酶的應(yīng)用

1、2006年中國(guó)酶制劑總產(chǎn)量約53萬(wàn)噸，目前作為食品添加劑的酶制劑品種已有26種，包括糖化酶、α-淀粉酶、蛋白酶、木瓜蛋白酶、葡萄糖異構(gòu)酶、真菌淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、乳糖酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等，已被廣泛應(yīng)用于食品加工工業(yè)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、節(jié)約原料和能源、保護(hù)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。 目前中國(guó)酶制劑生產(chǎn)企業(yè)有數(shù)十家。,第一節(jié) 酶在食品加工方面的應(yīng)用,生物技術(shù)在食品工業(yè)

2、中應(yīng)用的代表就是酶的應(yīng)用，目前已經(jīng)有幾十種酶成功用于食品工業(yè)。如葡萄糖、飴糖、果葡糖漿的生產(chǎn)、蛋白質(zhì)制品加工、果蔬加工、食品保鮮以及改善食品品質(zhì)與風(fēng)味等。 常用的酶制劑主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構(gòu)酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶葡萄糖氧化酶等。,一、應(yīng)用于食品工業(yè)的酶制劑,1、食品除氧保鮮（葡萄糖氧化酶催化葡萄糖與氧反應(yīng)生成葡萄糖酸和雙氧水的反應(yīng)，除去氧氣，達(dá)到保鮮的目的）2、蛋類制品脫糖保鮮（葡萄

3、糖氧化酶進(jìn)行蛋白的脫糖處理）3、食品滅菌保鮮（溶菌酶，殺滅細(xì)菌，防腐保鮮）,一、酶在食品保鮮方面的應(yīng)用,酶法生產(chǎn)葡萄糖,,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)α-淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。,淀粉,,糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶或γ-淀粉酶，,非還原性末端,α-1，4糖苷鍵,葡萄糖,二、酶在食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用,果葡糖漿的生產(chǎn),是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成部分果糖而得到的葡萄糖與果糖的

4、混合糖漿。 1969年日本首先用游離葡萄糖異構(gòu)酶工業(yè)化生產(chǎn)果葡糖漿，1973年以后，國(guó)內(nèi)外紛紛采用固定化匍萄糖異構(gòu)酶進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。,酶在蛋白類食品生產(chǎn)中的應(yīng)用,1、水解蛋白的生產(chǎn) 2、氨基酸的生產(chǎn)3、明膠的生產(chǎn)4、干酪的生產(chǎn)5、低乳糖奶的生產(chǎn),酶在果蔬加工中的應(yīng)用,1、果膠酶：用于果汁和果酒的澄清方面效果極佳；2、柚苷酶：用于分解柑桔類果肉和果汁中的柚皮苷，以脫除苦味；3、橙皮苷

5、酶：可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔類罐頭制品出現(xiàn)白色渾濁；4、果蔬制品的脫色 ：花青素酶處理水果、蔬菜，可使花青素分解，以防止變色，保證產(chǎn)品質(zhì)量。,1、酶在酸味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用乳酸脫氫酶生產(chǎn)乳酸；延胡索酸酶催化延胡索酸生成蘋(píng)果酸。2、酶在食品增味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用氨基酸的酶法生產(chǎn)（谷氨酸，天冬氨酸）3、酶在甜味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用天苯肽，低聚果糖的生產(chǎn)4、酶在乳化劑生產(chǎn)中的應(yīng)用脂肪酶將甘油三酯水解生成甘油單酯,三、酶在食品添加劑

6、生產(chǎn)方面的應(yīng)用,四、 酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用,例如：用洋蔥風(fēng)味酶處理甘藍(lán)等蔬菜，可使被處理的蔬菜呈現(xiàn)出洋蔥的風(fēng)味； 用奶油風(fēng)味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使這些食品增強(qiáng)奶油的風(fēng)味。 面包生產(chǎn)中添加a-淀粉酶 乳制品的特有香味主要是脂肪酸及其分解物產(chǎn)生的（脂肪酶和酯酶）,第二節(jié) 酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用,一、用酶進(jìn)行原料處理,1、發(fā)酵原料的處理

