酶工程 第七章

酶工程第七章酶的应用第一节酶在医药方面的应用酶在医药方面的应用多种多样，可归纳为下列三个方面：(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。在医药方面使用的酶具有种类多、用量少、效率高等特点。主要的医药用酶有淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等等（表7-1）。第一节酶在医药方面的应用表7-1主要的医药用酶第一节酶在医药方面的应用

第一节酶在医药方面的应用第一节酶在医药方面的应用一、酶在疾病诊断方面的应用疾病的治疗效果好坏，在很大程度上决定于诊断的准确性。疾病诊断的方法很多，其中酶学诊断方法具有可靠、简便、快捷的特点。酶学诊断方法包括两个方面，一是根据体内原有酶活力的变化来诊断某些疾病，二是利用酶来测定体内某些物质的含量，从而诊断某些疾病。1.根据体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内的。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。举例如下：第一节酶在医药方面的应用(1)酸性磷酸酶（acidpHospHatase,EC3.1.3.2）酸性磷酸酶是一种在酸性条件下催化磷酸单酯水解生成无机磷酸的水解酶。人血清酸性磷酸酶的最适pH值为5～6，最适作用温度37℃。正常人血清中的酸性磷酸酶来源于骨、肝、肾、脾、胰等组织，故不论男女老幼，其含量大致相同。而前列腺癌患者以及出现肝炎、甲状旁腺机能亢进、红血球病变等疾病时，血清中酸性磷酸酶的活力都会升高。为了鉴别血清中增加的酸性磷酸酶是来自前列腺还是来自其他组织器官，必须加以区别。为此可进一步采用某些抑制剂进行选择性抑制作用。例如：乙醇和酒石酸对前列腺酸性磷酸酶有显著的抑制作用，而对红血球酸性磷酸酶的抑制作用较弱；相反，铜离子和甲醛对红血球酸性磷酸酶的抑制作用显著，对前列腺酸性磷酸酶的抑制作用微弱。这种鉴别有助于进一步做出确切的诊断。第一节酶在医药方面的应用

(2)碱性磷酸酶（alkalinepHospHatase,EC3.1.3.1）。碱性磷酸酶是一种在碱性条件下催化磷酸单酯水解生成无机磷酸的水解酶。人血清中碱性磷酸酶的最适pH值为9.5～10，最适作用温度37℃。碱性磷酸酶在体内分布广泛，特别是在骨骼组织、牙齿、肾和小肠中含量较高。该酶主要由造骨细胞产生，所以佝偻病、骨骼软化症、骨瘤、骨胳广泛性转移癌、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性升高。在结合其他的物理、化学、酶学等诊断方法，可以进一步确诊是何种疾病。第一节酶在医药方面的应用(3)转氨酶（aminotransferase,EC2.6.1）。转氨酶是催化氨基从一个分子转移到另一个分子的转移酶类。在疾病诊断方面应用的主要有谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT）。GPT又称为丙氨酸转氨酶（alanineaminotransferase），它催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间进行氨基转移反应，生成谷氨酸和丙酮酸。GOT又称为天冬氨酸转氨酶（aspartateaminotransferase），它催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间进行氨基转移反应，生成谷氨酸和草酰乙酸。血清GPT和GOT的最适pH值为7.4，最适作用温度37℃。血清中GPT和GOT的活力测定，已在肝病和心肌梗死等疾病的诊断中得到广泛的应用。急性传染性肝炎、肝硬化和阻塞性黄疸型肝炎的患者，其血清中GPT和GOT的活力急剧升高。心肌梗死患者GOT的活力升高尤为显著。第一节酶在医药方面的应用

(4)乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase，LDH；EC1.1.1.27）乳酸脱氢酶是催化乳酸脱氢反应生成丙酮酸的一种氧化还原酶。乳酸脱氢酶广泛应存在于各种组织以及红细胞中，在正常情况下，血清中乳酸脱氢酶的含量很低。但是在肝癌、急性肝炎、心肌梗死等病的患者血清中，该酶活力显著升高。第一节酶在医药方面的应用(5)乳酸脱氢酶同工酶。同工酶是指具有相同的底物特异性而结构不同的一群酶。同工酶在代谢的调节控制方面有重要作用。当人体代谢失常而出现某种疾病时，可能引起同工酶含量的改变。乳酸脱氢酶有5种同工酶。心肌梗死、恶性贫血患者，血清中的LDH1增高；白血病、肌肉萎缩患者，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌患者，LDH3增高；转移性肝癌、结肠癌患者，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗死、外伤、骨折患者，LDH5增高。第一节酶在医药方面的应用(6)葡萄糖磷酸异构酶（glucosepHospHateisoerase，EC5.3.1.9）。葡萄糖磷酸异构酶是催化6-磷酸葡萄糖异构化生成6-磷酸果糖的异构酶.急性肝炎患者,血清中葡萄糖磷酸异构酶的活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎，脑溢血患者，该酶的活力明显升高。(7)胆碱脂酶（cholinesterase，EC3.1.1.8）。胆碱脂酶是催化胆碱脂水解，生成胆碱和有机酸的水解酶。在正常情况下,血清中胆碱脂酶的活力随个体的不同有较大的差异，但对于具体的某个个体来说，则基本上维持在一定的范围内（正常值为30～40单位）。当出现传染性肝炎、肝硬化、风湿、营养不良等病症时，血清中胆碱脂酶的活力下降。第一节酶在医药方面的应用(8)端粒酶（telomerase）。端粒酶是催化端粒合成和延长的酶。在合成端粒的过程中，端粒酶以其本身的RNA组分作为模板把端粒重复列加到染色体DNA的末端，使端粒延长。在人体的正常细胞内（除了生殖细胞和干细胞等以外），端粒酶的生物合成和酶活性都受到抑制。而在分化程度较低的癌细胞中却可明显地检测到端粒酶的活性。因此，可以通过测定人体细胞内的端粒酶活性，诊断细胞是否发生了癌变。2.用酶测定体液中某些物质的变化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（表7-2）。第一节酶在医药方面的应用表7-2用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断第一节酶在医药方面的应用二、酶在疾病治疗方面的应用酶作为药物可以治疗多种疾病，用于治疗疾病的酶称为药用酶。药用酶具有疗效显著，副作用小的特点。因此其应用越来越广泛（表7-3）。表7-3酶在疾病治疗方面的应用第一节酶在医药方面的应用

