酶的工业应用课件

1、食品酶学食品酶学 酶的工业应 用 1 第七章第七章 酶的工业应用2 第八章第八章 酶的工业应用酶的工业应用 u工业酶制剂的来源及特点 p自然界发现的酶已达数千种 p工业上常用的酶只有数十种 p而目前大量生产的酶仅有十余种 p80以上的工业酶是水解酶，他们主要用于降解自然 界中的淀粉、蛋白质、脂肪等高聚物，即蛋白酶、淀 粉酶和脂肪酶是目前工业应用的3大主要酶制剂。 蛋白酶：用于奶制品业、去污剂、皮革业等； 淀粉酶：用于烘焙、酿造、淀粉糖化和纺织业等； 脂肪酶：用于食品、去污剂和精细化工工业等。 酶的工业应用3 酶酶 的的 生生 产产 酶制剂酶制剂 药用酶药用酶 食品添加剂食品添加剂 洗涤剂洗涤剂

2、 脂 肪 工 程脂 肪 工 程 发酵工程发酵工程 基因工程基因工程 细胞工程细胞工程 蛋白质工程蛋白质工程 固定化酶固定化酶 酶电极酶电极生物传感器生物传感器 酶 反 应酶 反 应 制糖制糖(葡萄糖、麦芽糖、葡萄糖、麦芽糖、 果葡糖浆果葡糖浆) 氨基酸、有机酸、抗氨基酸、有机酸、抗 生素、多肽生素、多肽 新新 酶酶 酶的主要应用领域酶的主要应用领域 酶的工业应用4 内容提纲内容提纲 1 2 3 4 酶在食品工业中的应用酶在食品工业中的应用 酶在轻工方面的应用酶在轻工方面的应用 酶在医药行业中的应用酶在医药行业中的应用 酶在生物工程中的应用酶在生物工程中的应用 酶的工业应用5 8.8.1 1 酶

3、在食品方面的应用酶在食品方面的应用 u制糖工业制糖工业 u蛋白制品加工蛋白制品加工 u果蔬加工果蔬加工 u改善食品的风味和品质改善食品的风味和品质 u食品添加剂的生产食品添加剂的生产 酶的工业应用6 一、制糖工业一、制糖工业 u酶法生产葡萄糖 p过去国内外葡萄糖生产通常采用酸法水解，现 在大都采用酶法。 p原料：淀粉。 p酶：-淀粉酶和糖化酶。都要求达到一定纯度， 尤其是糖化酶中应不含葡萄糖苷转移酶。通常 使用游离酶分批方式，也可采用固定化糖化酶 进行连续生产。 酶的工业应用7 u果葡糖浆的生产 p原料：葡萄糖，一般由淀粉通过酶法水解制得。但需 经过层析等方法精制后使用。 p酶：葡萄糖异构酶。

4、最适pH可由于来源不同而有所差 别；温度不宜超过70。 p高果糖浆：通常果葡糖浆含果糖42%左右，若将其中 的葡萄糖与果糖分离，将分离出的葡萄糖再进行异构 化，如此反复，可得到果糖含量达70%、90%甚至更高 的糖浆，称为高果糖浆。 一、制糖工业一、制糖工业 酶的工业应用8 u大米大米浸泡浸泡水洗水洗磨浆磨浆调浆（加入淀调浆（加入淀 粉酶）粉酶）液化液化压滤压滤糖化（加入糖化酶）糖化（加入糖化酶） 升温升温压滤压滤精制精制浓缩浓缩 ua.a. 液体糖浆液体糖浆 ub.b. 葡萄糖异构酶异构化葡萄糖异构酶异构化精制精制浓缩浓缩 果葡糖浆果葡糖浆 uc.c. 结晶结晶离心分离离心分离干燥干燥结晶葡

