酶的固定化技術(shù)

1、第九章 酶的應(yīng)用,“綠色健康，“酶”力無限醫(yī)藥、洗滌劑、紡織、淀粉制糖、發(fā)酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒釀造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、飼料、皮革、造紙和化工等工業(yè)領(lǐng)域,酶參與了生物體內(nèi)所有的生命活動(dòng)和生命過程,執(zhí)行具體的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等清除有害物質(zhì),起保衛(wèi)作用-過氧化物酶，超氧化物岐化酶等協(xié)同激素等生理活性物質(zhì)在體內(nèi)發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)換,傳遞與放大作用,調(diào)節(jié)生理功能-蛋白激酶催化代謝反應(yīng),

2、建立各種各樣代謝體系與代謝途徑-葡萄糖、氨基酸、核酸代謝,酶是生物學(xué)有力的研究工具,基因工程工具酶基因組學(xué)蛋白組學(xué),酶和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與醫(yī)學(xué)實(shí)踐有著密切的關(guān)系,工業(yè)用酶：淀粉糖業(yè)農(nóng)業(yè)用酶：飼料醫(yī)療用酶：蛋白酶 檢測(cè)試劑抗病毒等新藥物開發(fā),1、酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,2、酶在食品方面的應(yīng)用,3、酶在輕工、化工方面的應(yīng)用,4、酶在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用,5、酶在生物技術(shù)方面的應(yīng)用,第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,用酶進(jìn)行疾病的診斷用酶進(jìn)行疾病

3、的治療用酶制造各種藥物,1、通過酶活力變化進(jìn)行疾病診斷,2、用酶測(cè)定物質(zhì)的量的變化進(jìn)行疾病診斷,體檢表中有關(guān)酶的選項(xiàng),3、酶在疾病治療方面的應(yīng)用,溶菌酶,溶栓酶類與心血管疾病,凝血酶,健美生消化酶—幫助腸胃蠕動(dòng)【產(chǎn)品規(guī)格】90片／瓶【食用方法】成人每日3片，隨主餐服用【成分(每片含)】1)消化蛋白質(zhì)：木瓜蛋白酶50毫克、菠蘿蛋白酶30毫克；2)消化脂肪：脂肪酶30毫克；3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克；4)消化乳

4、制品：乳糖酶30毫克；5)消化纖維：纖維素酶15毫克。另含：能抑制過多胃酸的葡萄糖酸鈣，能緩解反胃薄荷葉和茴香【適用人群】·消化不良者·腸胃疾病患者·大病初愈者,消化酶類,SOD,,美國醫(yī)學(xué)家W·F·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。,1990年9月14日，安德森對(duì)一例患ADA缺乏癥的4歲女孩謝德爾進(jìn)行基因治療。這個(gè)4歲

5、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，過上了正常人的生活。,謝德爾，1999,4、酶在藥物制造方面的應(yīng)用,青霉素?；概c抗生素改造,Iressa 艾若薩 (Z

6、D1839),阿斯利康公司苯胺喹啉化合物（anilinoquinazoline）強(qiáng)效EGFR（表皮生長因子受體）酪氨酸激酶抑制劑。對(duì)癌細(xì)胞的增殖、生長、存活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路起阻斷作用。增加PPD、Taxel、Doxtaxel、ADM治療NSCLC有效率9～20％不良反應(yīng)：皮疹、惡心、嘔吐、腹瀉。,,增生,X,¯凋亡,血管生成,轉(zhuǎn)移,細(xì)胞膜,癌細(xì)胞,ZD1839,EGF,TGFa,,,,X,X,X,細(xì)胞核,,,,激酶,X

7、,ZD1839: 作用機(jī)制,回本章目錄,第二節(jié) 酶在食品方面的應(yīng)用,生物技術(shù)在食品工業(yè)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。一、應(yīng)用于食品保鮮的應(yīng)用 二、酶在食品生產(chǎn)上的應(yīng)用三、酶在食品添加劑生產(chǎn)上的應(yīng)用四、酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用,應(yīng)用于食品工業(yè)中的酶制劑歸納于下表：,,,1.

