酶工程与技术

关于酶工程与技术第一节概述2第二章酶的发酵生产2.1酶源及产酶微生物的筛选2.2酶生物合成的调节机制2.3高产菌选育与基因工程菌构建2.4发酵产酶方式及设备2.5液体发酵工艺及控制第2页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述3第三章酶的提取、分离与纯化3.1发酵液的絮凝技术3.2固液分离3.3细胞破碎技术3.4酶的浓缩与干燥设备3.5酶的分离与纯化3.5.1吸附法3.5.2凝胶过滤3.5.3离子交换色谱3.5.4亲和色谱3.5.5疏水色谱3.5.6双水相分离3.5.7AKTA色谱分离简介第3页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述4第四章酶的性质与应用4.1淀粉水解酶类4.2蛋白水解酶类4.3其它酶类（转谷氨酰胺酶、植酸酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶、乳糖酶、果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、脂肪酶、青霉素酰化酶、溶菌酶、D-氨基酸氧化酶、戊二酰7-氨基头孢烷酸酰基转移酶、漆酶、木质素降解酶等酶的性质与应用）第4页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述5第五章酶的修饰与蛋白质工程5.1酶的化学修饰5.2酶的蛋白质工程与定向进化第5页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述6第六章酶与细胞的固定化及酶反应器6.1引言6.2酶固定化的主要形式与方法6.3固定化酶反应器6.4固定化酶的应用第6页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述7第七章酶联免疫吸附分析7.1竞争性ELISA技术7.2双抗体（夹心）ELISA技术7.3间接ELISA技术7.4ELISA在食品卫生分析中的应用第7页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述8第八章酶在非水相介质中催化及手性化合物酶法拆分8.1非水相反应介质酶促反应特性8.2、影响非水相体系（微水体系）中的酶促反应的因素8.3酶的非水相催化的应用8.4手性化合物的微生物或酶法生物合成和拆分第8页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述9参考书1、郭勇编著《酶的生产与应用》，化学工业出版社，2003年。2、宋欣主编《微生物酶转化技术》，化学工业出版社，2004年。3、TechnologicalApplicationsofBiocatalysts.Butterworth-Heinemann19934、IndustrialEnzymology,EditedbyTonyGodfrey&StuartWestStocktonpress,1996。第9页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述10酶的特性酶是一类生物催化剂酶（enzyme）是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质(核酸酶ribozyme是唯一的非蛋白酶。一类特殊的RNA，催化RNA分子中的磷酸酯键水解)，是一类生物催化剂。酶参与的化学反应称为酶促反应，被其作用发生化学变化的物质称为底物（substrate）。新陈代谢是生命有机体最重要的特征之一，新陈代谢所包括的各种各样的物质变化和能量变化都是在酶的作用下进行的。酶的参与使得这些生物体内的化学反应以极高的效率协调地进行着。第10页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述11酶是生物大分子，具有蛋白质三维结构第11页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述12EnzymeisthePowerofNature

MicrobialDiscoveryProteinOptimisation第12页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述13酶工程与技术酶技术即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品，包括酶的生产和应用的技术过程，即酶制剂生产和酶生物转化产品两大类。围绕酶与酶工程领域的理论和技术，开展酶的作用机理、酶的分离纯化、酶的性质、酶的作用动力学、酶分析方法、酶与细胞的固定化、酶与固定化酶的应用、酶的生产、酶基因的克隆与表达等方面研究。第13页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述14酶工程与技术是现代酶学理论、微生物学、发酵工程与化工等技术的交叉技术，酶的应用几乎涉及到所有工业领域，如食品、轻化工业、医药工业、能源开发和环境工程等。近50年来酶工业取得了飞速的发展，基因工程、蛋白质工程的突破性成果应用于酶生产菌种及酶性质的改良，使得酶制剂工业跨上了新的台阶。第14页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述15酶的特性高效地加速反应高度的专一性作用条件温和催化活性可以调节控制绿色环保第15页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述16“Weimagineafuturewhereourbiologicalsolutionscreatethenecessarybalancebetweenbetterbusiness,cleanerenvironmentandbetterlives”第16页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述17酶的生产与应用早在5000多年前，人类就已掌握了用微生物进行焙烤及酿造的方法，《尚书》：“若作酒醴，尔惟曲糵(niè），说明我国３000多年前的古人就开始应用酶，这就是工业用酶的前身。如今，每年数十万吨的工业用酶被应用于人们生活的方方面面，无论从商业或环保的角度看，酶对提高人类的生活质量都发挥着举足轻重的作用。第17页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述18工业加工中为什么添加酶？

