第九章 酶的应用.ppt

1、第10章 酶的应用,第一节、酶在食品、轻工方面的应用,一、酶在食品工业方面的应用,食品加工过程中如何保持食物的色、香、味和结构是很重要的问题，因此加工过程中要避免使用剧烈的化学反应。酶由于反应温和，专一性强，本身无色无味，反应容易控制，因而最适宜用在食品加工。,酶在食品工业中最大的用途是淀粉加工，其次是乳品加工，果汁加工、烘烤食品以及啤酒发酵等。,1酶法生产葡萄糖：,2乳品工业：常用的酶有 （1）凝乳酶制造干酪 （2）H2O2酶牛奶消毒 （3）溶菌酶添加在婴儿奶粉 （4）乳糖酶分解乳糖 （5）脂肪酶黄油增香,3酶用于蛋品加工：葡萄糖氧化酶去除禽蛋中的微量G，是酶在蛋白加工中的一项重要用途，G的

2、醛基具有活泼的化学反应性，容易同Pr.、AA等的氨基发生褐变反应（Maillard reaction），使蛋白在干燥及储藏过程中发生褐变、损害外观和风味，将G除去。,4去肉、鱼制品加工:主要用蛋白酶，改善组织，嫩化肉类，（分解肌肉结缔组织的酸质蛋白）。,生产食用可溶性鱼蛋白的关键产品的脱腥或苦味的防止。苦味是酶水解pr.时产生的一种肽苦味肽所引起，因此可使用羧肽酶或不生成苦味肽的蛋白酶，或用几种蛋白酶共同水解，使苦味肽进一步分解，可去除苦味。,5用于果蔬加工和保鲜：果胶酶用于果汁和果酒的澄清方向效果极佳：（果胶酶是一群复杂的酶，原果胶酶，果胶酯酶，聚半乳糖醛酸酶（PG）葡萄糖氧化酶可除去果汁、

3、饮料、罐头食品中的O2防止贮存过程中发生褐变。此外它还可保鲜果蔬。,固定化酶在食品上的应用：,(1)例：用固定化木瓜酶处理啤酒防止混浊；固定化果胶酶用于澄清果汁;,固定化柚苷酶用于桔汁脱苦；固定化乳糖酶用于牛奶去乳糖等等。,但由于多数水溶性酶的价格很低，故除了固定化葡萄糖异构酶已大规模采用外，其他固定化酶在食品工业上应用处于小规模生产阶段。,(2)果葡糖浆的生产，又称异构糖浆,以淀粉为原料，先用酶将其水解为G，再通过葡萄糖异构酶的作用使一部分葡萄糖转化为果糖而成混合糖浆，由于G甜度只有蔗糖的70%而果糖甜度是蔗糖的1.51.7倍。故当糖浆中果糖含量达42%时，其甜度与蔗糖相同，在食品工业可广泛

4、代替蔗糖，特别因果糖在低温下甜度更为突出，,故最适合于冷饮（如果以5%蔗糖甜度为100%，则5时果糖甜度为143%，40时与蔗糖相同，60时为蔗糖的80%），若用柱层析法将果糖从果葡萄桨中分离，制成90%果糖浆，再将其以12的比例同42%果葡糖浆相混合，便可得到甜度比蔗糖甜10%的55%果糖糖浆，,由于甜度提高，可使用量减少，又因摄取果糖后血糖不易升高故可适用于糖尿病人，吃果糖还有滋润肌肤作用，可起美容保健作用，故在国外很受人们欢迎，目前国外市场上42%果糖浆（甜度与庶糖相同）和55%果糖浆各占一半。,为了提高酶的使用效率制造果葡萄糖浆时，G异构酶一般是固定化后进行连续反应的。,固定化酶法方法

5、基本上有二种，一种是将含酶细胞用加热后的壳聚糖处理及戊二醛交联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，可作成活性很高的固定化酶，通常1000g固定化cell可生产20003000Kg果葡萄糖浆（干物汁），高活性的酶生产能力达60008000Kg。,二、酶在轻工业方面的应用：,主要在3个方面的用途 1、用酶进行原料处理； 2、用酶生产各种产品； 3、用酶增强产品的使用效果。,1酶在原料处理方面的应用：,因为用酶处理后，可以缩短原料处理时间，提高处理效果，提高产品质量，改善劳动条件，减轻劳动

