蛋白质与酶工程第八章酶的应用

蛋白质与酶工程第八章酶的应用第1页，共116页，2023年，2月20日，星期二“绿色健康，“酶”力无限医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工业领域

第2页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶参与了生物体内所有的生命活动和生命过程执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，朝氧化物岐化酶等协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡萄糖、氨基酸、核酸代谢第3页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶是生物学有力的研究工具基因工程工具酶基因组学蛋白组学第4页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶和工农业生产与医学实践有着密切的关系工业用酶：淀粉糖业农业用酶：饲料医疗用酶：蛋白酶检测试剂抗病毒等新药物开发第5页，共116页，2023年，2月20日，星期二自20世纪中叶以来，工业用酶制剂的市场得到了蓬勃发展。据统计数据表明：

1981年工业酶制剂生产量约65000t，产值4亿美元；

1985年工业酶制剂约生产75000t，产值约6亿美元。进入20世纪90年代后，市场对酶制剂的需求增强，以世界上最大的酶制剂生产商丹麦的NovoNordisk公司为例：

1993年酶制剂销售为9亿美元；

1998年产业用酶的销售额为15.18亿美元。第6页，共116页，2023年，2月20日，星期二

目前在世界上最有影响的酶制剂厂主要有：丹麦的NovoNordisk公司(在全世界50个国家有13000个从业人员，在140个国家销售其产品)荷兰的Gist—Brocades公司美国的Genencor公司，其产品占市场的74.3%

第7页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶制剂的来源

1.工业用酶制剂的数量及主要种类：

自然界发现的酶有数千种，但工业上常用的酶只有数十种，而目前大量生产的仅有十余种。其中80％的工业酶是水解酶，主要用于降解自然界中的高聚物，如淀粉、蛋白质、脂肪等物质。故蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工业应用的3大主要酶制剂。蛋白酶可用于去污剂、奶制品业、皮革业等；淀粉酶用于烘焙、酿造、淀粉糖化和纺织业，脂肪酶用于去污剂、食品和精细化工工业等。

第8页，共116页，2023年，2月20日，星期二2.动植物来源的酶：大多数生物都是有用酶的来源，但只有有限数量的植物和动物是经济的酶源，多数酶是从微生物获得的。植物和动物来源的酶一般是食品工业的重要用酶。

植物来源的酶主要有：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解酶、大豆脂肪氧合酶等。

动物酶来源的酶主要有：猪胰蛋白酶和胃脂肪酶等。

第9页，共116页，2023年，2月20日，星期二3.微生物来源的酶：

微生物是酶制剂的重要来源，这是因为微生物具备如下优势：

①微生物繁殖速度快细菌在合适的条件下20～30min就可以繁殖一代，其生长速度为农作物的500倍，为家畜的l000倍。②微生物种类繁多，酶的品种全在不同环境下生存的微生物有不同的代谢途径，可以产生适应不同环境的酶分子，如高温酶、中温酶和低温酶，耐高盐酶，耐酸、碱酶等。第10页，共116页，2023年，2月20日，星期二③微生物培养方法简单微生物培养所用的原料大多为农副产品，来源丰富，机械化程度高，易于大批量生产。连续发酵生产可以提供经济有效的酶制剂产品。④利用微生物可以生产一些极端酶由于酶在应用过程中常出现不稳定现象，尤其在高温、强酸、强碱和高渗等极端条件下更易失活，因此限制了酶在工业上的应用。利用嗜极菌生产的极端酶可克服这一缺陷。第一个极端酶——嗜热DNA聚合酶已成功地应用于PCR技术。一些嗜极菌极端酶的应用见下表：第11页，共116页，2023年，2月20日，星期二第12页，共116页，2023年，2月20日，星期二Contentsofchapter81、酶在医药方面的应用2、酶在食品方面的应用3、酶在轻工、化工方面的应用4、酶在环境保护中的应用GoGoGoGo5、酶在生物技术方面的应用Go第13页，共116页，2023年，2月20日，星期二8.1酶在医药方面的应用用酶进行疾病的诊断用酶进行疾病的治疗用酶制造各种药物第14页，共116页，2023年，2月20日，星期二一、酶在疾病诊断方面的应用酶学诊断是通过酶的催化作用测定体内某些物质的含量变化了，或者通过体内原有酶活力的变化情况进行疾病诊断的方法。酶学诊断可靠、简便又快捷。(1)、通过酶活力变化进行疾病诊断(2)、用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断第15页，共116页，2023年，2月20日，星期二1、通过酶活力变化进行疾病诊断酶疾病与酶活力变化淀粉酶胰脏疾病，肾脏疾病时升高；肝病时下降胆碱酯酶肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等，活力下降酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎、红血球病变时，活力升高碱性磷酸酶佝偻病、软骨化病、骨瘤、甲状旁腺机能亢进时，活力升高；软骨发育不全等，活力下降谷丙转氨酶/谷草转氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高γ-谷氨酰转肽酶（γ-GT）原发性和继发性肝癌，活力增高至200单位以上，阻塞性黄疸、肝硬化、胆道癌等，血清中酶活力升高醛縮酶急性传染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力显著升高胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指肠溃疡，活力下降磷酸葡糖变位酶肝炎、癌症，活力升高乳酸脱氢酶肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显著升高；肝硬化，活力正常端粒酶癌细胞中含有端粒酶，正常体细胞内没有端粒酶活性山梨醇脱氢酶（SDH）急性肝炎，活力显著提高脂肪酶急性胰腺炎，活力明显增高，胰腺癌、胆管炎患者，活力升高肌酸磷酸激酶（CK）心肌梗塞，活力显著升高；肌炎、肌肉创伤，活力升高α－羟基丁酸脱氢酶心肌梗塞、心肌炎，活力增高磷酸己糖异构酶急性肝炎，活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎，脑溢血，活力明显升高鸟氨酸氨基甲酰转移酶急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明显升高乳酸脱氢酶同工酶心肌梗塞、恶性贫血，LDH1增高；白血病、肌肉萎缩，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌，LDH3增高；转移性肝癌、结肠癌，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外伤、骨折，LDH5增高葡萄糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病亮氨酸氨肽酶（LAP）肝癌、阴道癌、阻塞性黄疸，活力明显升高第16页，共116页，2023年，2月20日，星期二2．用酶测定体液中某些物质的量诊断疾病酶具有专一性强、催化效率高等特点，可以利用酶来测定体液中某些物质的含量，从而诊断某些疾病。