各种工业中许多化学的转化过程存在着固有的缺点：非特异性反应会导致劣质产品，高温、高压、耗水、苛刻及有害的条件需要大量的资金投入，副产品对环境可能有负面影响，所有这些弊端均可通过酶来消除。酶是生物催化剂，它们在活细胞中驱动化学反应，使机体完成生长、繁殖及代谢等生理过程。◆温和的条件，使生产更安全、环保，减少设备投资；◆高度的专一性，减少了不必要的副反应；◆高效，有助于提高生产效率。工业生产应用酶技术是一种绿色、环保工艺，符合世界经济发展方向。第18页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述19微生物是酶制剂的基础

从普通花园土壤到极端环境如火山、极地冰山和深海环境中采集到的微生物包括细菌和真菌是酶制剂产品的基础。自然界的微生物为了生存，制造出几百万种不同的酶用以分解所有的生物物质，但只有很少的微生物可以制造满足我们要求的酶制剂。因而寻找一种有用的酶如同大海捞针，需要一整套的技术来完成，包括微生物筛选、分子筛选、基因文库、蛋白质分离纯化及性质研究、酶的应用实验、生产菌株的研发等。天然存在的酶是所有酶制剂产品的基础，采用基因表达克隆技术，蛋白质工程、包括高通量筛选、蛋白质化学、定向分子进化可以改善酶的特性以满足客户的任何要求。基因工程菌株用于酶的工业生产，可帮助我们生产出成本低、质量好的产品。第19页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述20工业酶制剂的生产

工业酶制剂一般是由深层发酵（液体发酵）的工艺生产的。经过精心筛选的微生物产酶菌种在封闭、富含营养物质的发酵罐中培养，酶被释放到发酵液中。现在发酵罐的容积最大可达1000立方米(酒精发酵罐3000-6000吨)。从发酵液中收获酶的第一步是除去不溶物，主要是细胞或固形物。多数酶在发酵液中通过薄膜真空蒸发，膜过滤或结晶等方法得到浓缩。根据产品的最终用途，酶可被进一步加工成液体、粉末、颗粒或固定化酶等一系列酶制剂。第20页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述21“绿色健康，“酶”力无限酶广泛应用于医药、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21页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述22洗涤剂和个人生活用品工业用酶

洗涤剂是工业用酶最大的应用领域。在洗衣、洗碗、公共清洗及隐形眼睛等的清洗中，酶无处不在。碱性蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶可除去衣领、袖口处的污渍及血渍、菜渍、油渍等一系列生活污垢；而碱性纤维素的参与则通过对棉组织纤维的修复作用而达到“织物复新”的效果。

第22页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述23含有淀粉葡萄糖酶和葡萄糖氧化酶的牙膏及漱口液可防止牙菌斑的形成，减少口臭。添加溶菌酶、蛋白酶(FE生物酶牙膏，雪豹日化)超氧化物歧化酶SOD（蓝天六必治生物酶牙膏）牙膏第23页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述24SOD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24页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述25染发剂漆酶是一种多酚氧化酶(p-diphenoloxidaseEC1.10.3.2)，在合适的介质中可完成生物染发的工作。这将使爱美人士不必再担心为美丽而付出受化学品毒害（对苯二胺）的代价。利用N－乙酰基半胱氨酸作为还原剂和漆酶作为氧化剂的氧化染色方法（申请专利号：00804102.4）用漆酶催化对苯二酚聚合形成的聚合物用来作染发剂是一种不使用过氧化氢的安全的染发方式，效果很好。第25页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述26纺织品整理用酶