5、萄糖结晶葡萄糖 酶的工业应用9 u饴糖的生产 p饴糖是我国传统的淀粉糖制品。是以大米或糯 米为原料，加进大麦芽，利用麦芽中的-淀粉 酶和-淀粉酶，将淀粉糖化而成的麦芽糖浆。 其中 含麦芽糖30%-40%，糊精60%-70%。 p饴糖也可用酶法生产。原料也是大米或糯米， 所用酶为-淀粉酶和-淀粉酶，此法生产的饴 糖，麦芽糖含量可达60%-70%。 一、制糖工业一、制糖工业 酶的工业应用10淀粉酶类与淀粉糖业淀粉酶类与淀粉糖业 酶的工业应用11 淀粉 液化液 淀粉酶 糖化酶 糖化液 喷雾干燥 氢化还原 结晶 异构酶 粉状葡萄糖 山梨醇 结晶葡萄糖 果葡糖浆 果糖42% 葡萄糖55% 低聚糖 分离混

6、合 高果糖浆 果糖浆 果糖80-90% 果糖55% 葡萄糖39% 低聚糖 淀淀 粉粉 酶酶 类类 与与 淀淀 粉粉 糖糖 业业 酶的工业应用12 u乳制品加工： p凝乳蛋白酶用于制造奶酪： 水解-酪蛋白，促进,-酪蛋白凝固 p用乳糖酶生产低乳糖奶： -半乳糖苷酶分解乳糖 p蛋白酶用于生产乳蛋白水解物： 水解大分子蛋白为小分子的肽和氨基酸 二、蛋白制品加工二、蛋白制品加工 酶的工业应用13 u蛋制品加工：葡萄糖氧化酶用于除去蛋制品中存 在的少量葡萄糖，以防止褐变，提高产品质量。 u鱼制品加工：利用蛋白酶生产可溶性的鱼蛋白粉； 用三甲基胺氧化酶脱腥等。 u肉制品加工：蛋白酶用于制造肉类水解蛋白；用

7、 木瓜蛋白酶制成嫩肉粉；蛋白酶用于生产明胶； 溶菌酶用于肉类制品的保鲜防腐等。 二、蛋白制品加工二、蛋白制品加工 酶的工业应用14 溶菌酶（肽多糖水解酶）溶菌酶（肽多糖水解酶） 酶的工业应用15 三、果蔬加工三、果蔬加工 u果胶酶：果胶酶：用于果汁和果酒的澄清以及提高出汁率； u纤维素酶：纤维素酶：分解细胞壁，提高出汁率和可溶性固形物含 量； u柚苷酶和橙皮苷酶：柚苷酶和橙皮苷酶：可分别用于柑桔类果汁或罐头制品 脱除苦味和防止出现白色浑浊； u葡萄糖氧化酶：葡萄糖氧化酶：可去除果汁、饮料、罐头食品和果蔬干 制品中的氧气，防止产品氧化变质，防止微生物生长， 延长食品保存期； u溶菌酶：溶菌酶：可

8、防止细菌污染，起保鲜作用等。 酶的工业应用16 果胶酶的作用机理果胶酶的作用机理 酯化的半乳糖醛酸酯化的半乳糖醛酸 酶的工业应用17 柚苷（柚配质柚苷（柚配质-7-7-芸香糖苷）芸香糖苷） 橙皮苷（橙皮素橙皮苷（橙皮素-7-7-芸香糖苷）芸香糖苷） 酶的工业应用18 四、改善食品的品质和风味四、改善食品的品质和风味 u风味酶的发现和应用，在食品风味的再现、强化和矫正 方面有广阔应用前景。例如： p用洋葱风味酶处理甘蓝等蔬菜； p用奶油风味酶（脂肪酶）作用于含乳脂的巧克力、冰 淇淋、人造奶油等食品； p端肽酶水解苦味肽消除苦味； p风味酶用于恢复甚至强化原来的天然风味。 u面包制造中，面团中添加

9、适量的-淀粉酶和蛋白酶，可 缩短面团发酵时间，面包品质也有提高。 酶的工业应用19 五、食品添加剂的生产五、食品添加剂的生产 u酸味剂的生产 p乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原为乳酸 p2-卤代酸脱卤酶催化2-氯丙酸生成乳酸 p延胡索酸酶催化反丁烯二酸（延胡索酸）生 成苹果酸 酶的工业应用20 五、食品添加剂的生产五、食品添加剂的生产 u增味剂（鲜味剂）的生产 p酶法生产酶法生产L-氨基酸氨基酸 蛋白酶水解蛋白质生成混合L-氨基酸，然后分离 谷氨酸脱氢酶催化酮戊二酸生成L-谷氨酸 p酶法生产核苷酸酶法生产核苷酸 5-磷酸二酯酶水解RNA生产各种5-核苷酸； 腺苷酸脱氨酶水解AMP生产IMP； 核苷磷酸