8、酶在食品保鮮上的應(yīng)用,葡萄糖氧化酶 食品除氧, 蛋類制品脫糖溶菌酶 食品除菌,二、酶在食品生產(chǎn)上的應(yīng)用,,在淀粉類食品生產(chǎn)中的應(yīng)用,淀粉酶類與淀粉糖業(yè),現(xiàn)在國內(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。其生產(chǎn)步驟如下： 1. α-淀粉酶液化： 淀粉先加水配制成濃度為30～40％的淀粉漿，pH值調(diào)至6.0～6.5，加一定量的α—淀

9、粉酶，85～90℃下保溫45min左右，淀粉液化成糊精。注意： 當(dāng)采用高溫淀粉酶時(shí)，液化溫度可提高至106～115℃，可大大縮短淀粉液化時(shí)間，提高液化效率。,1、酶法生產(chǎn)葡萄糖,,2. 糖化酶糖化： 液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55～60℃，pH調(diào)至4.5～5.0，加入適量的糖化酶，保溫糖化48h左右，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?注意： α—淀粉酶和糖化酶都要求達(dá)到一定的純度。尤其是糖化酶中應(yīng)不含或盡量少含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移

10、酶．因?yàn)槠咸烟擒辙D(zhuǎn)移酶會(huì)催化葡萄糖生成異麥芽糖等雜質(zhì)，嚴(yán)重影響葡萄糖的收率。葡萄糖的生產(chǎn)除了使用游離酶分批進(jìn)行液化和糖化以外，可采用固定化糖化酶，將糊精連續(xù)水解成葡萄糖。,2、果葡糖漿的生產(chǎn),1.果葡糖漿： 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，國內(nèi)外紛

11、紛采用固定化匍萄糖異構(gòu)酶進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。,2. 葡萄糖液的獲得： 果葡糖槳生產(chǎn)所使用的葡萄糖，一般是由淀粉經(jīng)α-淀粉酶液化，再經(jīng)糖化酶糖化，所得葡萄糖通過層析等方法分離純化，制成濃度為40～45％的精制葡萄糖液。 3. 果葡糖漿的獲得： 將精制葡萄糖液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加入0.01mol/L的硫酸鎂，在60～70℃的溫度條件下，由葡萄糖異構(gòu)酶催化生成果葡糖漿。異構(gòu)化率一般為42～4

12、5％，,3、飴糖的生產(chǎn),1. 飴糖： 飴糖是我國傳統(tǒng)的淀粉糖制品。是以大米或糯米為原料，加進(jìn)大麥芽，利用麥芽中的α-淀粉酶和β—淀粉酶，將淀粉糖化而成的麥芽糖漿。其中含麥芽糖30～40％，糊精80～70％。2. 飴糖的生產(chǎn)： 除了用麥芽生產(chǎn)以外，也可用酶法生產(chǎn)。 飴糖的酶法生產(chǎn)是將大米或糯米磨成粉漿，加入一定量的a-淀粉酶，在85～90℃反應(yīng)一段時(shí)間，

13、以碘反應(yīng)顏色正好消失時(shí)為終點(diǎn)。液化結(jié)束后，冷卻至62℃左右，加入一定量的β-淀粉酶，保溫反應(yīng)一段時(shí)間，使糊精生成麥芽糖。酶法生產(chǎn)的飴糖中，麥芽糖的含量可達(dá)60～70％。,,酶在蛋白制品加工中的應(yīng)用,1. 蛋白制品： 蛋白質(zhì)是食品中的主要營養(yǎng)成分之一，以蛋白質(zhì)為主要成分的制品稱為蛋白制品，如乳制品，蛋制品，魚制品和肉制品等，酶在蛋白制品加工方面的應(yīng)用也很廣泛。2. 在乳制品的加工方面的應(yīng)用：

