第八章 酶的应用

酶工程

Enzymeengineering

第一篇酶理论第二篇酶工程绪论第一章酶的基础知识第二章酶的发酵生产第三章酶的分离纯化第四章酶的分子修饰与模拟第五章酶和细胞的固定化第六章酶的非水相催化第七章酶反应器第八章酶的应用Chapter8

Theapplicationofenzyme酶的应用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第八章酶的应用淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶酶制剂的应用已经渗透到农业、纺织、食品、医药等各个部门。商品酶制剂根据其来源可以分为动物、植物及微生物酶；依据其用途可分为工业用、分析用及药用；由于用微生物发酵的方法能够不受原料的限制，实现大规模工业化的酶制剂生产，成本低、效率高，因此在目前已经能够大规模工业化生产的100多种酶中，极大部分都是通过微生物发酵生产的。商品酶的来源、用途及生产规模

工业用酶分析用酶药用酶生产规模以吨计毫克-克毫克-克纯度粗酶制剂纯结晶纯结晶来源微生物微生物、动物、植物微生物、动物、植物产品价格低中—高中—高部分典型的酶制剂及其生产菌酶名称酶类型典型生产菌名称用途中文英文淀粉酶Amylase水解酶Bacillussubtilis淀粉水解葡萄糖苷酶Amyloglucosidase水解酶Aspergillusniger葡萄糖生产碱性蛋白酶Alkalineprotease水解酶Streptomycesgrisus洗涤剂（pH8.0）中性蛋白酶Protease水解酶Bacillussubtilis洗涤剂（pH7.0）脂肪酶Lipas水解酶Rhizopusjaponicus洗涤剂等纤维素酶Cellulase水解酶Trichodermareesei纤维素水解等果胶酶Pectinase水解酶Eriwiniacarotovora食品加工等葡萄糖异构酶Glucoseisomerlase异构酶Bacilluscoagulans高果糖浆制造青霉素酰化酶Penicillinacylase转移酶Escherichiacoli6-APA制造天冬氨酸转氨酶(谷草转氨酶)AsparticacidTransaminase转移酶EscherichiacoliL-苯丙氨酸制造延胡索酸酶Fumarase裂合酶L-苹果酸制造葡萄糖氧化酶Glucoseoxidase氧化酶BakersYeast酶电极制备T4DNA连接酶T4DNALigase连接酶T4感染的E.coli分子生物学研究漆酶Laccase氧化酶Coliolusversicolor印染污水处理天门冬氨酰苯丙氨酸甲酯（阿斯巴甜）是一种低热的新型二肽甜味剂，其甜度是蔗糖的200倍，特别适用于糖尿病人。娃哈哈营养快线所有口味和新出的情侣快线，helloC，呦呦柠檬茶，柚子茶，啤儿茶爽，爽歪歪，乳娃娃，娃哈哈AD钙。令人失望的可口可乐只有零度可乐。还有妙恋小洋人所有口味，袋装倒是没有。还有乐百氏健康快车也是，达利园冰红茶很少人喝但是也有，还有口感不错的华旗山楂果茶，令你想不到的还有，伊利袋装草莓口味的优酸乳，盒装优酸乳除了橙味和原味其它味几种我想都有了，还有伊利QQ星中的草莓口味。蒙牛所有袋装酸牛奶，红枣，原味，木糖醇一个不剩，它们的盒装，袋装酸酸乳都有包括蒙牛果蔬酸酸乳所有三种口味，三元酸牛奶大致雷同前者。在肠道中，阿斯巴甜的一种分解过程会产生两种氨基酸——天冬氨酸和苯丙氨酸，这两种物质都是神经递质。另一种分解过程则会产生甲醇和甲醛。研究表明，具有较多天冬氨酸受体的神经系统，是生殖系统和乳腺的激活系统。长期对乳腺进行神经刺激，却没有其他与怀孕相关的神经信号，这可能会引发乳腺癌。我个人认为，长期摄入“阿斯巴甜”导致的泌乳雌激素大量分泌，就是今年来女性乳腺癌发病率大幅度上升的祸源。邻苯甲酰磺酰亚胺法利德别尔格开辟了一条通向新的发明的道路。从此，他集中全部精力，一心去研究这个煤焦油中提取出来的物质。他从又黑、又粘、又臭的煤焦油中提炼出甲苯，经过硫酸磺化、五氯化磷和氨处理后，再用高锰酸钾氧化，最后经过结晶、脱水而得到了一种特别甜的白色结晶体。他把它叫做“糖精”，并测出它比蔗糖要甜500倍。“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