例如：利用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的联合作用，检测血液或尿液中葡萄糖的含量，从而作为糖尿病临床诊断的依据，这两种酶都可以固定化后制成酶试纸或酶电极，从而十分方便地用于临床检测。利用尿酸酶测定血液中尿酸的含量，从而诊断痛风病。固定化尿酸酶巳在临床诊断中使用。利用胆碱酯酶或胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量，从而诊断心血管疾病和高血压等．这两种酶都经固定化制成酶电极使用。

第17页，共116页，2023年，2月20日，星期二用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断

酶测定的物质用途葡萄糖氧化酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病葡萄糖氧化酶+过氧化物酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病尿素酶尿素测定血液、尿液中尿素的量，诊断肝脏、肾脏病变谷氨酰胺酶谷氨酰胺测定脑脊液中谷氨酰胺的量，诊断肝昏迷、肝硬化胆固醇氧化酶胆固醇测定胆固醇含量，诊断高血脂等DNA聚合酶基因通过基因扩增，基因测序，诊断基因变异、检测癌基因第18页，共116页，2023年，2月20日，星期二PKU苯丙酮尿症脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商0－50苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病第19页，共116页，2023年，2月20日，星期二苯丙酮尿症(PKU)

PKU临床表现为智力低下、癫痫、精神情绪异常等症状，患者主要是新生儿。全球大约每10000人中就有1名患者。中国PKU患者已经达到约四万人，每年新增患儿2000多人。河北省自2006-2008年三年筛查了新生儿1530000例，其中有604人确诊为PKU患者，发病率高达1/2500。第20页，共116页，2023年，2月20日，星期二第21页，共116页，2023年，2月20日，星期二苯丙酮尿症(PKU)的检测发病机理：由于肝脏苯丙氨酸羟化酶缺乏或活性减低而导致苯丙氨酸代谢障碍的一种遗传性疾病。

在苯丙氨酸解氨酶（PAL)作用下检测血液中的苯丙氨酸的含量。第22页，共116页，2023年，2月20日，星期二1、酶在医药方面的应用苯丙酮尿症(PKU)的防治第23页，共116页，2023年，2月20日，星期二体检表中有关酶的选项第24页，共116页，2023年，2月20日，星期二二、酶在疾病治疗方面的应用酶名来源用途淀粉酶胰脏、麦芽、微生物治疗消化不良，食欲不振蛋白酶胰脏、胃、植物、微生物治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组织，促进创伤愈合，降低血压脂肪酶胰脏、微生物治疗消化不良，食欲不振纤维素酶霉菌治疗消化不良，食欲不振溶菌酶蛋清、细菌治疗各种细菌性和病毒性疾病尿激酶人尿治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血链激酶链球菌治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折青霉素酶蜡状芽孢杆菌治疗青霉素引起的变态反应L-天冬酰胺酶大肠杆菌治疗白血病超氧化物歧化酶微生物，植物，动物预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎凝血酶动物，蛇，细菌，酵母等治疗各种出血病胶原酶细菌分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡右旋糖酐酶微生物预防龋齿胆碱酯酶细菌治疗皮肤病，支气管炎，气喘溶纤酶蚯蚓溶血栓弹性蛋白酶胰脏治疗动脉硬化，降血脂核糖核酸酶胰脏抗感染，祛痰，治肝癌尿酸酶牛肾治疗痛风第25页，共116页，2023年，2月20日，星期二

酶作为药物可以治疗多种疾病。而且具有疗效显著，副作用小的特点。应用日益广泛。

1．蛋白酶：蛋白酶可用于治疗多种疾病，是在临床上使用最早，最广的药用酶之一。

蛋白酶可作为消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振。使用时往往与淀粉酶，脂肪酶等制成复合制剂，以增加疗效。作为消化剂使用时，蛋白酶一般制成片剂，以口服方式给药．蛋白酶可作为消炎剂，治疗各种炎症有很好的疗效。蛋白酶之所以有消炎作用，是由于它能分解一些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解，增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液的排出井抑制肉芽的形成。给药方式可以口服、局部外敷或肌肉注射等。

第26页，共116页，2023年，2月20日，星期二

蛋白酶经静脉注射，可治疗高血压。这是由于蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原水解部分肽段而生成运动迟缓素和胰血管舒张素，使血压下降。蛋白酶注射入人体后，可能引起抗原反应。通过酶分子修饰技术，可使抗原性降低或消除。另外，蛋白酶在使用时还可能产生某些局部过敏反应，要引起注意。目前临床上使用的蛋白酶大部分来自动物和植物酶，胃蛋白酶和菠萝蛋白酶等．第27页，共116页，2023年，2月20日，星期二2．溶菌酶溶苗酶也是一种应用广泛的药用酶，具有抗菌、消炎、镇痛等作用．