10、化酶催化肌苷生成5-IMP，催化鸟苷生成 5-GMP。 酶的工业应用21 五、食品添加剂的生产五、食品添加剂的生产 u甜味剂的生产 p嗜热菌蛋白酶催化Asp和Phe生成天苯肽（阿 斯巴甜） p葡萄糖基转移酶生产帕拉金糖 p u乳化剂的生产 p脂肪酶催化甘油三酯生成甘油单酯（乳化剂） 酶的工业应用22 8. 2 8. 2 酶在轻工业方面的应用酶在轻工业方面的应用 u原料处理原料处理 u轻工、化工产品制造轻工、化工产品制造 u增强产品食用效果增强产品食用效果 酶的工业应用23 一、原料处理一、原料处理 u发酵原料的处理 p淀粉原料的处理，一般采用-淀粉酶和糖化酶（啤酒 生产）； p含纤维素原料可用

11、纤维素酶处理； p含戊聚糖的植物原料可用各种戊聚糖酶处理。 u纺织原料的处理 p上浆：用-淀粉酶处理淀粉，可用作上浆的浆料； p退浆：利用-淀粉酶使浆料水解；若上浆时用动物胶 作胶浆，可用蛋白酶使之退浆。 酶的工业应用24 一、原料处理一、原料处理 u造纸原料的制浆造纸原料的制浆 p酶法制浆：木质素酶可水解除去木质素，提高 纸的质量，而且环保。 u生丝的脱胶处理生丝的脱胶处理 p胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶可在温 和条件下催化丝胶蛋白水解。 u羊毛的除垢羊毛的除垢 p羊毛在染色前需除垢，可利用蛋白酶来实现， 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。 酶的工业应用25 脱

12、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） 酶的工业应用26 u酶法生产L-氨基酸 pL-L-氨基酰化酶用于氨基酰化酶用于DL-DL-酰基氨基酸的光学拆分，工业上已采用固酰基氨基酸的光学拆分，工业上已采用固 定化酶的方式连续生产定化酶的方式连续生产L-L-苯丙氨酸苯丙氨酸和和L-L-色氨酸色氨酸等；等； p工业上已将固定化菌体形式的天门冬氨酸酶和天门冬氨酸工业上已将固定化菌体形式的天门冬氨酸酶和天门冬氨酸- - - -脱脱 羧酶分别用于羧酶分别用于L-L-天门冬氨天门冬氨酸和酸和L-L-丙氨酸丙氨酸的连续生产；的连续生产； p已内酰胺

13、水解酶用于已内酰胺水解酶用于L-L-赖氨酸赖氨酸的生产；的生产； p噻唑啉羧酸水解酶用于合成噻唑啉羧酸水解酶用于合成L-L-半胱氨酸半胱氨酸。 u酶法生产核苷酸 p5-5-磷酸二酯酶水解磷酸二酯酶水解RNARNA生产各种生产各种5-5-核苷酸；核苷酸； p腺苷酸脱氨酶水解腺苷酸脱氨酶水解AMPAMP生产生产IMPIMP； p核苷磷酸化酶催化肌苷生成核苷磷酸化酶催化肌苷生成5-5-IMPIMP，催化鸟苷生成催化鸟苷生成5-5-鸟苷酸，鸟苷酸， 催化催化AMPAMP生成生成ADPADP和和ATPATP等等。 二、轻工化工产品制造二、轻工化工产品制造 酶的工业应用27 u酶法生产有机酸 p工业上采用

14、固定化延胡索酸酶连续生产工业上采用固定化延胡索酸酶连续生产L-L-苹果酸；苹果酸； p环氧琥珀酸水解酶用于生产环氧琥珀酸水解酶用于生产L-L-酒石酸。酒石酸。 u酶法制酱 p酱油或豆酱生产中，利用蛋白酶催化大豆蛋白质水解，可缩短酱油或豆酱生产中，利用蛋白酶催化大豆蛋白质水解，可缩短 生产周期，提高蛋白质利用率；生产周期，提高蛋白质利用率； p酱油酿造中，添加纤维素酶可提高原料利用率。酱油酿造中，添加纤维素酶可提高原料利用率。 u酶法制革 p蛋白酶可用于原料皮脱毛；蛋白酶可用于原料皮脱毛； p酸性蛋白酶和少量脂肪酶可用于皮革软化。酸性蛋白酶和少量脂肪酶可用于皮革软化。 二、轻工化工产品制造二、轻