一、淀粉酶（1）糖化酶（2）β-淀粉酶（3）α-淀粉酶（4）脱支酶一、淀粉酶1、种类及特点它是指一类能够分解淀粉糖苷键的酶的总称．包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和脱支酶等．淀粉酶的水解产物为葡萄糖、麦芽糖或糊精，这些都是分子量较小的糖类．淀粉酶是微生物酶制剂中最重要的一类酶，它的生产历史最长，用途最广．也是我国目前产量最大的一类酶．（1）糖化酶亦称葡萄糖淀粉酶．这类酶作用于淀粉分子末端，从淀粉非还原性末端顺次切开α-1，4糖苷键，生成葡萄糖．它们也能作用于支链淀粉的α-1，6糖苷键，但速度较慢，因此分解产物全部为葡萄糖．糖化酶的产生菌几乎全部是霉菌，国内生产糖化酶的菌种主要是黑曲霉和根霉．（2）α-淀粉酶这是最常用的淀粉酶，是一类能够切开淀粉链内部α-1，4糖苷键的酶，虽然它不能水解淀粉分支点上的α-1，6糖苷键以及作用于分支点附近的α-1，4键，但可以超越α-1，6键而作用于分支链内部的α-1，4键，因此水解产物除麦芽糖和少量葡萄糖外，还产生含有α-1，6键的寡糖。由于生成的糖为α型，故称α-淀粉酶．由于α-淀粉酶能作用于分子内部的α-1，4键，很容易将长链淀粉水解成短链的糊精，从而使粘稠的淀粉糊很快失去粘性而液化，碘的呈色反应很快消失，故这类淀粉酶称液化型淀粉酶．α-淀粉酶主要由芽孢杆菌属中的枯草芽抱杆菌、马铃薯芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、淀粉液化芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和霉菌中的米曲霉、黑曲霉、根霉、拟内孢霉等微生物产生．虽然这些微生物都能产生α-淀粉酶．但不同菌株产生的酶在耐热性、作用最适pH、对淀粉的水解程度，以及产物的性质等均有差异．BF7658枯草杆菌α-淀粉酶是我国工业化深层发酵生产的第一个微生物酶制剂，也是目前国内产量最大的微生物酶之一．（3）β-淀粉酶也是一类作用于淀粉分子末端的酶，它们能够从淀粉非还原性末端切开1，4糖苷键，生成的产物为双糖（麦芽糖）．但它不作用于支链分支点的1，6键，同时也不能超越1，6键去水解分支点内侧的1，4键，因此水解支链淀粉的结果，除产生麦芽糖外，还产生一种叫β-极限糊精．由于β-淀粉酶作用后生成的麦芽糖为β型，故称β-淀粉酶．β-淀粉酶广泛存在于高等植物种子中(如麦芽、麸皮、大豆等)，尤以麦芽中最为丰富．近年来发现蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌以及某些假单抱杆菌、链霉菌也能产生类似于β-淀粉酶的酶类．α-淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解α-1,4糖苷键。（内切酶）α-淀粉酶:是需要与Ca+结合而表现活性的金属酶，因此螯合剂EDTA等能抑制此酶α-淀粉酶:耐热不耐酸，在pH3.3时酶被破坏，而在70℃下，保持15min该酶仍保持活性β-淀粉酶:从非还原端开始，水解α－１,4糖苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶）β-淀粉酶:是含巯基的酶，氧化巯基的试剂能抑制此酶β-淀粉酶:则耐酸不耐热，在pH3.3时酶可保持活性，但在70℃下15min酶被破坏

