【正文】 法 ? （ 1） 物理吸附法 ? （ 2） 離子吸附法 ? （ 二 ） 包埋法 ? 凝膠包埋法 ? 半透膜包埋法 ? （ 三 ） 共價(jià)鍵結(jié)合法 ? （ 四 ） 交聯(lián)法 ? 上述各種固定化方法各其優(yōu)缺點(diǎn) （ 表 45所示 ） 。 表 45各種固定化方法的比較 二、固定化酶的性質(zhì)與特點(diǎn) ? （ 一 ） 固定化酶的形狀 固定化酶的形狀依不同用途有顆粒 、 線條 、 薄膜和酶管等 。 顆粒狀占絕大多數(shù) ? （ 二 ） 酶活力 ? 酶經(jīng)固定化后 ， 其活力往往會(huì)下降 。 ? （ 三 ） 固定化酶的穩(wěn)定性 ? 固定化酶的穩(wěn)定性一般都比游離酶提高得多 ， 同時(shí) ， 提高其有效壽命 ，這對(duì)工業(yè)生產(chǎn)是有利的 。 ? （ 1） 熱穩(wěn)定性 ? 熱穩(wěn)定性對(duì)酶工業(yè)應(yīng)用是很重要的 。 ? （ 2） 對(duì)蛋白酶的穩(wěn)定性 ? 游離酶經(jīng)過(guò)固定化后 ， 它對(duì)蛋白酶的抵抗力提高了 。 ? （ 3） 操作穩(wěn)定性 ? 固定化酶在操作中可以長(zhǎng)時(shí)間保留活力 ， 半衰期在一個(gè)月以上即有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值 。 不同固定化酶的操作穩(wěn)定性比較見(jiàn)表 46。 表 46 不同固定化酶的操作穩(wěn)定性比較 ? 固定化酶操作穩(wěn)定性在應(yīng)用中是一個(gè)關(guān)鍵因素 ， 其操作穩(wěn)定性通常以半衰期表示 ， 其含義是指固定化酶活力下降為初活力一半所經(jīng)歷的連續(xù)工作時(shí)間 。 其半衰期可用下式表示： 1 / 2 0 .6 9 3 / DtK? 其中 KD為衰減常數(shù) ， 是在時(shí)間 t后 ， 酶活力的殘留分?jǐn)?shù) 02 .3 0 3 l o gD EK tE??? ????0EE? （ 4） 儲(chǔ)藏穩(wěn)定性 大部分酶經(jīng)固定化后 ， 其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性增強(qiáng) 。 ? （ 四 ） 固定化酶的催化特性 ? （ 1） 底物專(zhuān)一性 ? （ 2） 最適溫度 ① 載體性質(zhì)對(duì)最適 pH值的影響 ② 產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)最適 pH值的影響 ? （ 4） 米氏常數(shù) Km ? （ 5） 最大反應(yīng)速度 Vmax 第六節(jié) 酶工程在食品工業(yè)中應(yīng)用 一、淀粉水解酶類(lèi)的特性及其應(yīng)用 ? （ 一 ） 淀粉酶類(lèi) 淀粉酶類(lèi)屬水解酶中一大類(lèi) ， 此類(lèi)酶包括 α淀粉酶 、 β淀粉酶 、葡萄糖淀粉酶 、 異淀粉酶等 。 ? 1. α淀粉酶 （ αamylase） α淀粉酶 （ 1,4αDglucan glucanohydrolase， ） 廣泛應(yīng)用于淀粉質(zhì)原料制造葡萄糖 、 高濃度麥芽糖漿及高果糖漿等淀粉糖的工業(yè)生產(chǎn) 。 ? （ 2） 淀粉酶的來(lái)源及性質(zhì) 不同來(lái)源的 α淀粉酶性質(zhì)差異較大 ， 如表 47所示 。 表 47 各種 α淀酚酶的性質(zhì) ? 各種耐熱性的 α淀粉酶特性見(jiàn)表 48。 表 48 各種耐熱性 α淀粉酶的特性 [1] ? ２ ． β淀粉酶 (βamylase) ? β淀粉酶 （ 1,4 αDglucan maltohydro1ase， EC ） 作用于淀粉分子 ， 常見(jiàn)的植物 β淀粉酶的性質(zhì)如表 49所示 。 