从棉花到面料，在纺织厂要经过纺织退浆、煮练、漂白、印染等一系列工序。淀粉酶用于退浆早已是纺织行业中最古老的应用。碱性果胶酶代替氢氧化钠进行“生物煮练”可能形成对织物低损伤和更为环保的新工艺。过氧化氢酶则以在除去漂白残留液的过程中大显身手。服装工业受时尚推动，风格各异的牛仔服饰、免烫整理的纯棉织品，生物抛光为设计者提供独具特色的面料品质；悬垂飘逸的天然纤维，古朴质感的麻制品无一不需纤维素酶的处理；羊毛的生物丝光防缩，麻纤维的酶法脱胶等新工艺的不断涌现，使人们在穿衣着装时避免残余化学物质的危害，并减少行业对环境的污染。第26页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述27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27页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述28制革工业用酶

皮革/毛皮加工中使用酶制剂有着悠久的历史，第一种商品化皮革酶制剂产生于1908年。如今，从皮革/毛皮加工的浸水、脱毛/浸灰、脱脂、软化、浸酸，到蓝湿皮处理及中和等制革工序中，蛋白酶和脂肪酶均大显神通。同时使用两种酶制剂时，由于协同效应而使酶的作用更加明显。酶不仅简化了制革这一传统污染行业的应用工艺，同时在环保方面发挥了无可比拟的优势。全世界一年因制革产生含铬废物60万吨。用酶处理含铬废物不仅回收了铬，还能通过不同工艺得到动物饲料或明胶，解决了人们对废物填埋的燃眉之急。第28页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述29

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。皮革脱毛与软化第29页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述30造纸和制浆工业用酶

造纸是与皮革并列的另一重污染工业。其中用含氯化合物对纸浆漂白的工艺过程污染尤为严重。半纤维素酶的处理可洗去半纤维素类物质，有效地对木质素进行漂白。木聚糖酶是这种有助于减少氯及无氯的漂白工艺的主要手段。木材中的树脂会粘在抄纸机的滚轴上，引起造纸机械方面的问题。轻则形成纸张瑕疵，重则造成停机。如在匀浆机中加入脂肪酶搅动纸浆，则可有效减少此类问题。近年来，再生纸发展迅速。在回收的办公室混合废纸脱墨工艺中使用纤维素酶，可生产出颜色浅亮的高清洁度纸浆，并改善白水循环的操作。用α-淀粉酶处理所得到的低粘度淀粉可用于纸张涂层，改善纸的光泽、滑度及印刷特性。第30页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述31脱皮（酶法）碎屑化学法纸浆（生物酶纸浆）机械法纸浆漂白（生物法用木质素氧化酶）造纸机（酶法脱墨）第31页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述32饲料工业用酶β-葡聚糖酶、木聚糖酶，能消除饲料中的β-葡聚糖、戊聚糖等抗营养因子，提高饲料的利用率。蛋白酶、淀粉酶为主的饲用复合酶制剂，主要用于补充动物内源酶的不足。以纤维素酶、果胶酶主要作用是破坏植物细胞壁，使细胞中的营养物质释放出来，增加饲料的营养价值，并能降低胃肠道内容物的黏稠度，促进动物消化吸收。以纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果胶酶为主的饲用复合酶，它综合以上各酶系的共同作用，具有更强的助消化作用。甘露聚糖是豆科植物细胞壁的主要组成成分，也存在于许多种子的胚乳细胞壁中。β-甘露聚糖酶可较有效的提高玉米-豆粕型日粮的饲用价值，促进动物的生长性能。第32页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述33

