【文章內(nèi)容簡介】 凝膠包埋及微囊化包埋兩類；結(jié)合型又分為吸附與共價兩種。 固定化酶 包埋型 結(jié)合型 凝膠包埋 微囊化包埋 吸附結(jié)合型 共價結(jié)合型 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 固定化酶的優(yōu)點（可溶性的酶變?yōu)椴蝗苡谒拿福? 穩(wěn)定性高于天然酶 反應(yīng)后酶與底物易于分開，并可長期反復(fù)利用 反應(yīng)液中無殘留酶，產(chǎn)物易于純化，產(chǎn)品質(zhì)量高 可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)連續(xù)化和管道化和自動控制生產(chǎn) 酶的利用率高，降低了生產(chǎn)成本 轉(zhuǎn)化過程基本上無三廢排出（被稱為 “無公害酶” ） 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 固定化細胞及其特性 固定化細胞： 被限制或定位于特定空間位置的細胞（與固定化酶一起統(tǒng)稱固定化生物催化劑）。此技術(shù)已擴展至動植物細胞甚至線粒體和葉綠體等細胞器的固定化。其應(yīng)用比固定化酶更為普遍。 固定化細胞的特點 ：無需進行酶的分離純化，減少投資； ? 細胞保持原初生命狀態(tài)，固定化過程酶回收率高； ? 細胞內(nèi)酶較固定化酶穩(wěn)定性更高； ? 細胞內(nèi)輔助因子可以自動再生； ? 細胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)； ? 抗污染能力強。 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 細胞固定化方法： 載體結(jié)合法：吸附法和共價結(jié)合法 包埋法（凝膠或微囊） 交聯(lián)法（ cross linking） 選擇性熱變性（在適當溫度下使細胞膜蛋白變性但不使酶變性而使酶固定在細胞內(nèi)） 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 酶法應(yīng)用于纖維素的水解 纖維素大量廣泛存在，加強綜合利用和提高利用效率對凈化環(huán)境和開辟新能源等意義重大。纖維素酶是降解纖維素成葡萄糖的一組酶的總稱（不是一種單一純酶）即包括多種水解酶，是一種復(fù)合酶。 一般分為三類： 葡萄糖內(nèi)切酶（ endo1,4βDglucanase,EG），產(chǎn)物為非還原末端的小分子纖維素 葡萄糖外切酶（ exo1,4βDglucanase） ,又叫纖維二糖水解酶（ cellobiose hydrolase， CBH），產(chǎn)物纖維二糖分子。 β葡萄糖苷酶（ βglucosidase， BG）底物為纖維二糖和纖維寡糖，產(chǎn)物為葡萄糖。 產(chǎn)酶菌種：細菌、放線菌、真菌和酵母 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 測定纖維素酶活力的方法：濾紙崩潰法，棉花糖化力， CMC糖化力（以還原糖表示）， CMC液化力（以粘度表示）和濾紙?zhí)腔Φ?。其中? CMC糖化力主要代表外切 β1,4葡萄糖酶的活力和內(nèi)切酶活力的總和； CMC液化力主要代表內(nèi)切 β1,4葡萄糖酶活力；濾紙?zhí)腔Υ怼袄w維素糖化”酶活力或總纖維素的酶活力。 *CMC（ carboxyl methyl cellulose） :羧甲基纖維素 *HEC ( hydroxy ethyl cellulose) :羥乙基纖維素 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 影響纖維素酶作用的因素：底物、酶組成、 pH、溫度和抑制劑和活化劑。 纖維素酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 P47～ 48 ：促進果汁提取與澄清。果皮渣酶解轉(zhuǎn)化為可溶性糖和降解為短鏈低聚糖即膳食纖維。 ：利于香料在提取液擴散與分配，增加得率和產(chǎn)量。 ：提高可消化性改進口感和脫水蔬菜的燒煮性和復(fù)原性。 ：增加大豆或豆餅水溶性蛋白質(zhì)的得率，縮短時間，提高質(zhì)量。 ：提高得率保持原來的色、香、味，縮短提取時間，提高水溶性較差的茶單寧和咖啡因的提取率。 ：糖化酶處理產(chǎn)生可供微生物發(fā)酵利用的碳源，來生產(chǎn)酒精和單細胞蛋白。對利用豐富的纖維素資源意義重大。 ：提高得率，簡化工藝，避免瓊脂的分解。 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 纖維素酶在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的兩種方式：一種先糖化再經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)；另一種是在加入纖維素酶的同時接種用于微生物發(fā)酵。后一種解除了第一種方式中降解產(chǎn)物（如葡萄糖）對纖維素酶的抑制作用，提高了產(chǎn)量。主要應(yīng)用于醬油釀造、制酒工業(yè)和纖維素廢渣轉(zhuǎn)化利用。 酶法應(yīng)用于淀粉糖類的生產(chǎn) P48～ 62 酶法生產(chǎn)新型低聚糖 酶法應(yīng)用于干酪產(chǎn)品生產(chǎn) 酶法應(yīng)用于環(huán)壯糊精的生產(chǎn) 其它酶在食品加工中的應(yīng)用 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 第二節(jié)：酶法應(yīng)用于淀粉糖類的生產(chǎn) α淀粉酶：底物淀粉，作用位置底物內(nèi)部隨機 α1,4糖苷鍵，產(chǎn)物為分子量不等的糊精和少量低聚糖和麥芽糖和葡萄糖。