授課教師：王瑩TEL-Mail：wylyac@163.com第二部分

酶工程原理及其應用咀嚼甜味？酵母如何使面包發起的呢？啤酒是如何釀出的?果汁實際上，酶已經應用到工業生產的各個領域，為我們的生活提供了極大的便利。一、酶的重要性緒論大自然的杰作：無處不在的酶生命與非生命最根本的區別：沒有酶，就沒有新陳代謝，就沒有整個生物界。生命具有新陳代謝二、酶制劑的應用

(一)酶在食品、發酵工業中的應用1、酶在食品保鮮方面的應用A食品除氧保鮮

(葡萄糖酸)

B蛋類制品脫糖保鮮——葡萄糖氧化酶蛋類制品，由于蛋白中含有0.5～0.6％葡萄糖，與蛋白質反應生成黑點，影響產品質量。應用葡萄糖氧化酶進行蛋白脫糖處理，將適量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液中，采用適當方法通氣，將葡萄糖氧化，從而保持蛋品的色澤和溶解性。C食品滅菌保鮮——溶菌酶

溶菌酶是一種催化細菌細胞壁中肽多糖水解的水解酶。破壞細胞壁使細菌溶解死亡。溶菌酶一般從蛋清中分離得到。在干酪、水產品、啤酒、清酒、鮮奶、奶粉、奶油、生面條等生產中廣泛應用。2.谷物食品中的魔術師A促進酵母發酵的酶——α,β-淀粉酶B改善面筋網絡的酶——葡萄糖氧化酶C延長保鮮期的酶——麥芽糖淀粉酶D有前途的增白酶——脂肪氧化酶3.淀粉糖的孵化器

淀粉糖是是人們非常喜愛的一種甜味料。

淀粉糖大致可分為液體葡萄糖、結晶葡萄糖、麥芽糖漿、麥芽糊精、麥芽低聚糖、果葡糖漿等。

近年來人們還成功地生產了低聚異麥芽糖、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使植物油的生產變的“多快好省”傳統的植物油化學脫膠工藝流程：毛油→酸處理→堿處理→離心分離→水洗→離心分離→脫膠油酶法脫膠工藝流程：毛油→檸檬酸處理→酶處理→離心分離→脫膠油人造奶油或起酥油——反式脂肪酸。

丹麥諾維信公司——脂肪酶

“酶法酯交換”替代“部分氫化”工藝。B健康衛士——酶讓我們遠離反式脂肪酸5.高品質功能食品生產的法寶

功能食品是指具有營養功能、感覺功能和調節生理活動功能的食品。目前的功能食品生產中，酶技術正越來越廣泛地得到應用。A大豆多肽

蛋白質長鏈被切斷至一定程度的短鏈就稱為小肽。科學研究表明，具有某種長度和空間結構的肽鏈具有某種特殊的功能，大豆多肽就是一個典型的例子。大豆多肽可以應用于老年人保健食品、運動員食品、恢復營養食品和一些新品種的發酵類食品中。利用蛋白酶分解大豆蛋白生產大豆多肽是大豆深加工的一個重要方向B大豆低聚糖

雙歧桿菌——有益菌。產氣莢膜梭菌——有害菌大豆低聚糖具有促雙歧桿菌增殖作用。同時，減少有毒發酵產物及有害細菌酶的產生

目前大豆低聚糖的生產方式主要色譜分離方法——純度較高，產率較低，成本偏高。采用酶技術可以使大豆低聚糖中的蔗糖轉化為低聚糖——提高產率、節省成本。6.果汁工業的巧幫手