饲料工业用重要酶种——植酸酶

猪和家禽饲料中的磷约有50-80%以肌醇六磷酸(植酸)的形式存在。多数单胃动物体内没有可消化植酸的酶，因而会排除有害于环境的含磷粪便。全世界的牲畜每年排除的含磷粪便多达八百万吨，如果在饲料中添加植酸酶，一方面通过释放被结合的磷提高营养价值，另外可使排出的磷减少30%。用蛋白酶及碳水化合物酶加工的大豆蛋白、菜籽蛋白或谷类蛋白可制成小猪、小牛的母乳替代品，具有与母乳同样的功能和营养，且价格低廉。第33页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述34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。第34页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述35烟草用酶（应用处于萌芽状态）蛋白质和氨基酸连同生物碱是烟气中众多氮化合物的前体，烟草中蛋白质含量的减少有助于减少霍夫曼烟气分析物中的某些物质如N杂环化合物(喹啉，N杂环胺)芳香胺和HCN。采用蛋白酶对不同时期及不同品质的烟草进行处理，试验发现，时间、温、湿度对蛋白酶作用于烟草的影响相当大，可通过控制这3个要素来调节烟草蛋白质的降低程度。中性蛋白酶对烟草中蛋白质的降解作用最为明显。BablerS在研究了干烟草中的蛋白质水解酶后发现，人工调制的烟草没有蛋白质水解活性，香气差；晾制的烟草具有蛋白质水解活性，香气好。半胱氨酸能激活这种蛋白酶，可作为蛋白酶降解烟草中蛋白质的激活剂。第35页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述36淀粉酶、糖化酶可提高烟草品质在真空破膜条件下，淀粉酶和糖化酶降解烟草中的淀粉效果显著，在加淀粉酶的同时，如再加入其它添加剂更有助于烟草品质的提高。由淀粉酶和过氧化氢混合溶液及除杂剂组成的烟草变色发酵剂处理的烟草，其总糖含量增加，氯、蛋白质和烟碱等的含量降低，低次烟的颜色可提高1—2个等级，吸味也得到改善。霉变的烟草经该变色发酵剂处理后，可消除其霉斑和霉味。第36页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述37果胶酶和纤维素酶可改善烟草品质含有果胶酶的溶液处理玉溪B3F烟叶，烟叶的果胶质含量降低了18.15%，烟气中的杂气和刺激性减轻，吸味品质得到改善。用由烤烟叶面分离的微生物菌株进行固体发酵培养，发酵产物中提取出对烤烟烟叶纤维素组织有针对性作用的纤维素酶。用这种酶处理玉溪B3F烟叶，烟叶的还原糖上升了4.39％—22.38％，香气增加，吸味改善，刺激性降低。第37页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述38烟草中的多酚氧化酶用浓度为1.0mmol／L聚乙烯吡咯烷酮溶液喷洒白肋烟，对多酚氧化酶的活性抑制率可达54.55％，能有效抑制白肋烟的酶促褐变，而且对白肋烟的内在质量无不良影响。有3种控制酶促棕色化反应的方法：①科学地控制烤房内的温、湿度条件，保持环境温度与烟草变黄程度和失水程度同步，合理调控多酚氧化酶的活性；②根据多酚氧化酶在不同酸碱条件下活性的变化规律，于烘烤的不同时期在烤房中放入一定酸碱度的K、Ca、Mg盐溶液或通入一定量的CO2，以调控烟草所处环境的pH值，促使烟草中的多酚氧化酶逐步失活；③使用促进剂或抑制剂以增强烟草非酶棕色化反应的能力。第38页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述39复合酶效果更理想在发酵过程中，仅用一种外加酶对烟草进行品质调控是片面的，而同时添加两种或更多的酶，比仅加一种酶在改善烟草的化学成分、提高其吸味品质方面有更大的优势。一种含有蛋白酶、多糖酶、碳水化合物以及钾盐和微量元素的烤烟烘烤调质活化剂。在烟叶上施加—定量的纤维素酶和果胶酶，在一定条件下使部分细胞壁物质降解，以提高烟叶的品质和使用价值。将蛋白酶液和淀粉酶液分别添加到烟草中，结果表明，加酶处理会使烟草淀粉水解为可溶性糖，蛋白质降解为氨基酸。在打叶复烤时添加复合酶制剂，对自然陈化或人工发酵烟叶的质量有明显的改善作用。第39页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述40酶可改善膨胀烟丝品质；过氧化氢酶、SOD能降低烟气中的自由基由烟草蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、糖化酶、纤维改性剂、维生素与水制成的膨胀烟草生物添加剂，使膨胀烟丝的品质得到了明显改善，有效降低不利于烟草吸味品质的成分。用含纤维素酶、果胶酶、木质酶及蛋白酶的多种酶系的微生物复合酶处理低次烟草，具有明显地提高烟草内在质量的效果。将一种酶催化剂和超氧化物歧化酶(SOD)加入滤嘴、烟草中，可消除或降低卷烟烟气自由基(FR)。该混合物中包括—谷胱甘肽、过氧化氢酶和SOD等抗氧化剂酶，该混合物能够消除、中和由燃烧或者加热烟草制品释放出的FR，从而减轻吸烟对人口咽腔、呼吸道以及肺部造成的损伤。第40页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述41酶与燃料酒精

