第三章

酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

王繼剛

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第一節(jié)酶工程原理和方法

（一）酶工程的定義

利用酶、菌體細(xì)胞具有的特異催化功能，或?qū)γ附Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改造，并借助于生物反應(yīng)器和工藝優(yōu)化過程，有效地發(fā)揮酶的催化特性來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。它包括酶、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)和酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)等。

一、酶工程概述

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分。

以微生物或酶為催化劑進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的工業(yè)生物技術(shù)，大規(guī)模生產(chǎn)人類所需的化學(xué)品、醫(yī)藥、能源和材料等，是解決人類目前面臨的資源、能源及環(huán)境危機(jī)的有效手段。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶工程一般工藝流程示意圖

胞外酶胞內(nèi)酶

菌種→基因改造→發(fā)酵→發(fā)酵酶液（→預(yù)處理→細(xì)胞分離→細(xì)胞破壁→碎片分離→）提取→精制→酶制劑及其改造酶制劑↓原料→前處理→殺菌→酶反應(yīng)器→反應(yīng)液→產(chǎn)品提取→成品

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）酶工程的發(fā)展歷程

1.20世紀(jì)50～60年代早期的酶工程技術(shù)，主要是從動(dòng)物、植物和微生物原料中提取、分離、純化制造各種酶制劑，并將其應(yīng)用于化工、食品和醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。

1949大規(guī)模工業(yè)化階段（液體深層發(fā)酵）細(xì)菌淀粉酶2.20世紀(jì)70年代后期，酶的固定化技術(shù)取得了突破，使固定化酶、固定化細(xì)胞、生物反應(yīng)器與生物傳感器等酶工程技術(shù)迅速獲得應(yīng)用。

1969日本固定化氨基?；?，第一次將固定化酶成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)?！腹こ陶Q生

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用3.目前，各種酶工程技術(shù)已用于制造多種精細(xì)化工產(chǎn)品和醫(yī)藥產(chǎn)品，并且在食品工業(yè)、化學(xué)檢測(cè)和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域中得到了有效的應(yīng)用。

酶的非水相催化

新酶的開發(fā)第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（三）酶的分類：

按酶催化反應(yīng)的類型分類1．氧化還原酶2．轉(zhuǎn)移酶3．水解酶4．裂合酶5．異構(gòu)酶6．連接酶（合成酶）第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用1．氧化還原酶(Oxidoreductase)催化氧化-還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)移氫或加氧。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)、過氧化氫酶、氧合酶、細(xì)胞色素氧化酶。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2．轉(zhuǎn)移酶(Transferase)轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。參與生物物質(zhì)的代謝

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用3．水解酶(Hydrolase)水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)（或逆反應(yīng)）。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用4．裂合酶(Lyase)裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用5．異構(gòu)酶(Isomerase)此類酶為生物代謝需要對(duì)某些物質(zhì)進(jìn)行分子異構(gòu)化，分別進(jìn)行外消旋、差向異構(gòu)、順反異構(gòu)等，分為差相異構(gòu)酶、消旋酶、順反異構(gòu)酶等

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用6．連接酶（合成酶）(LigaseorSynthetase)合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。丙酮酸+CO2

草酰乙酸第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶用于生物催化的概況類別占總酶比例%利用率%水解酶hydrolases2665氧化還原酶oxidoreductases2725轉(zhuǎn)移酶transferases245裂合酶lyases12~5異構(gòu)酶isomerases5~1連接酶ligases6~1第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用國(guó)際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一個(gè)酶（-ase）字。酶的系統(tǒng)編號(hào)：EC1.1.1.1例如：習(xí)慣名稱:谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酶催化的反應(yīng):谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用工業(yè)酶制劑的命名和分類

分類：碳水化合物酶、蛋白質(zhì)酶、酯酶和其他酶如α－淀粉酶

高轉(zhuǎn)化率糖化酶（葡萄糖淀粉酶）

一些習(xí)慣歸類：1、動(dòng)物酶、植物酶、微生物酶2、胞內(nèi)酶和胞外酶3、溶液酶和固定化酶第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用二、酶制劑的生產(chǎn)