14、 使用凝乳蛋白酶制造奶酪；用乳糖酶水解乳中的乳糖，生產(chǎn)低乳糖奶，1977年后已可用固定化乳糖酶連續(xù)生產(chǎn)；用過氧化氫酶除去殺菌處理后殘存在牛奶或奶酪中的過氧化氫；用蛋白酶生產(chǎn)乳蛋白(酪蛋白)水解物等。,3. 在蛋制品加工方面的應(yīng)用： 用葡萄糖氧化酶除去全蛋粉、蛋黃粉或蛋白片中存在的少量葡萄糖，以防止褐變，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 4. 在魚制品加工方面的應(yīng)用： 利用蛋白酶生

15、產(chǎn)可溶性的魚蛋白粉，魚露等；用三甲基胺氧化酶使魚制品脫除腥味等，5. 在肉制品加工方面的應(yīng)用： 用蛋白酶制造肉類水解蛋白；用木瓜蛋白酶制成嫩肉粉，使肉食嫩滑可口；用蛋白酶生產(chǎn)明膠；用溶菌酶進(jìn)行肉類制品的保鮮防腐等。,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. 橙皮苷酶：可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔類罐

16、頭制品出現(xiàn)白色渾濁；4. 葡萄糖氧化酶：可去除果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防上微生物生長，以延長食品保存期；5. 溶菌酶：可防止細(xì)菌污染，起食品保鮮作用等。,果汁生產(chǎn)與果膠酶,乳制品與凝乳酶,酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用,酶不僅廣泛用于食品的制造與加工，而且在改善食品的品質(zhì)和風(fēng)味方面大有用場(chǎng)。風(fēng)味酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，在食品風(fēng)味的再現(xiàn)、強(qiáng)化和改變方面有廣闊應(yīng)用前景。 例如：用洋蔥風(fēng)味

17、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。一些食品在加工或保藏過程中，可能會(huì)使原有的風(fēng)味減弱或失去，若在這些食品中添加各自特有的風(fēng)味酶，則可使它們恢復(fù)甚至強(qiáng)化原來的天然風(fēng)味。,第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用,用酶進(jìn)行原料處理用酶生產(chǎn)各種輕工、化工產(chǎn)品用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果。,一、用酶進(jìn)行原料處理,許多輕工原料在應(yīng)用或加工之前都需要經(jīng)

18、過原料處理。其中有不少原料可以用酶進(jìn)行處理，以縮短原料處理時(shí)間，提高處理效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。1.發(fā)酵原料的處理： 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，無法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。,淀粉原料的處理：一般是采用α-淀粉酶進(jìn)行液化，然后再經(jīng)糖化酶進(jìn)行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?纖維素原料處理：含纖維

19、素的發(fā)酵原料可用纖維素酶處理，使纖維素水解為可發(fā)酵的葡萄糖。纖維素酶的研究和應(yīng)用在國際上普遍受到關(guān)注，巳取得顯著成果，但仍有不少問題有待研究解決． 含戊聚糖的植物原料的處理：可用各種戊聚糖酶處理，將戊聚糖水解為各種戊糖后用于發(fā)酵。,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，然后在漂白、印染之前又需退漿。 上漿：將淀粉用α-淀粉酶處

20、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

21、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)行生絲脫膠。5. 羊毛的除垢： 羊毛在

22、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)各種產(chǎn)品,利用酶的催化作用可將原料轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧漠a(chǎn)品，也可利用酶的作用除去某些不需要的物質(zhì)而得到所需的產(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-氨基酸，或?qū)L-氨基酸拆分而生產(chǎn)L-氨基酸。

23、有多種酶可用于L-氨基酸的生產(chǎn)，其中有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)。

