氨基乙基)- 纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等； 阳离子交

17、换剂：CM-纤维素、纤维素-柠檬酸,二）包埋法 将聚合物单体和酶溶液混合，再借助于聚合促进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，使酶包埋于聚合物中以达到固定化。 此法由于酶分子仅仅是被包埋，故酶活力高，但此法对作用于大分子底物不适宜,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化学价键形成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、葡萄糖凝胶、胶原及其衍生物），合成高分子(聚酰胺、聚丙烯酰胺、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等)和无机支持物（多孔玻璃、金属氧化物等）。 共价结合法制备的固定化酶,酶和载体的连接键结合牢固,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

18、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,四）交联法 利用双/多功能试剂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。 交联剂：戊二醛、苯基二异硫氰酸酯、双重N联苯胺-2，2，-二磺酸；甲异氰-4-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升形成固定化酶后往往为不溶态,二、固定化酶的性质,一）固定化对酶反应系统的影响 构象改变和立体屏蔽效应 构象改变：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构象发生变化，从而导致酶活性下降。这种效应，通

19、常出现于吸附法和共价偶联法。 立体屏蔽效应：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，底物与酶无法接触，从而影响酶活性,二）固定化对酶稳定性的影响 大多数酶在固定化以后，有较高的稳定性和较长的有效寿命。 其原因是： 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； 限制了酶分子的相互作用,1、增加热稳定性 2、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 4、半衰期延长,第四部分 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化成产物的装置。 酶反应器类型： 根据使用对象的不同，可以分为 游离酶反应器 固定化酶

20、反应器,一）固定化酶反应器的类型 1、间歇式搅拌罐 2、连续式搅拌罐 3、固定床反应器 （填充床反应器） 4、 流化床反应器 5、 膜型反应器,连续式搅拌罐,间歇式搅拌罐,固定床反应器,固定床反应器,流化床反应器,特点：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。 优点：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pH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，适用于受底物抑制的酶反应。 缺点：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,1、间歇式搅拌罐,2、连续式搅拌罐

21、 特点：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，以相同流速输出反应液。 优点：该反应器具有与间歇式搅拌罐同样的优点。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，容易造成酶失活,3、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。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。 优点：反应效率较高；可以减少产物对酶的抑制作用；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；柱床不易堵塞；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,4、流化床反应器

22、 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(浮动)状态。 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pH值的调控及气体的供给都比较容易；柱床不易堵塞 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,5、膜型反应器 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。 类型： 螺旋卷膜式反应器；中空纤维膜式反应器；超滤膜酶反应器,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 评

23、价酶反应器优劣的条件：生产能力大小；产品质量高低,酶工程在食品工业中 的应用,一、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，具有一定的医疗保健价值,果胶酶的应用,一）果汁提取 苹果汁要先用机械压榨，然后离心获得果汁，但果汁中仍然含较多的不溶性果胶而呈浑浊状，

24、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(PL)并轻轻搅拌，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（PL）能大大促进果汁的提取。可以在把果肉搅拌1530min后，直接添加0.04果胶酶，并于45下处理10min；即可多产果汁1224。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、胡萝卜汁和杏仁乳，产率高达85，而且简化了生产工艺,二）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

25、，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进行澄清处理。利用0.1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pH值和相对黏度，处理时间越长，效果越好。0.1的果胶酶与0.1的纤维素酶结合使用，效果更好,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。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。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10.814.3，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30.1提

26、高到71.5，酿出的苹果酒果香清新、典型性好,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、加热、干燥、密封、腌制、烟熏等。 一种崭新的食品保鲜技术-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，可广泛地应用于各种食品的保鲜。 酶法保鲜的原理: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味。 目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鲜,一）利用葡萄糖氧化酶保鲜 葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸，有效地防止食品成分的氧化作用 葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下，将蛋类制品中的少量葡萄糖除去，而有效地防止