7、 發(fā)酵工業(yè)多以淀粉為主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，無(wú)法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過(guò)原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。 例如：酒精、酒類、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵所使用的酵母或細(xì)菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵，故必需在發(fā)酵前對(duì)淀粉原料進(jìn)行處理。,2、 紡織原料的處理 在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和光滑性，便于紡織，需要先上漿，然后在

8、漂白、印染之前又需退漿。 上漿：將淀粉用α-淀粉酶處理一段時(shí)間，使粘度達(dá)到一定程度以用作上漿的漿料。 退漿：紡織品在漂白、印染之前，需將附著在其上的漿料除去，利用α-淀粉酶使?jié){料水解，就可使?jié){料退盡，這稱為退漿。 有些紡織品上漿時(shí)用的是動(dòng)物膠作膠漿，可用蛋白酶使之退漿．,3、造紙?jiān)系闹茲{ 造紙?jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會(huì)嚴(yán)重影響紙

9、的質(zhì)量．采用堿法制漿除去木質(zhì)素，易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而用木質(zhì)素酶可以使木質(zhì)素水解而除去，不但可提高紙的質(zhì)量，而且使環(huán)境污染程度大為減輕；,4、 生絲的脫膠處理 天然蠶絲的主要成分是不溶于水的有光澤的絲蛋白。絲蛋白的表面有一層絲膠包裹著。在繅絲過(guò)程中，必須進(jìn)行脫膠處理，即將表面的絲膠除去，以提高絲的質(zhì)量。 采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理，可在比較溫和的條件下催化絲膠蛋白水解，進(jìn)

10、行生絲脫膠。5、羊毛的除垢 羊毛在染色之前需經(jīng)預(yù)處理，以除去羊毛表面的鱗垢。利用蛋白酶除垢，可提高羊毛的著色率，并保持羊毛的特點(diǎn)，提高羊毛制品的質(zhì)量。,二、用酶生產(chǎn)輕工、化工產(chǎn)品,1、酶法生產(chǎn)L-氨基酸 酶法生產(chǎn)L-氨基酸是利用酶或固定化酶的催化作用，將各種底物轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-氨基酸，或?qū)L-氨基酸拆分而生產(chǎn)L-氨基酸。 有多種酶可用于L-氨基酸的生產(chǎn)，其中有

11、些巳采用固定化酶進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。,2、酶法生產(chǎn)核苷酸 核苷酸在食品和醫(yī)藥等方面有重要用途，可利用多種酶進(jìn)行生產(chǎn)。 例如：用桔青霉或產(chǎn)黃青霉產(chǎn)生的5’-磷酸二酯酶水解核糖核酸(RNA)，生產(chǎn)各種5'-核苷酸。 用腺苷酸脫氨酶水解AMP，脫氨基生成肌苷酸(IMP)。 用核苷磷酸化酶，可催化肌苷進(jìn)行磷酸化生成5'-肌苷酸，催化鳥(niǎo)苷生成5'-鳥(niǎo)苷酸等。

12、 用核苷酸磷酸化酶，催化AMP生成ADP和ATP等。,3、 酶法生產(chǎn)有機(jī)酸 例如：用延胡索酸酶生產(chǎn)L-蘋(píng)果酸。延胡索酸通過(guò)延胡索酸酶的催化作用，生成L-蘋(píng)果酸。4、酶法制醬 在醬油或豆醬的生產(chǎn)中，利用蛋白酶催化大豆蛋白質(zhì)水解，可以大大縮短生產(chǎn)周期，提高蛋白質(zhì)的利用率．用蛋白酶還可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)低鹽醬油或無(wú)鹽醬油。 5. 酶法制革： 在制革工業(yè)中，利用蛋白酶使原料皮脫

13、毛，可以提高皮革產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境。 采用酸性蛋白酶和少量脂肪酶進(jìn)行皮革軟化，可以很好地除去污垢，使皮質(zhì)松軟透氣，提高皮革質(zhì)量。,三、用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果,1、加酶洗滌劑 在洗滌劑中添加適當(dāng)?shù)拿缚梢源蟠罂s短洗滌時(shí)間，提高洗滌效果。如堿性蛋白酶。 酶也可以加到肥皂中制成加酶肥皂等。 除了堿性蛋白酶之外，固體和液體洗滌劑中還可視需要添加淀粉酶、脂肪酶、果膠酶和纖維素酶

