酶工程在食品工业中的开发应用

..酶工程在食品工程中的开发应用系部：安全工程系学生姓名:张开科专业__2014级食品营养与检测学号：1401050204指导刘振平..酶工程在食品工业中的开发应用食品营养与检测学生：张开科导师：刘振平摘要:酶工程在食品工业中的应用,介绍酶工程在水解纤维素、生产功能性糖类、生产环状糊精、干奶酪制品、酿酒工业中以及其他食品加工中中的应用,从而对酶工程在新世纪发的展做出了展望酶工程技术就是利用了酶所具有的催化功能生产人类生活所需产品的技术,其中包括了酶的生产与研制,酶和其细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的改造和修饰,以及生物传感器。酶是活细胞产生的具有高度专一性、高度受控性和高效催化功能的特殊蛋白质。酶的催化作用可在在常温、常压下进行,又有可调控性,酶工程技术在食品工业中是使用最广泛的也是众多行业中使用最早的生物技术在食品工业中应用的典型代表可以说是酶在食品工业中的各种应用。酶制剂在食品工艺中的应用为新时代的食品工业注入了新的活力,开辟了新的发展方向,极大地推动了新世纪食品生产工业技术的发展。80年代末,就已经研发出多种蛋白酶、脂肪酶,到目前为止,国际上食品工业酶的应用超过了50多种。主要有、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、糖化酶、纤维素酶等。主要应用于食品保鲜,瓜果蔬菜的加工、蛋白质制品加工、淀粉生产以及改善食品品质等。酶工程技术在食品工业中的应用不仅降低了生产成本,更提高了食品的质量,还为食品工业生产带来了巨大的经济效益和社会效益。关键词：酶工程食品工业目录TOC\o"1-6"\h\u29471第一章酶工程的概述3191.1酶工程的概念3209951.2酶工程的发展史3240591.3酶的主要用途412332第二章酶基本概念、命名及其分类594732.1酶的生产方法5233522.2酶的分类6137322.3酶的命名6157732.4酶的分离纯化629864第三章微生物发酵产酶7257433.1产酶细胞的要求740803.2酶发酵生产常用的微生物7117753.3提高酶产量的措施732500第四章酶工程在食品工业中的应用8101414.1酶工程技术在乳品加工中的应用8174654.2酶工程技术在果蔬加工中的应用8120484.3鱼肉制品的加工924372参考文献：9酶工程的概述1.1酶工程的概念酶工程是生物技术的重要组成部分,随着科学技术的不断研究和发展,没学技术的迅速发展,使酶学基本原理与化学工程相结合,便形成了酶工程,酶工程又称酶工程技术,它是指酶的大批量生产和应用的过程。1.2酶工程的发展史酶在工业中的应用和生产的技术过程被称为酶工程,主要是通过了预先设计,有人工操作而获得的大量所需的酶,并且创造出各种使酶催化功能最有效发挥的条件,随着人类对酶的深入研究、酶提取技术的不断涌现,酶已经在各个领域中被广泛应用,利用酶制剂改进食品工业生产工业,不仅提高了产品的质量和生产效率,还间的了生产成本。在20世纪七十年代以后,随着固定化酶及其相关技术的产生,酶工程才算正式登上了历史的舞台。目前固定化酶正日益成为国际工业生产的主力军,在医药化工、食品轻工业、农业、环境保护、能源开发、生命科学等领域发挥着重大的作用。不仅如此,特别是最近20来,由于计算机信息技术、基因工程,蛋白质工程等各种高新技术的高度发展,促使酶工程技术得到了快速的应用和发展,各种研究新成果、新发明、新技术不断出现使酶工程技术成为食品工业生产应用中的主角。众所周知,酶在各种生物体内的含量是极少的的,不管是哪个种类的酶,在细胞或组织中的含量都是极低的,这也是出于生物机体生命活动平衡调节的需要。可是这样一来,就极大的限制了直接利用天然酶更有效地解决很多化学反应的可能性。基因工程、蛋白质工程、计算机信息技术等高新科技的快速发展人么可以利用基因工程的方法可以解决这一难题。1.3酶的主要用途酶作为一种生物催化剂,已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。