6、强度等。,如-淀粉酶，水解发酵原料淀粉及纺织原料淀粉。,用木质素酶水解造纸原料木质素；用胰蛋白酶、木爪蛋白酶等催化生丝胶胶用于缫丝行业等等。,2酶在轻工产品制造方面的应用：,如酶法将DL-AA拆分为L-AA，目前有些已采用固定化酶连续生产L-AA，目前采用的酶固定化L-氨基酸酰化酶光学拆分DL酰基氨基酸生产L-氨基酸（主要来自曲霉、青霉、假单胞杆菌酵母以及动物肾脏等）,化学合成法到AA都是消旋体，其中只有L-型体具有生理活性，如N-酰基DLAA经L-AA酰化酶进行不对称水解，L-酰基AA被水解成LAA。此外，固定化L-天门冬氨酸酶连续生产L-天门冬氨酸。,3加酶增强产品的使用效果：,（1）加酶

7、洗将剂，如加碱性蛋白酶加入洗涤剂中，大大缩短洗涤时间，提高洗涤效果。,除碱性蛋白酶外，还可根据需要往洗涤剂中添加淀粉酶、脂肪酶、果酸酶和纤维素酶等，其中右旋糖酐酶对于预防齿龋有显著功效。,（2）加酶牙膏、牙粉、加酶饲料，加酶护肤用品。（大宝SOD蜜），其中，加酶饲料用的较多，促进禽畜的生长、产卵。,第三节 酶在医药方面的应用,可归纳为了方面： 一、酶在疾病诊断方面应用 二、酶在疾病治疗方面应用 三、酶在药物制造方面的应用,为什么酶能在医药方面有所应用呢？我们知道根据生物活动的正常进行都依赖于机体内部生化反应的平衡，这种复杂而有秩序的生化反应需要酶来催化，调节以控制体内代谢的正常进行。因此，一旦

8、疾病发生，探求其原因都与酶有直接或间接的关系，,由微生物、病毒等外来原因可起的疾病可利用抗生素、磺胺类药物去抑制微生物代谢必需的酶，导致微生物的死亡，从而使机体的功能恢复正常，而机体内部发生的疾病，往往由于酶的功能失调，这时必须把酶直接作为药物，补充酶的不足或调整酶的作用达到治疗的目的。特别对癌细胞内异常的生化环境，可用酶来破坏。,一、酶在疾病诊断方面应用：,P263列举一些常用医药酶及其用途,由于酶的催化特点，使酶法检测具有快速，简便，正确灵敏等优点。它包括两方面：一是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根据体液内酶活力的变化诊断疾病

9、：,一般健康人体内所含有的某些酶的量是恒定在一定范围内，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。,（1）转氨酶：测量血清中谷丙转氨酶（GDT）和谷草转氨酶（GOT）的活力测定，已在肝脏疾病和心肌梗塞等疾病的诊断中得到广泛应用，对于急性传染性肝类患者GPT、GOT活力升高，正常GPT40,（2）另外一些酶，如：血清中碱性磷酸酶的活力下降可能引起软骨发育不全等疾病等。,还有的酶,通过对其活力测定、有助于对某些癌症作出诊断。,2、用酶作为检测试剂，测定体液中某些物质的量诊断疾病。,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，作为糖尿病临床诊断的依据，

10、这两种酶可固定化后制成纸或酶电极、十分方便用于临床检测。,酶试纸是将酶固定于纸片上，制成能够测定某些物质的含量的试纸。将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶和邻联甲苯胺等还原性色素原固定在纸片上，制成检糖试纸，将其浸入待测溶液中，如果存在G，试纸则呈蓝色，根据试纸上蓝色的深浅，可判断G含量的多少。,酶电极是由固定化酶和电化学传感器组成的一个小型的电化学换能器，具体来讲，讲起来内容太多故有时间自己看看。,酶电极组成： （1）酶膜（受体） （2）金属电极（信号变换器）,酶电极是一种感应器sensor或称传感器，由二部分组成。第一部分是一层具有专一性的固定化酶膜，相当于感应器的受体，有识别底物（即待测物质）的能