不水解支鏈淀粉的 α1,6糖苷鍵和靠近分枝點 α1,6糖苷鍵外的 α1,4糖苷鍵。工業(yè)上稱為液化型淀粉酶。隨淀粉分子分子量變小，水解速度變慢，底物分子量越小，水解速度越慢。鈣離子對保持酶的最大活性與穩(wěn)定性和適當?shù)臉?gòu)像很重要。 來源：動物、植物和微生物，工業(yè) α淀粉酶主要來自細菌和曲霉。細菌芽孢桿菌，特別是耐熱性的α淀粉酶。 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 β淀粉酶：底物為淀粉，位點為非還原端，產(chǎn)物兩個葡萄糖單位并把原來的 α構(gòu)型轉(zhuǎn)化為 β構(gòu)型。特點只水解 α1,4糖苷鍵，不水解 α1,6糖苷鍵，因此水解支鏈淀粉不完全，產(chǎn)生較大的極限糊精和生成 50～ 60％的麥芽糖。 廣泛存在于植物和微生物中，生成 β淀粉酶的微生物主要有芽孢桿菌、假單胞桿菌、放線菌等。工業(yè)上主要以植物為主生產(chǎn)麥芽糖。 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 葡萄糖淀粉酶：作用于淀粉的非還原端依次水解一個葡萄糖分子并把構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)?β構(gòu)型。可以水解 α1,4糖苷鍵、 α1,6糖苷鍵 和α1,3糖苷鍵 脫枝酶：作用于支鏈淀粉、糖原的分枝點的 α1,6糖苷鍵。與 β淀粉酶一起來制造麥芽糖可使麥芽糖的得率從 50％～ 60％提高到90％；與糖化酶一起可將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的得率提高到 90％以上。 食 品 生 物 技 術(shù) 第三章 酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 果糖糖漿 的生產(chǎn)分為淀粉液化、糖化和葡萄糖異構(gòu)化幾個工序。 超高麥芽糖的生產(chǎn)也包括液化、糖化階段，其中糖化可以利用糖化型淀粉酶糖化，也可以利用 β淀粉酶和脫枝酶協(xié)同糖化。 麥芽糖的精制的方法有吸附分離法（活性炭柱精制法和陰離子交換樹脂法）、有機溶劑沉淀法、膜分離法（超濾、反滲透）、結(jié)晶法等方法。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 發(fā)酵工程 ： 利用微生物生長速度快、生長條件簡單以及代謝過程特殊的特點，在合適的條件下，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段和微生物（或動植物細胞）的某種特定功能生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品。過去也稱微生物工程（由于以培養(yǎng)微生物為主）。 發(fā)酵工程是生物技術(shù)的重要組成部分，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)，它將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理有機地結(jié)合起來，是一門利用微生物的生長和代謝來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。 發(fā)酵技術(shù)有著悠久的歷史。發(fā)酵（ fermentation），來自拉丁語發(fā)泡（ fervere），是指酵母作用于果汁或發(fā)芽谷物產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象。巴斯德研究酒精發(fā)酵的生理意義，認為發(fā)酵是酵母在無氧狀態(tài)下的呼吸過程。生物化學(xué)上的定義為“微生物在無氧狀態(tài)的呼吸過程”。目前，把利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來準備微生物體或其代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 從開始的釀酒、制醬、制奶酪， 到 40年代抗生素工業(yè)的興起，再到在傳統(tǒng)發(fā)酵的基礎(chǔ)上結(jié)合了現(xiàn)代DNA重組、細胞融合、分子修飾改造等新技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。 優(yōu)點：投資省，見效快、污染小、外源目的基因在微生物菌體中高效表達等。 發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量與初期相比，至少增加了幾十倍。發(fā)酵生產(chǎn)的抗生素品種高達 200多個，發(fā)達國家發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)值占國民生產(chǎn)總值的 5％。在 醫(yī)藥行業(yè)占20％。涉及到許多領(lǐng)域。 發(fā)酵過程主要內(nèi)容包括生產(chǎn)菌株的選育，發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制，反應(yīng)器的設(shè)計及產(chǎn)品的分離、提取與精制等。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 目前已知具有生產(chǎn)價值的發(fā)酵類型有以下五種： 1. 微生物菌體的發(fā)酵，比較傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)，有用于面包制作的酵母發(fā)酵及用于人類或動物食品的微生物菌體蛋白（即單細胞蛋白， SCP）發(fā)酵兩種類型。