表 49 植物 β淀粉酶的性質(zhì) ? 不同來(lái)源的 β淀粉酶性質(zhì)比較如表 410。 表 410 不同來(lái)源的 β淀粉酶性質(zhì)比較 ? ３ ． 葡萄糖淀粉酶 葡萄糖淀粉酶 （ αDglucoside glucohydrolase， EC ） 對(duì)淀粉的水解作用也是從淀粉分子非還原端開(kāi)始 ， 依次水解一個(gè)葡萄糖分子 ， 能將淀粉分子降解生成葡萄糖 ， 又稱(chēng)為糖化酶(saccharogenic amylase) 表 411 黑曲霉葡萄糖淀粉酶水解雙糖的速度 ? ４ ． 脫支酶 （ debranching enzymes， ） 脫支酶對(duì)支鏈淀粉 、 糖原等分支酶的 α1,6糖苷鍵有專(zhuān)一性 。 各種微生物脫支酶的性質(zhì)見(jiàn)表 412。 表 412 微生物脫支酶的性質(zhì) 二、酶法生產(chǎn)淀粉糖的產(chǎn)業(yè)化 ? （ 一 ） 雙酶法生產(chǎn)葡萄糖 雙酶法一次結(jié)晶生產(chǎn)注射葡萄糖工藝是可行的 。 以玉米淀粉乳為原料 ， 采用 а淀粉酶和糖化酶的雙酶法生產(chǎn)淀粉葡萄糖漿的生產(chǎn)工藝流程為圖 44所示 。 圖 44雙酶法制糖工藝流程圖 —過(guò)濾器 、 1 17—泵 4.—噴射加熱器 6.—液化層流罐 7.—液化液貯槽 11—滅酶罐 12—板式換熱器 13—糖化罐 15—壓濾機(jī) 16—糖化暫貯槽 18—貯糖槽 ? （ 二 ） 酶法生產(chǎn)啤酒專(zhuān)用糖漿的產(chǎn)業(yè)化 根據(jù)啤酒專(zhuān)用糖漿研究開(kāi)發(fā)情況 ， 可包括大麥糖漿 、 營(yíng)養(yǎng)型麥芽糖漿和功能性糖漿三大類(lèi)； ? （ 1） 大麥糖漿 以大麥和麥芽為原料 ， 經(jīng)高溫 а—淀粉酶液化和復(fù)合糖化酶糖化 。其生產(chǎn)工藝流程： ? （ 3） 功能性糖漿 目前用于啤酒生產(chǎn)的功能性糖漿主要為低聚異麥芽糖漿 ， 其生產(chǎn)工藝流程如下： ? （ 三 ） 酶法生產(chǎn)果葡糖漿產(chǎn)業(yè)化 果葡糖漿的生產(chǎn)工藝如圖 44， 主要有以下幾個(gè)步驟： ? （ 四 ） 酶法生產(chǎn)超高麥芽糖漿的產(chǎn)業(yè)化 麥芽糖純度高達(dá) 75%~85%以上的麥芽糖漿稱(chēng)為超高麥芽糖漿 ， 各種麥芽糖漿的主要組成成分如表 413所示 。 表 413 各種麥芽糖漿的主要組成成分 ? 麥芽糖是由兩分子葡萄糖通過(guò) αl,4糖苷鍵構(gòu)成的雙糖 ， 其甜度僅為蔗糖的 30%~40%， 入口不留后味 ， 具有良好防腐性和熱穩(wěn)定性 ， 吸濕性低 、 并且由于不參與胰島素調(diào)節(jié)的糖代謝 ， 具有特殊生理功能 ，在食品和醫(yī)藥工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用 。 圖 45 全酶法生產(chǎn)超高麥芽糖漿典型工藝 ? １ ． 液化 ? ２ ． 糖化 ? （ １ ） 利用糖化型淀粉酶糖化 表 414 幾種鏈霉菌酶的性質(zhì) ? （ 2） 雙酶糖化法 雙酶糖化法是指利用 β淀粉酶和脫支酶協(xié)同作用進(jìn)行糖化 。 ? 3． 利用超高麥芽糖漿生產(chǎn)結(jié)晶麥芽糖 ? （ 1） 吸附分離法 ? ① 活性炭柱精制法 ? ② 陰離子交換樹(shù)脂法 ? （ 2） 有機(jī)溶劑沉淀法 ? （ 3） 膜分離法超濾 、 反滲透均可以分離麥芽糖 ， 得到 96%以上純度的麥芽糖 。 ? （ 4） 結(jié)晶法 三、酶法生產(chǎn)功能低聚糖的產(chǎn)業(yè)化 低聚糖 (oligosaccharide)是指 2~10個(gè)單糖單位通過(guò)糖苷鍵聯(lián)結(jié)起來(lái) ， 形成直鏈或分支鏈的一類(lèi)寡糖的總稱(chēng) 。 