溶菌酶作用于细菌的细胞壁，可使病原菌，腐败性细菌等溶解死灭，对抗生素有耐药性的细菌同样起溶菌作用，具有显著疗效而对人体的副作用很小，是一种较为理想的药用酶，溶菌酶与抗生素联合使用，可显著提高抗生素的疗效。第28页，共116页，2023年，2月20日，星期二溶菌酶第29页，共116页，2023年，2月20日，星期二栓溶酶类与心血管疾病第30页，共116页，2023年，2月20日，星期二凝血酶第31页，共116页，2023年，2月20日，星期二健美生消化酶—帮助肠胃蠕动【产品规格】90片／瓶【食用方法】成人每日3片，随主餐服用【成分(每片含)】1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克、菠萝蛋白酶30毫克；2)消化脂肪：脂肪酶30毫克；3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克；4)消化乳制品：乳糖酶30毫克；5)消化纤维：纤维素酶15毫克。另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸钙，能缓解反胃薄荷叶和茴香【适用人群】·消化不良者·肠胃疾病患者·大病初愈者消化酶类第32页，共116页，2023年，2月20日，星期二SOD第33页，共116页，2023年，2月20日，星期二

美国医学家W·F·安德森等人对腺苷脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩谢德尔进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。谢德尔，1999第34页，共116页，2023年，2月20日，星期二三、酶医药制造在方面的应用

酶在药物制造方面的应用是利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。现已有不少药物包括一些贵重药物都是由酶法生产的。第35页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶在药物制造方面的应用

酶主要来源用途青霉素酰化酶微生物制造半合成青霉素和头孢菌素11-β-羟化酶霉菌制造氢化可的松L-酪氨酸转氨酶细菌制造多巴（L-二羟苯丙氨酸）β-酪氨酸酶植物制造多巴α-甘露糖苷酶链霉菌制造高效链霉素核苷磷酸化酶微生物生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷）酰基氨基酸水解酶微生物生产L-氨基酸5’-磷酸二酯酶桔青霉等微生物生产各种核苷酸多核苷酸磷酸化酶微生物生产聚肌胞，聚肌苷酸无色杆菌蛋白酶细菌由猪胰岛素（Ala-30）转变为人胰岛素（Thr-30）核糖核酸酶微生物生产核苷酸蛋白酶动物、植物、微生物生产L-氨基酸β-葡萄糖苷酶黑曲霉等微生物生产人参皂甙-Rh2第36页，共116页，2023年，2月20日，星期二青霉素酰化酶与抗生素改造第37页，共116页，2023年，2月20日，星期二

青霉素酰化酶(pennicillinacylase)是在半合成抗生素的生产上有重要作用的一种酶。它可催化青霉素或头孢霉素水解生成6-氨基青霉烷酸(6-APA)或7-氨基头孢霉烷酸(7-ACA)，又可催化酰基化反应，由6-APA合成新型青霉素或由7-ACA合成新型头孢霉素。其化学反应式如图所示。第38页，共116页，2023年，2月20日，星期二β-酪氨酸酶(β-tyrosinase)可催化L-酪氨酸氧化，生成二羟苯丙氨酸(DOPA，多巴)。反应如下：多巴是治疗帕金森氏(Parkinson)综合症的一种重要药物。第39页，共116页，2023年，2月20日，星期二B第40页，共116页，2023年，2月20日，星期二第41页，共116页，2023年，2月20日，星期二PAL酶法生产L-Phe第42页，共116页，2023年，2月20日，星期二糖尿病,肥胖病患者氨基酸失衡,肿瘤患者老人,妇女美容美发L-苯丙氨酸阿斯巴甜氨基酸复合试剂抗肿瘤药物皮肤增白保湿染发护发第43页，共116页，2023年，2月20日，星期二L-Phe生产工艺生产方法

蛋白质水解法化学合成法微生物发酵法酶法优点缺点工艺简单产量极低提取容易原料价格高收率低，工艺烦琐可利用廉价原料产物浓度低，生产周期长工艺简便，产物浓度、转化高酶活稳定性差第44页，共116页，2023年，2月20日，星期二解氨酶基因工程菌种子培养发酵培养菌体生物转化肉桂酸氨水提取分离得到苯丙氨酸第45页，共116页，2023年，2月20日，星期二PAL来源第46页，共116页，2023年，2月20日，星期二DigestwithEcoRIandBamHIRecoverytacDigestwithEcoRI,BamHI，SalIandPstIObtainpalgenewithPCRDigestwithSalIandPstI第47页，共116页，2023年，2月20日，星期二第48页，共116页，2023年，2月20日，星期二第49页，共116页，2023年，2月20日，星期二8.2酶在食品方面的应用生物技术在食品工业中应用的代表就是酶的应用，目前已经有几十种酶成功用于食品工业。食品加工食品添加剂生产改善食品风味食品保鲜第50页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶名来源主要用途α–淀粉酶枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆，β–淀粉酶麦芽、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌制造麦芽，啤酒酿造糖化酶根霉、黑曲霉、红曲霉、内孢霉淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖异淀粉酶气杆菌、假单胞杆菌制造直链淀粉、麦芽糖蛋白酶胰脏、木瓜、枯草杆菌、霉菌啤酒澄清，水解蛋白、多肽、氨基酸右旋糖酐酶霉菌

