酶工程在食品工业中的开发应用

精品文档 1欢迎下载 酶工程在食品工程中的开发应用酶工程在食品工程中的开发应用 系系 部 部 安全工程系安全工程系 学生姓名学生姓名 张开科张开科 专业班级 专业班级 20142014 级食品营养与检测级食品营养与检测 学学 号 号 14010502041401050204 指导老师 指导老师 刘振平刘振平 精品文档 第 1 页 共 15 页1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 酶工程在食品工业中的开发应用酶工程在食品工业中的开发应用 食品营养与检测食品营养与检测 学生 张开科 导师 刘振平 摘要摘要 酶工程在食品工业中的应用 介绍酶工程在水解纤维素 生产功能性糖类 生产环状糊精 干奶酪制品 酿酒工业中以及其他食品加工中中的应用 从而 对酶工程在新世纪发的展做出了展望 酶工程技术就是利用了酶所具有的催化功能生产人类生活所需产品的技术 其中包括了酶的生产与研制 酶和其细胞或细胞器的固定化技术 酶分子的改 造和修饰 以及生物传感器 酶是活细胞产生的具有高度专一性 高度受控性 和高效催化功能的特殊蛋白质 酶的催化作用可在在常温 常压下进行 又有 可调控性 酶工程技术在食品工业中是使用最广泛的也是众多行业中使用最早 的 生物技术在食品工业中应用的典型代表可以说是酶在食品工业中的各种应 用 酶制剂在食品工艺中的应用为新时代的食品工业注入了新的活力 开辟了 新的发展方向 极大地推动了新世纪食品生产工业技术的发展 80 年代末 就 已经研发出多种蛋白酶 脂肪酶 到目前为止 国际上食品工业酶的应用超过 了 50 多种 主要有 蛋白酶 淀粉酶 果胶酶 糖化酶 纤维素酶等 主要应 用于食品保鲜 瓜果蔬菜的加工 蛋白质制品加工 淀粉生产以及改善食品品 质等 酶工程技术在食品工业中的应用不仅降低了生产成本 更提高了食品的 质量 还为食品工业生产带来了巨大的经济效益和社会效益 关键词 关键词 酶工程 食品工业 精品文档 第 2 页 共 15 页2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 目录目录 第一章 酶工程的概述 3 1 1 酶工程的概念 3 1 2 酶工程的发展史 3 1 3 酶的主要用途 4 第二章 酶基本概念 命名及其分类 5 2 1 酶的生产方法 5 2 2 酶的分类 6 2 3 酶的命名 6 2 4 酶的分离纯化 6 第三章 微生物发酵产酶 7 3 1 产酶细胞的要求 7 3 2 酶发酵生产常用的微生物 7 3 3 提高酶产量的措施 7 第四章 酶工程在食品工业中的应用 8 4 1 酶工程技术在乳品加工中的应用 8 4 2 酶工程技术在果蔬加工中的应用 8 4 3 鱼肉制品的加工 9 精品文档 第 3 页 共 15 页3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 参考文献 9 第第 1 1 章章 酶工程的概述酶工程的概述 1 11 1 酶工程的概念 酶工程是生物技术的重要组成部分 随着科学技术的不断研究和发展 没学技术的迅速发展 使酶学基本原理与化学工程相结合 便形成了酶工程 酶工程又称酶工程技术 它是指酶的大批量生产和应用的过程 1 2 酶工程的发展史 酶在工业中的应用和生产的技术过程被称为酶工程 主要是通过了预 先设计 有人工 操作而获得的大量所需的酶 并且创造出各种使酶催化功能最 有效发挥的条件 随着人类对酶的深入研究 酶提取技术的不断涌现 酶已经 在各个领域中被广泛应用 利用酶制剂改进食品工业生产工业 不仅提高了产 品的质量和生产效率 还间的了生产成本 在 20 世纪七十年代以后 随着固定化酶及其相关技术的产生 酶工程才 算正式登上了历史的舞台 目前固定化酶正日益成为国际工业生产的主力军 在医药化工 食品轻工业 农业 环境保护 能源开发 