（4）脱支酶

这类酶只作用于支链淀粉支点处的α-1，6糖苷健，将支链淀粉的整个侧链切下变成分子较小的直链淀粉．显然，脱支酶也是属于作用淀粉分子内部键的酶．产生这类酶的微生物有：产气杆菌、蜡状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、浸蔗芽孢杆菌以及某些假单孢杆菌．淀粉生产葡萄糖的工艺流程糖化酶2、淀粉酶的应用淀粉酶是一类用途十分广泛的酶，粮食加工、食品工业、酿造、发酵、纺织品工业和医药行业部经常使用．例如，制造各种葡萄糖、饴糖、发酵培养基的水解糖、医药制品以及制造容易消化的儿童食品、老人食品、帮助消化的药物等．酶在酒类酿造中的应用啤酒是以大麦为原料，在大麦发芽过程中，由于呼吸使大麦的淀粉损耗很大，很不经济。因此，啤酒常常用大麦，大米，玉米等作为辅助原料来代替一大部分麦芽。但这样做，引起淀粉酶，蛋白酶和β-葡聚糖酶的不足，使淀粉糖化不能充分，使蛋白质和β-葡聚糖酶的降解不足，从而影响了啤酒的风味和产率。在工业生产上，使用微生物的淀粉酶，中性蛋白酶和β-葡聚糖酶酶等酶制剂来处理上述原料，可以补偿原料中酶活力不足的缺陷。淀粉酶在纺织加工中的应用通过淀粉酶可催化水解织物上的淀粉浆料，由于淀粉酶的高效性及专一性，酶退浆的退浆率高，退浆快，污染少，产品比酸法、碱法更柔软，且不损伤纤维。由于淀粉酶退浆机械作用小，水的用量少，可以在低温条件下达到退浆效果，具有鲜明的环保特色。淀粉酶在面包与烤焙食品制造中的应用由于陈面粉酶活力低,发酵力低,因而,用陈面粉制造的面包体积小,色泽差.向陈面粉中添加α－淀粉酶和蛋白酶制剂，可以提高面包质量。加β－淀粉酶可以防止糕点老化，加蔗糖酶可以防止糕点中的蔗糖从糖浆中析晶，加蛋白酶可以使通心面条风味佳，延伸性好。在淀粉加工中，可根据产品的需要，选用一种或几种合适的淀粉酶处理．由于各种淀粉酶的作用性质不同，单独或几类酶共同作用可得到各种化学性质和物理性状不同的糖类产品．淀粉酶在淀粉加工中的应用利用淀粉酶加工淀粉的过程大麦和麦芽淀粉酶（α-淀粉酶、β-淀粉酶）蛋白酶麦精淀粉酶类与淀粉糖业第七章工业上常用的微生物酶淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶二、蛋白酶蛋白酶是指能催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称．目前已经高度纯化或结晶的蛋白酶达一百种以上，其中有些酶已测定了氨基酸组成和氨基酸的排列顺序．1、蛋白酶的作用特点蛋白酶广泛存在于各种生物体中，按其来源可分为动物蛋白酶(如胰蛋白酶、胃蛋白酶）、植物蛋白酶（如菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶）和微生物蛋白酶三类．各种蛋白酶对不同性质的肽键有不同的水解能力，有些蛋白酶只能水解多肽链末端的肽健，终产物为氨基酸，其中水解氨基末端(N端)的称氨肽酶，水解羧基末端(c端)的叫羧肽酶．另一类蛋白酶只能水解蛋白质肽链内部的肽键，所谓蛋白酶通常是指内切酶．由于各种蛋白酶对被水解的肽键所在的氨基酸有一定的要求，如碱性蛋白酶喜欢水解酪氨酸、苯丙氨酸等部位，因此不同的蛋白酶有不同的专一性．微生物蛋白酶微生物蛋白酶又可根据产酶菌种而分为细菌蛋白酶、霉菌蛋白酶和放线菌蛋白酶；按酶的作用最适pH则可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶；如果按酶作用的活性中心则可分为丝氨酸蛋白酶、含金属蛋白酶、巯基蛋白酶等．此外，有些微生物产生的蛋白酶能作用于弹性蛋白、角蛋白等特定蛋白质。因此习惯直接称它们为弹性蛋白酶，或角蛋白酶．按酶作用最适pH并结合活性中心进行分类，在使用上较为方便，而且也比较合理．（1）碱性蛋白酶或称丝氨酸蛋白酶，是一类作用最适pH在9-11范围的蛋白酶．它广泛用于洗涤剂，是商品蛋白酶中产量最大的一类蛋白酶，也是已经比较深入研究的一类蛋白酶．碱性蛋白酶作用位置是要求在水解点羧基侧具有芳香族或疏水性氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸等)，它比中性蛋白酶有更大水解能力．此外，碱性蛋白酶还具有酯酶的活力．酶的活性中心含有丝氨酸，故又称丝氨酸蛋白酶。因此，这类蛋白酶遇到作用于丝氨酸的试剂二异丙基氟磷酸（DFP）失活，这是碱性蛋白酶一个重要特性．但是，碱性蛋白酶对重金属和巯基试剂却不敏感．钙离子对此酶有一定的稳定作用碱性蛋白酶有较大的耐热性，55℃下放置30分钟仍能保留大部分活力．正是这些性质，才使它具有作为洗涤剂用酶的价值．己知碱性蛋白酶主要有二种，一种称诺沃（Novo）蛋白酶，另一种叫卡斯伯格（carlsberg）蛋白酶，二者的性能和结构很相近，分别含有275和274个氨基酸，由一条多肽链构成．碱性蛋白酶在pH6-11下稳定，酸性或pH超过11时酶活力很快丧失．近年来国外从嗜碱性芽孢杆菌中分离出另一种碱性蛋白酶，其作用最适pH为12，且在pH5-12范围内相当稳定。这就更适用于洗涤剂．产生菌:主要是芽孢杆菌属的几个种，如地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌，短小芽孢杆菌以及嗜碱性芽孢杆菌和灰色链霉菌、费氏链霉菌等．此外，某些镰刀菌和霉菌也能产生碱性蛋白酶．我国生产的菌种有地衣芽孢杆菌2709、短小芽孢菌289和209菌株．（2）中性蛋白酶这是一类最常见的蛋白酶，它的作用最适pH在7~8之间．中性蛋白酶分子量约为3万至4万道尔顿，由一条多肽链构成，每个分子中含一个与酶活性有关的锌原子，故这类酶亦称金属蛋白酶，此外，此酶需要钙离子，它对维持酶分子的构象起作用．中性蛋白酶比较不稳定．耐热性也较差，一些能与金属离子结合的金属螯合剂（如EDTA、邻二杂氮菲等）对它都有抑制作用．

