【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 與共價(jià)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(jià)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(diǎn)（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(kāi)，并可長(zhǎng)期反復(fù)利用 反應(yīng)液中無(wú)殘留酶，產(chǎn)物易于純化，產(chǎn)品質(zhì)量高 可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)連續(xù)化和管道化和自動(dòng)控制生產(chǎn) 酶的利用率高，降低了生產(chǎn)成本 轉(zhuǎn)化過(guò)程基本上無(wú)三廢排出（被稱為 “無(wú)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(xì)胞及其特性 固定化細(xì)胞： 被限制或定位于特定空間位置的細(xì)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(kuò)展至動(dòng)植物細(xì)胞甚至線粒體和葉綠體等細(xì)胞器的固定化。其應(yīng)用比固定化酶更為普遍。 固定化細(xì)胞的特點(diǎn) ：無(wú)需進(jìn)行酶的分離純化，減少投資； ? 細(xì)胞保持原初生命狀態(tài)，固定化過(guò)程酶回收率高； ? 細(xì)胞內(nèi)酶較固定化酶穩(wěn)定性更高； ? 細(xì)胞內(nèi)輔助因子可以自動(dòng)再生； ? 細(xì)胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)； ? 抗污染能力強(qiáng)。 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(xì)胞固定化方法： 載體結(jié)合法：吸附法和共價(jià)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(dāng)溫度下使細(xì)胞膜蛋白變性但不使酶變性而使酶固定在細(xì)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(qiáng)綜合利用和提高利用效率對(duì)凈化環(huán)境和開(kāi)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(lèi)： 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(xì)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(cè)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(jìn)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(kuò)散與分配，增加得率和產(chǎn)量。 ：提高可消化性改進(jìn)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(shí)間，提高質(zhì)量。 ：提高得率保持原來(lái)的色、香、味，縮短提取時(shí)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(lái)生產(chǎn)酒精和單細(xì)胞蛋白。對(duì)利用豐富的纖維素資源意義重大。 ：提高得率，簡(jiǎn)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(shí)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(duì)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(lèi)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(lèi)的生產(chǎn) α淀粉酶：底物淀粉，作用位置底物內(nèi)部隨機(jī) 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(diǎn) 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(duì)保持酶的最大活性與穩(wěn)定性和適當(dāng)?shù)臉?gòu)像很重要。 來(lái)源：動(dòng)物、植物和微生物，工業(yè) α淀粉酶主要來(lái)自細(xì)菌和曲霉。細(xì)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(diǎn)為非還原端，產(chǎn)物兩個(gè)葡萄糖單位并把原來(lái)的 α構(gòu)型轉(zhuǎn)化為 β構(gòu)型。特點(diǎn)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(gè)葡萄糖分子并把構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)?β構(gòu)型?？梢运?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(diǎn)的 α1,6糖苷鍵。與 β淀粉酶一起來(lái)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(gè)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(shù)脂法）、有機(jī)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(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)條件簡(jiǎn)單以及代謝過(guò)程特殊的特點(diǎn)，在合適的條件下，通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)手段和微生物（或動(dòng)植物細(xì)胞）的某種特定功能生產(chǎn)人類(lèi)所需的產(chǎn)品。過(guò)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(jī)地結(jié)合起來(lái)，是一門(mén)利用微生物的生長(zhǎng)和代謝來(lái)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(lái)自拉丁語(yǔ)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(rèn)為發(fā)酵是酵母在無(wú)氧狀態(tài)下的呼吸過(guò)程。生物化學(xué)上的定義為“微生物在無(wú)氧狀態(tài)的呼吸過(guò)程”。目前，把利用微生物在有氧或無(wú)氧條件下的生命活動(dòng)來(lái)準(zhǔn)備微生物體或其代謝產(chǎn)物的過(guò)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(kāi)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(xì)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(diǎn)：投資省，見(jiàn)效快、污染小、外源目的基因在微生物菌體中高效表達(dá)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(dá) 200多個(gè)，發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)值占國(guó)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(guò)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(jì)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(jià)值的發(fā)酵類(lèi)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(lèi)或動(dòng)物食品的微生物菌體蛋白（即單細(xì)胞蛋白， SCP）發(fā)酵兩種類(lèi)型。新的菌體發(fā)酵可用來(lái)生產(chǎn)一些真菌，如香菇類(lèi)、依賴蟲(chóng)蛹而生存的冬蟲(chóng)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(lái)自微生物發(fā)酵。因?yàn)槲⑸锞哂蟹N類(lèi)多、產(chǎn)酶的品質(zhì)多、生產(chǎn)容易和成本低等優(yōu)點(diǎn)。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(jí)代謝產(chǎn)物（在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的產(chǎn)物，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等（這些在食品工業(yè)具有相當(dāng)?shù)闹匾?，分別形成不同的發(fā)酵產(chǎn)業(yè)）和次級(jí)代謝產(chǎn)物（在菌體生長(zhǎng)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(xì)菌毒素、植物生長(zhǎng)因子等）。前者是菌體生長(zhǎng)繁殖所必須的。后者和菌體的生長(zhǎng)繁殖無(wú)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(xì)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(jì)價(jià)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(xì)胞的發(fā)酵，指利用生物工程技術(shù)所獲得的細(xì)胞進(jìn)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(xì)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)； 3，發(fā)酵過(guò)程泡沫少； 4，需氧量低； 5，底物轉(zhuǎn)化率高； 6，對(duì)培養(yǎng)物和前提耐受力強(qiáng)； 7，營(yíng)養(yǎng)特性和發(fā)酵過(guò)程可用廉價(jià)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(guò)程：根據(jù)微生物的種類(lèi)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(lèi)。 好氧性發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中需要 不斷地加入一定量的無(wú)菌空氣，如利用黑曲菌進(jìn)行檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進(jìn)行的谷氨酸的發(fā)酵和黃單胞菌進(jìn)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(jìn)行好氧性發(fā)酵，大量繁殖菌體細(xì)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(lái)分：敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤(pán)發(fā)酵和深層發(fā)酵。 敞口發(fā)酵，設(shè)備要求簡(jiǎn)單，用于繁殖快并進(jìn)行好氧性發(fā)酵的類(lèi)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(zhǎng)。 密閉發(fā)酵，設(shè)備要求嚴(yán)格，工藝復(fù)雜。 淺盤(pán)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(jìn)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(diǎn)： ? 液體懸浮狀態(tài)是微生物最適的生長(zhǎng)環(huán)境； ? 液體中菌體及營(yíng)養(yǎng)物、產(chǎn)物易于擴(kuò)散，發(fā)酵在均質(zhì)或擬均質(zhì)的條件下進(jìn)行，便于控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模； ? 液體輸送方便，易于機(jī)械化操作； ? 廠房面積小，生產(chǎn)效率高。易于自動(dòng)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(xì)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(lái)自其下的鏈霉菌屬、小單胞菌屬和諾卡氏菌屬?？股氐?60％是由放線菌生產(chǎn)的） 酵母菌（啤酒酵母、假絲酵母、類(lèi)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(lèi)的曲霉、青霉等，用于酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素的生產(chǎn)） 其它微生物（擔(dān)子菌即通常所說(shuō)的菇類(lèi)微生物，如香菇多糖，靈芝多糖類(lèi)物質(zhì)都有抗癌作用；藻類(lèi)，如螺旋藻） 食 品 生 物