由生物原料生产的酒精可用作传统机动车燃料的替代品、提高辛烷值，减少尾气污染。燃料酒精是淀粉类原料(如玉米)经“干磨”的方法磨碎，糊化后在α-淀粉酶的作用下液化。部分降解的淀粉经糖化酶转化为葡萄糖，由酵母利用糖发酵产生乙醇，再经蒸馏脱水后即可得到燃料酒精。其副产品DDGS(玉米干酒糟)是非常好的动物饲料。第41页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述42燃料酒精用酶主要酶制剂：α-淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶新型酶制剂：普鲁兰酶，真菌淀粉酶，纤维素酶，果胶酶，木聚糖酶，β-葡聚糖酶，植酸酶等。能够提高酒份0.3—0.5V/V；缩短发酵周期；抑制挥发酸、促进酵母生长，降低发酵过程中的酵母死亡率；消除DDGS饲料中的抗营养因子。第42页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述43焙烤工业用酶早在十九世纪，人们就用麦芽做为酶的来源添加在面团中，以降低面团粘度，提高发酵率。目前，工业化的焙烤用酶被制备成可自由流动的与面粉颗粒大小相同的制剂，使用也很安全。它可改善面团的韧性、体积结构，并延长货架期。

第43页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述44焙烤工业用酶真菌α-淀粉酶和糖化酶通过将淀粉及糊精分解成葡萄糖，提供酵母发酵用养分，从而增大面包体积，改善面包的色泽，还能使面团易揉制。真菌α-淀粉酶还具有独特的抗干硬性能，它在焙烤过程中修饰淀粉，降低了面包储存过程中重结晶的可能性，比添加抗干硬剂——单甘脂具有明显的优势。小麦中的谷蛋白在处理面团时通过形成结实的网络结构产生韧性更好、更易揉制的面团。小麦胚乳中的戊聚糖(半纤维素物质)中的不溶物、面粉中的脂肪等均会通过与谷蛋白结合而破坏网络的结构。蛋白酶及戊聚糖酶可溶解戊聚糖与谷蛋白结合形成的胶状物质。脂肪酶则阻止甘油三脂与谷蛋白的结合。加酶后的面包心结构均匀、光滑且更白。葡萄糖氧化酶则可部分替代用于强化谷蛋白的化学氧化剂和溴盐酸等，从而提高面包质量。第44页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述45脂肪氧合酶脂肪氧合酶是一种氧化还原酶，在氧气的参与下，将顺、顺-1，4-戊二烯单元的不饱和脂肪酸（如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸）及酯氧化，反应产生具有氧化能力的H2O2，它能作用于食品中各种不同的组分。在面条制作中添加脂肪氧合酶，能将面筋蛋白中的-SH氧化为-S-S-，增强面团的筋力，同时消除面粉中蛋白酶的激活因子-SH，防止面筋蛋白水解。另外，通过偶合反应破坏胡萝卜素的双键结构，从而使面粉增白。第45页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述46脂肪氧合酶可使面粉增白＼增强面团的筋力脂肪氧合酶（促进不饱和脂肪酸双键的氧化）既能使面粉增白，又能增强面团的筋力。因此脂肪氧合酶可望替代现用的面粉增白剂——过氧化苯甲酰。小麦粉中脂肪氧合酶活力很低，且主要存在于胚乳和麸皮中。但在大豆、扁豆和豌豆中，脂肪氧合酶活性很高。因此，可添加一些脂肪氧合酶活性高的豆粉来改善面条品质。第46页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述47葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶能消耗氧气催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸内酯，并释放出H2O2。它广泛应用于蛋白脱糖、食品除氧及葡萄糖定量分析等，也是迄今为止生物传感器领域最主要的工具酶。