27、蛋制品的褐变,1、食品的除氧保鲜 食品在运输、储藏保存过程中，氧的存在容易引发色、香、味的改变。 如花生、奶粉、饼干、冰淇淋、油炸食品等富含油脂食品的氧化，导致油脂的酸败，降低营养价值，甚至产生有毒物质；使受伤的苹果、梨、马铃薯等水果蔬菜及草莓酱、苹果酱、肉类等变色，影响商品质量。 葡萄糖氧化酶可直接加入到啤酒及果汁、果酒和水果罐头中，不仅起到防止食品氧化变质的作用，还可有效防止罐装容器的氧化腐蚀。 含有葡萄糖氧化酶的吸氧保鲜袋也已在生产中得到广泛应用,2、蛋类制品的脱糖保鲜 蛋制品主要有蛋白片、蛋白粉和全蛋粉等，是生产糕点和糖果的原料。 在蛋类蛋白中含有0.50.6的葡萄糖，葡萄糖的羰基与蛋

28、白质的氨基反应，使蛋白出现褐变、小黑点，使加工产品色泽加深、溶解度降低并有不愉快气味，必须除去蛋白中的葡萄糖。 将一定量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，并适当配合一定量的过氧化氢酶，即可使葡萄糖完全氧化,除掉蛋白中的葡萄糖,二）利用溶菌酶保鲜 常采用加热杀菌和添加化学防腐剂等方法防止食品的腐败。 溶菌酶对人体无害，可有效防止细菌对食品的污染。 用一定浓度的溶菌酶溶液进行喷洒，即可对水产品起到防腐保鲜效果。既可节省冷冻保鲜的高昂的设备投资，又可防止盐腌、干制引起产品风味的改变，简单实用。 在干酪、鲜奶或奶粉中加入一定量的溶菌酶，可防止微生物污染，保证产品质量，延长贮藏时间。 在香肠、奶油、生

29、面条等其他食品中，加入溶菌酶也可起到良好的保鲜作用,四、利用固定化酶生产高果糖浆 食糖是日常生活必需品，也是食品、医药等工业原料。 世界食糖的需求每年以4的速率增加，而产量每年只增加2-3，供不应求。 目前各国都竞相生产高果糖浆(甜度为蔗糖的173.5)。在美国、日本等发达国家2/3的食糖已为高果糖浆代替。 高果糖浆采用固定化葡萄糖异构酶和固定化含酶菌体进行生产,五、酶法生产新型低聚糖 低聚糖：指2-10个单糖分子通过糖苷键连结起来，形成直链或分支链的一类寡糖的总称。 过量摄取蔗糖会引起肥胖、糖尿病、心血管疾病等,国际市场低聚糖年总产量达6万t，已广泛应用于饮料、糖果、糕点、乳制品、冷饮、调味

30、料，疗效食品等产品中 主要有：异麦芽寡糖、蔗果寡糖、半乳糖基寡糖、半乳糖基转移寡糖、帕拉金糖、偶合糖、大豆低聚糖、异构乳糖等。 低聚糖的主要生理功能：促进双歧杆菌增殖；抑制腐败菌的生长繁殖；低热能，防止肥胖和糖尿病、抗龋齿、抗肿瘤等,低聚糖的生产过程一般包括： 酶的发酵生产 低聚糖的酶法合成 分离精制,酶的发酵生产，可对菌种进行基因工程改造，以提高酶的活力和产量，运用现代发酵技术和新型生物反应器，达到最优化控制以提高发酵酶的产量； 在酶法合成过程中，大多采用固定化酶或固定化菌体来连续合成低聚糖； 分离精制过程一般包括过滤、脱色、脱盐、分离、纯化、浓缩等操作过程,一)低聚果糖的生产 又称为蔗果寡