A澄清蘋果汁的生產——果膠酶B酶法脫苦

C酶法去皮

7.液體大麥—啤酒中的催化劑

A酶可以改善啤酒的口味

雙乙酰——延長生產周期α-乙酰乳酸脫羧酶——縮短生產周期。

B酶可以提高啤酒質量啤酒渾濁、失光等現象。大分子物質沒有被徹底分解這可以通過添加相應的酶來加以彌補。啤酒其獨特的色、香、味——保證麥汁成分的一致性——酶作用的一致性現實生產中往往或多或少出現問題，商品酶可以很方便地進行補救。8乳制品中的點金石A酶在奶酪加工中的應用B酶解決乳糖不耐受癥

制造乳糖水解奶——乳糖酶（二）酶在醫藥方面的應用據《左傳》記載，2500多年前，人們就懂得用麥曲治療消化不良。20世紀后半葉，酶的應用日益廣泛，它具有療效顯著、副作用小的特點。目前，酶在醫學方面的應用主要有疾病的診斷、治療和藥物制造等方面。①化驗單上的酶生命是酶的有秩序的協同作用，酶的紊亂就預示著疾病。根據谷丙轉氨酶(GPT)的活性大小，醫生就能確診是不是肝病。

肝組織中谷丙轉氨酶含量很高，而在正常血清中其含量很低(40單位以下)。感染肝炎病毒后，肝細胞遭到破壞，GPT被釋放到血液中，使血清中GPT的活性迅速增大，醫生就可以根據血清中GPT的活性大小確診是不是患肝炎，也能根據GPT的變化情況判斷病情是好轉還是惡化。

②處方單上的酶內科處方單上常見的酶要算多酶片。如果你消化不良或食欲不振，醫生就會開點多酶片或乳酶生作為助消化劑，它們就含有消化積食的酶——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療結核性潰瘍；如今，胰蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶等可作為消炎劑，治療各種炎癥。這是因為它們能分解蛋白質和多肽，從而增加了組織的通透性，促進炎癥壞死組織溶解，具有消炎、消腫等效用。外科處方單上常有溶菌酶。

它能分解細菌堅韌的細胞壁，使細菌溶解死亡，具有抗、消炎等作用，并對組織無刺激、無毒性；它對眼、耳、鼻、口腔五官科的急慢性炎癥均有一定的療效。溶菌酶與抗生素制成復合藥劑，可以使抗生素的用量減少到原來的百分之一。L-天冬酰胺酶是第一種用來治療白血病的酶。癌細胞生長需要天冬酰胺，這種酶可以切斷天冬酰胺的供給，使癌細胞“餓”死，而人體正常細胞可以合成天冬酰胺,因而不受影響。因此，L-天冬酰胺酶對治療癌癥，特別是白血病有顯著療效。③制藥能手酶在藥物制造方面的應用是利用酶催化反應物轉變成藥物。現在用酶法生產的藥物有上百種。青霉素最初用4萬單位就能殺死的細菌，現在用上百萬單位還不能殺死，原因是細菌產生了耐藥性。利用酶稍改變青霉素的結構，即有利于對細胞的攻擊，如加上一個“氨芐”基，就成為氨芐青霉素。

