酶的应用及基本知识

授课教师：王莹TEL-Mail：wylyac@163.com第二部分

酶工程原理及其应用咀嚼甜味？酵母如何使面包发起的呢？啤酒是如何酿出的?果汁实际上，酶已经应用到工业生产的各个领域，为我们的生活提供了极大的便利。一、酶的重要性绪论大自然的杰作：无处不在的酶生命与非生命最根本的区别：没有酶，就没有新陈代谢，就没有整个生物界。生命具有新陈代谢二、酶制剂的应用

(一)酶在食品、发酵工业中的应用1、酶在食品保鲜方面的应用A食品除氧保鲜

(葡萄糖酸)

B蛋类制品脱糖保鲜——葡萄糖氧化酶蛋类制品，由于蛋白中含有0.5～0.6％葡萄糖，与蛋白质反应生成黑点，影响产品质量。应用葡萄糖氧化酶进行蛋白脱糖处理，将适量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液中，采用适当方法通气，将葡萄糖氧化，从而保持蛋品的色泽和溶解性。C食品灭菌保鲜——溶菌酶

溶菌酶是一种催化细菌细胞壁中肽多糖水解的水解酶。破坏细胞壁使细菌溶解死亡。溶菌酶一般从蛋清中分离得到。在干酪、水产品、啤酒、清酒、鲜奶、奶粉、奶油、生面条等生产中广泛应用。2.谷物食品中的魔术师A促进酵母发酵的酶——α,β-淀粉酶B改善面筋网络的酶——葡萄糖氧化酶C延长保鲜期的酶——麦芽糖淀粉酶D有前途的增白酶——脂肪氧化酶3.淀粉糖的孵化器

淀粉糖是是人们非常喜爱的一种甜味料。

淀粉糖大致可分为液体葡萄糖、结晶葡萄糖、麦芽糖浆、麦芽糊精、麦芽低聚糖、果葡糖浆等。

近年来人们还成功地生产了低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚乳果糖等功能性低聚糖。4.油脂加工中的大力神

A使植物油的生产变的“多快好省”传统的植物油化学脱胶工艺流程：毛油→酸处理→碱处理→离心分离→水洗→离心分离→脱胶油酶法脱胶工艺流程：毛油→柠檬酸处理→酶处理→离心分离→脱胶油人造奶油或起酥油——反式脂肪酸。

丹麦诺维信公司——脂肪酶

“酶法酯交换”替代“部分氢化”工艺。B健康卫士——酶让我们远离反式脂肪酸5.高品质功能食品生产的法宝

功能食品是指具有营养功能、感觉功能和调节生理活动功能的食品。目前的功能食品生产中，酶技术正越来越广泛地得到应用。A大豆多肽

蛋白质长链被切断至一定程度的短链就称为小肽。科学研究表明，具有某种长度和空间结构的肽链具有某种特殊的功能，大豆多肽就是一个典型的例子。大豆多肽可以应用于老年人保健食品、运动员食品、恢复营养食品和一些新品种的发酵类食品中。利用蛋白酶分解大豆蛋白生产大豆多肽是大豆深加工的一个重要方向B大豆低聚糖

双歧杆菌——有益菌。产气荚膜梭菌——有害菌大豆低聚糖具有促双歧杆菌增殖作用。同时，减少有毒发酵产物及有害细菌酶的产生

目前大豆低聚糖的生产方式主要色谱分离方法——纯度较高，产率较低，成本偏高。采用酶技术可以使大豆低聚糖中的蔗糖转化为低聚糖——提高产率、节省成本。6.果汁工业的巧帮手

A澄清苹果汁的生产——果胶酶B酶法脱苦

C酶法去皮

7.液体大麦—啤酒中的催化剂

A酶可以改善啤酒的口味

双乙酰——延长生产周期α-乙酰乳酸脱羧酶——缩短生产周期。

B酶可以提高啤酒质量啤酒浑浊、失光等现象。大分子物质没有被彻底分解这可以通过添加相应的酶来加以弥补。啤酒其独特的色、香、味——保证麦汁成分的一致性——酶作用的一致性现实生产中往往或多或少出现问题，商品酶可以很方便地进行补救。8乳制品中的点金石A酶在奶酪加工中的应用B酶解决乳糖不耐受症

制造乳糖水解奶——乳糖酶（二）酶在医药方面的应用据《左传》记载，2500多年前，人们就懂得用麦曲治疗消化不良。20世纪后半叶，酶的应用日益广泛，它具有疗效显著、副作用小的特点。目前，酶在医学方面的应用主要有疾病的诊断、治疗和药物制造等方面。①化验单上的酶生命是酶的有秩序的协同作用，酶的紊乱就预示着疾病。根据谷丙转氨酶(GPT)的活性大小，医生就能确诊是不是肝病。

肝组织中谷丙转氨酶含量很高，而在正常血清中其含量很低(40单位以下)。感染肝炎病毒后，肝细胞遭到破坏，GPT被释放到血液中，使血清中GPT的活性迅速增大，医生就可以根据血清中GPT的活性大小确诊是不是患肝炎，也能根据GPT的变化情况判断病情是好转还是恶化。