产生菌:不少细菌和霉菌能产中性蛋白酶．如枯草芽孢杆菌、嗜热溶阮芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌以及米曲霉、棕色曲霉、灰色链霉菌和转化微白色链霉菌．我国生产的菌种有枯草芽孢杆菌A．S1.398、转化微白色链霉菌166等．（3）酸性蛋白酶这是由真菌产生的蛋白酶，它们的性质与动物的胃蛋白酶和凝乳酶相近．在酸性条件（pH2~5）下才具有最大活性是这类酶共同的特征，pH升高酶活力很快丧失．酶蛋白中酸性氨基酸较多而碱性氨基酸少，酶的等电点也偏低（pH3-5）．酸性蛋白酶的主要抑制剂是重氮酮化合物，如重氮乙酰DL亮氨酸甲酯、N溴琥珀酰亚胺以及十二烷基磺酸钠等，而DFP、金属螯合剂、巯基试剂及重金属对它均没有抑制作用．酸性蛋白酶需要在酸性环境中才能分解蛋白质，由于人的胃液属酸性范围，因此，这类酶特别适合作为帮助消化的药物．此外，还有一类毛霉产生的凝乳酶也属于酸性蛋白酶，这种酶水解蛋白质的能力很弱，不至过度分解乳酪中的蛋白质，欧美国家利用这种酶代替动物凝乳酶进行加工乳酪．凝乳酶与奶酪加工凝乳酶可以使得牛奶蛋白（酪蛋白）聚合在一起形成固态的胶，把胶切开时，一部分含蛋白和牛奶糖分的液体便会流出来，这部分液体称为乳清。剩余的固体部分称为凝乳，这部分包含有很多营养成分如牛奶蛋白和钙，可以用来生产奶酪。传统上利用牛犊第四胃的皱胃酶提取制作凝乳酶，近来凝乳酶的来源不断扩大，目前包括三类：动物性凝乳酶，来源于牛胃、猪胃和羊胃；植物性凝乳酶，来源于无花果树液和菠萝果实；微生物凝乳酶，来源于霉菌和酵母菌。丹麦干酪生产中来源霉菌的凝乳酶得到广泛应用。酪蛋白：

降血压

镇静

促钙吸收产酶菌:到目前为止，只发现霉菌如黑曲霉、米曲霉、斋滕曲霉、泡盛曲霉、中华根霉、少孢根霉和桔青霉等能产生酸性蛋白酶．至于凝乳酶，工业上只采用米赫毛霉和微小毛霉等少数菌株进行生产。我国生产的菌种有黑曲霉A.S3.301、A.S3350和宇佐美曲霉537等．3．微生物蛋白酶的应用蛋白酶是一类用途较广的酶，涉及食品加工、皮革制造、加酶洗涤剂、纺织品，羊毛、鱼品加工和医药等许多方面，（1）配制加酶洗涤剂衣服、被褥等生活用品的脏污主要是汗渍、食品残迹、血迹、尿迹和油渍等污物，含有相当部分的蛋白质，很难洗涤干净．如果将蛋白酶（有时也加入一些淀粉酶）加人洗衣粉中，用酶来分解污物上的蛋白质，使之溶解度增大，然后再搓洗可明显提高洗涤效果，这就是加酶洗涤作用的原理．目前市售的合成洗涤剂（洗衣粉）是由多种原料配制而成的。它含有以石油产物为原料制造的烷基苯磺酸钠、少量碱和羧甲基纤维素等填充料，洗涤剂溶解后呈弱碱性并具有整合作用（帮助去污）．温水有助于洗涤效果，因此作为洗涤剂酶必须具备在碱性条件下具有较大酶活力，不被洗衣粉中螯合剂所抑制以及一定程度的耐热等性．芽孢杆菌产生的碱性蛋白酶基本上满足上述需要．（2）皮革脱毛、毛皮软化猪、牛、羊皮制革时，首先要除去皮上的毛，然后才能进一步加工，揉制成革．过去脱毛工艺沿用石灰硫化钠浸渍。不仅时间长、工序多．且劳动强度大，污染严重．采用蛋白酶脱毛是利用酶分解毛、表皮同真皮层连结处的蛋白质，从而使毛同皮的连结松开而脱毛．（3）加工不宜食用的蛋白质，