糖果生产果胶酶霉菌

果汁、果酒的澄清葡萄糖异构酶放线菌、细菌

制造果葡糖、果糖葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉

蛋白加工、食品保鲜柑苷酶黑曲霉

水果加工，去除桔汁苦味橙皮苷酶黑曲霉

防止柑桔罐头及桔汁出现浑浊氨基酰化酶霉菌、细菌

由DL–氨基酸生产L–氨基酸天冬氨酸酶大肠杆菌、假单胞杆菌

由反丁烯二酸制造天冬氨酸磷酸二酯酶桔青霉、米曲霉

降解RNA，生产单核苷酸用作食品增味剂色氨酸合成酶细菌

生产色氨酸核苷磷酸化酶酵母

生产ATP纤维素酶木霉、青霉

生产葡萄糖溶菌酶蛋清，微生物

食品杀菌保鲜第51页，共116页，2023年，2月20日，星期二一、酶在食品保鲜方面的应用

1、食品除氧保鲜氧气是影响食品质量的主要因素之一。氧的存在容易引起花生、奶粉、冰淇淋、奶油、饼干、油炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂酸败，产生不良的味道和气味，降低营养价值，甚至产生有毒物质；氧化还会使去皮的马铃薯、苹果等水果及果汁、果酱等果蔬制品变色；氧化也会使肉类褐变。解决氧化问题的根本方法是除氧。葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase，EC1.1.3.4)是一种有效的除氧保鲜剂。第52页，共116页，2023年，2月20日，星期二

2、蛋类制品脱糖保鲜

蛋类制品如蛋白粉、蛋白片、全蛋粉等，由于蛋白中含有0.5％～O.6％葡萄糖，会与蛋白质反应生成小黑点，并影响其溶解性，从而影响产品质量。为了尽可能地保持蛋类制品的色泽和溶解性，必需进行脱糖处理，将蛋白中含有的葡萄糖除去。以往多采用接种乳酸菌的方法进行蛋白的脱糖，但是处理时间较长，效果不大理想。应用葡萄糖氧化酶进行蛋白的脱糖处理，是将适量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，采用适当的方法通进适量的氧气，通过葡萄糖氧化酶作用，使所含的葡萄糖完全氧化．从而保持蛋品的色泽和溶解性。第53页，共116页，2023年，2月20日，星期二3、食品灭菌保鲜

微生物的污染会引起食品的变质、腐败。防止微生物的污染是食品保鲜的主要任务。杀灭微生物污染的方法很多，诸如加热、添加防腐剂等，但这些方法可能引起食品品质的改变，防腐剂的添加还可能对人体健康带来某些不良的影响。如果采用溶菌酶进行食品保鲜，则不但效果好，而且不存在食品安全问题。溶菌酶(1ysozyme，EC3.2.1.17)是一种催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶。专一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之间的β-1，4糖苷键，从而破坏细菌的细胞壁，使细菌溶解死亡。溶菌酶一般从蛋清中分离得到。用溶菌酶处理食品，可以杀灭存在于食品中的细菌，以达到防腐保鲜的效果。在干酪、水产品、啤酒、清酒、鲜奶、奶粉、奶油、生面条等生产中得到广泛应用。第54页，共116页，2023年，2月20日，星期二二、酶在淀粉类食品生产方面的应用含有大量淀粉或者以淀粉为主要原料加工制成的食品。1、葡萄糖的生产现在国内外葡萄糖的生产大都采用酶法。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经a一淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。在葡萄糖的生产过程中，淀粉先加水配制成30%～40％的淀粉浆，pH值一般调至6.0～6.5，添加一定量的α－淀粉酶后，在85～90℃的温度下保温45min左右，使淀粉液化成糊精。液化完成后，将液化淀粉液冷却至55～60℃，pH值调至4.5～5.0，加入适量的糖化酶，保温糖化48h左右，使糊精转变为葡萄糖。

葡萄糖的生产除了使用游离酶分批进行液化和糖化以外，也可以采用固定化糖化酶，将糊精连续水解成葡萄糖。第55页，共116页，2023年，2月20日，星期二2、饴糖、麦芽糖的生产

饴糖是我国传统的淀粉糖制品，是以大米和糯米为原料，加进大麦芽，利用麦芽中的α-淀粉酶和β-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％。饴糖除了用麦芽生产以外，也可以用酶法生产。饴糖的酶法生产是将大米或糯米磨成粉浆，调节到密度为18～20。Be

，pH值为6．0～6．5，加入一定量的α-淀粉酶，在85～90℃反应一段时间，以碘反应颜色正好消失时为终点(DE15～20)。液化结束后，冷却至62℃左右，加入一定量的β-淀粉酶，保温反应一段时间，使糊精生成麦芽糖。酶法生产的饴糖中，麦芽糖的含量可达60％～70％，可以从中分离得到麦芽糖。若在加入β-淀粉酶进行糖化的同时，添加一些支链淀粉酶，则可以减少糊精的量而生产出麦芽糖含量更高的饴糖。第56页，共116页，2023年，2月20日，星期二三、酶在蛋白质类食品生产方面的应用1、氨基酸的生产蛋白质在蛋白酶的催化作用下，可以完全水解生成20种氨基酸。其中，苏氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、色氨酸、组氨酸等8种氨基酸是人体内不能合成，要从食品中摄取的必需氨基酸，具有重要的营养价值和生理功能。蛋白质在加酶水解之前，一般可以采用加热处理方法，使其变性，以利于酶的水解。在加酶水解过程中，要控制好温度、pH值等水解条件，使蛋白质完全水解为各种氨基酸。水解完成后的20种氨基酸的混合液，可以直接应用，也可以通过各种生化分离技术，将不同的氨基酸分开，得到单一的氨基酸产品。2、干酪的生产干酪(cheese)又称为奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一种营养价值高、容易消化吸收的食品。其主要成分是蛋白质和乳脂，还含有丰富的维生素和少量无机盐。干酪的生产可以采用乳酸菌发酵或通过加入凝乳蛋白酶的方法进行。