1.包括菌種的來源、產(chǎn)酶菌種的分離、篩選、育種和酶的發(fā)酵生產(chǎn)等。

2.酶生產(chǎn)菌的要求（1）不能是致病菌，特別是對(duì)食品用酶和醫(yī)藥用酶。目前認(rèn)為可用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的生產(chǎn)菌種有：枯草桿菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母和脆壁克魯維酵母。（2）不易退化，不易感染噬菌體。（3）產(chǎn)酶量高，而且最好產(chǎn)生胞外酶。（4）能利用廉價(jià)的原料，發(fā)酵周期短，易培養(yǎng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用3.酶的發(fā)酵方法1、固體培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)基以麩皮、米糠等為主要原料加入其它營(yíng)養(yǎng)成分，經(jīng)滅菌、接產(chǎn)酶菌株，在一定條件下發(fā)酵，目的獲得淀粉酶和蛋白酶，如酒曲生產(chǎn)。2、液體深層發(fā)酵液體培養(yǎng)基，在發(fā)酵容器中，經(jīng)滅菌、冷卻接入產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下發(fā)酵，是目前酶生產(chǎn)的主要方法。

3、固定化細(xì)胞發(fā)酵第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、微生物細(xì)胞的破碎

胞外酶：能分泌透過細(xì)胞壁到細(xì)胞外部的酶。胞內(nèi)酶：存在于細(xì)胞內(nèi)部的酶。對(duì)于胞內(nèi)酶的提取，需要破碎技術(shù)，胞外酶則無需破碎。破碎的目的是將細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破壞掉，使胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來，包括機(jī)械破碎法和非機(jī)械破碎法。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（一）機(jī)械破碎法

1.高壓勻漿法適合于細(xì)菌和酵母的破碎，不適合于絲狀真菌及某些基因工程菌。

2.珠磨法適合于各種微生物細(xì)胞的破碎。

3.超聲破碎法對(duì)桿菌的破碎較容易，對(duì)酵母菌的破碎效果較差。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）非機(jī)械破碎法

1.酶溶法加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它們對(duì)細(xì)胞壁或細(xì)胞膜進(jìn)行酶解，使細(xì)胞破碎。自溶法：在微生物生長(zhǎng)代謝過程中，控制一定條件，誘發(fā)微生物產(chǎn)生少量的溶胞酶或激發(fā)自身溶胞酶的活力，以達(dá)到細(xì)胞自溶的目的。

2.化學(xué)滲透法用有機(jī)溶劑、變性劑、表面活性劑、抗生素或金屬螯合物等處理，使細(xì)胞壁或膜的通透性（滲透性）改變，從而使胞內(nèi)物質(zhì)有選擇地滲透出來。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用四、酶的提取與純化

酶的提取:在一定條件下，用適當(dāng)?shù)娜軇┨幚砗冈?，使酶充分溶解到溶劑中的過程，也稱作酶的抽提，即初步純化。常用的方法：鹽溶液提取、酸溶液提取、堿溶液提取、有機(jī)溶劑提取。酶的精制:即高度純化。常用的方法：沉淀法、超濾法、色譜分離法、結(jié)晶法等。其中沉淀法和超濾法既可用于初步純化，也可用于精制。

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分離：將酶從原料中抽提出來，并盡可能少引入雜質(zhì)，得到粗酶液

純化：將酶和雜質(zhì)中分離開來，或者有選擇地將酶從包含雜質(zhì)中分離出來，得到一定純度的酶。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶的純化過程與一般蛋白質(zhì)純化過程相比的特點(diǎn)：

1、特定的一種酶在細(xì)胞中的含量較少，

2、酶可以通過測(cè)定活力的方法加以跟蹤。前者給純化帶來了困難，而后者卻迅速找出純化過程的關(guān)鍵所在。

理想的提取和分離純化方法：在提高酶的比活的同時(shí)，要求酶回收率高，提取步驟少、工藝簡(jiǎn)單，成本低。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用策略：①酶產(chǎn)品的質(zhì)量要求設(shè)定目標(biāo)：（用途：醫(yī)用、食品級(jí)、工業(yè)級(jí)或研究級(jí)）目標(biāo)酶蛋白與主要雜質(zhì)的性質(zhì)②提取過程的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能防止酶的損失，減少處理步驟。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用③提取方法的經(jīng)濟(jì)性和可分析性盡量減少添加劑的使用盡早使用高效分離方法，將昂貴、費(fèi)時(shí)的分離方法放在最后階段。酶活力、蛋白濃度、純度測(cè)定方法可行性④劑型（液體濃縮酶、粉狀酶、精制酶、結(jié)晶酶等）第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用基本過程：（一）、材料（選擇）預(yù)處理及破碎細(xì)胞

1.胞內(nèi)酶和胞外酶

2.破碎細(xì)胞（二）、固液分離（離心或過濾）酶的溶解性、穩(wěn)定性第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（三）、凈化與脫色絮凝劑脫色處理（四）、濃縮

（熱量法、沉淀分離、膜分離）

（五）純化、結(jié)晶（干燥）第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用提取和純化方法：（一）根據(jù)酶分子溶解度不同的方法