在食品工业上有去葡萄糖、脱氧、杀菌和测定葡萄糖含量等用途。葡萄糖氧化酶作为一种商业酶制剂，能够改善面粉的加工性能，增强面团的筋力，被认为是较为理想的溴酸钾替代物之一。（溴酸钾可使面粉中所含类胡萝卜素(Carotenoids)褪色，赋予面筋较强的弹性和强度，但溴酸钾是一种致癌物，对中枢神经有麻痹作用，损害血液和肾脏。）第47页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述48葡萄糖氧化酶在面条加工中的作用机理为将葡萄糖氧化生成H2O2，从而将面筋蛋白中的-SH氧化为-S-S-，有助于面筋蛋白之间形成较好的蛋白质网络结构，在面条加工中的推荐用量为200～300U/kg（面粉）。第48页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述49淀粉糖工业用酶淀粉(主要来源于小麦、玉米、木薯及马铃薯等)制糖的主要转化步骤是液化、糖化和异构化。六十年代初，糖化酶的应用使大多数葡萄糖生产工艺都由酸水解变成酶水解。由于酶反应的高效性和专一性，人们可以大规模地生产纯度更高、更易结晶的产品。1973年，固定化葡萄糖异构酶大开发使得高糖果浆的工业化生产成为可能。在淀粉悬浮液中加入高温α-淀粉酶，搅拌后通过喷射液化器在105-110℃的温度下经一系列管道系统停留约5分钟，使淀粉完全糊化。部分液化了的淀粉经板式换热后其温度降至90-100℃，淀粉酶进一步反应1-2小时，即可得到麦芽糊精。液化淀粉所产生的麦芽糊精经糖化酶或真菌α-淀粉酶进一步糖化，可生产葡萄糖和麦芽糖。应用β-淀粉酶及普鲁兰酶可生产高麦芽糖浆，其麦芽糖含量接近80%。第49页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述50淀粉酶类与淀粉糖业第50页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述51第51页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述52第52页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述53发酵工业与酶随着人类对微生物生理活动规律认识的加深，利用外源的高活力工业酶制剂将淀粉分解成为菌种利用效率最高的葡萄糖，并加入到发酵培养基中。形成了在时间与空间上均可分别进行的糖化和发酵工艺。这种工艺将工业化的α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶(即糖化酶)的应用引入发酵工业，并立即带来发酵工业技术进步的巨大飞跃。另外，淀粉经酶水解后还可发酵生产酒精、多元醇、维生素C、有机酸和青霉素等。除了上述两种酶的应用外，越来越多的酶被不断地引入到发酵工业中以使人们可利用更多的原料来源，或使生产过程更环保和便利。第53页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述54乳品工业用酶酶在牛奶加工中的应用已有很长历史。古时代人们用小牛精制凝乳酶促进奶酪生产时牛奶蛋白凝集。今天，DNA重组技术使得小牛凝乳酶的基因克隆到微生物中，生产出价廉物美的粗制凝乳酶，只需对奶酪生产工艺作少许改动。

第54页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述55在以牛奶为基质配方的婴儿奶粉中加入蛋白酶已有50多年的历史了。对于婴儿这个过敏高危群体或其它牛奶过敏人群来说，部分牛奶蛋白质——抗原决定其具有潜在的危险。而使用专一性蛋白内切酶切断蛋白高亲水肽链则可消除其过敏作用，并提高婴儿奶的营养价值。第55页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述56啤酒酿造工业用酶