制造蛋白水解物．皮革厂的边料、碎皮，鱼品加工场的杂鱼，屠宰场的下脚，都含有大量的蛋白质．利用蛋白酶来分解这些下脚废料，制造各种蛋白胨、氨基酸等蛋白水解物，可以获得医药、饲料、科研，甚至营养食品所需的产品，用途十分广阔．特别是有些鱼品，由于存在各种气味、形状或色泽的原因，不宜直接作为食品，若经蛋白酶适当加工处理，就可成为优良的食用蛋白或营养补品，大大提高利用价值，变废为宝。（4）去除“多余”蛋白，回收主产品鱼肝油、香料加工生产时，由于一些蛋白质夹杂其中不易除去，往往影响产品的纯度和质量，羊毛精练、蚕丝脱胶也必须除去不必要的蛋白质．它们的加工都可利用蛋白酶进行处理，以除去多余的蛋白．电影胶卷中的银粉是用明胶（一种动物蛋白质）作胶粘剂粘在片基上的，为了回收废旧胶片上的银，可将废胶卷浸泡在蛋白酶溶液中，使明胶分解，银粉脱落而得以回收．（5）蛋白酶在面粉中的应用面粉中应用的蛋白酶是一种中性蛋白酶,其最适pＨ值为5.5～7.5,最适温度为65℃左右。蛋白酶可以水解面筋蛋白,切断蛋白分子的肽键,弱化面筋,使面团变软,改善面团的粘弹性、延伸性、流动性等性能,从而改善其机械特性和烘焙品质。其主要用于饼干和面包专用粉中。（6）蛋白酶在肉制品工业中的应用

在肉制品加工中,老龄动物的肉经过烧煮会变得粗糙坚硬,生产出来的产品口感很差。利用蛋白酶可使这种肉得到嫩化。在嫩化过程中,蛋白酶随溶液进入肌间,分解肌间结缔组织和胶原纤维中的蛋白质,破坏它们的分子结构,使肉的品质变得柔软、适口、多汁和易于咀嚼;高F值低聚肽

F值是支链氨基酸（Branchedchainaminoacids,BC）与芳香族氨基酸（Aromaticaminoacids，AC）的摩尔比值。高F值低聚肽的生理功能

防治肝性脑病

改善蛋白质营养状况

抗疲劳作用（7）蛋白酶医疗中的应用

第七章工业上常用的微生物酶淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶三、葡萄糖异构酶葡萄糖是最易被人体吸收利用的一种糖，但是由于它的甜味只及蔗糖的70%，因而不能在食品、饮料工业中居统治地位．果糖虽然比蔗糖甜得多，但产量有限．蔗糖是目前应用最广泛、最普遍的甜味剂，食品、饮料和糖果加工都少不了它．但在我国江、浙、皖、鲁等广阔中部地区，地处温带，既不宜种植南方的甘蔗，也难以栽培北方的甜菜，蔗糖短缺，但有丰富的淀粉资源.葡萄糖异构酶能将葡萄糖变为果糖，它可使淀粉水解产物中约一半的葡萄糖变为果糖，由此生产的葡萄糖与果糖混合糖浆叫果葡糖浆，国外已工业化生产，用来代替砂糖，广泛用于饮料、面包、糖果等食品工业．大多数微生物的葡萄糖异构酶是诱导酶，经D木糖或木聚糖诱导后可明显提高产量；钴离子对多数菌种所产的酶有稳定作用或提高酶活力，因此，在发酵培养基或酶的应用时应注意加入这类物质．大多数菌种产的葡萄糖异构酶是胞内酶．酶反应的最适pH为7-8，最适温度为70-80℃，需要镁离子为激活剂（钙、铜、镍、锌以及汞、铅等对酶有严重抑制作用），能够将50%左右的葡萄糖转变为果糖．利用固定化细胞技术将葡萄糖异构酶固定在细胞内，成为不溶于水的制品，装入反应柱中，然后将调好pH并加有镁离子的一定浓度的葡萄糖溶液从柱顶注入，葡萄糖在流过酶柱时经酶的作用约有一半左右转变为果糖，糖液甜度明显提高．这样制备的固定化细胞酶柱可连续使用30天以上．生产的果葡糖浆经脱色、离子交换除去杂质和浓缩后即为成品。可用来制造各种食品、饮料．产生葡萄糖异构酶的微生物有细菌和放线菌二大类，如凝结芽孢杆菌、节杆菌、短乳酸杆菌、巨大芽孢杆菌、产气杆菌和暗色产色链霉菌、白色链霉菌、橄榄色链霉菌、玫瑰色链霉菌、游动放线菌等．第七章工业上常用的微生物酶淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶四、纤维素酶纤维素不溶于水，分子量介于50，000-400，000道尔顿，大致相当于300-2500个葡萄糖残基．纤维素的基本结构单位是纤维二糖基，它的葡萄糖分子以β-l，4糖苷键连接，不能被淀粉酶水解，而可被纤维素酶水解。纤维素酶是指能够水解纤维素β-1，4葡萄糖苷键的酶，使纤维素变成为纤维二糖和葡萄糖，目前纤维素酶的应用，并不是利用纤维素酶降解纤维素生产葡萄糖，因为利用合适的纤维素酶将纤维素水解至葡萄糖，在理论上是完全可能实现的，但是至今生产上还有许多实际问题没有解决．比如稻草、树叶等天然原料除纤维素外，还含有果胶、半纤维素、木质素等高聚糖其它成分，这些成分彼此交织，成为一种高度不溶于水的物质．使水或酶都难以作用于其中的纤维素。故目前纤维素酶的应用主要是因为现在的纤维素酶实际上大多夹有半纤维素酶，当它作用于细胞壁时可引起细胞裂解，从而使细胞内容物得以充分被利用而提高利用率．所以可用在淀粉、食品、饲料加工和发酵工业方面．例如，酿造酒类、生产酱油、制造酒精的谷类、米糠、麸皮、山芋粉天然原料，经纤维素酶处理后，由于细胞破裂，使加工容易（易于蒸煮），收率增加．另外在食品加工中，纤维素酶处理后可以减少食品中的纤维素含量，改善风味，更加适合于老年和儿童食用；在速溶咖啡，速溶茶的加工过程中，经纤维素酶除去纤维素后，咖啡或茶叶的有效成分可以不必用开水煮泡而很快溶于温水中，大大方便饮用．纤维素酶在纺织加工中的应用纤维素酶对织物的仿旧整理：通过对织物纤维表面的剥蚀作用，使织物表面被磨损，染料被剥离，产生水洗石磨的外观.加工质量好，生产效率高，对环境污染少，可选设备范围广，对织物（缝线、边角和标记）损伤小，织物的柔软性和悬垂性好，设备磨损小，可以对较轻薄的织物进行加工。纤维素酶对织物的抛光整理：纤维素酶抛光整理是去除烧毛工序未烧尽的织物（包括针织物、毛巾和服装等）表面的绒毛，达到表面光洁、抗起毛起球，使织物达到柔软、膨松等独特性能的整理。其原理是纤维素酶对纤维素水解，再配合机械搅拌（冲击）实现整理，由于没有化学处理，既节约能源，又减少了废水污染。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