通過改變某些條件，使溶液中某種物質(zhì)的溶解度降低，從溶液中沉淀析出，達(dá)到與其他物質(zhì)分離的目的。

1.鹽析沉淀法通常采用的鹽有硫酸銨、硫酸鈉、磷酸鉀、硫酸鎂、氯化鈉和磷酸鈉等。其中以硫酸銨最為常用，因?yàn)樗谒械娜芙舛却蠖鴾囟认禂?shù)小，不影響酶的活性，分離效果好，而且價(jià)廉易得。鹽析沉淀所得到的產(chǎn)品常含有大量鹽分，一般可用超濾或?qū)游龅确椒擕}，使酶進(jìn)一步純化。

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2.等電點(diǎn)沉淀法在酶的沉淀分離中，等電點(diǎn)沉淀法經(jīng)常與鹽析沉淀、有機(jī)溶劑沉淀和復(fù)合沉淀等方法一起使用，使其沉淀完全。

3.有機(jī)溶劑沉淀法利用酶等物質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解度不同而使其分離。常用的有機(jī)溶劑有乙醇、丙酮、異丙酮、甲醇等。

4.復(fù)合沉淀法在酶液中加入某些高分子聚合物，例如，單寧，使它與酶形成復(fù)合物而沉淀下來，分離出沉淀后，再用適當(dāng)方法將酶從復(fù)合物中重新析出。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）根據(jù)酶分子大小和形狀不同的方法

1.離心分離法在酶的提取分離純化過程中，細(xì)胞的收集、細(xì)胞碎片和沉淀的分離以及酶的純化等往往要使用離心分離。

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2.體積排阻法利用具有一定大小網(wǎng)狀的凝膠顆粒（固定相）填充柱的分子篩作用，利用溶液中各組分的相對(duì)分子質(zhì)量不同來進(jìn)行層析分離的一種方法。常用的凝膠有瓊脂糖凝膠（Sepharose）、聚丙烯酰胺凝膠（Biogel）和葡聚糖凝膠（Sephadex）等。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.透析透析膜可用動(dòng)物膜、羊皮紙、火棉膠或塞璐玢等制成。使用時(shí)可做成透析管、透析袋或透析槽等形式。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)：時(shí)間長(zhǎng)，若不更換水或緩沖液時(shí)，只擴(kuò)散到膜內(nèi)外平衡為止。透析結(jié)束時(shí)，透析袋內(nèi)的保留液體積較大，濃度較低。透析主要用于酶、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化，從中除去小分子物質(zhì)。透析在酶純化過程中極為常用，通過透析可以除去酶液中的鹽類、有機(jī)溶劑、低相對(duì)分子質(zhì)量的抑制劑等。

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4.超濾借助于超濾膜將不同相對(duì)分子質(zhì)量的物質(zhì)分離的技術(shù)，是在一定的正壓力或負(fù)壓力驅(qū)動(dòng)下，將料液強(qiáng)制通過一定孔徑的超濾膜，部分小分子的溶質(zhì)和溶劑透過膜而成為超濾液，而大分子的酶和蛋白質(zhì)等物質(zhì)被截留，從而達(dá)到分離純化的目的，也可用于酶液的濃縮和脫色。超濾膜截留的顆粒直徑范圍為2～200nm，相當(dāng)于相對(duì)分子質(zhì)量1000～500000。構(gòu)成超濾膜的主要材料有醋酸纖維、尼龍、聚砜、陶瓷等。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（三）根據(jù)酶分子電荷性質(zhì)的方法

1.離子交換層析根據(jù)被分離物質(zhì)與分離介質(zhì)（離子交換劑）間異種電荷的靜電引力的不同來進(jìn)行物質(zhì)分離的。不同離子交換劑上的可解離基團(tuán)對(duì)各種離子的親和力不同，而使不同物質(zhì)分離。離子交換劑根據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)分為陽離子交換劑和陰離子交換劑。酶具有兩性性質(zhì)，可用陽離子交換劑，也可用陰離子交換劑進(jìn)行酶的分離純化。

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2.電泳分離在外電場(chǎng)作用下，不同蛋白質(zhì)離子所帶凈電荷的多少和性質(zhì)不同，因而其向兩極泳動(dòng)的方向和速度也不相同，從而達(dá)到分離的目的。為了減少對(duì)流擴(kuò)散，電泳過程一般在浸透了緩沖液的聚丙烯酰胺凝膠、淀粉膠等介質(zhì)上進(jìn)行。電泳分離的蛋白質(zhì)量通常較?。s數(shù)毫克），常用作分析用。但現(xiàn)在已發(fā)展了制備電泳，用這種方法制備的酶，可以在介質(zhì)中洗脫或直接從電泳柱底部依次流出。