第一节酶在医药方面的应用

第一节酶在医药方面的应用1、蛋白酶蛋白酶（proteinase）是一类催化蛋白质水解的的酶类。蛋白酶可用于治疗多种疾病，是在临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。常用于治疗消化不良和消炎等疾病的蛋白酶主要有胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等。（1）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。例如，胰酶就是一种由胰蛋白酶、胰脂肪酶和胰淀粉酶等组成的复合酶制剂。作为消化剂使用时，蛋白酶一般制成片剂，以口服方式给药。第一节酶在医药方面的应用（2）蛋白酶可作为消炎剂，治疗各种炎症有很好的疗效。常用的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等。蛋白酶之所以有消炎作用，是由于它能分解一些蛋白质的多肽，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并抑制肉芽的形成。给药方式可以口服、局部外敷或肌肉注射等。（3）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，除去部分肽段，而生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压下降。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。第一节酶在医药方面的应用2、α-淀粉酶α-淀粉酶（α-amylase）催化淀粉水解生成糊精的一种淀粉水解酶，在食品、轻工和医药领域都有重要的应用研究价值。在疾病治疗方面，α-淀粉酶可以治疗消化不良、食欲不振。当人体消化系统缺少淀粉酶或者在短时内进食过量淀粉类食物时，往往引起消化不良、食欲不振的症状，服用含有淀粉酶的制剂，就可以达到帮助消化的效果。常用的有麦芽淀粉酶、胰淀粉酶、米曲霉淀粉酶（高峰淀粉酶）等，通常淀粉酶与蛋白酶、脂肪酶组成复合制剂使用。通常淀粉酶或者复合酶制剂都是制成片剂，以口服方式给药。第一节酶在医药方面的应用3、脂肪酶脂肪酶（lipase）是催化脂肪水解的水解酶。当消化系统缺少淀粉酶或者在较短时间内进食过量脂肪类食物时，从食物中摄取的脂肪类物质就无法消化或者消化不完全，结果引起消化不良、食欲不振甚至腹胀、腹泻等病症。服用脂肪酶制剂具有治疗消化不良、食欲不振的功效。常用的有胰脂肪酶、酵母脂肪酶等。通常脂肪酶与蛋白酶、淀粉酶组成复合酶制剂，以口服方式给药第一节酶在医药方面的应用4、溶菌酶溶菌酶（lysozyme）也是一种应用广泛的药用酶。具有抗菌、消炎、镇痛等作用。溶菌酶主要从蛋清、植物和微生物中分离得到。溶菌酶作用于细胞的细胞壁，可使病原菌、腐败性细菌等溶解死亡，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不良反应很小，是一种较为理想的药用酶。临床上主要用于治疗各种炎症。溶菌酶与抗生素联合使用，可显著提高抗生素的疗效。常用于难治的感染病症的治疗。溶菌酶可以与带负电荷的病毒蛋白、脱辅基蛋白、DNA、RNA等形成复合物，所以具有抗病毒作用，常用于带状疱症、腮腺炎、水痘、肝炎、流感等病毒性疾病的治疗。第一节酶在医药方面的应用5、超氧化歧化酶超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）是一种催化超氧负离子。进行氧化还原反应，生成氧和双氧水的氧化还原酶。超氧化物歧化酶主要从动物血液，大蒜、青梅等植物中提取分离得到，也可以通过微生物发酵得到。SOD具有抗氧化、抗衰老、抗辐射作用。对红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎及氧中毒等疾病有显著疗效。SOD可以通过注射、口服、外涂等方式给药。不管用何种给药方式，SOD均未发现有任何明显的不良反应，也不会产生抗原性。所以SOD是一种多功效低毒性的药用酶。SOD的主要缺点是它在体内的稳定性差，在血浆中半衰期只有6～10min。通过酶分子修饰可大大增加其稳定性，为SOD的临床使用创造条件。第一节酶在医药方面的应用6、尿激酶尿激酶（urokinaseUK）是一种具有溶解血栓功能的碱性蛋白酶。主要存在于人和其他哺乳类动物尿液中，人尿中平均含量为5～6IU/ml。可以从尿液中分离得到。尿液中天然存在的尿激酶相对分子质量约为54000，称为高分子质量尿激酶（H-UK）；经过尿液中尿蛋白酶（uropepsin）的作用，去除部分氨基酸残基，可以生成相对分子质量为33000低分子质量的尿激酶（L-UK）。H-UK的溶血栓能力比L-UK强。前者对纤溶酶原的Km值为后者的50%。第一节酶在医药方面的应用

尿激酶给药一般采用静脉注射或者局部注射方式。在治疗急性心肌梗死时，也可以采用冠状动脉灌注的方式。由于尿激酶对多种凝血蛋白都能水解，专一性较低，使用时要控制好剂量，以免引起全身纤溶性出血。

7、L-天冬酰胺酶L-天冬酰胺酶是第一种用于治疗癌症的酶。特别是对治疗白血病有显著疗效。L-天冬酰胺酶（L-asparaginase）催化天冬酰胺水解，生成L-天冬氨酸和氨。第一节酶在医药方面的应用8、凝血酶凝血酶（thrombin）是一种催化血纤维蛋白原水解，生成不溶性的血纤维蛋白，从而促进血液凝固的蛋白酶。可以从人或者动物血液中提取分离得到，也可以从蛇毒中分离得到，从蛇毒中获得的凝血酶称为蛇毒凝血酶。凝血酶通常采用牛血、猪血生产。凝血酶可以用于各种出血性疾病的治疗。第一节酶在医药方面的应用9.乳糖酶乳糖酶（lactase）是一种催化乳糖水解生成葡萄糖和β-半乳糖的水解酶。通常人体小肠内有一些乳糖酶，用于乳糖的消化吸收，但是其含量随种族、年龄和生活习惯的不同而有所差别。有些人群，特别是部分婴幼儿，由于遗传上的原因缺乏乳糖酶，不能消化乳中的乳糖，致使饮奶后出现腹胀、腹泻等症状。服用乳糖酶或者在乳中添加乳糖酶可以消除或者减轻乳糖引起的腹胀、腹泻等症状。第一节酶在医药方面的应用

10.核酸类酶

核酸类酶(ribozyme)是一类具有生物催化功能的核糖核酸（RNA）分子。它可以催化本身RNA的剪切或剪接作用，还可以催化其他RNA、DNA、多糖、酯类等分子进行反应。核酸类酶具有抑制人体细胞某些不良基因和某些病毒基因的复制和表达等功能。据报道，一种发夹型核酸类酶，可使艾滋病毒（HIV）在受感染细胞中的复制率降低90%，在牛血清病毒（BLV）感染的蝙蝠肺细胞中也观察到核酸类酶抑制病毒复制的结果。这些结果表明，适宜的核酸类酶或人工改造的核酸类酶可以阻断某些不良基因的表达，从而用于基因治疗或进行艾滋病等病毒性疾病的治疗。第一节酶在医药方面的应用三、酶在药物制造方面的应用酶在药物制造方面的应用是利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。这方面的应用日益增多。现已有不少药物包括一些贵重药物都是由酶法生产的（表7-4）。现举例说明一些酶的应用。1.青霉素酰化酶青霉素酰化酶是在半合成抗生素的生产上有重要作用的一种酶。它可催化青霉素或头孢霉素水解生成6-氨基青霉烷酸（6-AIA）或7-氯基头孢霉烷酸（7-ACA）。又可催化酰基化反应，由6-APA合成新型青霉素或由7-ACA合成新型头孢霉素。其化学反应式如下：第一节酶在医药方面的应用

青霉素6-APA第一节酶在医药方面的应用表7-4酶在药物制造方面的应用第一节酶在医药方面的应用青霉素和头孢霉素同属β–内酰胺抗生素，被认为是最有发展前途的抗生素。该类抗生素可以通过青霉素酰化酶的作用，改变其侧链基团而获得具有新的抗菌特性及有抗β–内酰胺酶能力的新型抗生素。工业上已用固定化酶生产。天然发酵生成的青霉素有两种，一为青霉素G（R：），另一为青霉素V（R：），通过青霉素酰化酶的作用，可以半合成得到：

第一节酶在医药方面的应用氨苄青霉素（R：），羟氨苄青（R：）羧苄青霉素（R：），磺苄青（R：）氨环烷青霉素（R：），邻氯青霉（R：)双氯青霉素（R：),氟氯青（R：）。

第一节酶在医药方面的应用发酵生成的天然头孢霉素是头孢霉素C，其结构如下：

R2：

R2：

通过青霉素酰化酶的作用，头孢霉素经水解生成7-ACA后,再与侧链羧酸衍生物反应，可半合成得到各种新型头孢霉素。

例如：头孢利定（R1：R2：），第一节酶在医药方面的应用头孢金素（R1：R2：），

头孢力新（R1：R2： ），

头孢苷氨酸（R1：R2：），

头孢环己二烯（R1：R2：）等等。第一节酶在医药方面的应用

不同来源的青霉素酰化酶对温度和pH的要求不同。同一来源的青霉素酰化酶在催化合成反应是所要求的条件各不相同，尤其是pH条件相差较大，操作是要控制好。一般说来，催化水解反应时，pH为7.0～8.0，而催化合成反应时，pH降低到5.0～7.0。在催化合成反应时，除了要控制好pH、温度和酶浓度外，还要注意反应液中6-APA（或7-ACA）与侧链羧酸衍生物（R-COOH）的比例。理论上的比例是1﹕1，但在实际生产中，为了提高产量和转化率，反应液中6-APA（或7-ACA）：R-COOH应为1﹕（2～4）为宜。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。第一节酶在医药方面的应用2.β–酪氨酸酶β–酪氨酸酶可催化L-酪氨酸或邻苯二酚生成二羟苯丙氨酸（DOPA，多巴）。其化学反应式如下：