随着酶工程不断的技术性突破,在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。食品加工中的应用酶酶工程技术在食品工业中最大的用途是乳制品加工,其次是淀粉加工、烘烤食品加工、果蔬食品及酒类发酵等。与之相关的各种酶如葡萄糖异构酶、凝乳酶、淀粉酶、乳糖酶、蛋白酶等占据了一半以上的酶制剂市场。酶工程技术在食品市场发展的主要方向是帮助和促进食物消化的食品,包括了促进纤维素消化的酶〔纤维素酶,进蛋白质消化的酶〔胃蛋白酶、胰蛋白酶、菠萝蛋白酶等,促进油脂、脂肪消化的酶〔脂肪酶、酯酶等和促进乳糖消化的酶〔乳糖酶等。轻化工业中的应用酶工程技术在轻工业中的应用主要包括了：毛皮工业、明胶制造、洗涤剂制造〔增强去垢能力、胶原纤维制造〔粘接剂、牙膏和化妆品的生产、造纸、废水废物处理和饲料、加感光材料生产等。医药上的应用DNA重组技术的出现促进了各种各样有医疗价值的酶被大规模的生产。各种用于临床治疗的酶品种逐渐增加。酶除了作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用外,还可以用作常规治疗。例如在体外循环装置中,利用酶清除血液中的废弃物,防止体内酶控药物释放系统和血栓形成等。另外,酶作为医疗临床体外检测的试剂,可以准确、快速、灵敏地测定体内某些新陈代谢的产物,也将是酶在医疗上一个重要的应用。能源开发在面对全世界新型能源的开发大趋势下,利用酶工程技术或微生物从各类生物体中提取燃料也是人们目前正在进行探寻的一条全新型路线。例如,利用农作物、林业产物废物、动物中的半纤维素、木质素、纤维素、淀粉等原料,制造氢、甲烷等气体燃料以及乙醇和甲醇等液体燃料。第二章酶基本概念、命名及其分类酶是生物催化剂,它与非生物催化剂相比具有以下特性：〔1专一性,酶对反应的底物都具有极高的专一性。〔2活性可调节特性,酶的活性通过别构调节、酶的合成与降解等来调节。〔3酶的催化活性离不开辅基以及辅酶的作用。〔4催化效率高特性,比非酶催化反应速度高几个数量级。〔5反应所需要的条件温和,在常温常压的条件下进行催化反应。2.1酶的生产方法〔1提取法直接从植物、动物细胞或组织中将酶提取出来。提取法虽然简单易行,但受原材料来源的限制比较大。注意事项：温度提取时温度不宜太高,防止酶高温失活。提取液的体积过量的提取液会使酶得浓度降低,不利于分离纯化。PH在提取时PH值不能过高或过低,防止没变性失活。④添加保护剂为了提高提取时的稳定性,防止酶变失活。〔2微生物发酵法微生物发酵法是20世纪50年代以来酶生产的主要方法。利用微生物细胞的生命活动合成所需酶的方法称为发酵法。微生物发酵法生产酶是现代酶生产的主要方法。〔3化学融合法是20世纪60年代中期出现的新技术。成本比较高,而且只能合成那些已知化学结构的酶。化学融合法目前仍然停留在实验室内合成的阶段。2.2酶的分类〔1氧化还原性酶：在体内参与解毒、产能和某些生理活性物质的合成,如：氧化酶、过氧化物酶、细胞色素氧化酶等。〔2水解酶：水解酶一般不需要辅酶,在体内外起降解作用。〔3转移酶：参与核酸、糖、蛋白质以及脂肪的代谢与合成的酶类。〔4异构酶：催化物质分子异构化的酶。2.3酶的命名酶的命名分为系统命名法与习惯性命名法。系统命名法：要写出酶作用的基团及其催化反应的类型、酶作用的所有底物等详细情况。习惯性命名法：由反应的底物的名称加上后缀"——ase"来命名。2.4酶的分离纯化理想的提取和分离纯化方法是在提高酶活度的同时,要求酶的提取步骤少、成本低、回收率高,生产工艺简单。酶在分离纯化的过程中应考虑到的是：纯度级别、产品质量要求、提取方法的经济性、提取时防止酶的损失：剂型的选择等。酶的分离纯化应遵循的原则：<1>注意防止酶的失活和变性。〔2原料的选择要成本低、来源广、稳定性好、酶含量高、活力强等。〔3建立适应的检测手段。〔4细胞破碎。酶在提取时应根据酶的溶解性质和结构,悬着合适的溶剂,溶剂选择的原则有以下几点：〔1采用经预冷处理的溶剂,防止蛋白酶的失活变性。〔2应尽可能的保持PH稳定,采用缓冲液。〔3尽量多溶解所要溶解的蛋白酶。微生物发酵产酶3.1产酶细胞的要求随着酶工程技术的发展和酶学研究的不断深入,利用动物、植物、微生物等细胞的生命活动产酶的过程称为酶得发酵生产。