11、力。,第二部分是一个金属电极，能把酶反应的产物或反应物的变量转换成电信号，相当于一个信号变换器，若把测定葡萄糖的酶电极浸入葡萄糖溶液中，酶先对G进行反应，金属电极能对反应产物过氧化氢分解产生电流，反应式如下：,葡萄糖+O2葡萄糖氧化酶 葡萄糖酸+H2O2,以Ag为负极，以铂为正极。反应产物H2O2扩散到铂阳电极即被分解放出电子：,H2O2 O2+2H+ +2e,所产生电流经放大后成为电信号，显示葡萄糖含量，这种对过氧化氢敏感的电极称为过氧化氢电极。,其他还有氧电极、氨电极、H+电极、CO2电极等。 （参见熊振平的酶工程：P367）,酶电极的功能，主要依靠酶膜和传感器，酶膜是由醋酸纤维，聚碳酸酯

12、等各种膜材料制成的薄膜，具有一定大小的孔径，将酶固定上去，得酶膜，在铺膜时控制成膜条件，可以控制膜孔径的大小。用自然蒸发法铺膜，可以得到膜的两面不同孔径的不对称膜。,酶传感器的工作原理：,利用尿酸酶测定血液中尿酸的含量，从而诊断痛风病。 痛风是由于患者血液中尿酸代谢异常尿酸积累过多造成的。目前，将尿酸酶制成微小胶囊型固定化酶，可以分解血液中过多的尿酸，用于治疗痛风。,酶标免疫测定在疾病诊断方向应用越来越广泛。所谓酶标免疫测定是利用免疫反应的专一性与酶反应的灵敏性相结合的一种测试方法，为70年代国外开发的既简便又灵敏可靠的一类临床诊断试剂。（P267看基本原理）,先把酶与某种抗体或抗原结合，制成

13、酶标记的抗体或抗原。E+抗体（或抗原）酶标抗原（抗体）,基本原理：酶标抗原与游离抗原（即得到物质）竞争性地对有限抗体进行反应。游离抗原的浓度愈高则酶标抗原与抗体结合愈少。由于酶标抗原与抗体结合后酶活力往往要受到抑制或完全丧失，所以在含有足量的酶标抗原和抗体溶液中，酶活力丧失多少，可以反映酶标抗体结合的多少，两者呈正比关系。当游离抗原同时存在时也可以反映游离抗原与抗体结合的多少，两者呈反比关系。,二、酶在疾病治疗方面的应用（作为药物治疗疾病）,用于治疗目的的酶，本身是一种蛋白质， 它进入人体后会产生抗体，由于抗原抗体 的反应，能引起患者的过敏性休克。此外 ，作为药物使用的酶，酶的活力一般比较 低

14、，用于长时期的治疗存在一定困难，酶 本身不太稳定，很易失活，加之进入人体 后，在各种蛋白酶的作用下，更容易被水 解，而失去治疗作用。如果将酶制成固定 化酶，则稳定性增加，可以不被蛋白酶水 解，又不与患者体液直接接触，因此可以 避免产生抗体，这就为利用酶来治疗疾病 ，开辟了良好前景。,目前，已经成熟的及正在研究的药用酶及辅酶依照治疗功能分为六大类： （1）消化酶类（蛋白酶（水解）、淀粉酶等） （2）抗炎及清疮用酶（溶菌酶、超氧化物歧化酶SOD、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等） （3）溶纤酶类：（尿激酶、链激酶，溶栓酶） （4）心血管疾病用酶（激肽释放酶、弹性酶、细胞色素C、辅酶Q10、辅酶A等） （5