酪氨酸多巴（DOPA）

β–酪氨酸酶也可以催化邻苯二酚与丙酮酸和氨反应，生成多巴：

第一节酶在医药方面的应用邻苯二酚丙酮酸氨多巴（DOPA）多巴是治疗帕金森氏（Parkinson）综合症的一种重要药物。所谓帕金森氏综合症是1817年英国医师Parkinson所描述的一种大脑中枢神经系统发生病变的老年性疾病。其主要症状为手指颤抖，肌肉僵直，行动不便。病因是由于遗传原因或人体代谢失调，不能由酪氨酸生成多巴或多巴胺（一种神经传递介质）所致。第一节酶在医药方面的应用β–酪氨酸酶在pH3.5～6.0，温度为30～55℃的条件下，可催化酪氨酸氧化生成多巴。其中黄曲霉β–酪氨酸酶的最适pH为3.5，而其他来源的β–酪氨酸酶的最适pH为6.0左右。转化温度随所使用的抗氧化剂的不同而有差别。当用维生素C时，以50～55℃为宜；而用硫酸肼时，以30～35℃较好。之所以要添加维生素C或硫酸肼等抗氧化剂，是为了控制氧化进程，使酪氨酸氧化生成多巴后不要再继续氧化。β–酪氨酸酶已经制成固定化酶使用。第一节酶在医药方面的应用

3.核苷磷酸化酶核苷中的核糖被阿拉伯糖取代可以形成阿糖苷。阿糖苷具有抗癌和抗病毒的作用，是令人注目的药物。其中阿糖腺苷疗效显著。阿糖腺苷（腺嘌呤阿拉伯糖苷）可由核苷磷酸化酶催化阿糖尿苷（阿拉伯糖苷）转化而成。而阿糖尿苷由尿苷（尿嘧啶核苷）通过化学方法转化而成。由阿糖尿苷生成阿糖腺苷的反应分两步完成。首先阿糖尿苷在尿苷磷酸化酶的作用下生成阿拉伯糖-1-磷酸：第一节酶在医药方面的应用然后阿糖-1-磷酸再在嘌呤核苷磷酸化酶的作用下生成阿糖腺苷：

阿拉伯糖-1-磷酸腺嘌呤阿糖腺苷第一节酶在医药方面的应用4.无色杆菌蛋白酶无色杆菌（Achromobacterlydicus）蛋白酶可以特异性地催化胰岛素B链羧基末端（第30位）上的氨基酸置换反应，由猪胰岛素（Ala-30）转变为人胰岛素（Thr-30），以增加疗效。人胰岛素和猪胰岛素只有在B链第30位的氨基酸不同。在无色杆菌蛋白酶的作用下，首先将猪胰岛素第30位的丙氨酸（Ala-30）水解除去，生成去丙氨酸-B30的猪胰岛素，再在同一酶的作用下使之与苏氨酸丁酯偶联。然后用三氟乙酸（TEA）和苯甲醚除去丁醇，即得到人胰岛素。第二节酶在食品工业中的应用表7-5酶在食品工业中的应用第二节酶在食品工业中的应用

第二节酶在食品工业中的应用一、酶在淀粉类食品工业中的应用

淀粉类食品是指含有大量淀粉或者以淀粉为主要原料加工制成的食品，是世界上产量最大的一类食品。在淀粉类食品加工中使用的酶主要有α–淀粉酶、β–淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶和脱枝酶等（表7-6）。它们的作用特点各不相同，当对淀粉、糖原和多糖衍生物起作用时，α–淀粉酶是从底物分子内部将α–1，4糖苷键裂开，从而使庞大的葡萄糖分子链迅速断开，变小、变短；β–淀粉酶是从底物的非还原端将麦芽糖单位水解下来；糖化酶是从底物的非还原端将葡萄糖单位水解下来；葡萄糖异构酶则可使木糖、葡萄糖异构化成木酮糖和果糖；脱枝酶是水解支链淀粉的α–1，6糖苷键，使整个侧枝切下而生成直链糊精。第二节酶在食品工业中的应用淀粉糖加工的第一步是用α–淀粉酶将淀粉液化，再通过其它各种糖酶的作用生成各种淀粉糖浆，各种淀粉糖浆由于DE值（葡萄糖当量值）不同，糖的成分不同，其性质也各不相同，风味各异，从而适合于不同的用途。随着人们对食品要求的提高，食品工业广泛使用各种糖浆来改善食品的风味、组织结构和其他性质，例如，水果罐头加入葡萄糖与果糖浆后，可保持果实原有的色香味且甜度适中；在制造糕点与胶姆糖时，加入饴糖可增加稠度，且可减轻淀粉老化，保持糕点的柔韧性；淀粉糖浆用于蜜饯制造可防止蔗糖析晶；果葡糖浆以其渗透压高，防腐性好，在低温下甜度突出等特点，适合于蜜饯、冷饮等制造，又因吸湿性强，故可用于制造面包和其他糕点，保鲜期也得到延长；低DE麦芽糊精用于糖果制造可冲淡甜度，使之更接近于天然风味，用于饮料在增稠和稳定泡沫方面益处很大。第二节酶在食品工业中的应用表7-6酶在淀粉类食品生产中的应用第二节酶在食品工业中的应用

1.酶法生产葡萄糖葡萄糖是淀粉糖工业中产量最大的一个部门，品种多、形式也多，既有各种不同DE值的淀粉糖浆和各种不同规格的结晶葡萄糖，又有许多以淀粉为原料的发酵工业的水解糖液。此外，果葡糖浆、山梨醇等产品的生产，也都是以葡萄糖为基础原料的。所以，葡萄糖的制造是上述工业的基础。利用酶水解生产葡萄糖是酶催化工业的一项重大成就，由日本在20世纪50年代末研究成功，现已在全世界普遍采用。与酸水解法相比，酶法生产葡萄糖具有使用原料不需精制、投料浓度和水解率高，设备不需耐酸耐压、产品收率高、品质好等诸多优点。第二节酶在食品工业中的应用糖化酶主要由黑曲霉所生产，而α–淀粉酶若采用不太耐热的细菌α–淀粉酶，则需向淀粉乳中添加和NaCl以提高耐热性，且在80℃以上不稳定。所以，一般改用最适温度90℃的地衣芽孢杆菌耐热性α–淀粉酶，即使在120℃用喷射瞬间液化也不需添加，从而可使糖品精制大为省力。第二节酶在食品工业中的应用酶法生产葡萄糖的工艺流程如下：第二节酶在食品工业中的应用2.酶法生产果葡糖浆果葡糖浆以其许多优点而获得广泛应用，占淀粉糖产量的很大部分。果葡糖浆又称异构糖浆，是以淀粉为原料，先用酶将其水解为葡萄糖，再通过异构酶的作用，使一部分葡萄糖转化为果糖而成的混合糖浆，由于葡萄糖的甜度只有蔗糖的70%，而果糖的甜度是蔗糖的1.5～1.7倍，故当糖浆中的果糖含量达到42%时，其甜度与蔗糖相同，在食品工业中可广泛代替蔗糖，特别是因果糖在低温下甜度更为突出，因而最适合于冷饮。第二节酶在食品工业中的应用

生产果葡糖浆也是酶工程在工业生产中最成功、规模最大的应用。在实际生产中，为了提高酶的使用效果，异构酶是制成固定化酶柱后进行连续反应的。固定化酶的制法基本上有二种，一种是将含酶细胞在加热后以壳聚糖处理及戊二醛交联的方法而制成固定化细胞，也可将细胞包埋在醋酸纤维或蛋白质中，再交联而固定；另一种是将细胞中异构酶提取后，稍加净化，再用多孔氧化铝或阴离子交换树脂吸附，制成活性很高的固定化酶。通常用1000g固定化细胞可生产2000～3000kg果葡糖浆（以干物质计），高活性的酶生产能力达6000～8000kg。第二节酶在食品工业中的应用生产果葡糖浆的工艺流程如下：第二节酶在食品工业中的应用

