第三章酶工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用(已修改)
2025-01-16 08:28 本頁面
【正文】 第三章 酶工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用 第一節(jié) 酶工程的概況 一、酶工程發(fā)展歷史 二、酶的基本概念、分類與命名 三、酶的活力測(cè)定 四、微生物發(fā)酵產(chǎn)酶 五、酶的提取與分離純化 六、酶與細(xì)胞固定化 七、酶分子修飾 八、酶反應(yīng)器及反應(yīng)操作控制 一、酶工程發(fā)展歷史 酶的生產(chǎn)和應(yīng)用的技術(shù)過程稱為酶工程，其主要任務(wù)是通過預(yù)先設(shè)計(jì)，經(jīng)人工操作而獲得大量所需的酶，并 創(chuàng)造 各種 條件 使酶發(fā)揮 最 有效 的催化功能。隨著對(duì) 酶的深入研究、 酶提取分離技術(shù)的不斷出現(xiàn)，酶已廣泛應(yīng)用在各 個(gè) 領(lǐng)域 中 ， 利用酶制劑改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本 。 人們對(duì) 酶的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展、逐步深入的過程。 1808 年，胰蛋白酶 被用來 軟化 皮革 ； 1 917 年，法國人用淀粉酶作紡織工業(yè)上的退漿劑； 1949 年，日本人采用深層培養(yǎng)法生產(chǎn)淀粉酶 。 1953 年，德國的格魯布霍費(fèi) (Gru bh of er) 和施來斯 (S ch leith ) 首先將聚氨基苯乙烯樹脂重氮化，然后將淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等與上述載體結(jié)合，制成固定化酶。 酶的固定化可解決酶制劑的穩(wěn)定性和重復(fù)使用的問題， 是酶工程 發(fā)展的 里程碑。 1969 年，日本人首次在工業(yè)上應(yīng)用固定化氨基?；?拆分 法生產(chǎn) L — 氨基酸 ； 1973 年，日本成功地利用固定化大腸桿菌 菌體（死細(xì)胞） 中的天門冬氨酸酶， 以 反丁烯二酸 為底物 連續(xù)生產(chǎn) L — 天門冬氨酸 。迄今為止，酶工程應(yīng)用范圍已遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)、環(huán)保、能源開發(fā)和生命科學(xué)等各個(gè)方面。特別是近 20 年來，由于蛋白質(zhì)工程、基因工程和計(jì)算機(jī)信息等新興高科技的發(fā)展，使酶工程技術(shù)得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用，各種新成果、新技術(shù)、新發(fā)明不斷涌現(xiàn)。 二、酶的基本概念、分類與命名 （一）酶基本概念 （二）酶的分類 （三）酶的命名 （一）酶基本概念 酶是生物催化劑 ，它 與非生物催化劑相比 有以下的特性：（ 1 ） 催化效率高 ， 酶催化反應(yīng)速度是相應(yīng)的無催化反應(yīng)的 108 1020倍， 比 非酶催化反應(yīng)速度 高 幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 （ 2 ） 專一性高 ， 酶對(duì)反應(yīng)的底物都有極高的專一性，幾乎沒有副反應(yīng)發(fā)生。 （ 3 ） 反應(yīng)條件溫和 ， 在 常溫、常壓 以及 中性 的 pH 環(huán)境 下 。 （ 4 ） 活性可調(diào)節(jié) ， 酶 的 活性 通過 別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶的共價(jià)修飾、酶的合成與降解等 來調(diào)節(jié)酶的活性 。 （ 5 ） 酶的催化活性離不開輔酶、輔基 以及 金屬離子 的作用 。 （二）酶的分類 ( 1) 氧化還原酶 在體內(nèi)參與產(chǎn)能、解毒和某些生理活性物質(zhì)的合成 ，包括各種脫氫酶、氧化酶、過氧化物酶、氧合酶、細(xì)胞色素氧化酶等。 ( 2) 轉(zhuǎn)移酶 在體內(nèi)將某基團(tuán)從一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移到另一化合物，參與核酸、蛋白質(zhì)、糖及脂肪的代謝 與 合成 的酶 。 (3) 水解酶 在體內(nèi)外起降解作用的酶類 ， 水解酶一般不需輔酶。 (4) 裂合酶 脫去底物上某一基團(tuán)而 形成 雙鍵，或 可 在雙鍵處加 成 某一基團(tuán) 的酶。 (5) 異構(gòu)酶 催化 分子異構(gòu)化 的酶類。 (6) 連接酶或合成酶 這類酶關(guān)系 很多生命物質(zhì)的合成，其特點(diǎn)是需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作為結(jié)合能源，有的還需金屬離子輔助因子。分別形成 C — O 鍵( 與蛋白質(zhì)合成有關(guān) ) 、 C S 鍵 ( 與脂肪酸合成有關(guān) ) 、 C C 鍵和磷酸酯鍵。 （三）酶的命名 1 ．習(xí)慣用名 許多酶是由底物名稱加上后綴 “ — ase39?！?命名。如脲酶 (urease) 是催化尿素 (urea) 水解的酶；果糖 1 ， 6 二磷酸酶 (fructose 1,6 diphosphata se) 是水解果糖 1,6 二磷酸的酶。 2 ．系統(tǒng)命名法 要寫出酶作用的所有底物、酶作用 的基團(tuán)及催化反應(yīng)的類型等詳細(xì)情況 。 如 在胰蛋白酶 ( EC ) 中 ， 第一個(gè)數(shù)字 “3” 表示它是水解酶 ； 第二個(gè)數(shù)字 “4” 表示它是蛋白酶水解肽鍵 ； 第三個(gè)數(shù)字 “21” 表示它是 絲氨酸 蛋白酶，在活性部位上有一至關(guān)重要的絲氨酸殘基；第四個(gè)數(shù)字 “4” 表示它是這一類型中被指認(rèn)的第四個(gè)酶。 三、酶的活力測(cè)定 （一） 酶活力與酶促反應(yīng)速度 酶活力 是指 在一定條件下，酶催化某一反應(yīng)的反應(yīng)速度；酶促反應(yīng)速度 是指 單位時(shí)間、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量。 （二） 酶的活力單位（ U ） 在國際上， 酶的活力單位 定義為 在最適反應(yīng)條件下，每分鐘催化 1181。 mol 底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，稱一個(gè)國際單位（ IU ）。 另一個(gè) 酶的活力 定義為 在最適反應(yīng)條件下，每秒鐘催化 1mol 底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，稱 Kat 單位 ： 1 Kat=6 107IU 定義中的 最適條件 是指 最適溫度、最適 pH 、最適緩沖液離子強(qiáng)度 以及 最適底物濃度。 三、酶的活力測(cè)定 （三） 酶的比活力 酶的比活力 是指 酶蛋白所具有的酶活力 ， 單位為 U/mg 蛋白質(zhì) ， 酶的比活力是分析酶的含量與純度的重要指標(biāo)。 （四） 酶活力的測(cè)定方法 酶活力的測(cè)定方法主要有 分光光度法、熒光法、同位素法 和 電化學(xué)法。 四、微生物發(fā)酵產(chǎn)酶 （一）產(chǎn)酶細(xì)胞的要求 （二）酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 （三）提高酶產(chǎn)量的措施 （一）產(chǎn)酶細(xì)胞的要求 （ 1 ） 酶的產(chǎn)量高 高產(chǎn)細(xì)胞可以通過 誘變 篩選 野生菌株 或采用基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù) 構(gòu)建工程菌 而獲得。 對(duì)于野生菌株，可以通過 含酶菌種 的 收集 、富集培養(yǎng) 、 分離 純化 、 條件優(yōu)化等操作獲得。 （ 2 ） 容易培養(yǎng)和管理 產(chǎn)酶細(xì)胞容易生長(zhǎng)繁殖，適應(yīng)性較強(qiáng)，易于控制，便于管理。 （ 3 ） 產(chǎn)酶穩(wěn)定性好 在通常的生產(chǎn)條件下，能夠穩(wěn)定地用于生產(chǎn)，不易退化 ；一旦 發(fā)生 退化， 可 以 經(jīng)過復(fù)壯處理 恢復(fù)產(chǎn)酶 能力 。 （ 4 ） 利于酶的分離純化 發(fā)酵完成后 ， 要求產(chǎn)酶細(xì)胞本身及其他雜質(zhì)易于和酶分離。 （ 5 ） 安全可靠 細(xì)胞及其代謝物安全無毒，不會(huì)影響生產(chǎn)人員和環(huán)境，不會(huì)對(duì)
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