功能性低聚糖生產(chǎn)過(guò)程一般包括酶的發(fā)酵生產(chǎn) 、 低聚糖的酶法合成 、 分離精制等三個(gè)關(guān)鍵步驟 。 ? （ 一 ） 低聚果糖酶法轉(zhuǎn)化 ? 低聚果糖的構(gòu)成及酶法合成原理 低 聚 果 糖 （ fructooligosaccharides ） 又 稱(chēng) 為 蔗 果 寡 糖（ fructosylsucrose） ， 分子間果糖的轉(zhuǎn)移反應(yīng)分兩步進(jìn)行 ， 見(jiàn)圖 46。 圖 46 分子間果糖轉(zhuǎn)移反應(yīng)的兩步機(jī)理 注： FruOR：蔗糖 EH：酶 FruE：果糖基 酶復(fù)合體 ROH：葡萄糖 FruOH：果糖 FruOR’：低聚果糖 ? 催化果糖基轉(zhuǎn)移的酶及其微生物來(lái)源 低聚果糖生產(chǎn)中一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題是催化果糖轉(zhuǎn)移酶的選擇 。 這些生產(chǎn)菌及其酶的特性和合成低聚果糖的主要成分見(jiàn)表 415。 表 415 β呋喃果糖苷酶和果糖轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)菌的特性 ? 低聚果糖的工業(yè)化生產(chǎn) 低聚果糖生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖 47 ? （ 1） 果糖轉(zhuǎn)移酶的發(fā)酵培養(yǎng) ? （ 2） 菌體或酶的固定化 圖 47 低聚果糖生產(chǎn)工藝流程 ①種子斜面培養(yǎng) ②種子擴(kuò)大培養(yǎng) ③酶的發(fā)酵生產(chǎn) ④酶或菌體分離器 ⑤真空攪拌混合器 ⑥造粒機(jī) ⑦分離器 ⑧固定化的果糖轉(zhuǎn)移酶或固定化細(xì)胞 ⑨暫貯罐 ⑩加熱器 ? （ 3） 酶催化合成低聚果糖 ? （ 4） 純化工序 ? （ 二 ） 低聚異麥芽糖酶法轉(zhuǎn)化 低聚異麥芽糖 （ Isomaltooligosaccharide） 具有適口的甜味 ， 甜度約為蔗糖的 50%， 粘度和蔗糖相近 ， 具有良好的保濕性和抗結(jié)晶性 ，可防止淀粉老化 ， 具有低熱值 、 抗齲齒 、 促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌雙歧桿菌增殖 、 改善腸功能 、 增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功效 ， 生產(chǎn)低聚異麥芽糖的工藝流程如圖 418示 。 圖 48 低聚異麥芽糖生產(chǎn)工藝流程 ? （ 三 ） 低聚半乳糖酶法轉(zhuǎn)化 低聚半乳糖是以高濃度的乳糖為底物 ， 在具有半乳糖基轉(zhuǎn)移活性的半乳糖苷酶的作用下 ， 首先將乳糖水解成半乳糖和葡萄糖 ， 然后再將半乳糖轉(zhuǎn)移到乳糖的半乳糖基上而得 。 ? （ 四 ） 低聚乳果糖酶法轉(zhuǎn)化 低聚乳果糖 （ Lactosucrose） 是在乳糖分子的葡萄糖基端以 α1,2鍵結(jié)合一個(gè)果糖分子 ， 因此又稱(chēng)為半乳糖基蔗糖 。 四、酶法降解纖維素及其應(yīng)用 ? （ 一 ） 纖維素酶特性 纖維素酶 （ cellulase） 是指能水解纖維素 β1,4葡萄糖苷鍵 ， 使纖維素變成纖維二糖和葡萄糖的一組酶總稱(chēng) ? 一般將纖維素酶分為三類(lèi)水解酶： ? 1. 葡萄糖內(nèi)切酶 （ endol,4βg1ucanase， ． 簡(jiǎn)稱(chēng) EG） ? 2. 葡萄糖外切酶 （ exo1,4βDglucanase） ? 3. β葡萄糖苷酶 （ βglucosidase， EC ， 簡(jiǎn)稱(chēng) BG酶 ） ? （ 二 ） 纖維素酶在食品加工中的應(yīng)用 ? ? ? 