15、工化工产品制造 酶的工业应用28 u加酶洗涤剂加酶洗涤剂 p目前洗涤剂中最广泛最大量使用的是碱性蛋白酶； p酶也可加到肥皂中制成加酶肥皂等； p淀粉酶、脂肪酶、果胶酶和纤维素酶等也可添加于固 体和液体洗涤剂中。 u加酶牙膏、牙粉和嗽口水加酶牙膏、牙粉和嗽口水 p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。 p可利用酶的催化作用，增加洁齿效果，减少牙垢并可 防止龋齿的发生。 三、增强产品使用效果三、增强产品使用效果 酶的工业应用29 u加酶饲料加酶饲料 p淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和半纤维素酶等在饲料中 的添加，可增加饲料的可消化性。 u加酶护肤用品加酶护肤用品 pSOD、碱性

16、磷酸酶、尿酸酶、弹性蛋白酶等在护肤及化 妆品中的添加，可有效提高护肤效果。 三、增强产品使用效果三、增强产品使用效果 酶的工业应用30 SOD 酶的工业应用31 酶制剂在国外饲料工酶制剂在国外饲料工 业中得到不断应用，业中得到不断应用， 不仅提高了饲料原料不仅提高了饲料原料 的的转化率转化率，也促进了，也促进了 对饲料的对饲料的消化消化。 植酸酶植酸酶 Bio-Feed Phytase ( Ronozyme P ) Bio-Feed Phytase ( Ronozyme P ) 主要用于提高主要用于提高植酸磷植酸磷的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素 的利用

17、率。的利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。 酶的工业应用32 8.3 8.3 酶在医药行业的应用酶在医药行业的应用 u酶在医药方面的应用可归纳为： p用酶进行疾病的诊断； p用酶进行治疗各种疾病； p用酶进行制造各种药物。 u由于酶具有专一性强和效率高的特点，所 以在医药方面使用的酶具有种类多、用量 少、纯度高的特点。 酶的工业应用33 一、酶在疾病诊断方面的应用一、酶在疾病诊断方面的应用 u根据体液内酶活力的变化诊断疾病 n酸性磷酸酶（酸性磷酸酶（ACPACP） 前列腺癌患者及出现肝炎、甲状旁腺机能亢进、红血 球病变等疾病时，血清中酸性

18、磷酸酶的活力会升高。 n碱性磷酸酶（碱性磷酸酶（ALPALP或或AKPAKP） 佝偻病、骨骼软化症、骨瘤、骨骼广泛性转移癌、甲 状旁腺机能亢进、黄疸性肝脏疾病等，患者血清中碱 性磷酸酶活力升高；而软骨发育不全等疾病，引起该 酶活力下降。 酶的工业应用34 一、酶在疾病诊断方面的应用一、酶在疾病诊断方面的应用 u根据体液内酶活力的变化诊断疾病 n转氨酶转氨酶 l血清谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)活力测定， 已在肝脏疾病和心肌梗塞等疾病诊断中得到广泛应用。 n葡萄糖醛缩酶、胃蛋白酶、乳酸脱氢酶、醛缩酶、磷酸葡萄糖醛缩酶、胃蛋白酶、乳酸脱氢酶、醛缩酶、磷酸 葡萄糖变位酶等的活力测定，有助

19、于对某些癌症作出诊葡萄糖变位酶等的活力测定，有助于对某些癌症作出诊 断。断。 酶的工业应用35 体检表中有关酶的选项体检表中有关酶的选项 酶的工业应用36 二、酶在二、酶在疾病治疗方面的应用疾病治疗方面的应用 酶作为药物可治疗多种疾病，且具有疗效显 著，副作用小的特点。 u蛋白酶蛋白酶 p可用于治疗多种疾病，是临床上使用最早、用途最广的 药用酶之一。 p可作为消化剂，治疗消化不良和食欲不振； p可作为消炎剂，治疗各种炎症； p经静脉注射，可治疗高血压。 酶的工业应用37 u溶菌酶溶菌酶 p也是一种应用广泛的药用酶。具有抗菌、消炎、 镇痛等作用。 p可作用于细菌的细胞壁，使病原菌、腐败性细 菌等