传统方法将谷物转化成啤酒的酶来自麦芽。如果麦芽汁中酶活性变化过过低可能导致一系列质量问题：提取率低，麦汁分离时间长，发酵慢，啤酒的口味及稳定性差等。

工业酶可用来补充麦芽天然含有的酶，用辅料(玉米、小麦、大米等淀粉类原料)酿啤酒，大麦酿啤酒时分别加入α-淀粉酶，β-葡聚糖酶及蛋白酶可确保酿造质量。麦芽汁分离和啤酒过滤是酿酒工艺中两个常见的难关。在糖化过程中，加入β-葡聚糖酶和戊聚糖酶可降低麦糟的粘度，加快过滤速度。啤酒发酵初期酵母产生的双乙酰使啤酒有一种类似乳酪的味道。当啤酒中双乙酰的含量下降到某一水平（大约0.07ppm）时，则标志着啤酒的成熟。发酵早期加入α-乙酰乳酸脱峻酶可促进双乙酰分解，缩短啤酒发酵时间并确保良好的风味。第56页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述57啤酒生产流程第57页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述58啤酒复合酶啤酒复合酶：包括β-葡聚糖酶、戊聚糖酶、中性蛋白酶和淀粉分解酶类作用与功效：提高高浓糖化麦汁的过滤性能；降低高浓糖化洗糟残糖，提高糖化室高浓糖化收得率；对高浓稀释工艺有良好的辅助作用。第58页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述59功能食品与酶化学反应条件苛刻，易产生不良副产物，且反应进程不易控制。酶的应用为食品加工提供了天然的解决方法。用酶水解蛋白质可提高食用蛋白质的功能性和营养性，并使一些食品加工，如去掉鱼卵表皮及肉类软化等工艺更加方便。肽和氨基酸是鲜味的来源，它们还可与食品中的其它成分如糖和脂肪相互作用形成特殊的口味。蛋白酶还可应用于乳制品，鱼肉产品、酵母及植物原料如大豆和小麦麸皮等蛋白原料的处理。第59页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述60酶技术生产功能食品配料酶法生产低聚糖（低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖等）、稀有糖酶法生产生物活性肽A、植物活性肽（玉米肽、大豆肽、大米肽、豌豆肽、花生肽）B、动物活性肽（胶原肽、蛋清肽、畜血肽、酪蛋白磷酸肽、阿片肽，脑活素）C、海洋生物活性肽第60页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述61酶应用于果汁和葡萄酒加工果胶酶用于果汁加工已有70多年历史，用于果汁和果酒的澄清方面效果极佳。（果胶酶包括果胶酯酶、聚甲基半乳糖醛酸/半乳糖醛酸水解酶，聚半乳糖醛酸/半乳糖醛酸裂解酶。）果浆酶、纤维素酶等可以使皮渣几乎全部溶解，提高果汁产量。果胶酶、阿拉伯聚糖酶可防止浓缩汁的浑浊。柚苷酶：用于分解柑桔类果肉和果汁中的柚皮苷，以脱除苦味；橙皮苷酶：可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔类罐头制品出现白色浑浊；第61页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述62葡萄果实中的酶活性很弱，不足以分解果胶类物质。酶制剂在果酒和葡萄汁的生产中可起到软化果皮、提取颜色、澄清果汁和帮助过滤等作用。酶还可以防止因真菌感染而引起的混浊及滤膜阻塞。萜烯是酒香的重要组份，β-葡萄糖苷酶可用于水解萜类糖苷从而提高酒的香气。第62页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述63果菜清洗拣果机第63页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述64第64页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述65酶与油脂加工油菜籽、椰子、大豆及橄榄等油料作物的传统加工工艺中必须使用己烷。少量己烷挥发到空气中会造成污染，也有爆炸的危险。使用细胞壁降解酶提取橄榄油的方法安全环保，已经被商品化（酶法提油）。脂肪酶可用于油脂水解，转酯反应及酯合成。利用这些技术人们可以生产出自然界中产量少但价值高的产品，如可可脂，单甘酯等。第65页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述66酶在医药方面的应用1、用酶进行疾病的诊断2、用酶进行疾病的治疗3、用酶制造各种药物第66页,共71页，2024年2月25日，星期天第一节概述671、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