我的课件--第五章--酶工程原理及其在食品工业中的应用

1、一、酶工程概述一、酶工程概述 酶工程技术的应用范围大致有：（酶工程技术的应用范围大致有：（1）对生物宝库中存）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产；（在天然酶的开发和生产；（2）自然酶的分离纯化及鉴）自然酶的分离纯化及鉴定技术；（定技术；（3）酶的固定化技术（固定化酶和固定化细）酶的固定化技术（固定化酶和固定化细胞技术）；（胞技术）；（4）酶反应器的研制和应用；（）酶反应器的研制和应用；（5）与其它）与其它生物技术领域的交叉和渗透。生物技术领域的交叉和渗透。其中固定化酶技术是酶工其中固定化酶技术是酶工程的核心。程的核心。 加酶洗衣粉中加入一些酶可大大加强其去污能力。加酶洗衣粉中加入一些酶可大大加

2、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，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。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，此外还有抗肿瘤的胃分泌功能障碍患者的痛苦，此外还有抗肿瘤的L-L-天冬酰

3、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。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。医疗领域的成功应用实例。 n(2) (2) 液体发酵法液体发酵法发酵条件既要有利菌体生长繁殖，又不影响酶的形成发酵条件既要有利菌体生长繁殖，又不影响酶的形成（1 1）酶合成的调节机制）酶合成的调节机制2.1.4.1 2.1.4.1 通过条件控制提高酶产量通过条件控制提高酶产量2.1.4.3 2.1

4、.4.3 其他提高酶产量的方法其他提高酶产量的方法2.2 2.2 酶的分离纯化酶的分离纯化交联法半衰期延长半衰期延长连续式搅拌罐连续式搅拌罐固定床反应器固定床反应器厌氧流化床气提式生物流化床 传统的啤酒生产主要依靠麦芽中的传统的啤酒生产主要依靠麦芽中的、一淀粉酶的水解作用，一淀粉酶的水解作用，生成麦芽糖，进而发酵过滤等，又称生成麦芽糖，进而发酵过滤等，又称全麦啤酒全麦啤酒。传统的生产过程。传统的生产过程缓慢，效率低，难以适应现代化的要求，正逐步向外加酶制剂的缓慢，效率低，难以适应现代化的要求，正逐步向外加酶制剂的方向发展。方向发展。多种酶的添加成为现代啤酒技术进步的一个标志。多种酶的添加成为现

5、代啤酒技术进步的一个标志。 前苏联专家把酵母细胞镶嵌在陶瓷或聚乙烯材料的环形载体上进行啤前苏联专家把酵母细胞镶嵌在陶瓷或聚乙烯材料的环形载体上进行啤酒发酵，发酵周期缩短到酒发酵，发酵周期缩短到2d ，鲜啤酒的理化指标均可达标，产量比传统，鲜啤酒的理化指标均可达标，产量比传统增加增加2一一2.5 倍。倍。 啤酒中含有多肽和多酚物质，在长期放置过程中，会发生聚合反应，使啤酒中含有多肽和多酚物质，在长期放置过程中，会发生聚合反应，使啤酒变混浊。在啤酒中添加啤酒变混浊。在啤酒中添加木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶等蛋白酶，可以水解其中的蛋白质和等蛋白酶，可以水解其中的蛋白质和多肽，多肽，防止出现混浊防止出现混浊。

6、但是，如果水解作用过度，会影响啤酒泡沫的保持性。但是，如果水解作用过度，会影响啤酒泡沫的保持性。研究用研究用固定化木瓜蛋白酶固定化木瓜蛋白酶来处理啤酒，既可克服蛋白酶的这一缺陷，又可防来处理啤酒，既可克服蛋白酶的这一缺陷，又可防止啤酒的混浊。止啤酒的混浊。 通过蛋白酶来降解啤酒中的蛋白质，提高啤酒稳定性。目前主要采用添加通过蛋白酶来降解啤酒中的蛋白质，提高啤酒稳定性。目前主要采用添加菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶，加入方式多数是在成熟啤酒过滤之前，与酒液混合菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶，加入方式多数是在成熟啤酒过滤之前，与酒液混合进过滤机，或者直接加入清酒罐中。进过滤机，或者直接加入清酒罐中。 氧化作用是促