经生物抛光处理的服装和面料使制造商有如下卖点：

l服装和面料长久保持光鲜

l服装和面料手感更柔软与相应的传统加工方法比，生物抛光有如下优点：

l织物表面更光洁无茸毛，

l织物表面显得更加均匀，

l减少起毛起球的趋向，

l增加悬垂性并具滑爽手感，

l与通常的柔软剂组合可获得独特的柔软性，

l处理的织物更具有环保意义。地球上存在大量的生物废弃物，如：农作物和林产物的废弃物，野草，海草，以及城市废弃物（报纸，天然纤维）等。其成分主要是纤维素，半纤维素，木质素，淀粉。这些物质通过微生物或酶的水解作用，可以转化为葡萄糖。葡萄糖经过微生物发酵，产生乙醇，氢气或者甲烷。乙醇，氢气或者甲烷使人们需要的新能源。纤维素酶在环保中的应用－产生新的能源纤维素酶补充动物体内消化酶分泌不足植酸酶消炎酶，以改善动物的健康状况，充分发挥动物的生产潜能在饲料中的应用：K+、Ca2+、Mg2+和Fe3+等金属离子形成的植酸盐是微量营养元素的重要贮存形式.植酸及植酸盐不能被人和非反刍动物所吸收利用;影响磷的消化吸收影响金属离子的利用影响蛋白质的吸收影响淀粉及脂肪的利用酶制剂在国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。纤维素酶也是一种诱导酶，大多数产纤维素酶的微生物需要纤维素作碳源方能诱导产生．如果以葡萄糖作为碳源，则几乎不产生纤维素酶．目前纤维素酶的生产主要采用固体麸曲法，然后经浸泡，再用硫酸铵盐析或酒精、丙酮沉淀，制成粗制品。纤维素酶的产生菌有：细菌、放钱菌、霉菌以及各种高等真菌(如蘑菇)等．但真正用于生产纤维素酶的菌种主要是霉菌，特别是绿色木霉、黑曲霉、青霉和根霉．商品纤维素酶制剂内往往含有半纤维素酶等其他成分．第七章工业上常用的微生物酶淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶五、葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶属于是一种需氧脱氢酶

，是食品工业和医疗诊断常用的一种酶．这种酶能高度专一地催化D-葡萄糖与空气中氧反应，使葡萄糖氧化成为葡萄糖酸，同时消耗氧气，反应时葡萄糖先进行脱氢形成葡萄糖内酯，同时使FAD还原为FADH2，接着葡萄糖内酯水解变为葡萄糖酸，FADH2与空气中的氧反应形成过氧化氢，如果存在过氧化氢酶，过氧化氢则进一步分解为水和氧．反应过程如下：