第57页，共116页，2023年，2月20日，星期二

首先选用符合要求的原料乳，进行灭菌处理，以除去原料乳中存在的微生物，通常采用巴氏灭菌法，即在60～65℃条件下灭菌30min。然后将灭菌后的原料乳降温至30℃，置于干酪槽中，按照每100L乳加入20～30g的比例加进氯化钙和少量可溶性磷酸盐，再加入一定量的凝乳蛋白酶，在35℃保温反应20～60min，直至蛋白质完全凝固。将上述蛋白质凝块切成1cm。左右的小方块，以利于乳清的排出。然后升温至37～38℃，以加快凝块的脱水。用不锈钢筛网过滤排出乳清，然后将凝块装入模器，在10～15℃下压榨，进一步排出乳清，并将奶酪压成一定的形状。将成形的奶酪浸入20％的食盐水中，以改善干酪的风味。再将生干酪置于成熟室，成熟室的温度保持在5～15℃，相对湿度保持85％～90%，经过半年左右的成熟期，在此期间，生干酪中的蛋白质和糖类缓慢分解，生成游离氨基酸和某些挥发酸等风味物质，而得到干酪。第58页，共116页，2023年，2月20日，星期二3、肉类的嫩化

用于人工嫩化的酶是各种蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等植物蛋白酶以及枯草杆菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根霉蛋白酶等微生物蛋白酶。其中木瓜蛋白酶等蛋白酶的嫩化效果较好。采用木瓜蛋白酶进行肉类嫩化处理的常用方法有浸渍法和宰前注射法等。①浸渍法浸渍法是常用的肉类嫩化方法，可在工厂进行大规模处理，也可以在家庭、饭店使用。首先将需要嫩化的肉类切成肉片或肉块，然后浸入含有蛋白酶的嫩化液中，于60℃左右浸渍适当时间，达到嫩化目的。嫩化时间要控制好，时间太短则达不到嫩化效果；时间过长，水解过度则影响口感，甚至变成肉汤。②宰前注射法在动物宰杀之前5～10min，按照每1kg肉注射2～5mg木瓜蛋白酶的比例，将所需的酶配制成一定浓度的酶液，通过颈静脉注射到动物体内，随着血液循环分布到全身，以达到肉的嫩化效果。第59页，共116页，2023年，2月20日，星期二四、酶在果蔬类食品生产方面的应用

1、柑橘制品去除苦昧

柑橘果实制品，如柑橘罐头、橘子汁、橘子酱等，由于柑橘果实中含有柚苷，而具有苦味。柚苷又称为柚配质-7-芸香糖苷，可以在柚苷酶的作用下，水解生成鼠李糖和无苦味的普鲁宁(柚配质-7-葡萄糖苷)。普鲁宁还可以在β一葡萄糖苷酶的作用下，进一步水解生成葡萄糖和柚配质。在柑橘果汁的生产过程中，于果汁中加进一定量的柚苷酶，在30～40℃左右处理1～2h，即可脱去苦味。用于柑橘罐头生产时，将柑橘和含有一定量柚苷酶的糖水一起装罐，密封后升温至柚苷酶适宜的温度范围内，保温一段时间，然后再升温至灭菌温度。经过柚苷酶作用，使柚苷水解脱出鼠李糖，即可除去苦味。第60页，共116页，2023年，2月20日，星期二2、果蔬制品的脱色许多果蔬含有花青素，在不同的pH值条件下呈现不同的颜色，在光照或高温下变为褐色，与金属离子反应则呈灰紫色，对果蔬制品的外观质量有一定的影响。为此，含花青素的果蔬制品如葡萄汁、草莓酱、桃子罐头、芹菜汁等须经脱色处理。如果采用一定浓度的花青素酶处理水果、蔬菜，可使花青素水解，以防止变色，从而保证产品质量。花青素酶是催化花青素水解生成在β-葡萄糖和它的配基的一种β-葡萄糖苷酶(β-D-glucosidase，EC3.2.1.21)。花青素酶催化作用的最适pH值为4.0，最适作用温度为40℃，在65℃以下稳定性好。在实际应用过程中，只需要将果蔬制品加入一定浓度的花青素酶，于40℃条件下保温20～30min，即可达到脱色效果。第61页，共116页，2023年，2月20日，星期二3、酶在果酒生产中的应用

