酶的应用.ppt

2006年中国酶制剂总产量约53万吨，目前作为食品添加剂的酶制剂品种已有26种，包括糖化酶、-淀粉酶、蛋白酶、木瓜蛋白酶、葡萄糖异构酶、真菌淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、乳糖酶、纤维素酶、-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等，已被广泛应用于食品加工工业，在提高产品质量、降低成本、节约原料和能源、保护环境等方面发挥着重要作用。 目前中国酶制剂生产企业有数十家。,第一节 酶在食品加工方面的应用,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。如葡萄糖、饴糖、果葡糖浆的生产、蛋白质制品加工、果蔬加工、食品保鲜以及改善食品品质与风味等。 常用的酶制剂主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶葡萄糖氧化酶等。,一、应用于食品工业的酶制剂,1、食品除氧保鲜（葡萄糖氧化酶催化葡萄糖与氧反应生成葡萄糖酸和双氧水的反应，除去氧气，达到保鲜的目的） 2、蛋类制品脱糖保鲜（葡萄糖氧化酶进行蛋白的脱糖处理） 3、食品灭菌保鲜（溶菌酶，杀灭细菌，防腐保鲜）,一、酶在食品保鲜方面的应用,酶法生产葡萄糖,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-淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。,淀粉,糖化酶又称葡萄糖淀粉酶或-淀粉酶，,非还原性末端,-1，4糖苷键,葡萄糖,二、酶在食品生产方面的应用,果葡糖浆的生产,是由葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生成部分果糖而得到的葡萄糖与果糖的混合糖浆。 1969年日本首先用游离葡萄糖异构酶工业化生产果葡糖浆，1973年以后，国内外纷纷采用固定化匍萄糖异构酶进行连续化生产。,酶在蛋白类食品生产中的应用,1、水解蛋白的生产 2、氨基酸的生产 3、明胶的生产 4、干酪的生产 5、低乳糖奶的生产,酶在果蔬加工中的应用,1、果胶酶：用于果汁和果酒的澄清方面效果极佳； 2、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； 3、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； 4、果蔬制品的脱色 ：花青素酶处理水果、蔬菜，可使花青素分解，以防止变色，保证产品质量。,1、酶在酸味剂生产中的应用 乳酸脱氢酶生产乳酸；延胡索酸酶催化延胡索酸生成苹果酸。 2、酶在食品增味剂生产中的应用 氨基酸的酶法生产（谷氨酸，天冬氨酸） 3、酶在甜味剂生产中的应用 天苯肽，低聚果糖的生产 4、酶在乳化剂生产中的应用 脂肪酶将甘油三酯水解生成甘油单酯,三、酶在食品添加剂生产方面的应用,四、 酶在改善食品品质与风味中的应用,例如：用洋葱风味酶处理甘蓝等蔬菜，可使被处理的蔬菜呈现出洋葱的风味； 用奶油风味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使这些食品增强奶油的风味。 面包生产中添加a-淀粉酶 乳制品的特有香味主要是脂肪酸及其分解物产生的（脂肪酶和酯酶）,第二节 酶在轻工业方面的应用,一、用酶进行原料处理,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。,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-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-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,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；,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。,二、用酶生产轻工、化工产品,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。,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。,3、 酶法生产有机酸 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。 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。 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。,三、用酶增强产品的使用效果,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。如碱性蛋白酶。 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。,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。,第三节 酶在医学中的应用,一、用酶进行疾病的诊断,1、根据体液内酶活力的变化诊断疾病 一般健康人体液内所含有的某些酶的量是恒定在某一范围的，若出现某些疾病，则体液内的某种或某些酶的活力将会发生相应的变化。故此，可以根据体液内某些酶的活力变化情况，而诊断出某些疾病。,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。,二、用酶治疗各种疾病,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。 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。,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,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。,美国医学家WF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。,谢德尔，1999,1990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。,三、用酶制造各种药物,例如：用青霉素酰化酶合成各种新型的-内酰胺抗生素，包括青霉素和头孢霉素； 用-酪氨酸酶生产多巴(DOPA)； 用蛋白酶生产各种氨基酸和蛋白质水解液； 用核糖核酸酶生产核苷酸类物质； 用核苷磷酸化酶生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷(阿糖腺苷)； 用多核苷酸磷酸化酶生产聚肌苷酸聚胞苷酸(聚肌胞)； 用蛋白酶和羧肽酶将猪胰岛素转化为人胰岛素。,第四节 酶在环保方面的应用,一、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 胆碱酯酶可以催化胆碱酯水解生成胆碱和有机酸。有机磷农药是胆碱酯酶的一种抑制剂。,2、利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染 通过监测乳酸同工酶（SLDH）的活性变化，可以检测水中重金属污染的情况及其危害程度。 镉和铅的存在可以使SLDH5活性升高，汞污染使SLDH1活性升高。,二、酶在废水处理方面的应用,有机废水：固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶。 冶金工业的含酚废水：固定化酚氧化酶 含亚硝酸废水：硝酸还原酶,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、聚糖脂类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺类物质等。,三、酶在生物降解材料开发方面的应用,第五节 酶在生物工程中的应用,一、酶在除去细胞壁方面的应用,1、除去细菌细胞壁 细菌的细胞壁主要成分是肽多糖。革兰氏阴性菌的细胞壁除了肽多糖以外，还有一层脂多糖。 除去革兰氏阳性菌的细胞壁：溶菌酶。该酶专一地作用于细菌细胞壁的肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸与N-乙酰氨基葡萄糖之间的a-1，4键。 除去革兰氏阴性菌的细胞壁：需由溶菌酶和EDTA共同作用才能达到较好的除去细胞壁的效果。这是由于EDTA可作用于脂多糖的缘故。,2、除去酵母细胞壁 酵母的细胞壁分为两层，外层由磷酸甘露糖和蛋白质组成，内层由-葡聚糖构成细胞壁的骨架。 除去酵母细胞壁：蜗牛的消化液中含有较多的-1，3-葡