24、 用核苷磷酸化酶，可催化肌苷進(jìn)行磷酸化生成5'-肌苷酸，催化鳥苷生成5'-鳥苷酸(GMP)等。,通過酶的催化作用可以生產(chǎn)有機(jī)酸． 例如：用延胡索酸酶生產(chǎn)L—蘋果酸。延胡索酸通過延胡索酸酶的催化作用，生成L—蘋果酸。工業(yè)上巳采用固定化黃色短桿菌或產(chǎn)氨短桿菌的延胡索酸酶連續(xù)生產(chǎn)L—蘋果酸。 用環(huán)氧琥珀酸水解酶催化環(huán)氧疏珀酸水解生成L—酒石酸。,3. 酶法生產(chǎn)有機(jī)酸：,在某

25、些輕工產(chǎn)品中添加一定量的酶，可顯著增強(qiáng)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。 根據(jù)洗滌對(duì)象的不同，添加的酶有所差異。其中最廣泛使用的是堿性蛋白酶。目前全世界所生產(chǎn)的酶之中，總產(chǎn)量的三分之一左右是堿性蛋白酶．堿性蛋白酶的大部分用于加酶洗滌劑。蛋白酶的添加量一般為洗滌劑的0.1～1％。為了使酶與固體洗滌劑能夠混合均勻，可將酶制劑加工成一定形

26、狀，一定相對(duì)密度的顆粒，已有多種型號(hào)的造粒機(jī)可供選擇使用。 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、果膠酶和纖維素酶等。,三、用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果,2. 加酶牙膏、牙粉和嗽口水： 將適當(dāng)?shù)拿柑砑拥窖栏唷⒀婪刍蛩钥谒?，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。

27、 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，增加家禽的產(chǎn)卵率等。4. 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

28、等，可有效地提高護(hù)膚效果。,,酶制劑在國外飼料工業(yè)中得到不斷應(yīng)用，不僅提高了飼料原料的轉(zhuǎn)化率，也促進(jìn)了對(duì)飼料的消化。,植酸酶Bio-Feed® Phytase ( Ronozyme® P ) 主要用于提高植酸磷的消化率，并相應(yīng)改善鈣和其它礦物元素的利用率。大大降低了動(dòng)物糞便中磷的排放量，有益環(huán)保。,SOD,第四節(jié) 酶在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用,環(huán)境監(jiān)測(cè)(1)利用膽堿酯酶檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥污染：(2)利用乳酸脫氫酶的同工酶

29、監(jiān)測(cè)重金屬污染：(3)通過β-葡聚糖苷酸酶監(jiān)測(cè)大腸桿菌污染：(4)利用亞硝酸還原酶檢測(cè)水中亞硝酸鹽濃度： 廢水處理過氧化物酶多酚氧化酶可降解材料開發(fā),在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）與蔗糖在己烷溶液中進(jìn)行酯化反應(yīng)，能夠生成聚糖酯高聚物：,回本章目錄,第五節(jié) 酶在生物技術(shù)方面的應(yīng)用,除去細(xì)胞壁大分子切割大分子連接,現(xiàn)代基因工程的創(chuàng)始人P·伯格（美國,1926－）在1960年以敏銳的科學(xué)預(yù)見力提出一個(gè)大膽的設(shè)想：

30、是否可以創(chuàng)造出一種人工方法，把外界的遺傳基因引入動(dòng)物體內(nèi)，以達(dá)到改變遺傳性狀和治療某些疾病的需要呢？1972年，伯格把兩種病毒的DNA用同一種限制性內(nèi)切酶切割后，再用DNA連接酶把這兩種DNA分子連接起來，于是產(chǎn)生了一種新的重組DNA分子，首次實(shí)現(xiàn)兩種不同生物的DNA體外連接，獲得了第一批重組DNA分子，這標(biāo)志著基因工程技術(shù)的誕生。伯格因此獲得了1980年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,限制性內(nèi)切酶,“分子手術(shù)刀 ”,限制性酶活性緩沖液甲基化底