饴糖是我国的传统成品，将米饭与富含α–淀粉酶和β–淀粉酶的谷芽一起保温，米淀粉在这二种酶的作用下被水解而成为麦芽糖、糊精与低聚糖等。近年来，国内已改用碎米粉等为原料先用细菌淀粉酶液化，再加入少量麦芽浆进行糖化，这种新工艺使麦芽用量由10%减少为1%，且生产也可实现机械化与管道化，大大提高了效率，节约了粮食。麦芽糖的生产则是将淀粉原料用α–淀粉酶轻度液化（DE2以下），加热使α–淀粉酶失活；再加β–淀粉酶与脱枝酶，在pH5.0～6.0，40～60℃反应24～28h，使淀粉几乎完全水解，进而浓缩析出结晶麦芽糖。

第二节酶在食品工业中的应用

高麦芽糖浆是含麦芽糖为主的淀粉糖浆，仅含少量葡萄糖，由于麦芽糖不易吸湿，因而国外糖果工业常用它代替酸水解淀粉糖浆。其制法是以含固形物35%，DE10左右的淀粉进行液化，加入霉菌β–淀粉酶（Fungamyl800L）0.8%左右，于pH5.5，55℃水解48h再加以脱色精制浓缩而成。4.糊精、麦芽糊精的生产糊精是淀粉低程度水解的产物，广泛应用于食品增稠剂、填充剂和吸收剂。其中，DE值在10～20之间的糊精称为麦芽糊精。淀粉在α–淀粉酶的作用下生成糊精。控制酶反应的DE值，可以得到含有一定量麦芽糖的麦芽糊精。第二节酶在食品工业中的应用5.环状糊精的生产环状糊精是由6～12个葡萄糖单位以α–1，4糖苷键连接而成的具有环状结构的一类化合物。能选择性地吸附各种小分子物质，起到稳定、乳化、缓释、提高溶解度和分散度等作用，在食品工业中有广泛用途。其中，应用最多的是α–环状糊精（含6个葡萄糖单位），又称为环己直链淀粉；β–环状糊精（含7个葡萄糖单位），又称为环庚直链淀粉；γ–环状糊精（含8个葡萄糖单位），又称为环辛直链淀粉。其中α–环状糊精的溶解度大，制备较为困难；γ–环状糊精的生成量较少；所以目前大量生产的是β–环状糊精。第二节酶在食品工业中的应用

β–环状糊精通常以淀粉为原料，采用环状糊精葡萄糖苷转移酶为催化剂进行生产。环状糊精葡萄糖苷转移酶（cyclodextringlycosyltransferase,CGT），又称为环状糊精生成酶。由于反应液中还含有未转化的淀粉和界限糊精，需要加入α–淀粉酶进行液化，然后经过脱色、过滤、浓缩、结晶、离心分离、真空干燥等工序获得β–环状糊精产品。第二节酶在食品工业中的应用二、酶在乳品工业中的应用在乳品工业生产过程中所用的酶主要有凝乳酶（制造干酪）、乳糖酶（分解乳糖）、脂肪酶（黄油增香）等。凝乳酶在乳品工业中的应用最为常见。全世界每年生产干酪所用牛奶达一亿多吨，占牛奶总产量的1/4。干酪生产的第一步是将牛奶用乳酸菌发酵制成酸奶，在加凝乳酶水解κ-酪蛋白，在酸性环境下，Ca2+使酪蛋白凝固，再切块加热压榨熟化而成。以前所用凝乳酶均取自小牛，现在绝大部分的动物酶已由微生物酶所代替。凝乳酶已成为仅次于淀粉酶的大宗产品，凝乳酶的本质是酸性蛋白酶，只是凝乳作用强而蛋白分解作用弱，在一定程度上使酪蛋白分解形成苦味，现在用基因工程的方法将牛凝乳酶原生成基因植入大肠杆菌，已经表达成功用发酵法已可生产凝乳酶。第二节酶在食品工业中的应用乳糖酶可分解乳糖生成半乳糖和葡萄糖，乳糖是缺乏甜味而溶解度低的双塘，牛奶中含有4.5%的乳糖，有些人由于体内缺乏乳糖酶，因而在饮牛奶后常发生腹泻、腹胀等；另外，由于乳糖难溶于水，常在炼乳、冰淇淋中呈沙样结晶而析出，影响风味，如将牛奶用乳糖酶处理，即可解决上述问题。国外已用固定化黑曲霉乳糖酶处理牛奶生产脱乳糖牛奶。另外，可利用乳糖酶处理乳清从中回收有用的糖类。脂肪酶在乳制品的增香过程中发挥着重要的作用。乳制品的特有香味主要是加工时所产生的挥发性物质（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺类），乳品加工时添加适量脂肪酶可增强干酪和黄油的香味，将增香黄油用于奶糖、糕点等可节约用量。第二节酶在食品工业中的应用三、酶在酿酒工业中的应用酿酒工业使用酶较为常见的是在啤酒的生产中。啤酒是以麦芽为主要原料，经糖化和发酵而成的含酒精饮料，麦芽中含有降解原料生成可发酵性物质所必需的各种酶类，主要为淀粉酶、蛋白酶、β–葡聚糖酶、纤维素酶等。当麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，由于酶的活力不足，使糖化不能充分，蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味与收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、β–淀粉酶、β–葡聚糖酶等酶制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。特别是在用大麦作辅料或麦芽发芽不良时，其中因含β–葡聚糖（一种黏性分枝多糖），而使麦芽汁的过滤发生困难，特别是由于β–葡聚糖不溶于酒精，啤酒生成沉淀而不易滤清，用β–葡聚糖酶处理可使其分解而改善过滤操作，从而可以稳定啤酒的质量。另外，使用木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或霉菌酸性蛋白酶，可以用于啤酒澄清并防止浑浊，从而延长啤酒的保存期。第二节酶在食品工业中的应用酶在果酒酿造中也广泛使用。果酒是以各种果汁为原料，通过微生物发酵而成的含酒精饮料。主要是指葡萄酒，此外还有桃酒、梨酒、荔枝酒等。在葡萄酒等果酒的生产过程中，已经广泛使用果胶酶和蛋白酶等酶制剂。果胶酶用于葡萄酒生产，除了在葡萄汁的压榨过程中应用，以利于压榨和澄清，提高葡萄汁和葡萄酒的产量以外，还可以提高产品质量。例如，使用果胶酶处理以后，葡萄中单宁的抽出率降低，使酿制的白葡萄酒风味更佳；在红葡萄酒的酿制过程中，葡萄浆经过果胶酶处理后可以提高色素的抽出率，还有助于葡萄酒的老熟，增加酒香。在各种果酒的生产过程中，还可以通过添加蛋白酶，使酒中存在的蛋白质水解，以防止出现蛋白质浑浊，使酒体清澈透明。第二节酶在食品工业中的应用四、酶在果蔬类食品加工中的应用果蔬类食品是指以各种水果或蔬菜为主要原料加工而成的食品。在果蔬加工过程中，可以加入各种酶，以提高果蔬类食品加工生产产量和质量。1.柑橘制品去除苦味柑橘果实制品，如柑橘罐头、橘子汁、橘子酱等，柑橘果实中由于含有柚苷，而具有苦味。柚苷又称为柚配质-7-芸香糖苷。可以在柚苷酶的作用下，水解生成鼠李糖和无苦味的普鲁宁（柚配质-7-葡萄糖苷）。普鲁宁还可以在β–葡萄糖苷酶的作用下，进一步水解生成葡萄糖和柚配质。第二节酶在食品工业中的应用

柚苷酶又称为β–鼠李糖苷酶，它催化β–鼠李糖苷分子中非还原端的β–鼠李糖苷键水解，释放出鼠李糖。柚苷酶可由黑曲霉、米曲霉、青霉等微生物生产，鼠李糖和各种鼠李糖苷对该酶的生物合成有诱导作用。在柑橘制品的生产过程中，加入一定量的柚苷酶，在30～40℃左右处理1～2h，即可脱去苦味。2.柑橘罐头防止白色混浊柑橘中含有橙皮苷，会使汁液中出现白色混浊而影响质量。橙皮苷又称为橙皮素-7-芸香糖苷，其溶解度小，所以容易生成白色混浊。橙皮苷在橙皮苷酶作用下，水解生成溶解度较大的鼠李糖和橙皮素-7-葡萄糖苷，能有效地防止柑橘类罐头制品出现白色混浊。橙皮苷酶也是一种鼠李糖苷酶，它催化橙皮苷分子中鼠李糖苷键水解，生成鼠李糖和橙皮素-7-葡萄糖苷。第二节酶在食品工业中的应用