20、溶解死灭，疗效显著而副作用很小。与抗 生素联合使用，可显著提高抗生素的疗效。 二、酶在疾病治疗方面的应用二、酶在疾病治疗方面的应用 酶的工业应用38 uSODSOD p可使机体免遭超氧负离子的损害； p具有抗辐射作用并对红斑狼疮、皮肌炎、结肠 炎及氧中毒等疾病有显著疗效。 uL-L-天门冬酰胺酶天门冬酰胺酶 p是一种用于治疗癌症的酶。特别是对治疗白血 病有显著疗效。 二、酶在疾病治疗方面的应用二、酶在疾病治疗方面的应用 酶的工业应用39 三、酶在药物制造方面的应用三、酶在药物制造方面的应用 u青霉素酰化酶青霉素酰化酶 p在半合成抗生素的生产上有重要作用的一种酶。它催化 青霉素或头孢菌素水解生成

21、6-APA和7-ACA，又可催化酰 基化反应，合成新型青霉素和头孢菌素。 p不同来源的该酶对温度和pH的要求不同。同一来源的该 酶在催化水解反应和催化合成反应时所要求的条件各不 相同，尤其是pH条件相差很大，操作时要控制好。 p催化合成反应时，还要注意反应液中6-APA与侧链羧酸 衍生物的比例。反应液中适当加入一些表面活性剂或异 丁醇等，有利于提高转化率。 酶的工业应用40 u - -酪氨酸酶酪氨酸酶 p可催化L-酪氨酸或邻苯二酚生成多巴。已经制 成固定化酶使用。 p多巴是治疗帕金森氏综合症的一种重要药物。 p该酶作用pH为3.5-6.0，温度为30-55，为控 制氧化进程，应添加维生素C或硫

22、酸肼等抗氧 化剂。 三、酶在药物制造方面的应用三、酶在药物制造方面的应用 酶的工业应用41 u核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 p可催化阿糖尿苷生成阿糖腺苷；而阿糖尿苷由 尿苷通过化学方法转化而成； p阿糖腺苷具有显著的抗癌和抗病毒作用。 u无色杆菌蛋白酶无色杆菌蛋白酶 p可以特异性催化胰岛素B链羧基末端上的氨基 酸置换反应，由猪胰岛素转变为人胰岛素，以 增加疗效。 三、酶在药物制造方面的应用三、酶在药物制造方面的应用 酶的工业应用42 u乳糖酶乳糖酶 u乳糖不耐症主要有三种类型：乳糖不耐症主要有三种类型： 1 1原发性乳糖不耐症：原发性乳糖不耐症： 2 2继发性乳糖不耐症：继发性乳糖不耐症： 3 3

23、先天性乳糖酶不足：先天性乳糖酶不足： 酶的工业应用43 u避免食用含有乳糖的食物、避免食用含有乳糖的食物、 u补充乳糖酶补充乳糖酶 、 u食用不含乳糖的替代产品食用不含乳糖的替代产品 酶的工业应用44 8.4 8.4 酶在生物工程中的应用酶在生物工程中的应用 u除去细胞壁除去细胞壁 u大分子切割大分子切割 u分子拼接分子拼接 酶的工业应用45 一、除去细胞壁一、除去细胞壁 u生物工程研究与应用中，有时需要除去细胞壁：生物工程研究与应用中，有时需要除去细胞壁： p提取胞内物质； p原生质体的制备。 u除去细胞壁的方法有多种，诸如机械研磨，物理、化学 破碎法等。但在制备原生质体或提取胞内某些稳定性较 差的活性物质时，只能利用各种专一性的酶。 u根据不同细胞的结构和细胞壁组分的不同，除去细胞壁 时所采用的酶也有所区别。 u此外，还必须控制好酶作用条件和时间。 酶的工业应用46 二、大分子切割二、大分子切割 u限制性核酸内切酶限制