FAD

FADH2

H2O6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸葡萄糖氧化酶内酯酶葡萄糖氧化酶在食品工业上主要用来脱氧和去糖，防止油脂氧化，保持食品的色、香、昧，延长保存时间。蛋白粉和蛋白片——具有良好功能性质，如高凝胶性、高打擦度（起泡性）、乳化性保水吸收性等，广泛用于鱼、鸡、肉丸、油炸食品的挂糊。由于新鲜的鸡蛋、鸭蛋的蛋白中总含有少量的葡萄糖，制成的蛋片经贮运，往往发生气昧不正和变色等异常现象，影响产品质量．如果蛋白先用葡萄糖氧化酶处理，除去葡萄糖后进行干燥，可明显提高质量．罐头或其他瓶装食品根据葡萄糖氧化酶能专一地氧化葡萄糖这一特点可利用它进行葡萄糖的检测，因为它所消耗的氧的量或生成的葡萄糖酸的量都与葡萄糖的量有定量关系．例如，将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和联甲苯胺(遇氧变成蓝色)一起用明胶固定在纸片上做成定糖试纸，可用于临床检查x人尿的含糖量，甚至也可以用来测定发酵液中糖浓度．只要溶液中存在葡萄糖，这种试纸接触后10-60s变为蓝色．例如：利用高纯度的葡萄糖氧化酶制剂测定人体血清中的葡萄糖浓度（血糖浓度）。如果血糖浓度高于正常值3.9－5.9mmol/L，即可诊断患者患了糖尿病。血糖浓度愈大，表明病情越严重。产生葡萄糖氧化酶的微生物有黑曲霉、产黄青霉、点青霉和产紫青霉等．工业生产可采用深层液体发酵或固体麸曲法．用青霉进行液体发酵时以蔗糖和硝酸钠为主要碳、氮源，培养温度为28℃左右，经过2～3天的发酵，然后用离子交换树脂分离提取．商品酶制剂中除葡萄糖氧化酶外，往往还含有过氧化氢酶．第七章工业上常用的微生物酶淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶抗生素是青霉素，链霉素，四环素，红霉素等一类化合物的总称。例如：

青霉素能抑制革兰氏阳性细菌

链霉素能抑制革兰氏阴性细菌

因而，不同的抗生素用于治疗不同微生物感染的疾病。六、青霉素酰化酶自从1928年入类发现第一个抗生素青霉素以来，临床应用抗生素已有四十多年历史，但是，由于长期大量使用抗生素，特别是无节制滥用的结果，造成细菌产生抗药性（或称耐药性），使天然青霉素的治疗效果明显下降．为了解决细菌耐药性问题，除努力寻找新抗生素外，更有效的办法是研究细菌产生耐药性的原因，改造原有青霉素的结构，用人工的方法合成各种能抑制耐药性细菌的新青霉素．现在已经得到几十种半合成青霉素，它们都能作用于耐药性菌株，是疗效很好的广谱抗生素．要生产各种半合成青霉素，首先或重要的问题是获得青霉素酰化酶．青霉素酰化酶能水解青霉素侧链酰胺键.其中主体部分为6－氨基青霉烷酸(6-APA)，亦称青霉素的母核，另一部分(RCOOH)为侧链．不同的青霉素，侧链的结构各异．青霉素G、青霉素V和氨苄青霉素的侧链®结构如下．------青霉菌发酵生产的天然青霉素多数为青霉素G或V，细菌耐药性一般也是指对这类青霉素而言．已经清楚，如果改变青霉素的侧链R，就可使原来耐药性的细菌失去抗药能力．所谓半合成青霉素，就是利用青霉素的母核—6-氨基青霉烷酸，用化学方法人为地接上一个其它基团，如氨苄基或苯氧甲基等，形成氨苄青霉素或苯氧基青霉素．这种将青霉素原有结构加以改造而获得的新青霉素，叫做半合成青霉素，它对于耐药性细菌有着十分显著的疗效．但是，要生产半合成青霉素，首先必须制备6-氨基青霉烷酸．目前最经济的制备方法是利用青霉素G或青霉素V经酶水解除去侧链而获得．经青霉素酰化酶作用可获得青霉素母核．如果在母核上接上某种基团（亦需酶的催化）便成为半合成青霉素．迄今为止，至少发现二种青霉素酰化酶，其中一种为为苄青霉素酰化酶，它却优先分解青霉素G,另一种苯氧甲基青霉素酰化酶，它能更有效地作用于青霉素V青霉素酰化酶不但能催化青霉素侧链的水解作用，而且也能催化逆反应．就是说，在一定的反应条件下，反应主要朝向一侧，当反应条件改变时，反应朝向另一侧．例如，苄青霉素酰化酶在pH7-8时，主要催化水解反应，若pH为4.5-5.5，反应则朝向合成一侧．因此可以利用同一种酶进行分解和合成，即先用酶切断青霉素G的酰胺键，并除去侧链，然后加入新的侧链物质，同时改变反应条件，使之发生合成反应．氨苄青霉素是由青霉素母核与苯乙氨酸甲酯盐酸盐经酶作用而获得的，反应方程如下：苯乙氨酸甲酯盐酸盐6-APA除上述诸种酰化酶外，也有些菌株(如假单胞杆菌)产生的酶主要催化合成反应，当然这种酶就不宜用来制备青霉素母核，而只能用于合成新青霉素。

苄青霉素酰化酶是一种胞内酶。细菌、放线菌和真菌中许多菌株都能产生．如大肠杆菌、假单胞杆菌、巨大芽孢杆菌、微球菌、短杆菌、棒杆菌、节杆菌、气杆菌以及链霉菌和真菌粗糙脉孢菌中某些种。