3.果蔬制品的脱色许多果蔬含有花青素，在不同的pH条件下呈现不同的颜色，在光照或高温下变为褐色，与金属离子反应则成灰紫色，对果蔬制品的外观质量有一定的影响。如果采用一定浓度的花青素酶处理水果、蔬菜，可使花青素水解，以防止变色，从而保证产品质量。花青素酶是催化花青素水解生成在β–葡萄糖和它的配基的一种β–葡萄糖苷酶。在实际应用过程中，只需要将果蔬制品加入一定浓度的花青素酶，于40℃条件下保温20～30min，即可达到脱色效果。第二节酶在食品工业中的应用4.酶在果汁生产中的应用水果中含有大量果胶，在果汁和果酒生产过程中会造成压榨困难、出汁率低、果汁浑浊等不良影响。为了达到利于压榨，提高出汁率，使果汁澄清的目的，在果汁的生产过程中，广泛使用果胶酶。果胶酶是催化果胶质分解的一类酶的总称。主要包括果胶酯酶（PE）、聚半乳糖醛酸酶（PG）、聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG）、聚半乳糖醛酸裂合酶（PGL）和聚甲基半乳糖醛酸裂合酶（PMGL）等。其中PE和PG最为常见。果胶酯酶（PE）是一种催化果胶甲酯分子水解，生成果胶酸和甲醇的一种果胶水解酶。第二节酶在食品工业中的应用聚半乳糖醛酸酶（PG）是催化聚半乳糖醛酸水解的一种果胶酶。根据其作用方式的不同，可以分为内切聚半乳糖醛酸酶和外切聚半乳糖醛酸酶。内切聚半乳糖醛酸酶随机水解果胶酸和其他聚半乳糖醛酸分子内部的糖苷键，生成分子质量较小的寡聚半乳糖醛酸。外切聚半乳糖醛酸酶从聚半乳糖醛酸链的非还原端开始，逐个水解α–1，4-糖苷键，生成D-半乳糖醛酸和每次少一个半乳糖醛酸单位的聚半乳糖醛酸。在果汁生产过程中，通过果胶酶处理，有利于压榨，提高出汁率，在沉降、过滤、离心分离过程中，有利于沉淀分离，达到果汁澄清效果。经过果胶酶处理的果汁稳定性好，可以防止在存放过程中产生浑浊。已经广泛应用于苹果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生产。第二节酶在食品工业中的应用五、酶在肉类食品和鱼类食品加工中的应用酶在肉类食品和鱼类食品加工中的重要作用是改善组织、嫩化肉类，以及转化废弃蛋白成为供人类使用或作为饲料的蛋白浓缩物。用酶对牛肉等肉类产品进行嫩化处理，过去使用木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶，最近已有米曲霉等微生物蛋白酶用于肉类产品的嫩化。蛋白酶软化肉类的主要作用是分解肌肉结缔组织的胶原蛋白，从而促进肉类嫩化。近年来，将酶水解过程应用于含蛋白质的食品原料是食品工业的重要课题。利用废弃蛋白如杂鱼、动物血、碎肉等用酶水解，抽提其中蛋白质以供食用或做饲料，是增加人类蛋白资源的有效措施，其中以杂鱼和鱼厂废弃物的利用最为引人注目。蛋白酶还可用于生产牛肉汁、鸡汁等以提高产品收率。此外将酸性蛋白酶在中性pH时处理解冻鱼类，可以脱除鱼腥味。第二节酶在食品工业中的应用六、酶在焙烤食品中的应用

在制造面包等糕点时，面团中的酵母依靠面粉本身的淀粉酶和蛋白酶的作用所生成的麦芽糖和氨基酸来进行繁殖和发酵。当使用酶活力不足或陈旧面粉来制造面包时，由于发酵力差，烤制的面包体积小，色泽差，虽向面包中补加葡萄糖或蔗糖，效果也不理想。如果使用酶活力高的面粉来发酵制造面包，则气孔细而分布均匀，体积大、弹性好、色泽佳，因此欧美各国都把淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。为了保证面团的质量，常需添加酶进行强化，一般添加α–淀粉酶来调节麦芽糖生成量，使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡。蛋白酶可促进面筋软化，增强伸延性，减少揉面时间和动力，从而改善发酵效果。而用β–淀粉酶强化面粉可防止糕点老化。在面包糕点等制造中，还广泛使用脂肪氧化酶，使面包中不饱和脂肪同胡萝卜素等发生共轭氧化作用而将面包漂白。此外这种酶由于氧化面粉中不饱和脂肪酸，生成芳香的羧基化合物而增加面包风味，改善面团结构。乳糖酶也用于添加脱脂奶粉的面包制造，乳糖酶分解乳糖生成发酵性糖，促进酵母发酵，改善面包色泽。第二节酶在食品工业中的应用七、酶在食品添加剂生产中的应用

食品添加剂是指为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐和加工工艺需要而加入食品中的化学合成或天然物质。按照添加剂的功能不同，食品添加剂可以分为酸味剂、增味剂、甜味剂、乳化剂、增稠剂、强化剂等。随着酶工程的发展，作为高效、安全的生物催化剂，酶在食品添加剂的生产中已经较为广泛地得到应用。1.酶在酸味剂生产中的应用以赋予食品酸味为主要目的的食品添加剂称为酸味剂。在食品中添加一定量的酸味剂，可以给人一种爽快的刺激，起到增加食欲的效果，有利于钙的吸收，有一定的防止微生物污染的作用。第二节酶在食品工业中的应用（1）采用乳酸脱氢酶，催化丙酮酸还原为乳酸：乳酸又称为α‐羟基丙酸，是一种无色或浅黄色浆状液体，无臭，略有脂肪酸味，可以与水、乙醇、乙醚、丙酮等混溶。乳酸分子中含有一个不对称碳原子，故具有旋光性。天然存在于肌肉中的乳酸是右旋体，而在酸奶中存在的乳酸为外消旋体。乳酸具有两种不同的构型，D‐型乳酸和L‐型乳酸，两者互为对映体。D‐型乳酸和L‐型乳酸的等量混合物为外消旋乳酸。D‐型乳酸由D‐乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原而成，L‐型乳酸由L‐乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原而成。第二节酶在食品工业中的应用（2）采用2‐卤代酸脱卤酶，催化2‐氯丙酸水解生成乳酸：以L‐2‐氯丙酸为底物，通过L‐2‐卤代酸脱卤酶（L-2-haloacddehalogenase，EC3.8.1.2）的催化作用，将L‐2‐氯丙酸水解生成D‐型乳酸。（3）采用延胡索酸酶催化反丁烯二酸水合，生成苹果酸：苹果酸（malate）又称为羟基丁二酸，在苹果中含量最高并且最早从苹果中分离得到，故名苹果酸。苹果酸由于构型不同，可以分为L‐苹果酸和D‐苹果酸。现在国内外生产的都是L‐苹果酸。第二节酶在食品工业中的应用

苹果酸的酸味柔和、持久，可以掩盖蔗糖以外的一些甜味剂的味道，有效提高食品中的水果风味，已在食品生成中广泛应用。随着酶工程的发展，特别是固定化技术的应用，现在酶法生产已经成为生产L‐苹果酸的主要方法。L‐苹果酸的酶法生产可以用延胡索酸（反丁烯二酸）为底物，通过延胡索酸酶的催化作用，水合生成L‐苹果酸。第二节酶在食品工业中的应用酶在食品增味剂生产中的应用食品增味剂或称食品风味增强剂（flavourenhancers），是指补充或增强食品原有风味的一类物质。通常又称为鲜味剂。鲜味是由鲜味物质刺激人们的味觉器官而产生的一种鲜美感觉。能够刺激味觉器官产生鲜美感觉的物质称为鲜味剂。已知的鲜味物质有40多种。如味精、肌苷酸钠等。鲜味剂除了本身具有鲜味以外，还可以补充或者增强食品原有的风味，所以又称为风味增强剂，简称增味剂。酶在食品增味剂生产中主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生产。第二节酶在食品工业中的应用