果酒是以各种果汁为原料，通过微生物发酵而成的含酒精饮料，主要是指葡萄酒等。葡萄酒以葡萄汁为原料酿造而成，含酒精10％～12％，根据颜色的不同可以分为红葡萄酒和白葡萄酒两类。在葡萄酒等果酒的生产过程中，已经广泛使用果胶酶和蛋白酶等酶制剂。果胶酶用于葡萄酒生产，除了在葡萄汁的压榨过程中应用，以利于压榨和澄清，提高葡萄汁和葡萄酒的产量以外，还可以提高产品质量。例如，使用果胶酶处理以后，葡萄中单宁的抽出率降低，使酿制的白葡萄酒风味更佳；在红葡萄酒的酿制过程中，葡萄浆经过果胶酶处理后可以提高色素的抽出率，还有助于葡萄酒的老熟，增加酒香。在各种果酒的生产过程中，还可以通过添加蛋白酶，使酒中存在的蛋白质水解，以防止出现蛋白质浑浊，使酒体清澈透明。第62页，共116页，2023年，2月20日，星期二五、酶在食品添加剂生产方面的应用1、酶在酸味剂生产中的应用目前广泛使用的酸味剂有柠檬酸、乳酸、苹果酸、琥珀酸、醋酸、葡萄糖酸等。目前这些酸味剂大部分采用发酵法或化学合成法生产。采用酶法生产的酸味剂主要有乳酸和苹果酸。①采用乳酸脱氢酶，催化丙酮酸还原为乳酸

生产上一般以丙酮酸为底物，通过D-乳酸脱氢酶(D-lactatedehydrogenase，D-LDH，EC1.1.1.28)的催化作用，将丙酮酸还原生成单一的D-乳酸。

D-乳酸脱氢酶可以通过乳酸杆菌培养，然后经过细胞破碎，提取分离得到。

②采用延胡索酸水合酶催化反丁烯二酸水合，生成苹果酸第63页，共116页，2023年，2月20日，星期二2、酶在增味剂生产中的应用①

L-氨基酸的酶法生产

L-氨基酸是组成蛋白质的主要成分。有些氨基酸，如L-谷氨酸、L-天冬氨酸等具有鲜味，称为氨基酸类增味剂。其工艺流程如下：蛋白质→原料处理→加蛋白酶→水解反应→氨基酸混合液→分离纯化→氨基酸产品②呈味核苷酸的酶法生产呈味核苷酸都是5‘-嘌呤核苷酸，主要有鸟苷酸和肌苷酸。其中，鸟苷酸可以通过5’-磷酸二酯酶催化核糖核酸水解生成的5‘-单核苷酸中分离得到，而肌苷酸则可以通过腺苷酸脱氨酶的作用，由腺苷酸脱氨基而生成。即：第64页，共116页，2023年，2月20日，星期二3、酶在甜昧剂生产中的应用①嗜热菌蛋白酶催化天冬氨酸和苯丙氨酸反应生成天苯肽其反应式为：天苯肽(aspartein)是由L-天冬氨酸和L-苯丙氨酸甲酯缩合而成的二肽甲酯，是一种常用的甜味剂。其性质接近蔗糖，甜味纯正，甜度约为蔗糖的150～200倍，可以与蔗糖等一起使用。其甜度高而热量低，在甜度相同的情况下，天苯肽的热量仅为蔗糖的1／200，所以在食品、饮料等方面广泛应用。

第65页，共116页，2023年，2月20日，星期二②果聚糖蔗糖酶生产低聚果糖低聚果糖是指在蔗糖的果糖基上结合1～3个果糖分子而成的非还原性糖。低聚果糖存在于洋葱、香蕉等果蔬之中，但含量很低。其甜度约为蔗糖甜度的60％。低聚果糖的生产可以采用蔗糖为原料，通过果聚糖蔗糖酶(1evansucrase，EC2．4．1．10)的催化作用生成。其反应式如下：第66页，共116页，2023年，2月20日，星期二4、酶在乳化剂生产中的应用目前国内外最普遍使用的乳化剂是甘油单酯及其衍生物和大豆磷脂等。利用脂肪酶的作用，将甘油三酯水解生成的甘油单酯，简称为单甘酯，是一种广泛应用的食品乳化剂。目前工业产品主要是经过分子蒸馏含量达90%以上的单甘酯，以及单甘酯含量为40％～50％的单双酯混合物。

第67页，共116页，2023年，2月20日，星期二六、酶在改善食品的品质与风味方面的应用①在面包生产中，添加适量蛋白酶，使一部分蛋白质水解生成氨基酸，不仅可以促进酵母的生长和二氧化碳的产生，同时还有利于面筋软化，增强其延伸性，使二氧化碳在面团中保持时间较长；从而缩短面团发酵时间，使制成的面包更加松软可口，色香味俱佳，而且可以防止面包老化，延长保鲜期。②在含有蔗糖的糕点、饮料等的生产过程中，添加适量的蔗糖酶，可以催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖。果糖具有类似蜜糖的风味，从而使产品风味大为改善，同时还可以防止蔗糖析出结晶。

第68页，共116页，2023年，2月20日，星期二③在可溶性鱼蛋白水解物的生产过程中，往往会产生苦味肽，使产品带有苦味。为了去除或者减轻产品的苦味，可以添加适量的羧肽酶或者氨肽酶，催化苦味肽水解生成氨基酸，从而改善鱼蛋白水解物的风味。④乳制品的特有香味主要是由脂肪酸及其分解物产生的。在乳制品生产过程中，添加适量脂肪酶或酯酶，可以催化乳中脂肪的水解，生成脂肪酸和甘油二酯或甘油单酯等。第69页，共116页，2023年，2月20日，星期二淀粉酶类与淀粉糖业第70页，共116页，2023年，2月20日，星期二第71页，共116页，2023年，2月20日，星期二第72页，共116页，2023年，2月20日，星期二第73页，共116页，2023年，2月20日，星期二果汁生产与果胶酶乳制品与凝乳酶第74页，共116页，2023年，2月20日，星期二第75页，共116页，2023年，2月20日，星期二果菜清洗拣果机回本章目录第76页，共116页，2023年，2月20日，星期二8.3酶在工业领域的应用轻工业与人们日常生活密切相关，酶在轻工业方面的广泛应用可以提高产品质量，降低原材料消耗，改善劳动条件，减轻劳动强度等，具有良好的经济效益和社会效益。用酶进行原料处理用酶生产各种轻工、化工产品用酶增强产品的使用效果。第77页，共116页，2023年，2月20日，星期二一、用酶进行原料处理