良种产酶细胞需要具备以下条件。产酶稳定性好在通常条件下可以稳定的进行生产不容易退化,发生退化是可以通过复壮处理来恢复产酶的能力。没得产量高可以通过含酶的富集培养、收集、条件优化、分离纯化等操作获得。容易管理和培养产酶细胞适应性强、易于控制、便于管理。安全可靠不会影响生产人员和环境,对生产应用无毒无害。有利于分离纯化要求其本身及其杂质利于分离纯化。3.2酶发酵生产常用的微生物大肠杆菌大肠杆菌可生产多种胞内酶。米曲霉可用于生产蛋白酶和糖化酶等。黑曲酶黑曲霉可用于生产多种包内酶和胞外酶。啤酒酵母用于转化酶。3.3提高酶产量的措施〔1控制阻遏物的浓度有两种分别是分解阻遏物和产物阻遏物。〔2添加诱导物不同的酶具有不同的诱导物。〔3添加产酶促进剂指促进产酶量但作用未阐明的物质。酶工程在食品工业中的应用4.1酶工程技术在乳品加工中的应用乳糖酶也称为半乳糖苷酶,广泛的存在于杏、桃苹果等植物及乳酸杆菌、大肠杆菌、酵母进和霉菌等微生物中,其作用是将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖。〔1防止乳糖结晶乳糖的溶解度比较低,在高浓度时会析出结晶体,在运输储存中一些浓度较高的乳清会出现乳糖结晶,还有一些浓缩的乳制大的甜炼乳,由于析出乳糖结晶影响了产品的保藏和外观。如果在乳清中加入乳糖酶或者在乳炼中加入少量的乳糖水解乳,可以增加产品的甜度减少蔗糖的用量还可以防止结晶现象的出现。乳凝固时间的缩短用乳糖酶制造酸乳核奶酪等可以加快酸化工程,有助于奶酪风味核结构的形成,并且可以缩短乳凝固的时间,奶酪的凝固以更坚实。〔3如糖水解乳的加工人在出生后肠道里面具有一种叫乳糖酶的酶类,但断奶之后用其他的食物代替了母乳,乳糖酶的活性逐渐的减少了甚至到没有乳糖酶的产生,因此会引起乳糖不耐症。乳糖水解乳是利用了乳糖酶将乳糖水解加工而成的,是乳糖不耐症的理想食品。4.2酶工程技术在果蔬加工中的应用果胶酶、纤维素酶果胶酶存在于植物、真菌和某些细菌中,,水解聚半乳醛酸残基α——1,4糖苷键形成了小分子的果胶,在果蔬工业加工中最常见,主要用于果酒和果汁的澄清加工中。纤维素酶具有很强的降解纤维素和果实细胞壁的功能。纤维素酶经常与果胶酶协同作用进行对果汁的澄清加工。〔1果汁澄清有些水果含有丰富的果胶如山楂、柑橘、草莓苹果等,在压榨果汁的工艺中,由于果胶产生了很高的黏性,所以会影响果汁的压榨和澄清。通常在榨汁工业中压榨过时是在果实破碎后添加少量的果胶酶和纤维素酶,能有效地加速果汁压榨和澄清、提高出汁率,并且有效的缩短了压榨的时间。〔2板栗去皮、柑橘去囊衣利用酶法出去板栗的外皮能较好的保持果肉的形状、营养成分、色泽及口感。传统的柑橘罐头去囊衣生产方法是利用酸或者是碱处理来去除囊衣,这种方法会对果肉造成破坏易形成残留,耗水量也较大。利用果胶酶、半纤维素酶和纤维素酶的混合物,在适应的条件下能有效的去处囊衣其处理的效果优与酸碱法。除此之外,某些蔬菜、水果经过纤维素酶的是当处理可以提高其消化性并改进口感。4.3鱼肉制品的加工〔1>木瓜蛋白酶来源于番木瓜,其主要功能是催化肽类和蛋白质的水解。目前食品工业中应用比较广的是通过它的蛋白质分解活性,在肉制品加工中用于肉的嫩化。木瓜蛋白酶可使肌原纤维蛋白溶解加快,使肉滑嫩和松化,改善口感、促进消化吸收,提高营养价值。〔2转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶能催化蛋白质之间产生交联反应,可以应用这一特性在肉制品加工过程中对一些价值低的碎肉进行重组,提高肉制品的质构和外观增加附产值。参考文献：[1]高振红,岳田利,袁亚宏,等。果胶酶在果品加工中的应用及其研究[J].农产品加工,2007,94〔3：31-33[2]薛长湖,张永勤,李兆节,等。果胶及果胶酶研究进展[J]食品与生物技术学报,2005〔6：94-99[3]郭勇.酶的生产与应用。北京：化学工业出版社,[4]尤华,陆兆新,冯红霞,微生物原果胶酶的研究进展[J]工业微生物,2002,32〔1：50-33[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