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,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【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·安德森等人對腺苷脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個基因治療成功的范例。,1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩謝德爾進(jìn)行基因治療。這個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個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。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。對癌細(xì)胞的增殖、生長、存活的信號轉(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，液化溫度可提高至106～115℃，可大大縮短淀粉液化時間，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．因為葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶會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)一段時間，

13、以碘反應(yīng)顏色正好消失時為終點(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。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，以縮短原料處理時間，提高處理效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，減輕勞動強(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。 有些紡織品上漿時用的是動物膠作膠漿，可用蛋白酶使之退漿．,3. 造紙原料的制漿： 造紙原料的纖維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會嚴(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短洗滌時間，提高洗滌效果。 根據(jù)洗滌對象的不同，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，一定相對密度的顆粒，已有多種型號的造粒機(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?、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。

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(1)利用膽堿酯酶檢測有機(jī)磷農(nóng)藥污染：(2)利用乳酸脫氫酶的同工酶

29、監(jiān)測重金屬污染：(3)通過β-葡聚糖苷酸酶監(jiān)測大腸桿菌污染：(4)利用亞硝酸還原酶檢測水中亞硝酸鹽濃度： 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。,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