许多轻工原料在应用或加工之前都需要经过原料处理。其中有不少原料可以用酶进行处理，以缩短原料处理时间，提高处理效果，提高产品质量，改善劳动条件，减轻劳动强度。

1.发酵原料的处理：发酵工业多以淀粉为主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，无法直接利用淀粉。故此必须先经过原料处理，将淀粉转化为可发酵的单糖或二糖，才能利用。

例如：酒精、酒类、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等发酵所使用的酵母或细菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉进行发酵，故必需在发酵前对淀粉原料进行处理。

第78页，共116页，2023年，2月20日，星期二

淀粉原料的处理：一般是采用α-淀粉酶进行液化，然后再经糖化酶进行糖化，将淀粉转变为葡萄糖。

纤维素原料处理：含纤维素的发酵原料可用纤维素酶处理，使纤维素水解为可发酵的葡萄糖。纤维素酶的研究和应用在国际上普遍受到关注，巳取得显著成果，但仍有不少问题有待研究解决．

含戊聚糖的植物原料的处理：可用各种戊聚糖酶处理，将戊聚糖水解为各种戊糖后用于发酵。第79页，共116页，2023年，2月20日，星期二2.纺织原料的处理：在纺织工业中，为了增强纤维的强度和光滑性，便于纺织，需要先上浆，然后在漂白、印染之前又需退浆。

上浆：将淀粉用α-淀粉酶处理一段时间，使粘度达到一定程度以用作上浆的浆料。

退浆：纺织品在漂白、印染之前，需将附着在其上的浆料除去，利用α-淀粉酶使浆料水解，就可使浆料退尽，这称为退浆。有些纺织品上浆时用的是动物胶作胶浆，可用蛋白酶使之退浆．第80页，共116页，2023年，2月20日，星期二3.造纸原料的制浆：造纸原料的纤维中含有大量木质素，若不除去则会严重影响纸的质量．采用碱法制浆除去木质素，易造成严重的环境污染。而用木质素酶可以使木质素水解而除去，不但可提高纸的质量，而且使环境污染程度大为减轻；

第81页，共116页，2023年，2月20日，星期二4.生丝的脱胶处理：天然蚕丝的主要成分是不溶于水的有光泽的丝蛋白。丝蛋白的表面有一层丝胶包裹着。在缫丝过程中，必须进行脱胶处理，即将表面的丝胶除去，以提高丝的质量。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶处理，可在比较温和的条件下催化丝胶蛋白水解，进行生丝脱胶。5.羊毛的除垢：羊毛在染色之前需经预处理，以除去羊毛表面的鳞垢。利用蛋白酶除垢，可提高羊毛的着色率，并保持羊毛的特点，提高羊毛制品的质量。第82页，共116页，2023年，2月20日，星期二

二、用酶生产各种产品

利用酶的催化作用可将原料转变为所需的产品，也可利用酶的作用除去某些不需要的物质而得到所需的产品。

1.酶法生产L-氨基酸：酶法生产L-氨基酸是利用酶或固定化酶的催化作用，将各种底物转化为L-氨基酸，或将DL-氨基酸拆分而生产L-氨基酸。有多种酶可用于L-氨基酸的生产，其中有些巳采用固定化酶进行连续生产。

第83页，共116页，2023年，2月20日，星期二例如：用L-氨基酸酰化酶光学拆分DL-酰基氨基酸生成L-氨基酸。将化学合成的N-酰基-DL-氨基酸经L-氨基酸酰化酶进行不对称水解，L—酰基氨基酸被水解生成L-氨基酸，余下的N-酰基-D-氨基酸经化学消旋再生成DL-酰基氨基酸，重新进行不对称水解。反复进行，可将DL-酰基氨基酸几乎都变成L-氨基酸。工业上已用固定化L-氨基酰化酶连续生产L-苯丙氨酸和L-色氨酸。用天门冬氨酸酶将延胡索酸(反丁烯二酸)氨基化生成L-天门冬氨酸。工业上已用固定化大肠杆菌菌体的天门冬氨酸酶连续生产L-天门冬氨酸。第84页，共116页，2023年，2月20日，星期二2.酶法生产核苷酸：核苷酸在食品和医药等方面有重要用途，可利用多种酶进行生产。