（1）L‐氨基酸的酶法生产：L‐氨基酸是组成蛋白质的主要成分。有些氨基酸，如L‐谷氨酸、L‐天冬氨酸等具有鲜味，称为氨基酸类增味剂。氨基酸类增味剂是当今世界上产量最大、应用最广的一类食品增味剂。目前我国许可使用的氨基酸类增味剂只有L‐谷氨酸钠一种。国际上一些国家许可使用的氨基酸类增味剂还有L‐谷氨酸、L‐谷氨酸铵、L‐谷氨酸钾、L‐谷氨酸钙、L‐天冬氨酸钠等。通过酶的催化作用生产L‐氨基酸类增味剂主要有：蛋白酶催化蛋白质水解生成L‐氨基酸混合液，再从中分离得到鲜味氨基酸；谷氨酸脱酶催化α‐酮戊二酸加氨还原，生成L‐谷氨酸；转氨酶催化酮酸与氨基酸进行转氨反应，生成所需的L‐氨基酸；谷氨酸合酶催化α‐酮戊二酸与谷氨酰胺反应，生成L‐谷氨酸；天冬氨酸酶催化延胡索酸（反丁烯二酸）氨基化，生成L‐天冬氨酸等。第二节酶在食品工业中的应用（2）呈味核苷酸的酶法生产：呈味核苷酸都是5ˊ‐嘌呤核苷酸，主要有鸟苷酸和肌苷酸等。通过酶的催化作用生产的核苷酸类增味剂主要有5ˊ‐磷酸二酯酶催化RNA水解，生成呈味核苷酸（4种5ˊ‐单核苷酸，即腺苷酸、鸟苷酸、尿苷酸和胞苷酸的混合物）；腺苷酸脱氨酶催化AMP脱氨，生成肌苷酸等。GMP和IMP是高效食品增味剂，一般以鸟苷酸二钠和肌苷酸二钠的形式使用。由于呈味核苷酸与谷氨酸钠的呈味效果有叠加效应，即两者混合使用时，鲜味大大增强。所以核苷酸类食品增味剂在使用时通常与谷氨酸钠混合使用，即在味精中加入5%～10%的呈味核苷酸，可大大增加鲜味。第二节酶在食品工业中的应用酶在甜味剂生产中的应用食品甜味剂能够改进食品的可口性和其他食用性质，满足一部分人群的爱好，在食品中广泛应用。通过酶的催化作用可以生成各种甜味剂。（1）嗜热菌蛋白酶催化天冬氨酸和苯丙氨酸反应生成天苯肽：天苯肽（as-partein）是由L‐天冬氨酸和L‐苯丙氨酸甲脂缩合而成的二肽甲脂。是一种常用的甜味剂。其性质接近蔗糖，甜味纯正，甜度约为蔗糖的150～200倍，可以与蔗糖等一起使用。其甜度高而热量低，在甜度相同的情况下，天苯肽的热量仅为蔗糖的1/200，所以在食品、饮料等方面广泛应用。天苯肽在pH2～5的酸性范围内非常稳定，特别适合在微酸性或偏酸性的食品中使用。第二节酶在食品工业中的应用天苯肽可以通过嗜热菌蛋白酶在有机介质中催化合成。嗜热菌蛋白酶酶嗜热菌蛋白酶（thermolysinthermophilic-proteinase）是从一种嗜热细菌中分离得到的一种蛋白酶。它可以在有机介质中催化L‐天冬氨酸（L-Asp）与L‐苯丙氨酸甲脂（L-Phe-OMe）反应缩合生成天苯肽（L-Asp-L-Phe-OMe）。其反应式为：

L-Asp+L-Phe-OMe嗜热菌蛋白

L-Asp-L-Phe-OMe

L-天冬氨酸L-苯丙氨酸甲脂天苯肽

第二节酶在食品工业中的应用

在反应过程中，苯丙氨酸的羟基必需酯化，而天冬氨酸的氨基也必须采用苯酯化加以保护。以免其他副产物，如Asp–Asp、PHe-PHe、PHe-Asp等二肽或多肽的生成。在生产中通常采用化学合成法得到的消旋化DL-苯丙氨酸甲脂为底物，反应后剩下未反应的D-苯丙氨酸甲脂可以分离出来，经过外消旋化后重新使用。（2）葡萄糖基转移酶生产帕拉金糖：帕拉金糖是一种低热值甜味剂，是蔗糖的一种异构体，甜味与蔗糖近似，但甜度较低。帕拉金糖（α–D–吡喃葡萄糖苷–1，6–呋喃果糖）可以通过葡萄糖基转移酶的催化作用，由蔗糖转化而成。其反应式为：第二节酶在食品工业中的应用（2）葡萄糖基转移酶生产帕拉金糖：帕拉金糖是一种低热值甜味剂，是蔗糖的一种异构体，甜味与蔗糖近似，但甜度较低。帕拉金糖（α–D–吡喃葡萄糖苷–1，6–呋喃果糖）可以通过葡萄糖基转移酶的催化作用，由蔗糖转化而成。其反应式为：α-D-吡喃葡萄糖苷-1,2-呋喃果糖α-D-吡喃葡萄糖苷-1,6-呋喃果糖

蔗糖帕拉金糖葡萄糖基转移酶第二节酶在食品工业中的应用

（3）果聚糖蔗糖酶生产低聚果糖：低聚果糖是指在蔗糖的果糖基上结合1～3个果糖分子而成的非还原性糖。低聚果糖存在于洋葱、香蕉等果蔬之中，但含量很低。其甜度约为蔗糖甜度的60%。低聚果糖的生产可以采用蔗糖为原料，通过果聚糖蔗糖酶（levansucrase，EC2.4.1.10）的催化作用生成。果聚糖蔗糖酶可以通过黑曲霉发酵得到。在低聚果糖的生产过程中，可以在55%～60%蔗糖溶液中，加入含有果聚糖蔗糖酶的黑曲霉菌体，在60℃条件下，反应24h，而得到低聚果糖。也可以采用固定化含酶菌体进行连续化生产。（4）β–葡萄糖醛酸苷酶生产单葡萄糖醛酸基甘草皂甙：β–葡萄糖醛酸苷酶（β-glucuronidase，EC3.2.1.31）是一种催化葡萄糖醛酸苷水解，释放出β–葡萄糖醛酸的水解酶。第二节酶在食品工业中的应用甘草皂甙（glycyrrhizin）是一种三萜皂甙，由甘草皂甙元与两分子β–D–葡萄糖醛酸组成，β–D–葡萄糖醛酸之间通过β–1，4–葡萄糖醛酸苷键相连。甘草皂甙是甘草的主要有效成分，具有免疫调节和抗病毒等功能；甘草皂甙及其钠盐是一种低热值的甜味剂，其甜度约为蔗糖甜度的170～200倍；甘草皂甙还可以用作乳制品、蛋制品、可可制品以及羊肉除膻增香等香味增强剂。甘草皂甙的生物活性与其分子中的β–葡萄糖醛酸基有密切关系。通过β–葡萄糖醛酸苷酶的的作用，去除甘草皂甙末端的一个β–D–葡萄糖醛酸残基，得到单葡萄糖醛酸基的甘草皂甙，其甜度约为蔗糖甜度的1000倍，比甘草皂甙的甜度提高5～6倍。是一种高甜度、低热值的新型甜味剂。第二节酶在食品工业中的应用

4.酶在乳化剂生产中的应用食品乳化剂是使食品中互不相溶的液体形成稳定的乳浊液的一类食品添加剂。目前国内外最普遍使用的乳化剂是甘油单脂及其衍生物和大豆磷脂等。利用脂肪酶的作用，将甘油三脂水解生成的甘油单脂，简称为单甘脂，是一种广泛应用的食品乳化剂。目前工业产品主要是经过分子蒸馏含量达90%以上的单甘脂，以及单甘脂含量为40%～50%的单双脂混合物。第二节酶在食品工业中的应用