②处方单上的酶内科处方单上常见的酶要算多酶片。如果你消化不良或食欲不振，医生就会开点多酶片或乳酶生作为助消化剂，它们就含有消化积食的酶——淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、脂肪酶等。1893年就有人用木瓜蛋白酶治疗结核性溃疡；如今，胰蛋白酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等可作为消炎剂，治疗各种炎症。这是因为它们能分解蛋白质和多肽，从而增加了组织的通透性，促进炎症坏死组织溶解，具有消炎、消肿等效用。外科处方单上常有溶菌酶。

它能分解细菌坚韧的细胞壁，使细菌溶解死亡，具有抗、消炎等作用，并对组织无刺激、无毒性；它对眼、耳、鼻、口腔五官科的急慢性炎症均有一定的疗效。溶菌酶与抗生素制成复合药剂，可以使抗生素的用量减少到原来的百分之一。L-天冬酰胺酶是第一种用来治疗白血病的酶。癌细胞生长需要天冬酰胺，这种酶可以切断天冬酰胺的供给，使癌细胞“饿”死，而人体正常细胞可以合成天冬酰胺,因而不受影响。因此，L-天冬酰胺酶对治疗癌症，特别是白血病有显著疗效。③制药能手酶在药物制造方面的应用是利用酶催化反应物转变成药物。现在用酶法生产的药物有上百种。青霉素最初用4万单位就能杀死的细菌，现在用上百万单位还不能杀死，原因是细菌产生了耐药性。利用酶稍改变青霉素的结构，即有利于对细胞的攻击，如加上一个“氨苄”基，就成为氨苄青霉素。

氨苄青霉素——它们能作用于耐药性菌株，是疗效很好的广谱抗生素。现在，酶工业发达的国家每年要生产上千吨半合成青霉素。（三）酶在轻工化工方面的应用洗涤能手1962年，加酶洗衣粉。目前，洗涤剂用酶已成为工业用酶中市场销量最大的酶制剂。除碱性蛋白酶外，还添加有淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、脂肪酶等，用来去除血渍、油渍、菜渍、巧克力等有机污渍。在个人用品工业牙膏、漱口水等产品中加酶，可增加洁齿效果，防治龋齿。在护肤品和化妆品加入超氧化物歧化酶、溶菌酶、弹性蛋白酶可以起到抗衰老、抗氧化、杀菌消炎、光洁皮肤等作用。造纸工业是一个重度污染环境的工业。在漂白过程中使用木聚糖酶和半纤维素酶等处理纸浆，减少了用氯量，从而减少了氯的污染。在饲料厂——植酸酶饲料中的磷50%～80%以植酸形式存在，但由于大多数单胃动物(鸡、猪等)体内植酸酶的活力很低，所以大多数植酸磷无法利用。因此为预防磷酸缺乏，必须向饲料中添加无机磷酸盐，而未消化的植酸磷被排出动物体外，不仅意味着对磷这种贵重原料的浪费，而且会造成环境污染。如果在饲料中添加由微生物重组制成的植酸酶，一方面能分解利用饲料中的磷以提高营养，另一方面也可以使排出的磷减少30%。（四）酶在环保、能源方面的应用“白色污染”是严重的环境问题酶已被用于生产可生物降解塑料——聚3-羟基丁内酯(PHB)取代塑料发泡制品、消灭白色污染的最具前景的替代物。利用酶还可以转化工厂废水中有毒的酚类、汞化合物、剧毒的氰化物等物质，减少环境污染。在环境检测方面，酶可以检测有机磷、有机氯等痕量环境污染物。酶在分解废弃物中的蛋白质、脂肪、碳水化合物、纤维素、环烃、有机磷、人工合成聚合物等的过程中，也都担任着重要角色。能源乙醇很可能是未来石油的代替品。利用酶将淀粉等可再生资源转化为乙醇制成的乙醇汽油已得到关注。我国以玉米淀粉为原料生产燃料乙醇，现在吉林、黑龙江等地已建立了年产数十万吨乙醇的工厂。酶法还可以通过对废弃的植物油进行酯交换反应而生产生物柴油。（五）酶在分析检测方面的应用快速、方便、灵敏、精确在临床医学、环保监测及工业生产中发挥着巨大的作用。酶法检测包括单酶反应检测、酶偶联反应检测、酶标记免疫反应检测，可确定葡萄糖、胆固醇、乳糖、胰岛素、多种抗体抗原等物质的含量。三、酶制剂工业的发展概况

1、世界酶制剂发展现状

酶作为商品生产已有100多年历史1949日本人采用液体深层培养法生产细菌α-淀粉酶，这标志着微生物酶的生产进入大规模工业化阶段。第二次世界大战后，由于抗生素工业的兴起，使酶制剂工业迅速发展。1974，全世界酶制剂年销售总额不过4000万美元