新的菌體發(fā)酵可用來生產(chǎn)一些真菌，如香菇類、依賴蟲蛹而生存的冬蟲夏草菌、與天麻共生的密環(huán)菌以及從多孔菌科的茯苓菌獲得的名貴中藥茯苓和擔(dān)子菌的靈芝等藥用菌。有的微生物菌體還可用作生物防治劑，如蘇云桿菌。 2. 微生物酶發(fā)酵，目前工業(yè)上應(yīng)用的酶大多數(shù)來自微生物發(fā)酵。因為微生物具有種類多、產(chǎn)酶的品質(zhì)多、生產(chǎn)容易和成本低等優(yōu)點。如微生物生產(chǎn)的淀粉酶和糖化酶用于生產(chǎn)葡萄糖。 3. 微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵，包括初級代謝產(chǎn)物（在菌體對數(shù)生長期的產(chǎn)物，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)、糖類等（這些在食品工業(yè)具有相當?shù)闹匾裕謩e形成不同的發(fā)酵產(chǎn)業(yè)）和次級代謝產(chǎn)物（在菌體生長的靜止期合成，是一些具有特定功能的產(chǎn)物如抗生素、生物堿、細菌毒素、植物生長因子等）。前者是菌體生長繁殖所必須的。后者和菌體的生長繁殖無明顯關(guān)系。特別是抗生素的發(fā)酵已成為發(fā)酵工業(yè)的重要支柱。 4. 微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵，利用微生物細胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟價值的產(chǎn)物。如菌體將乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸的發(fā)酵。 5. 生物工程細胞的發(fā)酵，指利用生物工程技術(shù)所獲得的細胞進行培養(yǎng)的新型發(fā)酵，如基因工程菌生產(chǎn)胰島素、干擾素、青霉素?；傅?，雜交瘤細胞生產(chǎn)單克隆抗體等 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 菌種的篩選的標準即菌種需具備的特性： 1，穩(wěn)定而高產(chǎn)的遺傳特性； 2，抗噬菌體能力強； 3，發(fā)酵過程泡沫少； 4，需氧量低； 5，底物轉(zhuǎn)化率高； 6，對培養(yǎng)物和前提耐受力強； 7，營養(yǎng)特性和發(fā)酵過程可用廉價原料為培養(yǎng)基； 8，最適溫度高； 9，既具有高的遺傳穩(wěn)定性又要有基因操作可修飾性； 10，產(chǎn)物易于從發(fā)酵液中回收。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 微生物的發(fā)酵過程：根據(jù)微生物的種類不同（好氧、厭氧、兼性厭氧），可分為好氧性發(fā)酵和厭氧性發(fā)酵兩大類。 好氧性發(fā)酵，在發(fā)酵過程中需要 不斷地加入一定量的無菌空氣，如利用黑曲菌進行檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進行的谷氨酸的發(fā)酵和黃單胞菌進行多糖的發(fā)酵等等。 厭氧性發(fā)酵，不需要供給空氣，如乳酸菌引起的乳酸發(fā)酵、梭狀芽孢桿菌引起的丙酮、丁醇發(fā)酵等， 兼性厭氧，酵母菌是兼性厭氧微生物，在缺氧條件下厭氧性發(fā)酵積累酒精，而在有氧條件下則進行好氧性發(fā)酵，大量繁殖菌體細胞。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 按照設(shè)備來分：敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵。 敞口發(fā)酵，設(shè)備要求簡單，用于繁殖快并進行好氧性發(fā)酵的類型，如酵母的生產(chǎn)。由于酵母的迅速大量的生產(chǎn)抑制了其它雜菌的生長。 密閉發(fā)酵，設(shè)備要求嚴格，工藝復(fù)雜。 淺盤發(fā)酵，一薄層培養(yǎng)液，接種后在液體上面形成一層菌膜。用于繁殖快好氧性微生物的培養(yǎng)。 深層發(fā)酵，在液體培養(yǎng)基內(nèi)部（不僅僅在表面）進行微生物的培養(yǎng)。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 深層發(fā)酵具有很多優(yōu)點： ? 液體懸浮狀態(tài)是微生物最適的生長環(huán)境； ? 液體中菌體及營養(yǎng)物、產(chǎn)物易于擴散，發(fā)酵在均質(zhì)或擬均質(zhì)的條件下進行，便于控制，易于擴大生產(chǎn)規(guī)模； ? 液體輸送方便，易于機械化操作； ? 廠房面積小，生產(chǎn)效率高。易于自動化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； ? 產(chǎn)品易于提取、精制等。 食 品 生 物 技 術(shù) 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用 發(fā)酵工業(yè)常用的微生物： 細菌（枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、醋酸桿菌、短桿菌，用于淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等的生產(chǎn)） 放線菌（主要來自其下的鏈霉菌屬、小單胞菌屬和諾卡氏菌屬。抗生素的 60％是由放線菌生產(chǎn)的） 酵母菌（啤酒酵母、假絲酵母、類酵母，用于釀酒、制造面包、生產(chǎn)脂肪酶，可食用、藥用和飼料用的酵母菌蛋白） 霉菌（藻狀菌綱的根酶、毛霉、梨頭霉，子囊菌綱的紅曲霉，半知菌類的曲霉、青霉等，用于酶制劑、抗生素、有機酸及甾體激素的生產(chǎn)） 其它微生物（擔(dān)子菌即通常所說的菇類微生物，如香菇多糖，靈芝多糖類物質(zhì)都有抗癌作用；藻類