15、）遗传性缺酶症治疗用酶：-半乳糖苷酶、苯丙氨酸氨基裂解酶（固定化酶）苯丙酮尿症） （6）肿瘤治疗用酶（L-天门冬酰胺酶，谷氨酰胺酶等）,1治疗酶缺乏症的酶：,国外利用微小胶囊型的固定化酶来治疗先天性酶缺乏症的报道越来越多。如，苯丙酮尿症患者由于缺乏苯丙氨酸羟化酶，不能使苯丙氨酸转变为酪氨酸，结果使苯丙酸转变为苯丙酮酸、苯乳酸等随尿排出，患有苯丙酮尿症的病人，智力发育迟缓，所以又称精神幼稚病，如果将苯丙氨酸羟化酶及其辅酶（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）制成微小胶囊型固定化酶，可以直接注射到病孩体内，能有效地治疗苯丙酮尿症，又不会产生抗体，没有副作用。,2治疗癌症的酶：L-天门冬酰胺酶是第一种用于治疗癌症

16、的酶，特别对治疗白血病有显著疗效。,治疗机理： L-天门冬酰胺 L-天门冬氨酸+NH3,注入该酶后，人体正常cell由于有L-天门冬氨酸合成酶，自己能够合成L-天门冬酰胺，因此，细胞蛋白质合成不受影响，而癌cell本身缺乏或没有L-天门冬酰胺合成酶，自己不能合成L-天门冬酰胺，外源的L-天门冬酰胺（如含物中）又被L-天门冬酰胺酶分解掉，因此细胞蛋白质的合成受到影响，引起癌cell的死亡。,第三节 酶在分析检测方面的应用,利用酶催化作用的高度专一性对物质进行检测，已成为物质分析检测的重要手段。用酶进行物质分析检测的方法统称为酶法检测或酶法分析。进行酶法检测必须具备两个基本条件：一是要有专一性高的

17、酶，二是对酶作用后的物质变化要有可靠的检出方法。,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，现不少药物包括一些贵重药都是由酶法生产的。,分类：根据酶反应的不同把酶法检测分成单酶反应、多酶偶联反应、和酶标免疫反应等3类。,第四节 酶在生物工程中的应用,生物工程主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等4个方面内容，这些内容都是以生物体及其代谢产物为主要研究对象。在上面几节所阐述的酶在发酵原料处理和分析测检等方面的应用与发酵工程密不可分。这里不再重复，,现简单介绍酶在细胞工程和基因工程起着关键性作用的几个方面，主要包括，酶在除去细胞壁方面的应用、酶

18、在大分子切割方面的应用以及酶在大分子连接方面的应用。,一、酶在除去细胞壁方面的应用,1胞内物质的提取：微生物和植物细胞的许多物质：如胞内酶、胰岛素及干扰素等基因工程菌的产物，天然抗氧化剂等植物细胞次级代谢物等等都存在于细胞内，为了将这些胞内物质提取出来都需要cell壁破坏或除去。,2原生质体的制备：都需要将细胞壁除去,3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，如：（1）除去细菌细胞壁一般用溶菌酶，或溶菌酶+EDTA，主要作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸与N-乙酰氨基葡萄糖之间的-1，4键。 （2）除去酵母细胞壁主要采用-1，3-葡萄糖酶。 （3）除去霉菌细胞壁：由于霉菌的细胞壁结构比较复杂，常常据具体霉菌，具体选择多种酶混合作用。,毛霉、根霉的胞壁主要由几丁质（甲壳质）和壳多糖等多种物质组成，破壁时主要采用放线菌或细菌产生的壳多糖酶、几丁质酶及蛋白酶等多种酶的混合物。 （4）除去植物cell壁，主要用纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶组成的混合酶。,二、酶在大分子切割方面的应用,用于生物大分子定点水解的酶很多，可用于生物工程的各有关方面。如-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、各种蛋白水解酶等，及核糖核酸酶，还有在基因工程上常用限制性核酸内切酶、DNA外切核酸酶、碱性磷酸酶等，这里不作介绍。（在基因工程、分子生物学详细介绍）,三、酶在分子拼接方面的应用