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3.等電聚焦電泳先從陽極頂端擴(kuò)散裝入一種酸（如磷酸），然后從陰極端擴(kuò)散裝入一種堿（如乙醇胺），用具有不同等電點(diǎn)的脂肪族聚氨基聚羧基化合物作為兩性電介質(zhì)載體，當(dāng)陰陽兩極通電以后電介質(zhì)在一定范圍內(nèi)便形成pH值梯度，當(dāng)該載體電介質(zhì)同樣品一起電泳時(shí)，蛋白質(zhì)便朝其各自等電點(diǎn)相等的pH值位置移動(dòng)而被濃縮。優(yōu)點(diǎn)：不但可將各種酶精確分開，通過測(cè)定各段的pH值還可以了解該酶的等電點(diǎn)?？梢苑蛛x和檢出等電點(diǎn)相差僅0.02的兩種蛋白質(zhì)成分。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（四）根據(jù)酶分子專一性結(jié)合的分離方法

1.親和層析酶的底物、底物類似物及酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑同酶之間有著較高的親和力，可作為配基固定于不溶性載體，可選擇性地將酶吸附而同雜質(zhì)分離。然后可以通過改變緩沖液的離子強(qiáng)度和pH值的方法，也可以使用濃度更高的同一配體溶液或親和力更強(qiáng)的配體溶液，將酶洗脫下來。

2.免疫吸附層析利用抗原一抗體的高親和性反應(yīng)原理進(jìn)行酶的分離純化。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（五）酶分離純化的原則1.防止酶失活

這一原則要貫穿純化工作的始終，在后期尤為重要。建立一個(gè)可靠和快速、易行的測(cè)定酶活方法物理因素、化學(xué)因素和生物因素導(dǎo)致酶失活2.分離純化的環(huán)節(jié)的選擇（經(jīng)濟(jì)、宜行）：

純化倍數(shù)、酶活回收率和重現(xiàn)性（衡量?jī)?yōu)劣）經(jīng)濟(jì)、可靠，建立靈敏、快速、特異、精確的檢測(cè)（酶活和蛋白質(zhì)的含量）手段。3、分離步驟、方法和成本間的關(guān)系

提取、分離、純化、制劑第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（六）酶的分離純化應(yīng)注意的問題

1.要注意防止酶變性失活低溫、不能過酸、過堿等。

2.酶分離純化的目的是將酶以外的所有雜質(zhì)盡可能除去，因此選擇分離方法是應(yīng)盡可能不破壞酶所需要的條件。

3.通過檢測(cè)酶活性，為選擇適當(dāng)方法和條件提供了直接依據(jù)。一個(gè)好的酶分離純化的方法和措施是使酶的純度提高倍數(shù)大，活力回收高，同時(shí)重復(fù)性好。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（七）酶的純度與酶活力

許多分離方法都可用于檢驗(yàn)酶的純度，實(shí)驗(yàn)室常用聚丙烯酰胺凝膠電泳來檢驗(yàn)酶的純度。酶分子結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，同一種酶制劑，采用不同方法檢驗(yàn)結(jié)果可能不一致，酶的純度應(yīng)注明達(dá)到哪種純度，如電泳純、HPLC純等。比活力：每毫克酶蛋白具有的酶活力單位數(shù)。一般情況下，酶的比活力隨酶的純度的提高而提高。酶的純度也可用酶的比活力來衡量。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶活力測(cè)定方式有二：1.

測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的量

通常測(cè)定在一定時(shí)間內(nèi)最適于酶的條件下酶促反應(yīng)產(chǎn)物的生成量。如蛋白酶的活力，可據(jù)酶催化酪蛋白水解生成的酪氨酸與酚試劑作用藍(lán)色反應(yīng)，再用比色法測(cè)定之。2.

測(cè)定完成一定量反應(yīng)所需的時(shí)間，測(cè)定酶所催化的一定量底物的減少或一定量產(chǎn)物的生成所需的時(shí)間，酶活力與之成反比。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

測(cè)定酶活力可采用中止反應(yīng)法、連續(xù)反應(yīng)法，或采用自動(dòng)化酶分析儀操作進(jìn)行。

中止反應(yīng)法:

在恒溫反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行酶促反應(yīng)，間隔一定的時(shí)間，分幾次取出一定容積的反應(yīng)液，使酶停止作用，然后分析產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量。幾乎所有的酶都可根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)出測(cè)定其活力的具體方法。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

連續(xù)反應(yīng)法:

不需要取樣中止反應(yīng)，而是基于反應(yīng)過程中光譜吸收、氣體體積、酸堿度、溫度、黏度等的變化，用儀器跟蹤檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)行的過程，記錄結(jié)果，算出酶活力。連續(xù)法使用方便，一個(gè)樣品可多次測(cè)定，但很多酶反應(yīng)不能用該法測(cè)定。

自動(dòng)化酶分析儀:

從加樣、啟動(dòng)反應(yīng)、檢測(cè)、數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理等，整個(gè)過程均由儀器自動(dòng)完成。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶偶聯(lián)法

指選擇另一種酶與酶發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，即第一種酶E1所催化的產(chǎn)物作為E2的底物，通過測(cè)定第二個(gè)酶促反應(yīng)產(chǎn)物的量變化來測(cè)的活力，此法適用于活力不高或所催化產(chǎn)物不便測(cè)定的一些酶活力測(cè)定。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用舉例：α-淀粉酶活力測(cè)定1.標(biāo)準(zhǔn)碘液法

原理：淀粉對(duì)碘呈藍(lán)黑色的特異性逐漸消失，消失的速率與酶活性有關(guān)。方法：終止法稀鹽酸測(cè)吸光度2.DNS法α-淀粉酶可隨機(jī)地作用于淀粉中的α-1,4-糖苷鍵，生成葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、糊精等還原糖，同時(shí)使淀粉的粘度降低，因此又稱為液化酶。方法：終止法熱變性測(cè)吸光度第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶法分析第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用底物濃度對(duì)酶速的影響第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶法分析包括兩個(gè)步驟：

1.酶反應(yīng)在適宜的條件下進(jìn)行催化反應(yīng)

2.檢測(cè)測(cè)定反應(yīng)前后物質(zhì)的變化情況，可以測(cè)定底物的減少、產(chǎn)物的增加或輔酶的變化第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用游離酶催化的缺點(diǎn)：

1.穩(wěn)定性差：在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等外界因素下易失活。

2.酶的一次性使用:反應(yīng)結(jié)束后，酶即使仍有活性，也難以回收，成本提高，難于連續(xù)化生產(chǎn)。

3.產(chǎn)物的分離純化較困難：酶與產(chǎn)物混在一起。六、酶的固定化第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用六、酶的固定化

（一）酶的固定化方法

1.吸附法（1）物理吸附法。酶被物理吸附于不溶性載體的一種固定化方法。吸附的載體：包括無機(jī)載體（活性炭、石英砂、多孔玻璃、氧化鋁、硅膠、磷酸鈣）和有機(jī)載體（淀粉、谷蛋白、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖、聚丙烯酰胺）等。優(yōu)點(diǎn)：具有不破壞酶活性中心和酶高級(jí)結(jié)構(gòu)變化少，若能找到適當(dāng)?shù)妮d體，這是簡(jiǎn)單的好方法。缺點(diǎn)：酶與載體結(jié)合力弱、酶易脫落等。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（2）離子吸附法。通過離子效應(yīng)，將酶分子固定到含有離子交換基團(tuán)的固相載體上。常見的載體：DEAE-纖維素、DEAE-葡聚糖凝膠、CM-纖維素、DOWEX-50等。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，處理?xiàng)l件溫和，能得到酶活回收率較高的固定化酶。缺點(diǎn)：酶與載體的結(jié)合力較弱，當(dāng)離子強(qiáng)度高、緩沖液種類或pH值發(fā)生變化時(shí)，酶容易脫落。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2.化學(xué)結(jié)合法（1）共價(jià)結(jié)合法。將載體有關(guān)基團(tuán)活化、與酶分子上的功能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵的一種固定化方法，是研究得最多的固定化方法之一?？膳c載體結(jié)合的酶的功能團(tuán)：α或ε-NH2，α、β或γ-羧基，巰基，咪唑基，酚基等，但參與共價(jià)結(jié)合的氨基酸殘基應(yīng)當(dāng)是酶催化活性的非必需基因，否則可能會(huì)導(dǎo)致固定后酶活力完全喪失。特點(diǎn)：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，容易使酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而破壞活性中心，操作時(shí)需注意。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（2）共價(jià)交聯(lián)法。通過雙功能或多功能試劑（交聯(lián)劑），在酶分子之間或酶分子與微生物細(xì)胞之間形成共價(jià)鍵的連接方法。它與共價(jià)結(jié)合法的區(qū)別是它使用交聯(lián)劑而不用載體。常用的交聯(lián)劑：戊二醛、異氰酸酯、順丁烯二酸酐和乙烯共聚物等。特點(diǎn)：反應(yīng)條件比較激烈，固定化酶的活力回收率較低，但盡量降低交聯(lián)劑濃度和縮短反應(yīng)時(shí)間，會(huì)有助于固定化酶比活力的提高。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.包埋法可分為凝膠網(wǎng)格型和微囊型。將酶或微生物包埋在高分子凝膠網(wǎng)格中的包埋法稱為凝膠網(wǎng)格包埋型，將其包埋在高分子半透膜中的包埋法稱為微囊型。優(yōu)點(diǎn)：一般不需要與酶蛋白的氨基酸殘基起結(jié)合反應(yīng)，較少改變酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)，酶活力的回收率較高。缺點(diǎn)：僅適用于小分子底物和產(chǎn)物的酶，因?yàn)橹挥行》肿游镔|(zhì)才能擴(kuò)散進(jìn)入高分子凝膠的網(wǎng)格，并且這種擴(kuò)散阻力還會(huì)導(dǎo)致固定化酶動(dòng)力學(xué)行為的改變和酶活力的降低。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（1）凝膠網(wǎng)格型。采用明膠、卡拉膠、海藻酸鈉或淀粉等天然高分子化合物作為包埋劑時(shí)，可以將酶直接與溶膠態(tài)的包埋劑混合凝膠化。缺點(diǎn)：凝膠孔徑不規(guī)則，有一部分大于平均孔徑，時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)，酶容易泄漏。常與交聯(lián)法結(jié)合達(dá)到加固的目的，如先用明膠包埋，再用戊二醛交聯(lián)等。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（2）微囊型。利用各種類型的膜將酶封閉起來，這類膜能使小分子產(chǎn)物和底物通過，而酶和其他的高分子不能通過。缺點(diǎn)：反應(yīng)條件要求高，制備成本高。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）細(xì)胞的固定化方法

