酶在工业生产中的应用课件

1、第第2节节 酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用 课程标准课程标准 举例说明酶在工业生产中的应用。举例说明酶在工业生产中的应用。 课标解读课标解读 1说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。 2举例说明酶在工业生产中的应用。举例说明酶在工业生产中的应用。 3尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。 4认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以 及科学技术是一个不断发展的过程。及科学技术是一个不断发展的过程。 酶的种类酶的种类 (1)根据存在部位分为：胞内酶和根据存在部位分为：胞

2、内酶和_酶。酶。 (2)根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、 _酶、裂解酶、连接酶、转移酶和酶、裂解酶、连接酶、转移酶和_酶六大类。酶六大类。 酶的优点酶的优点 比无机催化剂比无机催化剂_、反应条件、反应条件_等优点。等优点。 酶的家族与酶制剂的生产酶的家族与酶制剂的生产 1 2 胞外胞外 水解水解 催化效率高催化效率高 温和温和 异构异构 酶的生产酶的生产 (1)微生物发酵生产：大量微生物发酵生产：大量_都是利用微生物发酵都是利用微生物发酵 生产。生产。 (2)基因工程菌发酵生产：一些基因工程菌发酵生产：一些_是通过基因工程是通过基因工

3、程 菌发酵生产。菌发酵生产。 固定化酶技术固定化酶技术 (1)方法：采用多种办法将酶固定在一定的方法：采用多种办法将酶固定在一定的_上，制备上，制备 成成_的固体颗粒，称为固定化酶。的固体颗粒，称为固定化酶。 (2)固定化酶的优点：避免了固定化酶的优点：避免了_产物，又可以产物，又可以_使使 用，从而有助于实现反应的用，从而有助于实现反应的_化和自动化。化和自动化。 3 4 应用的酶应用的酶 重要的酶重要的酶 载体载体 不溶于水不溶于水 污染污染反复反复 连续连续 酶与一般无机催化剂的共性是什么？酶与一般无机催化剂的共性是什么？ 提示提示反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。反应前后质量

4、和性质不改变，不改变化学平衡点。 思维激活思维激活1 直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较1 类型类型优点优点不足不足 直接使用酶直接使用酶 催化效率高，低催化效率高，低 耗能，低污染等耗能，低污染等 对环境条件非常敏感，容对环境条件非常敏感，容 易失活；溶液中酶很难回易失活；溶液中酶很难回 收，不能被再次利用，反收，不能被再次利用，反 应后酶会混合在产物中，应后酶会混合在产物中， 可能影响产品质量可能影响产品质量 固定化酶固定化酶 酶既能与反应物酶既能与反应物 接触，又能与产接触，又能与产 物分离，同时，物分离，同时， 固定在载体上的固定在载体上的

5、 酶还可以被反复酶还可以被反复 利用利用 一种酶只能催化一种化学一种酶只能催化一种化学 反应，而在生产实践中，反应，而在生产实践中， 很多产物都是通过一系列很多产物都是通过一系列 的酶促反应才能得到的的酶促反应才能得到的 酶的固定化方法酶的固定化方法 (1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包 埋法等埋法等(如图所示如图所示)。 2. 元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科目四 金手指考试 金手指驾驶员考试 (2)各种制备固定化酶方法的比较各种制备固定化酶方法的比较(如下表如下表) 酶的固酶的固 定方法定方法 原理原理固定载体固定载体优

6、点优点 吸附法吸附法 离子键作用、离子键作用、 物理吸附物理吸附 纤维素、琼脂糖等多糖类或纤维素、琼脂糖等多糖类或 多孔玻璃、离子交换树脂等多孔玻璃、离子交换树脂等 载体载体 工艺简便工艺简便 且条件温且条件温 和，在生和，在生 产上应用产上应用 广泛广泛 交联法交联法 酶和多功能试酶和多功能试 剂之间形成共剂之间形成共 价键价键 利用多功能试剂在酶与酶、利用多功能试剂在酶与酶、 酶与载体之间进行交联，从酶与载体之间进行交联，从 而形成三维的交联网架结构而形成三维的交联网架结构 包埋法包埋法 将酶包埋在能将酶包埋在能 固化的载体中固化的载体中 将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶

7、等高分子凝胶中，或包裹在等高分子凝胶中，或包裹在 硝酸纤维素等半透性高分子硝酸纤维素等半透性高分子 膜中，前者包埋成格子形，膜中，前者包埋成格子形， 后者包埋成微胶囊形后者包埋成微胶囊形 知识拓展知识拓展 固定化细胞技术固定化细胞技术 通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原 有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍 能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样 应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶应用于发

8、酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶 等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶 活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统， 这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细 胞的方法也有多种，常用的方法胞的方法也有多种，常用的方法(见下表见下表)： 固定方固定方 法法 载体载体 吸附法吸附法 将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤 维等载体上；将植物细胞吸附在泡沫塑料的维等载体上；将

9、植物细胞吸附在泡沫塑料的 大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在 中空纤维的外壁上中空纤维的外壁上 包埋法包埋法 将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法 是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各 种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶 包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠 凝胶、角叉菜胶、明胶等凝胶、角叉菜胶、明胶等 海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简

10、便，条件温 和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝 胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制 备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。 固定化酶的优点是固定化酶的优点是 ()。 A有利于增加酶的活性有利于增加酶的活性 B有利于产物的纯化有利于产物的纯化 C有利于提高反应速率有利于提高反应速率 D有利于酶发挥作用有利于酶发挥作用 解析解析固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利

11、 地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶 的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高， 并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切 相关，如温度、相关，如温度、pH等。反应速率与底物的浓度、温度、等。反应速率与底物的浓度、温度、pH 等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温 度、度、pH适宜时，反应速率最快。适宜时，反应速率最快。 答案答案B 【巩固

12、巩固1】 酶相比无机催化剂的优越性酶相比无机催化剂的优越性 (1)反应能在反应能在_、常压和、常压和_条件下进行，可以节省大条件下进行，可以节省大 量的能源和设备投资。量的能源和设备投资。 (2)生产过程中不会造成生产过程中不会造成_，符合环境保护的要求。，符合环境保护的要求。 (3)生产过程简单，生产过程简单，_，产品质量好，生产成本低。，产品质量好，生产成本低。 酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用 1 常温常温中性中性PH 严重的污染严重的污染 效率高效率高 应用应用 (1)已成功用于已成功用于_工业，不仅用于食品的直接生产，还工业，不仅用于食品的直接生产，还 用于改进工艺、简化生产

13、过程、改善产品的品质和风味、用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、 延长储存期、提高产品产量和质量等方面。延长储存期、提高产品产量和质量等方面。 (2)在在_和化工工业方面有着广泛的应用。和化工工业方面有着广泛的应用。 (3)在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产_。 试画出试画出pH、T、底物浓度、酶浓度对酶活性的、底物浓度、酶浓度对酶活性的 影响的曲线图。影响的曲线图。 提示提示 思维激活思维激活2 2 食品食品 轻工业轻工业 药物药物 工业上常用的酶及应用工业上常用的酶及应用 应用领域应用领域使用的酶种类使用的酶种类用途用途 洗涤剂洗涤剂

14、 工业工业 细菌蛋白酶细菌蛋白酶用于污渍的去除用于污渍的去除 淀粉酶淀粉酶 可作为洗碗机的洗涤剂，用于去可作为洗碗机的洗涤剂，用于去 除难溶的淀粉残迹等除难溶的淀粉残迹等 烘烤食烘烤食 品工业品工业 真菌产生的真菌产生的淀淀 粉酶粉酶 催化淀粉降解成可被酵母菌利用催化淀粉降解成可被酵母菌利用 的糖类的糖类 蛋白酶蛋白酶 在饼干制作过程中，用于降低面在饼干制作过程中，用于降低面 粉中的蛋白质含量等粉中的蛋白质含量等 酿酒工业酿酒工业 麦芽产生的淀粉麦芽产生的淀粉 酶、蛋白酶、葡酶、蛋白酶、葡 聚糖酶聚糖酶 将淀粉和蛋白质降解成能被酵母将淀粉和蛋白质降解成能被酵母 菌使用的单糖、氨基酸和多肽，菌使