3. 種子蛋白利用 ? 4. 速溶茶生產(chǎn) ? 5. 瓊脂生產(chǎn) ? （ 三 ） 纖維素酶在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 ? 1. 醬油釀造 ? 2. 制酒工業(yè) ? 3. 纖維素渣的轉(zhuǎn)化應(yīng)用 四、酶法降解甲殼素及其利用 ? 甲殼素 ， 又稱(chēng)為幾丁質(zhì) （ chitin） ， 甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖 419 圖 49甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)式 ? 酶在殼聚糖制備中的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：酶法脫蛋白 、 酶法脫乙酰 、酶法降解 [15]。 ? 采用酶法脫蛋白可降低有機(jī)試劑的用量 ， ? 縮短提取時(shí)間 ， 效果比常規(guī)方法好 。 ? （ 1） 直接用酶水解脫蛋白 ? （ 2） 利用微生物發(fā)酵脫蛋白 ? （ 二 ） 酶法脫乙酰 ? 甲殼素脫乙酰酶廣泛存在于自然界 ， 尤其是一些真菌和昆蟲(chóng)中 （ 表 416） 。 表 416不同來(lái)源甲殼素脫乙酰酶的特性比較 ? （ 三 ） 酶法制備低聚殼聚糖 ? 與殼聚糖相比 ， 低聚殼聚糖顯示出更好的功能特性 。 低聚殼聚糖的吸濕性 、 保濕性 、 抑菌防腐作用 、 生理活性均優(yōu)于殼聚糖 。 ? （ 1） 非專(zhuān)一性酶水解法 ? （ 2） 專(zhuān)一性酶降解法 ? 專(zhuān)一性水解殼聚糖的酶包括溶菌酶 、 甲殼素酶 、 殼聚糖酶等 。 七、酶法應(yīng)用于啤酒的生產(chǎn) ? 在啤酒釀造中利用從黑曲霉 ASP枯草桿菌具耐熱性的 а淀粉酶 ， 米曲霉中的糖化酶以及 Aniger中提取的葡聚糖化酶 ， 可用于糖化過(guò)程中促進(jìn)淀粉的水解以及生產(chǎn)酒精含量高 、 熱量低的啤酒 。 ? 傳統(tǒng)的啤酒后熟工藝需要三周左右的時(shí)間 ， 采用固定化酵母技術(shù)后可大大縮短后熟時(shí)間 ， 只需數(shù)天即可生產(chǎn)出符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的啤酒 。 ? 葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖生成葡萄糖酸 ， 是阻止啤酒氧化變質(zhì) 、防止老化 、 保持啤酒原有風(fēng)味 、 延長(zhǎng)保質(zhì)期的一項(xiàng)有效措施 。 在啤酒生產(chǎn)中 ， 雙乙酰的形成與消除對(duì)促進(jìn)啤酒成熟和縮短發(fā)酵周期起著重要的作用 。 雙乙酰的口味界限值很低 ， 僅為 ~， 超過(guò)此閾值會(huì)使啤酒帶有不愉快的餿飯味 。 一般認(rèn)為雙乙酰是由前體物質(zhì) а乙酰乳酸經(jīng)非酶氧化脫羧形成 。 加入 а乙酰乳酸脫羧酶（ ） ， 利用支路代謝途徑可使 а乙酰乳酸轉(zhuǎn)化為 3羥基丙酮 （ 乙偶姻 ） （ 圖 410） 。 圖 410 а乙酰乳酸脫羧酶作用機(jī)理 八、酶法應(yīng)用于肉類(lèi)加工 ? 肉類(lèi)可以在動(dòng)物肉解僵成熟過(guò)程中以肌肉釋放出來(lái)的蛋白酶酶解達(dá)到嫩化的效果 九、酶法應(yīng)用于海洋資源的開(kāi)發(fā)、利用 ? 海洋低值魚(yú) （ 鯊魚(yú) ） 、 貝等蛋白質(zhì)資源十分豐富 ， 又尚未直接利用 ，利用這些海洋蛋白資源采用生物酶解技術(shù) ， 便可制備出各種具有保健功能的肽 。 低值魚(yú)生產(chǎn)呈味基料工藝流程如圖 411所示 。 圖 411小雜魚(yú)生產(chǎn)呈味基料工藝