7、使啤酒混浊的重要因素。氧化作用是促使啤酒混浊的重要因素。葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶的存在可以去除啤酒的存在可以去除啤酒中的溶氧和成品酒中瓶颈氧，是中的溶氧和成品酒中瓶颈氧，是阻止啤酒氧化变质、防止老化、保持啤酒原有阻止啤酒氧化变质、防止老化、保持啤酒原有风味、延长保质期风味、延长保质期的一项有效措施。的一项有效措施。 成品啤酒中序葡聚糖含量超标，容易形成雾浊或凝胶沉淀，严重影响产成品啤酒中序葡聚糖含量超标，容易形成雾浊或凝胶沉淀，严重影响产品质量。在生产中常因发芽欠佳而导致品质量。在生产中常因发芽欠佳而导致-葡聚糖超标。添加葡聚糖超标。添加-葡聚糖酶葡聚糖酶来降来降低低-葡聚糖含量，保障糖化和发

8、酵的正常进行，提高啤酒的持泡性和稳定性。葡聚糖含量，保障糖化和发酵的正常进行，提高啤酒的持泡性和稳定性。E. 降低啤酒中双乙酰含量降低啤酒中双乙酰含量 在啤酒生产中，双乙酰的形成与消除直接影响啤酒成熟和发酵周期。一在啤酒生产中，双乙酰的形成与消除直接影响啤酒成熟和发酵周期。一般成品啤酒的双乙酞含量不得超过般成品啤酒的双乙酞含量不得超过0.lmg/L，否则会使啤酒带有不愉快的馊，否则会使啤酒带有不愉快的馊味。味。a 一乙酞乳酸脱梭酶一乙酞乳酸脱梭酶可使可使a 一乙酞乳酸转化为一乙酞乳酸转化为3 一经基丙酮，改变了一经基丙酮，改变了a 一乙酞乳酸转化途径，从而有效地降低啤酒中双乙酞的含量，加快啤酒

9、的成一乙酞乳酸转化途径，从而有效地降低啤酒中双乙酞的含量，加快啤酒的成熟。熟。 与普通啤酒相比，干啤酒（与普通啤酒相比，干啤酒（dry beer ）具有发酵度高、残糖低、热）具有发酵度高、残糖低、热量低、干爽及饮后无余味等特点。随着人们生活水平的不断提高，干啤酒量低、干爽及饮后无余味等特点。随着人们生活水平的不断提高，干啤酒越来越受欢迎，已成为目前国际市场上的新潮饮品。越来越受欢迎，已成为目前国际市场上的新潮饮品。 生产干啤酒，要求提高发酵度，降低残糖。提高发酵度主要通过提生产干啤酒，要求提高发酵度，降低残糖。提高发酵度主要通过提高麦汁可发酵糖的含量或选育高发酵度的菌种。高麦汁可发酵糖的含量或

10、选育高发酵度的菌种。 通过添加通过添加a 一淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、普鲁兰酶一淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、普鲁兰酶等酶制剂，可以等酶制剂，可以提高发酵度，酿造干啤酒。提高发酵度，酿造干啤酒。n 橘苷酶橘苷酶可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷，以脱除苦味；可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷，以脱除苦味；橙橙皮苷酶皮苷酶可使橙皮苷分解，能有效地防止柑橘类罐头制品出现白色浑浊；可使橙皮苷分解，能有效地防止柑橘类罐头制品出现白色浑浊；果胶酶果胶酶可用于果汁和果酒的澄清；可用于果汁和果酒的澄清；纤维素酶纤维素酶可将传统加工中果皮渣等废可将传统加工中果皮渣等废弃物综合利用，促进果汁的提取与澄清，提高可