15、用的单糖、氨基酸和多肽， 从而提高乙醇的产量从而提高乙醇的产量 葡聚糖酶葡聚糖酶改进啤酒的过滤性能改进啤酒的过滤性能 淀粉葡萄糖苷酶淀粉葡萄糖苷酶用于生产低糖啤酒用于生产低糖啤酒 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶去除啤酒储存过程中生成的混浊去除啤酒储存过程中生成的混浊 乳制品乳制品 工业工业 胰凝乳酶胰凝乳酶 在奶酪的制作过程中用在奶酪的制作过程中用 于分解蛋白质于分解蛋白质 乳糖酶乳糖酶 降解乳糖为葡萄糖及各降解乳糖为葡萄糖及各 类糖浆类糖浆 糖工业糖工业 淀粉酶、淀粉葡萄淀粉酶、淀粉葡萄 糖苷酶糖苷酶 将淀粉转化为葡萄糖及将淀粉转化为葡萄糖及 各类糖浆各类糖浆 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 用于将葡萄糖转

16、化为果用于将葡萄糖转化为果 糖，生产高果糖浆糖，生产高果糖浆 纺织工业纺织工业淀粉酶淀粉酶 广泛地应用于纺织品的广泛地应用于纺织品的 褪浆褪浆 制革工业制革工业胰蛋白酶胰蛋白酶 用于毛皮中特定蛋白质用于毛皮中特定蛋白质 的去除或皮革脱毛的去除或皮革脱毛 医疗和制医疗和制 药工业药工业 胰蛋白酶胰蛋白酶 用于伤口愈合和溶解血凝用于伤口愈合和溶解血凝 块，抑制微生物的生长块，抑制微生物的生长 L天冬酰胺酶天冬酰胺酶 用于治疗癌症，使癌细胞用于治疗癌症，使癌细胞 无法获得生长所需的营养无法获得生长所需的营养 胃蛋白酶胃蛋白酶用于治疗消化不良用于治疗消化不良 其他多种酶其他多种酶作为诊断试剂作为诊断试

17、剂 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而 是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化 而来的，在这一过程中不需要的酶是而来的，在这一过程中不需要的酶是 ()。 A淀粉酶淀粉酶 B糖化酶糖化酶 C葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 D纤维素酶纤维素酶 解析解析此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是 将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。 答案答案D 【巩固巩固2】 肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛

18、，从而消肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消 除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是 ()。 【例例1】 示例示例一一酶的种类酶的种类 思维导图：思维导图： 深度剖析深度剖析 由题意由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知知 乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题项符合题 意。意。 答案答案B 归纳总结归纳总结酶的分类酶的分类 （1）根据存）根据存 在的部位在的部位 胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。 如细胞内有氧

19、呼吸酶等如细胞内有氧呼吸酶等 胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如 消化酶等消化酶等 如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的 固定方法依次是固定方法依次是 ()。 【例例2】 示例二示例二固定化酶技术固定化酶技术 A载体结合法，交联法，包埋法载体结合法，交联法，包埋法 B交联法，载体结合法，包埋法交联法，载体结合法，包埋法 C包埋法，载体结合法，交联法包埋法，载体结合法，交联法 D包埋法，交联法，载体结合法包埋法，交联法，载体结合法 思维导图：思维导图： 深度剖析深度剖析 题图表示酶包埋在细微网格里，

20、应属包埋题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋 法；法；图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状 结构，应属交联法；结构，应属交联法；图表示固定在一定的支持物上，可图表示固定在一定的支持物上，可 用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。 答案答案D ATP的消耗利用需要的酶是的消耗利用需要的酶是 ()。 A水解酶水解酶 B合成酶合成酶 C异构酶异构酶 D转移酶转移酶 解析解析ATP水解为水解为ADP和和Pi，同时释放能量，需水解酶。，同时释放能量，需水解酶。 答案答案A 下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错

21、误的是下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错误的是 ()。 A酶的催化条件是常温、常压和中性条件酶的催化条件是常温、常压和中性条件 B酶催化反应不会造成严重的污染酶催化反应不会造成严重的污染 C无机催化剂生产过程复杂、成本高无机催化剂生产过程复杂、成本高 D酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点 解析解析本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均 能催化有关反应，但只有酶具有高效性，而无机催化剂催化能催化有关反应，但只有酶具有高效性，而无机催化剂催化 效率低，故效率低，故D项错误。项错误。A、B、C项叙述均正确。项叙述均正确。 答案答案D 2 3 用于皮革工业的脱毛和软化的酶是用于皮革工业的脱毛和软化的酶是 ()。 A脂肪酶脂肪酶 B淀粉酶淀