酶除了在食品工业中的应用之外，在其他轻工业方面的应用也十分广泛，另外酶在化学工业方面也有广泛的用途。概括起来酶在轻工和化工中主要有4个方面的用途：①酶在饲料工业中的应用；②酶在洗涤剂工业中的应用；③酶在有机酸工业中的应用；④酶在纺织、皮革、造纸工业中的应用。第三节酶在轻工、化工方面的应用一、酶在饲料工业中的应用

动物饲料主要组分是淀粉、蛋白质、脂肪以及其它复杂的碳水化合物，包括β-葡聚糖、木聚糖、戊聚糖、纤维素及半纤维素等组成。前三种组分可在动物胃肠内体内酶的作用下进行代谢分解，转化为能直接吸收的营养物质。对于另一些组分纤维素和半纤维素等物质，基本上无法代谢和吸收。利用饲料酶的功能，加快催化，可促使非淀粉质多糖迅速降解，从而提高饲料的转化效率。第三节酶在轻工、化工方面的应用

饲料用酶的作用

酶制剂在饲料养殖业中的应用是基于如下因素考虑的：（1）补充同源酶的不足，促进动物的消化吸收，提高饲料的利用率；动物饲料是以淀粉、蛋白质等大分子化合物作为营养源的，由于动物生理上的差异，不同动物消化道中的酶系不同，数量也很有限，再加上饲料在消化道中停留的时间一般都很短，如鸡、鱼、虾仅3～4h，在这样短的时间内，酶的催化作用远远没有发挥出来，饲料未被充分消化吸收而随粪便排出体外，造成部分浪费。据研究，不少动物对饲料的消化吸收率仅为50%左右。在饲料中添加酶制剂就可以与动物内源酶发挥协同作用，将难消化吸收的蛋白质、淀粉等大分子化合物降解为氨基酸、肽、胨、单糖、寡糖等小分子物质，增加饲料中的有效成分，提高动物的消化吸收利用率。第三节酶在轻工、化工方面的应用（2）摧毁植物细胞壁，使营养物质更好地被利用；由于植物细胞壁中含有的大量纤维素组成微纤维，埋在木质素、半纤维素和果胶中间，形成结构稳定且复杂的细胞壁结构。加工粉碎只能打碎部分细胞壁，有很多植物细胞仍完整无损，营养物质包在其中难以被动物消化吸收。如果利用纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶等来破坏其细胞壁，使其中的营养物质释放出来，就可增加动物对植物原料的利用率。第三节酶在轻工、化工方面的应用

（3）消除抗营养因素，释放矿物元素和其他微量元素来提高饲料利用率，促进动物健康生长；纤维素是一种纤维二糖的高聚体，是单胃动物不能利用的，这种大分子物质较难溶解并对单胃动物的消化有阻碍作用。半纤维素和果胶部分溶于水后，会产生粘性溶液，增加消化物的粘度，因而使营养物质和内源酶难以扩散，同时还缩短了饲料在肠道内的停留时间，降低了营养物质的同化作用，从而影响了动物的消化吸收。利用酶制剂可以将纤维素、半纤维素、果胶以及糖、蛋白质等降解为单糖或寡糖，减少了此类物质对动物消化、吸收和利用的障碍作用。与此同时，结合着的矿物元素和一些微量元素在酶的作用下被水接出来，为动物所吸收，提高了动物的健康水平。第三节酶在轻工、化工方面的应用

（4）酶制剂的选择和优化组合生物体是一个多酶系统，因此选用的饲用酶制剂也应有多种酶组成，以发挥整体效应。大量实验证明，复合酶的效果均优于单一酶。也应当注意到，酶与酶之间既存在着互补的促进效应（或叫叠加效应），又存在着某些拮抗作用，因此选择不同酶制剂的结合是一个非常重要的问题。在这里既要考虑到酶作用的发挥，又要考虑到复合酶的稳定性，还要考虑在动物体内真正发挥外源酶的作用。应根据不同动物与不同生长期的生理特性和日粮的组成等因素综合考虑，选择与组合添加酶制剂的种类及其适宜的添加量。应通过实验来确定，避免盲目性。第三节酶在轻工、化工方面的应用饲料用酶的种类目前世界上研制和生产的饲料用酶品种很多，但大致可分为消化酶和非消化酶两大类。消化酶包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等。这类酶动物自身能合成并分泌到消化道中消化营养物质，但因某种原因需要强化这类内源酶的作用，就需要添加帮助动物消化的外源酶。在喂养猪仔、鸡仔的饲料用酶配方中，常以α-淀粉酶、蛋白酶为主，可以补充一些糖化酶、果胶酶和纤维素酶。非消化酶是指动物自身不能合成和缺乏的酶。这类酶能消化动物自身不能消化的物质或降解抗营养因子和有害物质。主要包括纤维素酶、半纤维素酶、植酸酶、果胶酶和消炎酶等。第三节酶在轻工、化工方面的应用

饲料用酶的要求对饲料用酶要求具有安全性和稳定性。（1）安全性用于饲料工业的酶制剂应首先考虑安全性。来源于微生物的酶制剂，应采用安全菌株。美国食品及药物管理局（F.D.A）规定：枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)，米曲霉(Asp.oryzae)，黑曲霉(Asp.niger)，啤酒酵母(Sacch.cerevisiae)和脆壁酵母(Sacch.fragilis)为不需要经过毒素鉴定的安全菌株。这一规定可以借鉴。采用其他菌株，要有认可部门提供菌株产毒试验报告，证明为安全菌，方可用于饲用酶制剂的生产。来源于动物和植物的酶制剂，动物组织应根据《肉品卫生检验试行规程》进行检验，必须符合《肉与肉制品卫生管理办法》中肉类检疫要求。植物组织应不霉烂、不变质。第三节酶在轻工、化工方面的应用在生产饲用酶制剂的过程中，为确保产品的安全、卫生，一切不能用于饲料的物质，禁止加入饲用酶制剂中，如非食用的填充料、杀菌剂、防腐剂等。（2）稳定性酶制剂作用的发挥受多种因素的影响，酶是蛋白质，很容易在热、酸、碱、重金属和其他氧化剂作用下发生变性而失去活力，所以加入饲料中的酶制剂必须能耐受饲料加工过程中的各种影响，还应耐受动物胃中酸及小肠中蛋白分解酶的作用。据国外报道，采用载体吸附和特殊的包埋工艺相结合的方法，大大提高了酶的稳定性。酶被吸附到载体上后，减轻了制粒期间由高温蒸汽所导致的热降解，使酶的稳定性得到了改善。第三节酶在轻工、化工方面的应用

干酶是最抗热的，能耐90℃高温达30min之久而不失活，但在同样的温度下，供给蒸汽热，就会迅速失活。一般在制粒前65℃的调制温度中，吸附到载体上的酶是十分稳定的。随着调制温度升高到75℃时，酶开始失活，活力约为开始水平的30%。为了进一步改善饲料中酶的稳定性，可以采用在制粒后添加酶的方法。这种方法是将液态酶产品喷洒在冷却后的颗粒饲料上，从而避免了高温对酶活力的不利影响。悬浮液酶是在选定的植物油中的酶悬浮物，这种酶产品完全无水，即使在高温中也比较稳定。化学试验表明，喷洒液态或悬浮液酶的颗粒饲料，可以100%回收添加的酶。这种方法可能是最经济也是效果较好的方法。实际生产表明，喷洒液态酶的方法比喷洒悬浮液酶更易操作，这是由于液态酶不要求溶解并预先稀释。第三节酶在轻工、化工方面的应用饲料用酶的使用方法饲料用酶制剂在动物体内要发挥作用，远不如工业生产上使用的酶制剂，可以根据酶的最佳作用温度、pH、浓度来进行控制，以达到最佳的使用效果，而必须受动物体内种种条件的限制和影响。特别是有些未经变性的以生料混配的粉料，加上动物吃食时都是强食、争食、狼吞虎咽，饲料在畜禽体内停留的时间又短，因此消化吸收率低，饲料中的许多有效成分来不及消化吸收就排出体外，因此在使用方法上，应灵活运用。目前一般采用的办法有两种：第三节酶在轻工、化工方面的应用