11、溶性固形物含量。弃物综合利用，促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量。 果汁生产中果胶酶的应用果汁生产中果胶酶的应用 在浑浊果汁内加入果胶裂解酶（在浑浊果汁内加入果胶裂解酶（PL ）并轻轻搅拌，在酶作）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PL 能大大促进果汁的提取。能大大促进果汁的提取。 n 果汁澄清果汁澄清 新压榨出来的果汁不黏度大，而且浑浊。加果胶酶澄清处理后，使果新压榨出来的果汁不黏度大，

12、而且浑浊。加果胶酶澄清处理后，使果汁得以快速澄清、易于过滤。汁得以快速澄清、易于过滤。0. 1 % 的果胶酶与的果胶酶与0. 1 的纤维素酶结合的纤维素酶结合使用，效果更好。有些果汁含较多淀粉，为了防止果汁由于淀粉的存在出使用，效果更好。有些果汁含较多淀粉，为了防止果汁由于淀粉的存在出现浑浊，可用淀粉酶进行澄清处理。现浑浊，可用淀粉酶进行澄清处理。n果酒澄清、过滤果酒澄清、过滤 常见的保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻、加热、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。随着人们对食品的要求不断提高干燥、密封、腌制、烟熏等。随着人们对食品的要求不断提高和科学

13、技术的不断发展，一种崭新的食品保鲜技术和科学技术的不断发展，一种崭新的食品保鲜技术 酶法保酶法保鲜正在崛起。鲜正在崛起。 酶法保鲜的原理是利用酶的催化作用，防止或消除外界因酶法保鲜的原理是利用酶的催化作用，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。味。目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鲜。 葡萄糖氧化酶（葡萄糖氧化酶（glucose oxidase ）是一种氧化还原酶，）是一种氧化还原酶，它可催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸和它可催化葡萄糖与氧反应，生

14、成葡萄糖酸和双氧水双氧水，有效地防止，有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鲜作用。食品成分的氧化作用，起到食品保鲜作用。 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，而有效地防止蛋制品的褐变，提高产品的质量。糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变，提高产品的质量。 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。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。如油脂的酸败，水果蔬菜及草毒酱、苹果酱、肉类等变色，影响商品质量。如油脂的酸败，水果蔬菜及草毒酱、苹果酱、肉类等变色，影响商品质量。葡萄糖氧化酶

15、可有效防止氧化的发生葡萄糖氧化酶可有效防止氧化的发生。葡萄糖氧化酶可直接加入到啤酒及。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。得到广泛应用。 n蛋类制品的脱糖保鲜蛋类制品的脱糖保鲜 蛋类蛋白中含有蛋类蛋白中含有0.5 一一0.6 的葡萄糖，其羧基与蛋白质的氨基反应，的葡萄糖，其羧基与蛋白质的氨基反应，结合生成黑蛋白，出现褐变、小黑点，使加

16、工产品色泽加深、溶解度降低并结合生成黑蛋白，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，必须进行脱糖处理，除去蛋白中的葡萄糖。将一定量的有不愉快气味，必须进行脱糖处理，除去蛋白中的葡萄糖。将一定量的葡萄葡萄糖氧化酶糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，并适当配合一定量的加到蛋白液或全蛋液中，并适当配合一定量的过氧化氢酶过氧化氢酶可使葡萄可使葡萄糖完全氧化。既除掉了蛋白中的葡萄糖，又提高了生产效率，保障了产品的糖完全氧化。既除掉了蛋白中的葡萄糖，又提高了生产效率，保障了产品的质量。质量。 溶菌酶对人体无害，可有效防止细菌对食品的溶菌酶对人体无害，可有效防止细菌对食品的污染，用途广泛。污染，用途广泛。 用一定浓度的用一定浓度的溶菌酶溶液溶菌酶溶液进行喷洒，即可对水产品起到进行喷洒，即可对水产品起到防腐保鲜防腐保鲜效果。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，易于推广。