31、糖，其分子结构是在蔗糖(GF)分子上结合l3个果糖分子的寡糖的总称 主要有：蔗果三糖(GF2)、蔗果四糖(GF3) 、蔗果五糖(GF4)，蔗糖与果糖分子以-l，2糖苷键连接 普遍存在于高等植物中，尤其以洋葱、牛蒡、芦笋、香蕉等植物中含量较高。 目前工业上用-果糖转移酶（为胞内酶，来自于黑曲霉）作用于蔗糖，进行分子间果糖转移反应生产低聚糖,二)异麦芽寡糖 直链麦芽糖分子中具有分支状键合的寡糖，因此又称为分支低聚糖。 分子中除了-1，4糖苷键以外，尚含有-1，6糖苷键及-1，3糖苷键等分枝状结合方式 主要成分为：异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖，其次还含有异麦芽四糖、具有-1，3糖苷键的黑曲糖及具有-1

32、，2糖苷键的曲二糖等,异麦芽糖生产中最关键的酶：-葡萄糖苷酶 如黑曲霉、米曲霉生产的-葡萄糖苷酶可进行-1，6糖苷键葡萄糖苷转移反应,异麦芽糖浆,粉状异麦芽糖,异麦芽寡糖的特点: 具有适口的甜味，甜度约为蔗糖的50，粘度和蔗糖相近 具有良好的保湿性和抗结晶性 可防止淀粉老化 具有一定的双歧杆菌增殖效果和抗龋齿能力 耐热、耐酸性强 因此，异麦芽寡糖可替代部分蔗糖应用于饮料、冷饮、糖果、乳制品、糕点、焙烤等食品中，是目前世界上生产量最大(约2000万t)、价格最便宜的一种新型低聚糖,三)低聚半乳糖的生产 低聚半乳糖：是在乳糖分子的半乳糖基上以-1，4糖苷键、-l，6糖苷键连接23个半乳糖分子的寡糖

33、类混合物。 低聚半乳糖是以乳糖为原料，由-半乳糖苷酶进行半乳糖转移反应来生产。乳糖是半乳糖残基供给体，同时也是接受体,荷兰Borculo公司利用乳糖生产低聚半乳糖，应用于乳制品、婴儿食品、糖果、饮料等食品。该公司生产的低聚半乳糖浆的组成为：低聚半乳糖5865，乳糖2128，葡萄糖20-23，半乳糖14，固形物75，甜度约为蔗糖的30,半乳糖苷酶：也称乳糖酶，它能将乳糖水解为葡萄糖及半乳糖，也能将水解下来的半乳糖苷转移到乳糖分子上。 只有米曲霉和环状芽孢杆菌产的-半乳糖苷酶可以合成三聚及三聚以上的低聚半乳糖。 目前工业化生产低聚半乳糖多采用固定化酶的方法连续生产,低聚半乳糖的特点： 为难消化性低

34、聚糖，其热值远低于蔗糖，具有良好的双歧杆菌的增殖效果，能改善便秘、抑制肠内腐败菌的生长，此外还有一定程度的抗龋齿性和改善脂质代谢的效果,六、酶法生产环状糊精 环状糊精：是一种由6个以上的葡萄糖以-1，4糖苷键结合的环状低聚糖。 是应用环状糊精葡萄糖基转移酶的催化作用自淀粉或葡萄糖分子间转化而成的。 这种酶的产生菌，目前采用嗜碱性芽孢杆菌,环状糊精产品的主要种类： -环状糊精：由6个脱水葡萄糖单位组成 -环状糊精，由7个脱水葡萄糖单位组成 -环状糊精，由8个脱水葡萄糖单位组成,环状糊精(CD)的生产一般分为三个阶段： 第一阶段是制造环状糊精合成酶， 第二阶段是利用酶作用于淀粉糊来合成环状糊精， 第三阶段是环状糊精的分离提取与精制,环状糊精的作用,1、使易挥发、氧化和光分解的物质稳定化 食品中易挥发的香精、香料及食品中的香味物质，食品中易氧化及遇光和热易分解的色素、维生素、生理活性物质等，可借助环状糊精和它们所形成的包接络合物使其稳定化,2、改变物质的物理和化学性质 改变食品中色、香、味等成分的乳化性和分散性 使某些难溶于水的物质溶解和乳化，常用于脂肪含量高的乳