氨芐青霉素——它們能作用于耐藥性菌株，是療效很好的廣譜抗生素。現在，酶工業發達的國家每年要生產上千噸半合成青霉素。（三）酶在輕工化工方面的應用洗滌能手1962年，加酶洗衣粉。目前，洗滌劑用酶已成為工業用酶中市場銷量最大的酶制劑。除堿性蛋白酶外，還添加有淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、脂肪酶等，用來去除血漬、油漬、菜漬、巧克力等有機污漬。在個人用品工業牙膏、漱口水等產品中加酶，可增加潔齒效果，防治齲齒。在護膚品和化妝品加入超氧化物歧化酶、溶菌酶、彈性蛋白酶可以起到抗衰老、抗氧化、殺菌消炎、光潔皮膚等作用。造紙工業是一個重度污染環境的工業。在漂白過程中使用木聚糖酶和半纖維素酶等處理紙漿，減少了用氯量，從而減少了氯的污染。在飼料廠——植酸酶飼料中的磷50%～80%以植酸形式存在，但由于大多數單胃動物(雞、豬等)體內植酸酶的活力很低，所以大多數植酸磷無法利用。因此為預防磷酸缺乏，必須向飼料中添加無機磷酸鹽，而未消化的植酸磷被排出動物體外，不僅意味著對磷這種貴重原料的浪費，而且會造成環境污染。如果在飼料中添加由微生物重組制成的植酸酶，一方面能分解利用飼料中的磷以提高營養，另一方面也可以使排出的磷減少30%。（四）酶在環保、能源方面的應用“白色污染”是嚴重的環境問題酶已被用于生產可生物降解塑料——聚3-羥基丁內酯(PHB)取代塑料發泡制品、消滅白色污染的最具前景的替代物。利用酶還可以轉化工廠廢水中有毒的酚類、汞化合物、劇毒的氰化物等物質，減少環境污染。在環境檢測方面，酶可以檢測有機磷、有機氯等痕量環境污染物。酶在分解廢棄物中的蛋白質、脂肪、碳水化合物、纖維素、環烴、有機磷、人工合成聚合物等的過程中，也都擔任著重要角色。能源乙醇很可能是未來石油的代替品。利用酶將淀粉等可再生資源轉化為乙醇制成的乙醇汽油已得到關注。我國以玉米淀粉為原料生產燃料乙醇，現在吉林、黑龍江等地已建立了年產數十萬噸乙醇的工廠。酶法還可以通過對廢棄的植物油進行酯交換反應而生產生物柴油。（五）酶在分析檢測方面的應用快速、方便、靈敏、精確在臨床醫學、環保監測及工業生產中發揮著巨大的作用。酶法檢測包括單酶反應檢測、酶偶聯反應檢測、酶標記免疫反應檢測，可確定葡萄糖、膽固醇、乳糖、胰島素、多種抗體抗原等物質的含量。三、酶制劑工業的發展概況

1、世界酶制劑發展現狀

酶作為商品生產已有100多年歷史1949日本人采用液體深層培養法生產細菌α-淀粉酶，這標志著微生物酶的生產進入大規模工業化階段。第二次世界大戰后，由于抗生素工業的興起，使酶制劑工業迅速發展。1974，全世界酶制劑年銷售總額不過4000萬美元

2002已經達到24億美元

據1985年的統計數字，世界上大型酶制劑生產廠家超過10家，其中丹麥諾維信公司是世界上最大的酶制劑生產公司，在丹麥、日本、美國、巴西、中國等國設廠，在生產技術、產品品種開發和經濟效益等方面處于世界領先水平。

諾維信酶制劑公司，全球最大的酶制劑公司。公司產品占有中國50%的工業酶制劑市場。總公司位于丹麥，在天津有它的生產基地，并在全國都有分廠和合作工廠。世界第二大酶制劑公司genencor德國AB酶制劑公司比利時BELDEM丹麥哥本哈根諾維信公司總部全世界酶制劑市場以每年11％的速度逐年增長。就酶應用的各個領域來說，食品、飼料工業用量最大，洗滌劑、紡織、造紙工業、化學工業。美國、加拿大、歐盟、澳大利亞、新西蘭、日本等國均規定酶制劑必須經過嚴格的安全性評價，批準后才能生產銷售。2、我國的酶制劑工業1965年開始生產，主要細菌淀粉酶，填補了我國工業化生產微生物酶制劑的空白。1969年又完成了蛋白酶的工業化生產。1980年將糖化酶投入到白酒與酒精生產中，節約了曲糧，并節省了勞動力與廠房。在我國食品工業用酶制劑按食品添加劑進行管理。對新申請的酶制劑進行衛生學評價,包括毒理試驗、理化檢驗和微生物檢驗使用微生物生產酶制劑,必須提供微生物的菌種鑒定報告、毒理試驗報告等安全性評價資料。我國酶制劑企業具有一定規模的有近百家。主要產品是淀粉酶，其次是蛋白酶，其它酶的產量甚微。我國酶制劑工業基礎較薄弱，產量雖大，但技術水平整體不高，離國際先進水平還有差距，需要趕超。