（1）体外酶解法体外酶解法是将酶制剂加入饲料后，人为地控制一定的温度、湿度、pH和作用时间，使物料在酶的作用下得到一定程度的降解。这种方法虽然是麻烦一点，但能较好地发挥酶的作用，从而获得理想的效果。此法适用于饲料在体内停留时间较短，体内有不符合酶解条件的动物。

（2）体内消化法体内消化法是将酶制剂直接添加到饲料中，经充分拌和后饲喂畜禽。拌和时应采用逐步扩大的拌和方法，以保证酶在饲料中的均匀分布。此法简单，但效果要略差一些。为了防止酶在使用和贮存过程中的失活，应保存于低温通风处，时间也不宜过长，使用是最好现配现用，或一周、半月混配一次为好。第三节酶在轻工、化工方面的应用二、酶在洗涤剂工业中的应用1.洗涤剂酶的类型和特性随着生物技术的不断发展和对洗涤剂性能越来越高的要求，除碱性蛋白酶品种得到扩展外，新型的纤维素酶、脂肪酶和淀粉酶也陆续上市。同时，新型酶和改性酶的开发工作已十分活跃，氧化酶、过氧化酶以及与过氧化酶配合使用来阻止洗涤时彩色串染的新的纤维素酶也都在开发之中。有的还进行了性能测试。总之，洗涤剂酶不仅已成为洗涤剂不可缺少的重要部分，而且更新更多的酶也将会陆续地加入到洗涤剂中。第三节酶在轻工、化工方面的应用

（1）碱性蛋白酶

碱性蛋白酶是一种生物催化剂，可以在碱性条件保持活力，并催化水解蛋白质。因为人类衣物上的污迹主要是由皮脂、汗、食物残渣和汤汁等构成。用于洗涤这些污物的洗涤剂，又是由表面活性剂、纯碱、水玻璃（硅酸盐）、三聚磷酸盐等配制而成。所以，在洗涤时的水溶液中，就显示出较高的碱性，一般为pH9～11之间。在这种条件下，碱性蛋白酶就可将污迹中的蛋白质催化水解，使结构复杂的蛋白质分解成结构简单、相对分子质量较小的水溶性肽，或者进一步分解为氨基酸。在这个过程中，碱性蛋白酶是不参与反应的，整个洗涤过程中反复起分解蛋白质的作用，只是活力会越来越低。第三节酶在轻工、化工方面的应用

洗涤剂用的碱性蛋白酶也是从多种微生物中筛选菌种而培养出来的。1960年推出的Alcalase碱性蛋白酶，是从地衣芽孢杆菌发酵培养制得的，但这种菌只有在pH8～10的范围内才有较好的活力和稳定性。为制得在高碱性条件下更为有效的蛋白酶，经过大量筛选后，终于在1973年和1982年又用枯草芽孢杆菌分别制得了命名为Esperase和Purafect的两种酶，其中Purafect的耐碱性大大好于Alcalase，在pH9～11甚至12时，都有好的相对活力，并且在较低的温度下就可达到活力的峰值。可见，要想获得更好的适合于洗涤剂用的酶，就必须在自然界存在的繁多菌种中进行细致繁杂的筛选和培育工作，这项工作目前仍在继续进行。碱性蛋白酶是世界最早用于洗涤剂，而且是品种和数量最多的一种酶制剂，目前国内外生产的厂家及其品牌也很多。为了在配制加酶洗涤剂时，选用适宜的碱性蛋白酶，现将美国杰能科国际公司、丹麦诺维信公司等厂家生产的主要碱性蛋白酶产品的各种使用条件和情况列于表7-7中，以供选用参考。第三节酶在轻工、化工方面的应用（2）纤维素酶纤维织物，特别是棉纤维织物，经过穿用和多次洗涤之后，往往会出现很多微纤维的绒毛。这些绒毛同玷污在衣物上的有机、无机污渍一起缠绕成许多小球，结果使衣物表面变得灰暗，板结。为了解决这一问题，早在1970年国外专利中就提出了用纤维素酶来消除这些微纤维的想法，但这个想法久久未能变成现实。直到1985年，采用腐殖根酶（Humicolainsolens）发酵的方法，制得了世界上第一个洗涤剂用的纤维素酶，其商品命名为Cellulase。1987年又推出了一种细菌纤维素酶（BacterialCellulase），并成功地用于Attack洗衣粉。从此，纤维素酶正式加入了洗涤剂酶的行列。第三节酶在轻工、化工方面的应用7-7国内外几种碱性蛋白酶的适用范围第三节酶在轻工、化工方面的应用

纤维素酶与其他洗涤剂酶的作用机理不同，它不是直接催化污渍中的某种物质分解，使其变成洗涤水可溶解的物质而达到洗净的目的，而是由纤维素酶对织物上的微纤维作用，达到整理、翻新织物的目的。在正常情况下，纤维是以晶体方式排列，所以它的表面光滑，柔软，外观光亮。但经穿着、摩擦和反复洗涤之后，一些微纤维就会脱离其结晶区域，在纤维表面或纤维之间形成很多微纤维。这些微纤维相互缠绕形成绒球。为了在洗涤过程中去掉绒球但不损害衣物，必须选用符合下述条件的酶，才可在洗涤剂中应用。第三节酶在轻工、化工方面的应用①纤维素酶只对脱离了晶体的微纤维起作用，不会深入纤维内部破坏纤维本身。②在pH7～11范围内活力不受影响，以保证洗涤条件下的稳定活力。③有一定的耐温性，在60℃左右仍具稳定性。纤维素酶在洗涤剂中的最佳用量，要根据洗涤剂的组成和洗涤条件决定，一般在pH7～9.5，洗涤温度20～70℃范围内，均会得到很好的效果。第三节酶在轻工、化工方面的应用（3）脂肪酶人们衣物上的污渍中，脂肪类的物质，如食用的动、植物油脂，人体产生的皮脂、化妆品的脂类等，都是非常难以洗除干净的。即使洗涤时用了大量的肥皂和洗涤剂，也无法将其很好地洗净。为了解决这一难题，在碱性蛋白酶用于洗涤剂之后，自然就想借助碱性脂肪酶来解决这一问题。所以20世纪80年代初寻找和开发碱性脂肪酶的工作就已开始，但由于成本太高，无法实现工业生产。直到1987年，国外应用腐殖霉菌的基因转移到米曲霉菌上培育的脱氧核糖核酸技术，才解决了脂肪酶工业生产的问题。到20世纪90年代已经开始大量使用。而现在洗涤剂行业使用脂肪酶的比例并不大，一个原因是蛋白酶的迅速发展，另一个原因是脂肪酶的价格较高而影响其使用面。相信随着科学和工艺的进步，脂肪酶的使用面会越来越大。第三节酶在轻工、化工方面的应用（4）淀粉酶淀粉酶是继碱性蛋白酶在洗涤剂中的使用之后出现的另一种洗涤剂酶。这种酶不仅在家用洗衣粉和液体洗衣剂中得到成功的应用，而且在用于工业洗衣剂和机用餐具洗涤剂中也取得了明显的效果。洗涤剂用市售碱性淀粉酶，一般是由从解淀粉芽孢杆菌生产的α–淀粉酶和从地衣芽孢杆菌制得的具有高热稳定性的α–淀粉酶配制而成。淀粉基本上是由两种分子结构构成的物质,一种是以α–1，4-键连方式，将葡萄糖缩聚在一起的直链淀粉；另一种则是通过α–1，6-键合，将葡萄糖形成支链淀粉。当α–淀粉酶催化淀粉水解时，很快将淀粉内的1，4键打开，使其变为相对分子质量较小的水溶性物质，这样在洗涤剂的作用下，就可与污渍中的其他污垢一起从衣物上被洗去。第三节酶在轻工、化工方面的应用

淀粉酶不论是粉状洗涤剂酶，还是液体洗涤剂酶，均可在一般的洗涤条件下很好地发挥作用。淀粉酶不仅具有耐高温和高碱度的特性，而且与其他酶，特别是蛋白酶，以及洗涤剂的各种组分都有很好的相溶性，所以在稳定性上也是比较突出的。不过，这种酶也有其一定的限制，在液体洗涤