14、等。,2、加酶牙膏、牙粉和嗽口水 將適當(dāng)?shù)拿柑砑拥窖栏?、牙粉或嗽口水巾，可以利用酶的催化作用，增加潔齒效果，減少牙垢并可防止齲齒的發(fā)生。 可添加到潔齒用品中的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和右旋糖酐酶等。其中右旋糖酐酶對(duì)預(yù)防齲齒有顯著功效。3、加酶飼料 在家禽、家畜的飼料中添加淀粉酶、蛋白酶，纖維素酶和半纖維素酶等，可以增加飼料的可消化性，促進(jìn)家禽家畜的生長(zhǎng)，增加家禽的產(chǎn)卵率等。 4、

15、加酶護(hù)膚用品 在各種護(hù)膚品及化妝品中添加超氧物歧化酶(SOD)，堿性磷酸酶，尿酸酶、彈性蛋白酶等，可有效地提高護(hù)膚效果。,第三節(jié) 酶在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,一、用酶進(jìn)行疾病的診斷,1、根據(jù)體液內(nèi)酶活力的變化診斷疾病 一般健康人體液內(nèi)所含有的某些酶的量是恒定在某一范圍的，若出現(xiàn)某些疾病，則體液內(nèi)的某種或某些酶的活力將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。故此，可以根據(jù)體液內(nèi)某些酶的活力變化情況，而診斷出某些疾病。,2、用酶測(cè)定體液中某些物

16、質(zhì)的量診斷疾病 酶具有專一性強(qiáng)、催化效率高等特點(diǎn)，可以利用酶來(lái)測(cè)定體液中某些物質(zhì)的含量，從而診斷某些疾病。,例如：利用葡萄糖氧化酶和過(guò)氧化氫酶的聯(lián)合作用，檢測(cè)血液或尿液中葡萄糖的含量，從而作為糖尿病臨床診斷的依據(jù)，這兩種酶都可以固定化后制成酶試紙或酶電極，從而十分方便地用于臨床檢測(cè)。 利用尿酸酶測(cè)定血液中尿酸的含量，從而診斷痛風(fēng)病。固定化尿酸酶巳在臨床診斷中使用。 利用膽堿酯酶或膽固醇氧

17、化酶測(cè)定血液中膽固醇的含量，從而診斷心血管疾病和高血壓等．這兩種酶都經(jīng)固定化制成酶電極使用。,二、用酶治療各種疾病,1、蛋白酶 蛋白酶可用于治療多種疾病，是在臨床上使用最早，最廣的藥用酶之一。 蛋白酶可作為消化劑，用于治療消化不良和食欲不振。使用時(shí)往往與淀粉酶，脂肪酶等制成復(fù)合制劑，以增加療效。 蛋白酶可作為消炎劑，治療各種炎癥有很好的療效。蛋白酶之所以有消炎作用，是由于它能分解一

18、些蛋白質(zhì)和多肽，使炎癥部位的壞死組織溶解，增加組織的通透性，抑制浮腫，促進(jìn)病灶附近組織積液的排出井抑制肉芽的形成。,蛋白酶經(jīng)靜脈注射，可治療高血壓。這是由于蛋白酶催化運(yùn)動(dòng)遲緩素原及胰血管舒張素原水解部分肽段而生成運(yùn)動(dòng)遲緩素和胰血管舒張素，使血壓下降。 蛋白酶注射入人體后，可能引起抗原反應(yīng)。通過(guò)酶分子修飾技術(shù)，可使抗原性降低或消除。另外，蛋白酶在使用時(shí)還可能產(chǎn)生某些局部過(guò)敏反應(yīng)，要引起注意。

19、 目前臨床上使用的蛋白酶大部分來(lái)自動(dòng)物和植物酶，胃蛋白酶和菠蘿蛋白酶等．,2、溶菌酶 溶苗酶也是一種應(yīng)用廣泛的藥用酶，具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛等作用。 溶菌酶作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，可使病原菌，腐敗性細(xì)菌等溶解死滅，對(duì)抗生素有耐藥性的細(xì)菌同樣起溶菌作用，具有顯著療效而對(duì)人體的副作用很小，是一種較為理想的藥用酶，溶菌酶與抗生素聯(lián)合使用，可顯著提高抗生素的療效。,美國(guó)醫(yī)學(xué)家W·F&