生命科学等领域发挥 着重大的作用 不仅如此 特别是最近 20 来 由于计算机信息技术 基因工程 蛋白质工程等各种高新技术的高度发展 促使酶工程技术得到了快速的应用和 发展 各种研究新成果 新发明 新技术不断出现使酶工程技术成为食品工业 生产应用中的主角 精品文档 第 4 页 共 15 页4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 众所周知 酶在各种生物体内的含量是极少的的 不管是哪个种类的酶 在细胞或组织中的含量都是极低的 这也是出于生物机体生命活动平衡调节的 需要 可是这样一来 就极大的限制了直接利用天然酶更有效地解决很多化学 反应的可能性 基因工程 蛋白质工程 计算机信息技术等高新科技的快速发 展人么可以利用基因工程的方法可以解决这一难题 1 3 酶的主要用途 酶作为一种生物催化剂 已广泛地应用于轻工业的各个生产领域 随着酶 工程不断的技术性突破 在工业 农业 医药卫生 能源开发及环境工程等方 面的应用越来越广泛 食品加工中的应用食品加工中的应用 酶酶工程技术在食品工业中最大的用途是乳制品加工 其次是淀粉加工 烘烤食品加工 果蔬食品及酒类发酵等 与之相关的各种酶如葡萄糖异构酶 凝乳酶 淀粉酶 乳糖酶 蛋白酶等占据了一半以上的酶制剂市场 酶工程技术在食品市场发展的主要方向是帮助和促进食物消化的食品 包 括了促进纤维素消化的酶 纤维素酶 进蛋白质消化的酶 胃蛋白酶 胰蛋 白酶 菠萝蛋白酶等 促进油脂 脂肪消化的酶 脂肪酶 酯酶等 和促进 乳糖消化的酶 乳糖酶 等 轻化工业中的应用轻化工业中的应用 酶工程技术在轻工业中的应用主要包括了 毛皮工业 明胶制造 洗涤剂 制造 增强去垢能力 胶原纤维制造 粘接剂 牙膏和化妆品的生产 造 纸 废水废物处理和饲料 加感光材料生产等 医药上的应用医药上的应用 DNA 重组技术的出现促进了各种各样有医疗价值的酶被大规模的生产 各种 用于临床治疗的酶品种逐渐增加 酶除了作为医学工程的某些组成部分而发挥 医疗作用外 还可以用作常规治疗 例如在体外循环装置中 利用酶清除血液 中的废弃物 防止体内酶控药物释放系统和血栓形成等 另外 酶作为医疗临 床体外检测的试剂 可以准确 快速 灵敏地测定体内某些新陈代谢的产物 也将是酶在医疗上一个重要的应用 能源开发能源开发 精品文档 第 5 页 共 15 页5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 在面对全世界新型能源的开发大趋势下 利用酶工程技术或微生物从各类 生物体中提取燃料也是人们目前正在进行探寻的一条全新型路线 例如 利用 农作物 林业产物废物 动物中的半纤维素 木质素 纤维素 淀粉等原料 制造氢 甲烷等气体燃料以及乙醇和甲醇等液体燃料 第二章第二章 酶基本概念 命名及其分类酶基本概念 命名及其分类 酶是生物催化剂 它与非生物催化剂相比具有以下特性 1 专一性 酶 对反应的底物都具有极高的专一性 2 活性可调节特性 酶的活性通过别构 调节 酶的合成与降解等来调节 3 酶的催化活性离不开辅基以及辅酶的作 用 4 催化效率高特性 比非酶催化反应速度高几个数量级 5 反应所 需要的条件温和 在常温常压的条件下进行催化反应 2 1 酶的生产方法 1 1 提取法 提取法 直接从植物 动物细胞或组织中将酶提取出来 提取法虽然简单易行 但受原 材料来源的限制比较大 注意事项 温度 提取时温度不宜太高 防止酶高温失活 提取液的体积 过量的提取液会使酶得浓度降低 不利于分离纯 化 PH 在提取时 PH 值不能过高或过低 防止没变性失活 添加保护剂 为了提高提取时的稳定性 防止酶变失活 2 2 微生物发酵法 微生物发酵法 微生物发酵法是 20 世纪 50 年代以来酶生产的主要方法 利用微生物细胞 的生命活动合成所需酶的方法称为发酵法 微生物发酵法生产酶是现代酶生产 的主要方法 精品文档 第 6 页 共 