細(xì)胞固定化的主要方法有用載體對(duì)細(xì)胞的包埋法和利用載體與細(xì)胞之間吸引力的吸附法兩種。固定化細(xì)胞的制備方法類似于固定化酶的制備方法。優(yōu)點(diǎn)：固定化后酶活基本沒有損失，它還保留了細(xì)胞原有的多酶系統(tǒng)，對(duì)于多步催化轉(zhuǎn)換的反應(yīng)，優(yōu)勢(shì)更加明顯，而且勿需輔酶的產(chǎn)生，直接將微生物細(xì)胞固定化，不僅可以免去提純酶的步驟。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

缺點(diǎn)：只適用于胞內(nèi)酶，而且細(xì)胞中的酶很多，可能產(chǎn)生副反應(yīng)，使產(chǎn)物不純。在選用固定化細(xì)胞作為催化劑時(shí)，應(yīng)考慮到底物和產(chǎn)物是否容易通過細(xì)胞膜，膜內(nèi)是否存在產(chǎn)物分解系統(tǒng)和其他副反應(yīng)系統(tǒng)，或者說雖有這兩種系統(tǒng)，但是否可事先用熱處理或pH值調(diào)整等簡(jiǎn)單方法使之失效。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（三）固定化酶（細(xì)胞）的性質(zhì)

1.酶活力的變化酶經(jīng)固定化后，酶分子的構(gòu)象可能改變，導(dǎo)致了酶與底物結(jié)合能力或催化底物轉(zhuǎn)化能力發(fā)生變化；載體的存在給酶的活性部位或調(diào)節(jié)部位造成某種空間障礙，影響酶與底物的作用；酶包埋于載體，底物必須擴(kuò)散進(jìn)入載體才能和酶分子接觸，擴(kuò)散速率的不同限制了酶與底物的作用。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2.酶穩(wěn)定性的變化經(jīng)固定化后，大多數(shù)酶的穩(wěn)定性提高，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用十分有利。固定化酶的穩(wěn)定性常用半衰期（t1/2）表示，即固定化酶活力降為最初活力一半所經(jīng)歷的連續(xù)工作時(shí)間。它是衡量固定化酶操作穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

3.最適pH值的變化氫離子在溶液和固定化酶之間的分配效應(yīng)，對(duì)反應(yīng)速度具有重要影響。如果酶反應(yīng)產(chǎn)生酸或消耗酸時(shí)，pH值曲線會(huì)發(fā)生顯著變化（曲線向右移動(dòng)或向左移動(dòng)），最適pH值也會(huì)相應(yīng)變化。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

4.最適溫度的變化酶反應(yīng)的最適溫度是酶失活速度與酶反應(yīng)速度綜合的結(jié)果。在一般情況下，固定化后酶的失活速度下降，最適溫度也隨之提高。