20、#183;安德森等人對(duì)腺苷脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個(gè)基因治療成功的范例。,謝德?tīng)枺?999,1990年9月14日，安德森對(duì)一例患ADA缺乏癥的4歲女孩謝德?tīng)栠M(jìn)行基因治療。這個(gè)4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無(wú)菌的隔離帳里。他們將含有這個(gè)女孩自己的白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中，這種白血球都已經(jīng)過(guò)改造，有缺陷的基因已經(jīng)被健康的基因所替代。在以后的10個(gè)月內(nèi)她

21、又接受了7次這樣的治療，同時(shí)也接受酶治療。經(jīng)治療后，免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過(guò)上了正常人的生活。,三、用酶制造各種藥物,例如：用青霉素?；负铣筛鞣N新型的β-內(nèi)酰胺抗生素，包括青霉素和頭孢霉素； 用β-酪氨酸酶生產(chǎn)多巴(DOPA)； 用蛋白酶生產(chǎn)各種氨基酸和蛋白質(zhì)水解液； 用核糖核酸酶生產(chǎn)核苷酸類物質(zhì)； 用核苷磷酸化酶生產(chǎn)阿拉伯糖腺嘌呤核苷(阿糖腺苷)； 用多

22、核苷酸磷酸化酶生產(chǎn)聚肌苷酸·聚胞苷酸(聚肌胞)； 用蛋白酶和羧肽酶將豬胰島素轉(zhuǎn)化為人胰島素。,第四節(jié) 酶在環(huán)保方面的應(yīng)用,一、酶在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用,1、利用膽堿酯酶檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥污染 膽堿酯酶可以催化膽堿酯水解生成膽堿和有機(jī)酸。有機(jī)磷農(nóng)藥是膽堿酯酶的一種抑制劑。,2、利用乳酸脫氫酶的同工酶監(jiān)測(cè)重金屬污染 通過(guò)監(jiān)測(cè)乳酸同工酶（SLDH）的活性變化，可以檢測(cè)水中重金屬污染的情況及其危害程度。

23、 鎘和鉛的存在可以使SLDH5活性升高，汞污染使SLDH1活性升高。,二、酶在廢水處理方面的應(yīng)用,有機(jī)廢水：固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶。冶金工業(yè)的含酚廢水：固定化酚氧化酶含亞硝酸廢水：硝酸還原酶,利用酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有機(jī)介質(zhì)催化合成聚酯類物質(zhì)、聚糖脂類物質(zhì)；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽類或聚酰胺類物質(zhì)等。,三、酶在生物降解材料開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用,第五節(jié) 酶在生物工程中的應(yīng)用,

24、一、酶在除去細(xì)胞壁方面的應(yīng)用,1、除去細(xì)菌細(xì)胞壁 細(xì)菌的細(xì)胞壁主要成分是肽多糖。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁除了肽多糖以外，還有一層脂多糖。 除去革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁：溶菌酶。該酶專一地作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的a-1，4鍵。 除去革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁：需由溶菌酶和EDTA共同作用才能達(dá)到較好的除去細(xì)胞壁的效果。這是由于EDTA可作用于脂

25、多糖的緣故。,2、除去酵母細(xì)胞壁 酵母的細(xì)胞壁分為兩層，外層由磷酸甘露糖和蛋白質(zhì)組成，內(nèi)層由β-葡聚糖構(gòu)成細(xì)胞壁的骨架。 除去酵母細(xì)胞壁：蝸牛的消化液中含有較多的β-1，3-葡聚糖酶，故常用于酵母的破壁。 若β-葡聚糖酶與磷酸甘露糖酶及蛋白酶聯(lián)合作用，則可使細(xì)胞壁的內(nèi)外兩層同時(shí)被破壞，而顯著提高破壁效果。,3、除去霉菌細(xì)胞壁 霉菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。不同種屬的霉菌。其