2002已经达到24亿美元

据1985年的统计数字，世界上大型酶制剂生产厂家超过10家，其中丹麦诺维信公司是世界上最大的酶制剂生产公司，在丹麦、日本、美国、巴西、中国等国设厂，在生产技术、产品品种开发和经济效益等方面处于世界领先水平。

诺维信酶制剂公司，全球最大的酶制剂公司。公司产品占有中国50%的工业酶制剂市场。总公司位于丹麦，在天津有它的生产基地，并在全国都有分厂和合作工厂。世界第二大酶制剂公司genencor德国AB酶制剂公司比利时BELDEM丹麦哥本哈根诺维信公司总部全世界酶制剂市场以每年11％的速度逐年增长。就酶应用的各个领域来说，食品、饲料工业用量最大，洗涤剂、纺织、造纸工业、化学工业。美国、加拿大、欧盟、澳大利亚、新西兰、日本等国均规定酶制剂必须经过严格的安全性评价，批准后才能生产销售。2、我国的酶制剂工业1965年开始生产，主要细菌淀粉酶，填补了我国工业化生产微生物酶制剂的空白。1969年又完成了蛋白酶的工业化生产。1980年将糖化酶投入到白酒与酒精生产中，节约了曲粮，并节省了劳动力与厂房。在我国食品工业用酶制剂按食品添加剂进行管理。对新申请的酶制剂进行卫生学评价,包括毒理试验、理化检验和微生物检验使用微生物生产酶制剂,必须提供微生物的菌种鉴定报告、毒理试验报告等安全性评价资料。我国酶制剂企业具有一定规模的有近百家。主要产品是淀粉酶，其次是蛋白酶，其它酶的产量甚微。我国酶制剂工业基础较薄弱，产量虽大，但技术水平整体不高，离国际先进水平还有差距，需要赶超。

目前我国的酶制剂工业与国际先进水平相比，仍有较大差距，主要表现在3方面：（1）酶制剂品种少，结构不合理。国内有近百家酶制剂厂，除无锡酶制剂厂生产的品种较多外，其他厂家的产品品种单一。淀粉加工用酶的比例居高不下，我国占70％，而国外只占20％左右。（2）技术水平总体较低，趋于发展不批平衡，环境治理差，废水没有完全处理（3）应用的深度和广度不够。品种少，同时应用技术的研究跟不上生产发展需要，导致生产不稳定，影响了酶制剂行业的发展四、酶制剂工业的发展方向1、开发新酶源菊糖酶——果葡糖浆生产黄曲霉毒素脱毒酶单宁酶——茶饮料、制革、化妆品2、微生物酶及产酶效能和酶制剂应用性能改良3、酶制剂应用研究开发趋势（1）基因工程和蛋白质工程的应用菌种是发酵工程的根本，改良菌种是酶工程发展的必由之路80%基因工程菌——Novozyme（2）人工合成酶和模拟酶人工合成的具有类似酶活性的有机催化剂称之为～（3）酶的定向固定化使酶蛋白以有序的方式附着在载体的表面，～（4）杂交酶由来自两种或两种以上的酶不同结构片段构建成的新酶。应用领域新用途（1）制造功能性低聚糖——益生元，双歧因子（2）功能性肽目前，已发现的酶7000，已利用的150，工业生产的60，大量生产的20，占0.3%，其中，80%是水解酶，氧化还原酶有待开发。第一章酶与酶制剂由活细胞所产生的，具有高效和专一催化功能的生物大分子(蛋白质、RNA)。第一节酶一、定义

蛋白质二、酶的特性A只改变反应速度，不改变反应性质、方向和反应平横点。B在反应过程中不消耗。C可降低反应活化能。

1、酶是催化剂，首先具有催化剂的共同特性。酶促反应非酶促反应自由能能反应进程底物产物ESES*EP2作为生物催化剂，酶还具有特殊的特性A高效性Exp.1铁离子和过氧化氢酶分别催化1mol铁离子可催化1mol过氧化氢酶10-5molH2O210+5molH2O2exp.2在正常体温下，人的消化道内要是没有酶的作用，消化一顿简单的午餐将会花费

原理：酶的催化效率之所以这么高，由于酶催化反应可以使反应所需的活化能显著降低。50年B、高度专一性I绝对专一性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对专一性。L－乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶D－乳酸丙酮酸一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对专一性。II相对专一性：相对专一性胰蛋白酶选择性水解含有赖氨酰和精氨酰的羰基肽键。凡含有这两种肽键的物质，都能被水解。RCOR’+H2ORCOOH+R’OH键专一性：基团专一性：酶能够催化具有相同化学键的一类底物。酯酶催化具有相同基团的一类底物。酶为什么具有专一性？锁、钥学说认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样刚性模式：EmilFisher提出诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.柔性学说：Koshland提出常温、常压、pH值近乎中性

c作用条件温和245～294千帕140～150℃的高温耐酸的设备淀粉葡萄糖酸90℃、一般设备淀粉葡萄糖酶d高度受控性酶浓度的调节共价修饰调节激素调节、辅助因子、存在状态、反馈调节、底物水平、酶原激活、抑制剂、温度、pH等。e易变性