苯氧甲基青霉素酰化酶的产生菌多数为真菌．如产黄青霉、头孢霉、曲霉、镰刀酶和某些酵母菌以及假单孢杆菌、微球菌、欧文氏菌、节杆菌、链霉菌等。大肠杆菌生产的苄青霉素酰化酶已在工业上投产，并制成固定化酶后使用．高活性的基因工程新菌株也已获得．苄青霉素酰化酶也是诱导酶，苯乙酸和苯氧乙酸是酶的有效诱导物，而葡萄糖，麦芽糖等碳水化合物和乙酸对酶的形成有明显的阻遏作用．发酵培养基以牛肉膏或酵母浸出汁和玉米浆、豆饼粉或水解蛋白等为主．发酵过程中通气和搅拌不宜太剧烈，因为酶的合成将随培养基中溶解氧的增高而抑制．第七章工业上常用的微生物酶淀粉酶蛋白酶葡萄糖异构酶纤维素酶葡萄糖氧化酶青霉素酰化酶木聚糖酶木聚糖酶的应用在果、蔬汁的榨取和澄清中的应用

通过对果、蔬汁的生产可以从果蔬中获取大量有营养价值的成分。果、蔬汁的生产包括榨取、澄清和稳定等3个主要过程。早在1930年，水果业开始生产果汁，当时产出率非常低，而且过滤果汁也遇到许多麻烦，通过对适合工业生产用的果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶和水果组分的深入研究，克服了过滤和澄清的困难。目前，已将果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶等联合使用于果、蔬榨取和澄清过程中，并防止了烟雾状沉淀的形成。木聚糖酶的应用在酿酒行业中的应用

啤酒生产原料中由于

-葡聚糖和木聚糖含量较高，造成麦汁过滤困难，啤酒混浊。随着国内纯生啤酒的快速发展，由

-葡聚糖和木聚糖造成的啤酒滤膜堵塞提高了啤酒的生产成本。木聚糖酶和

-葡聚糖酶的协同作用，解决了滤膜堵塞问题，因此耐酸性木聚糖酶在啤酒酿造行业具有潜在的应用前景。木聚糖酶对谷物细胞壁中木聚糖的作用有助于加快淀粉酶的作用。木聚糖酶的应用木聚糖酶在制备功能性低聚糖中的应用

低聚木糖是最受众人瞩目的一种功能性低聚糖，也叫双歧因子，是由2个～10个单糖分子构成的短链糖聚合物。在人体内难以消化，肠道内残存率高，具有极好的双歧杆菌增殖活性，其选择利用性高于其他功能性低聚糖，而且附加值和售价也高，它的甜度为蔗糖的40倍，食用该糖后不会导致血浆中葡萄糖水平大幅度上升，因而可以作为糖尿病或肥胖症患者的甜味剂。低聚木糖对pH值及热的稳定性较好，可用作食品工业中的黏稠剂和脂肪替代品，或者用在食品添加剂中作为抗冻剂、低热量甜味剂等。低聚木糖能调整菌群平衡、改善肠道功能、抑制肠道腐败、降低血脂胆固醇、增强机体的免疫功能等，低聚木糖还具有防止便秘、抗龋齿、促进钙的吸收等功能。木聚糖酶的应用木聚糖酶在饲料行业中的应用

动物饲料中半纤维素对于非反刍类动物来说几乎没有营养价值，因为这类动物缺乏合适的降解酶类。然而，这些未消化的半纤维素会在动物肠道中增加食物的黏度，从而影响消化酶透性，不利于纤维素降解，影响食物的消化和吸收。在大麦类动物饲料中，阿拉伯木聚糖是构成非淀粉多糖的主要成分，占谷粒中多糖成分的4%～8%，占胚乳中多糖的25%，占糊粉层中多糖的75%，而这部分物质只是部分水溶性，所以会产生高度黏稠的水溶液，从而造成动物饲料中谷物难以吸收利用。如果在动物饲料加入木聚糖酶，就可以降解这类物质，利于可利用多糖的降解，从而增加饲料利用率。1957年，Jensen报道在饲料中添加木聚糖酶可降解植物细胞壁中的木聚糖，改善其营养价值。另外，添加木聚糖酶还可减少畜禽肠道疾病，增进畜禽健康，使畜禽体重均匀。木聚糖酶的应用木聚糖酶在制浆造纸行业中的应用利用木聚糖酶进行多聚物降解时，水解速度比其他酶快2倍～3倍。经木聚糖酶处理后的纸浆漂白可以降低20%～40%漂白剂用量。现在看来，应用木聚糖酶进行预漂白纸浆造纸前景最为乐观。1986年；Chevalier等人首次报道了木聚糖酶对硫酸盐纸浆的漂白有增强作用。另外，木聚糖酶在造纸工业中还用于废纸脱墨，使脱墨容易，并可减少化学药品的用量。

木聚糖酶的应用木聚糖酶在麻类纺织行业的应用木聚糖酶在苎麻生产中扮演生物脱胶的角色。苎麻纤维是一种优良的纺织原料，我国是世界苎麻的主要生产