例如：用桔青霉或产黄青霉产生的5’-磷酸二酯酶水解核糖核酸(RNA)，生产各种5'-核苷酸。

用腺苷酸脱氨酶水解AMP，脱氨基生成肌苷酸(IMP)。

用核苷磷酸化酶，可催化肌苷进行磷酸化生成5'-肌苷酸，催化鸟苷生成5'-鸟苷酸等。

用核苷酸磷酸化酶，催化AMP生成ADP和ATP等．

第85页，共116页，2023年，2月20日，星期二3.酶法生产有机酸：通过酶的催化作用可以生产有机酸．

例如：用延胡索酸酶生产L—苹果酸。延胡索酸通过延胡索酸酶的催化作用，生成L—苹果酸。工业上巳采用固定化黄色短杆菌或产氨短杆菌的延胡索酸酶连续生产L—苹果酸。用环氧琥珀酸水解酶催化环氧疏珀酸水解生成L—酒石酸。4.酶法制酱：在酱油或豆酱的生产中，利用蛋白酶催化大豆蛋白质水解，可以大大缩短生产周期，提高蛋白质的利用率．用蛋白酶还可以生产出优质低盐酱油或无盐酱油。此外，在酱油酿造过程中，添加一些纤维素酶等可以提高原料利用率。

5.酶法制革：在制革工业中，利用蛋白酶使原料皮脱毛，可以提高皮革产品质量，改善劳动环境。采用酸性蛋白酶和少量脂肪酶进行皮革软化，可以很好地除去污垢，使皮质松软透气，提高皮革质量。第86页，共116页，2023年，2月20日，星期二

在某些轻工产品中添加一定量的酶，可显著增强使用效果。

1.加酶洗涤剂：在洗涤剂中添加适当的酶可以大大缩短洗涤时间，提高洗涤效果。根据洗涤对象的不同，添加的酶有所差异。其中最广泛使用的是碱性蛋白酶。目前全世界所生产的酶之中，总产量的三分之一左右是碱性蛋白酶．碱性蛋白酶的大部分用于加酶洗涤剂。蛋白酶的添加量一般为洗涤剂的0.1～1％。为了使酶与固体洗涤剂能够混合均匀，可将酶制剂加工成一定形状，一定相对密度的颗粒，已有多种型号的造粒机可供选择使用。酶也可以加到肥皂中制成加酶肥皂等。除了碱性蛋白酶之外，固体和液体洗涤剂中还可视需要添加淀粉酶、脂肪酶、果胶酶和纤维素酶等。

三、用酶增强产品的使用效果第87页，共116页，2023年，2月20日，星期二2.加酶牙膏、牙粉和嗽口水：

将适当的酶添加到牙膏、牙粉或嗽口水巾，可以利用酶的催化作用，增加洁齿效果，减少牙垢并可防止龋齿的发生。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．其中右旋糖酐酶对预防龋齿有显著功效。3.加酶饲料：

在家禽、家畜的饲料中添加淀粉酶、蛋白酶，纤维素酶和半纤维素酶等，可以增加饲料的可消化性，促进家禽家畜的生长，增加家禽的产卵率等。

4.加酶护肤用品：

在各种护肤品及化妆品中添加超氧物歧化酶(SOD)，碱性磷酸酶，尿酸酶、弹性蛋白酶等，可有效地提高护肤效果。第88页，共116页，2023年，2月20日，星期二第89页，共116页，2023年，2月20日，星期二生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度

第90页，共116页，2023年，2月20日，星期二乙酰-DL—AlaL—Ala+乙酸 乙酰-D—AlaAminoacylase

氨基酰化酶第91页，共116页，2023年，2月20日，星期二泵储罐反应产物离心机消旋反应器固定化酶柱子晶体L-AlaL-AlaA-D-AlaA-L-AlaA-D-Ala第92页，共116页，2023年，2月20日，星期二第93页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶制剂在国内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。第94页，共116页，2023年，2月20日，星期二第95页，共116页，2023年，2月20日，星期二酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松动脱落。蛋白酶分解皮纤维间质中的可溶性蛋白质，使皮纤维进一步松散软化。加速蛋白质的分解染色温度降低皮革脱毛与软化加酶洗涤剂生丝脱胶与羊毛染蛋白酶回本章目录第96页，共116页，2023年，2月20日，星期二8.4酶在环境保护中的应用环境监测废水处理过氧化物酶多酚氧化酶可降解材料开发第97页，共116页，2023年，2月20日，星期二1）、酶在环境监测方面的应用：(1)利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染：(2)利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染：(3)通过β-葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染：(4)利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度：第98页，共116页，2023年，2月20日，星期二2）、酶在废水处理方面的应用：◆不同的废水，含有各种不同的物质，要根据所含物质的不同，采用不同的酶进行处理。◆有的废水中含有淀粉、蛋白质、脂肪等各种有机物质，可以在有氧和无氧的条件下用微生物处理，也可以通过固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等进行处理。◆冶金工业产生的含酚废水，可以采用固定化酚氧化酶进行处理。含有硝酸盐、亚硝酸盐的地下水或废水，可以采用固定化硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和氧化一氮还原酶进行处理。使硝酸根、亚硝酸根逐步还原，最终成为氮气。第99页，共116页，2023年，2月20日，星期二3）、酶在可生物降解材料开发方面的应用：利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、聚糖酯类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺类物质等。第100页，共116页，2023年，2月20日，星期二在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）与蔗糖在己烷溶液中进行酯化反应，能够生成聚糖酯高聚物：回本章目录第101页，共116页，2023年，2月20日，星期二第102页，共116页，2023年，2月20日，星期二8.5酶在生物技术方面的应用除去细胞壁大分子切割大分子连接第103页，共116页，2023年，2月20日，星期二1）、酶在除去细胞壁方面的应用◆在生物工程方面，很多时候都需要除去细胞壁。(1)胞内物质的提取(2)原生质体的制备第104页，共116页，2023年，2