5.動(dòng)力學(xué)常數(shù)的變化酶固定于電中性載體后，表觀米氏常數(shù)往往比游離酶的米氏常數(shù)高，而最大反應(yīng)速度變??；而當(dāng)?shù)孜锱c帶有相反電荷的載體結(jié)合后，表觀米氏常數(shù)往往減小，這對(duì)固定化酶實(shí)際應(yīng)用有利。此外，在高離子強(qiáng)度下，酶的動(dòng)力學(xué)常數(shù)幾乎不變。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（四）固定化酶（細(xì)胞）的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.相對(duì)酶活力具有相同重量酶蛋白的固定化酶與游離酶活力的比值。它與載體結(jié)構(gòu)、顆粒大小、底物相對(duì)分子質(zhì)量及酶的結(jié)合效率有關(guān)。相對(duì)酶活力低于75%的固定化酶，一般無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.酶的活力回收率固定化酶的總活力與用于固定化的酶總活力的百分比。一般情況下，活力回收率應(yīng)小于l。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（五）固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：極易將產(chǎn)物和底物分開；可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反復(fù)分批反應(yīng)和裝柱連續(xù)反應(yīng)；在大多數(shù)情況下，可以提高酶的穩(wěn)定性；酶反應(yīng)過程可以嚴(yán)格控制；產(chǎn)物中沒有酶的殘留，簡(jiǎn)化了工業(yè)設(shè)備；較水溶性酶更適合于多酶反應(yīng)；可以增加產(chǎn)物的收得率，提高產(chǎn)物的質(zhì)量；酶使用效率提高，成本降低。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用缺點(diǎn)：固定化時(shí)，酶活力有損失；增加了固定化的成本，工廠投資開始增大；只能用于水溶性底物，而且較適用于小分子底物，對(duì)大分子底物不適宜；與完整菌體相比，不適合多酶反應(yīng)，特別是需要輔助因子的反應(yīng)；胞內(nèi)酶必須經(jīng)過酶的分離過程。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用七、酶反應(yīng)器

生物反應(yīng)器：利用生物催化劑進(jìn)行生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的反應(yīng)裝置稱為生物催化反應(yīng)器，一般稱為生物反應(yīng)器（Bioreactor）

發(fā)酵罐（fermenter）：細(xì)胞生物反應(yīng)器

生化反應(yīng)器（biochemicalreactor）

生物反應(yīng)器：傳統(tǒng)的發(fā)酵罐、酶反應(yīng)器、固定化酶或固定化細(xì)胞反應(yīng)器、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)用反應(yīng)器和光合生物反應(yīng)器。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)酵生產(chǎn)過程示意圖過程調(diào)控

發(fā)酵罐

滅菌原料預(yù)處理

產(chǎn)物分離提純

產(chǎn)品菌種培養(yǎng)空氣除菌能量熱量第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用生物催化反應(yīng)過程示意圖過程調(diào)控生物催化反應(yīng)器

底物產(chǎn)物分離提純

產(chǎn)品生物催化劑制備能量第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用生物反應(yīng)器的特點(diǎn)優(yōu)良的生物反應(yīng)器應(yīng)具備：1.嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)2.良好的液體混合性能3.高效的傳質(zhì)、傳熱性能4.配套而可靠的檢測(cè)和控制儀表酶反應(yīng)器較發(fā)酵罐簡(jiǎn)單第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用生物反應(yīng)器工程通過反應(yīng)器型式、操作方式的改變能否使生物催化反應(yīng)效率最大化？將反應(yīng)與傳質(zhì)緊密相關(guān)

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶反應(yīng)器：用于游離或固定化酶（細(xì)胞）進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備。分類：按結(jié)構(gòu)分為：攪拌罐式反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器填充床式反應(yīng)器流化床式反應(yīng)器膜反應(yīng)器噴射反應(yīng)器第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用按操作方式：間歇（分批）式連續(xù)式半連續(xù)式（包括流加）理想型：連續(xù)操作活塞式反應(yīng)器（CPFR）連續(xù)操作攪拌式反應(yīng)器（CSTR）第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（一）攪拌罐式反應(yīng)器（StirredTankReactor,STR）組成：反應(yīng)罐攪拌器保溫裝置分類：分批攪拌罐式反應(yīng)器流加分批攪拌罐式反應(yīng)器連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用1、分批攪拌罐式反應(yīng)器(BSTR)

將酶和底物溶液一次性加到反應(yīng)器中，在一定條件下反應(yīng)一段時(shí)間，然后將反應(yīng)液全部取出。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用1．分批攪拌反應(yīng)器