15 页6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 3 3 化学融合法 化学融合法 是 20 世纪 60 年代中期出现的新技术 成本比较高 而且只能合成那些已 知化学结构的酶 化学融合法目前仍然停留在实验室内合成的阶段 2 2 酶的分类 1 氧化还原性酶 在体内参与解毒 产能和某些生理活性物质的合成 如 氧化酶 过氧化物酶 细胞色素氧化酶等 2 水解酶 水解酶一般不需要辅酶 在体内外起降解作用 3 转移酶 参与核酸 糖 蛋白质以及脂肪的代谢与合成的酶类 4 异构酶 催化物质分子异构化的酶 2 3 酶的命名 酶的命名分为系统命名法与习惯性命名法 1 系统命名法 要写出酶作用的基团及其催化反应的类型 酶作用的所有底 物等详细情况 2 习惯性命名法 由反应的底物的名称加上后缀 ase 来命名 2 4 酶的分离纯化 理想的提取和分离纯化方法是在提高酶活度的同时 要求酶的提取步骤少 成本低 回收率高 生产工艺简单 酶在分离纯化的过程中应考虑到的是 纯度级别 产品质量要求 提取方 法的经济性 提取时防止酶的损失 剂型的选择等 酶的分离纯化应遵循的原则 1 注意防止酶的失活和变性 2 原料的 选择要成本低 来源广 稳定性好 酶含量高 活力强等 3 建立适应的检 测手段 4 细胞破碎 精品文档 第 7 页 共 15 页7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 酶在提取时应根据酶的溶解性质和结构 悬着合适的溶剂 溶剂选择的原则 有以下几点 1 采用经预冷处理的溶剂 防止蛋白酶的失活变性 2 应 尽可能的保持 PH 稳定 采用缓冲液 3 尽量多溶解所要溶解的蛋白酶 第第 3 3 章章 微生物发酵产酶微生物发酵产酶 3 1 产酶细胞的要求 随着酶工程技术的发展和酶学研究的不断深入 利用动物 植物 微生物 等细胞的生命活动产酶的过程称为酶得发酵生产 良种产酶细胞需要具备以下 条件 1 产酶稳定性好 在通常条件下可以稳定的进行生产不容易退化 发 生退化是可以通过复壮处理来恢复产酶的能力 2 没得产量高 可以通过含酶的富集培养 收集 条件优化 分离纯 化等操作获得 3 容易管理和培养 产酶细胞适应性强 易于控制 便于管理 4 安全可靠 不会影响生产人员和环境 对生产应用无毒无害 5 有利于分离纯化 要求其本身及其杂质利于分离纯化 3 2 酶发酵生产常用的微生物 1 大肠杆菌 大肠杆菌可生产多种胞内酶 2 米曲霉 可用于生产蛋白酶和糖化酶等 3 黑曲酶 黑曲霉可用于生产多种包内酶和胞外酶 4 啤酒酵母 用于转化酶 3 3 提高酶产量的措施 1 控制阻遏物的浓度 有两种分别是分解阻遏物和产物阻遏物 2 添加诱导物 不同的酶具有不同的诱导物 3 添加产酶促进剂 指促进产酶量但作用未阐明的物质 第第 4 4 章章 酶酶工工程程 在在食食品品工工业业中中的的应应用用 精品文档 第 8 页 共 15 页8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 4 1 酶工程技术在乳品加工中的应用 乳糖酶也称为半乳糖苷酶 广泛的存在于杏 桃苹果等植物及乳 酸杆菌 大肠杆菌 酵母进和霉菌等微生物中 其作用是将乳糖分解为半 乳糖和葡萄糖 1 防止乳糖结晶乳糖的溶解度比较低 在高浓度时会析出 结晶体 在运输储存中一些浓度较高的乳清会出现乳糖结晶 还有一些浓 缩的乳制大的甜炼乳 由于析出乳糖结晶影响了产品的保藏和外观 如果 在乳清中加入乳糖酶或者在乳炼中加入少量的乳糖水解乳 可以增加产品 的甜度减少蔗糖的用量还可以防止结晶现象的出现 2 乳凝固时间的缩短 用乳糖酶制造酸乳核奶酪等可以加快酸化工程 有助于奶酪风味 核结构的形成 并且可以缩短乳凝固的时间 奶酪的凝固以更坚实 3 如糖水解乳的加工 人在出生后肠道里面具有一种叫乳糖酶的酶类 