目前我國的酶制劑工業與國際先進水平相比，仍有較大差距，主要表現在3方面：（1）酶制劑品種少，結構不合理。國內有近百家酶制劑廠，除無錫酶制劑廠生產的品種較多外，其他廠家的產品品種單一。淀粉加工用酶的比例居高不下，我國占70％，而國外只占20％左右。（2）技術水平總體較低，趨于發展不批平衡，環境治理差，廢水沒有完全處理（3）應用的深度和廣度不夠。品種少，同時應用技術的研究跟不上生產發展需要，導致生產不穩定，影響了酶制劑行業的發展四、酶制劑工業的發展方向1、開發新酶源菊糖酶——果葡糖漿生產黃曲霉毒素脫毒酶單寧酶——茶飲料、制革、化妝品2、微生物酶及產酶效能和酶制劑應用性能改良3、酶制劑應用研究開發趨勢（1）基因工程和蛋白質工程的應用菌種是發酵工程的根本，改良菌種是酶工程發展的必由之路80%基因工程菌——Novozyme（2）人工合成酶和模擬酶人工合成的具有類似酶活性的有機催化劑稱之為～（3）酶的定向固定化使酶蛋白以有序的方式附著在載體的表面，～（4）雜交酶由來自兩種或兩種以上的酶不同結構片段構建成的新酶。應用領域新用途（1）制造功能性低聚糖——益生元，雙歧因子（2）功能性肽目前，已發現的酶7000，已利用的150，工業生產的60，大量生產的20，占0.3%，其中，80%是水解酶，氧化還原酶有待開發。第一章酶與酶制劑由活細胞所產生的，具有高效和專一催化功能的生物大分子(蛋白質、RNA)。第一節酶一、定義

蛋白質二、酶的特性A只改變反應速度，不改變反應性質、方向和反應平橫點。B在反應過程中不消耗。C可降低反應活化能。

1、酶是催化劑，首先具有催化劑的共同特性。酶促反應非酶促反應自由能能反應進程底物產物ESES*EP2作為生物催化劑，酶還具有特殊的特性A高效性Exp.1鐵離子和過氧化氫酶分別催化1mol鐵離子可催化1mol過氧化氫酶10-5molH2O210+5molH2O2exp.2在正常體溫下，人的消化道內要是沒有酶的作用，消化一頓簡單的午餐將會花費

原理：酶的催化效率之所以這么高，由于酶催化反應可以使反應所需的活化能顯著降低。50年B、高度專一性I絕對專一性：一種酶只能作用于一種化合物，以催化一種化學反應，稱為絕對專一性。L－乳酸乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶D－乳酸丙酮酸一種酶只能作用于一類化合物或一種化學鍵，催化一類化學反應，稱為相對專一性。II相對專一性：相對專一性胰蛋白酶選擇性水解含有賴氨酰和精氨酰的羰基肽鍵。凡含有這兩種肽鍵的物質，都能被水解。RCOR’+H2ORCOOH+R’OH鍵專一性：基團專一性：酶能夠催化具有相同化學鍵的一類底物。酯酶催化具有相同基團的一類底物。酶為什么具有專一性？鎖、鑰學說認為整個酶分子的天然構象是具有剛性結構的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結合如同一把鑰匙對一把鎖一樣剛性模式：EmilFisher提出誘導契合學說該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補形狀.柔性學說：Koshland提出常溫、常壓、pH值近乎中性

c作用條件溫和245～294千帕140～150℃的高溫耐酸的設備淀粉葡萄糖酸90℃、一般設備淀粉葡萄糖酶d高度受控性酶濃度的調節共價修飾調節激素調節、輔助因子、存在狀態、反饋調節、底物水平、酶原激活、抑制劑、溫度、pH等。e易變性