但断奶之后用其 他的食物代替了母乳 乳糖酶的活性逐渐的减少了甚至到没有乳糖酶的产 生 因此会引起乳糖不耐症 乳糖水解乳是利用了乳糖酶将乳糖水解加工 而成的 是乳糖不耐症的理想食品 4 2 酶工程技术在果蔬加工中的应用 果果胶胶酶酶 纤纤维维素素酶酶 果胶酶存在于植物 真菌和某些细菌中 水解聚半乳醛酸残基 1 4 糖苷键形成了小分子的果胶 在果蔬工业加工中最常见 主要用 于果酒和果汁的澄清加工中 纤维素酶具有很强的降解纤维素和果实细胞壁的功能 纤维素酶经常与果 胶酶协同作用进行对果汁的澄清加工 1 果汁澄清 有些水果含有丰富的果胶如山楂 柑橘 草莓 苹果等 在压榨果汁的工艺中 由于果胶产生了很高的黏性 所以会影响 果汁的压榨和澄清 通常在榨汁工业中压榨过时是在果实破碎后添加少量 的果胶酶和纤维素酶 能有效地加速果汁压榨和澄清 提高出汁率 并且 有效的缩短了压榨的时间 精品文档 第 9 页 共 15 页9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 2 板栗去皮 柑橘去囊衣 利用酶法出去板栗的外皮能较好的保持果肉的形状 营养成分 色泽及口感 传统的柑橘罐头去囊衣生产方法是利用酸或者是碱处理来去除 囊衣 这种方法会对果肉造成破坏易形成残留 耗水量也较大 利用果胶酶 半纤维素酶和纤维素酶的混合物 在适应的条件下能有效的 去处囊衣其处理的效果优与酸碱法 除此之外 某些蔬菜 水果经过纤维素酶的是当处理可以提高其消化性并 改进口感 4 3 鱼肉制品的加工 1 木瓜蛋白酶 来源于番木瓜 其主要功能是催化肽类和蛋白质的水解 目前食品工业中应用比较广的是通过它的蛋白质分解活性 在肉制品加工 中用于肉的嫩化 木瓜蛋白酶可使肌原纤维蛋白溶解加快 使肉滑嫩和松化 改善口感 促进消化吸收 提高营养价值 2 转谷氨酰胺酶 转谷氨酰胺酶能催化蛋白质之间产生交联反应 可以应用 这一特性在肉制品加工过程中对一些价值低的碎肉进行重组 提高肉制品 的质构和外观增加附产值 参考文献 参考文献 1 高振红 岳田利 袁亚宏 等 果胶酶在果品加工中的应用及其研究 J 农产品加工 2007 94 3 31 33 2 薛长湖 张永勤 李兆节 等 果胶及果胶酶研究进展 J 食品与生物 技术学报 2005 6 94 99 精品文档 第 10 页 共 15 页10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 3 郭勇 酶的生产与应用 北京 化学工业出版社 4 尤华 陆兆新 冯红霞 微生物原果胶酶的研究进展 J 工业微生物 2002 32 1 50 33 5 韩爱霞 任彦蓉果胶酶对枸杞中总黄酮的提取效果研究 J 食品科技 2009 34 8 138 141 6 庞彩霞 金英姿 果胶酶在果蔬饮料中的应用 J 内蒙古农业科技 2008 1 81 82 7 百度百科 XAMPP DB OL 8 万方数据 XAMPP DB OL http 192 168 254 25 8080 C Periodical aspx 9 雷昌贵 孟宇竹 蔡花真 等 果胶酶对布朗李汁澄清效果的研究食 品与药品 2009 11 5 37 38 10 任俊 曹飞 果胶酶澄清猕猴桃汁最佳工艺条件研究 J 中国食物与 营养 2008 8 44 45 11 闫莹 梁艳晖 果胶酶对香蕉汁澄清的工艺研究 J 农产品加工 2007 1 59 63 12 励建荣 周李婷 果胶酶对芦荟凝胶汁澄清效果的研究 J 果蔬加工 2007 7 5 8 13 JAYANIRS SAXENAS GUPTAR Microbialpectinolytic enzymes Areriew J processBiochem2005 40 9 2931 2944 14 王宏 国内外食品生物技术发展概况 广州化工 2005 5 36 37 15 马晓義 白净 任柯等 酶工程研究的新进展 化工