（BatchStirredTankReactor,BSTR）

反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要特殊裝置，適與小規(guī)模試驗(yàn)缺點(diǎn)是：操作麻煩，固定化酶經(jīng)反復(fù)回收使用時(shí)，易失去活性，故在工業(yè)生產(chǎn)中，間歇式酶反應(yīng)器很少用于固定化酶，但常用于游離酶。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2、連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器（ContinuousStirredTankReactor,CSTR）

催化劑采用顆粒狀的固定化酶，少數(shù)應(yīng)用片狀固定化酶。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要不斷分出部分反應(yīng)液，同時(shí)補(bǔ)充等量的新鮮底物溶液，為不致使酶隨反應(yīng)液流失，所以在它的出口處通常有濾膜。適于有底物抑制場(chǎng)合。缺點(diǎn)是：攪拌漿剪切力大，易打碎磨損固定化酶顆粒第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用3．連續(xù)攪拌罐-超濾反應(yīng)器酶循環(huán)第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）填充（固定）床式反應(yīng)器（PBR）

固定化酶堆疊在一起，固定不動(dòng)，底物溶液按照一定的方向以一定的速度流過反應(yīng)床，通過底物溶液的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的傳遞和混合。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用填充床反應(yīng)器（PackedReactor,PBR）,優(yōu)點(diǎn)是：高效率、易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，因而，PBR是目前工業(yè)生產(chǎn)及研究中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)器。它適用于各種形狀的固定化酶和不含固體顆粒、黏度不大的底物溶液，以及接近平推流，當(dāng)有產(chǎn)物抑制時(shí)，可獲得高轉(zhuǎn)化效率。缺點(diǎn)是：傳質(zhì)和熱系數(shù)相對(duì)較低，固定化酶顆粒大小會(huì)影響壓降和內(nèi)擴(kuò)散阻力。當(dāng)?shù)孜锶芏群腆w顆?；蝠ざ群艽髸r(shí)，不宜采用PBR。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、流化床反應(yīng)器（FBR）

底物溶液以足夠大的流速向上通過固定化酶床層，使固體顆粒處于流化狀態(tài)?？捎糜谔幚碚承詮?qiáng)和含有固體顆粒的底物，或用于需要供應(yīng)氣體或排放氣體的反應(yīng)。適用于固定化酶進(jìn)行連續(xù)催化反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用流化床反應(yīng)器（FluidizedBedReactor,FBR）。FBR可用于處理黏度較大和含有固體顆粒的底物溶度，同時(shí)，亦可用于需要供氣體或排放氣體的酶反應(yīng)（即固、液、氣三相反應(yīng)）。但因FBR混合均勻，故不適用于有產(chǎn)物抑制的酶反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用四、鼓泡式反應(yīng)器(bubblecolumnreactor,BCR)

利用從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過程中起到提供反應(yīng)底物和混合兩種作用的一類反應(yīng)器，是一種無攪拌裝置的反應(yīng)器。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用五、膜反應(yīng)器

將酶催化反應(yīng)與半透膜的分離作用組合在一起而成的反應(yīng)器。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用膜反應(yīng)器（membranereactor,MR）可以用于游離酶的催化反應(yīng)，也可以用于固定化酶的催化反應(yīng)。用于固定化酶催化反應(yīng)的膜反應(yīng)器是將酶固定在具有一定孔徑的多孔薄膜中，而制成的一種生物反應(yīng)器。膜反應(yīng)器可以制成平板型、螺旋型、管型、中空纖維型、轉(zhuǎn)盤型等多種形狀。常用的是中空纖維反應(yīng)器。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用六、噴射式反應(yīng)器

利用高壓蒸汽的噴射作用，實(shí)現(xiàn)酶和底物的混合，進(jìn)行高溫短時(shí)催化反應(yīng)的一種反應(yīng)器。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用反應(yīng)器類型適用的操作方式適用的酶特點(diǎn)攪拌罐式反應(yīng)器分批式,流加分批式連續(xù)式,游離酶固定化酶反應(yīng)比較完全，反應(yīng)條件容易調(diào)節(jié)控制。填充床式反應(yīng)器連續(xù)式固定化酶密度大，可以提高酶催化反應(yīng)的速度。在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用。流化床反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式固定化酶流化床反應(yīng)器具有混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好，溫度和pH值的調(diào)節(jié)控制比較容易，不易堵塞，對(duì)粘度較大反應(yīng)液也可進(jìn)行催化反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用反應(yīng)器類型適用的操作方式適用的酶

特點(diǎn)鼓泡式反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式游離酶固定化酶鼓泡式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，剪切力小，混合效果好，傳質(zhì)、傳熱效率高,適合于有氣體參與的反應(yīng)。膜反應(yīng)器連續(xù)式游離酶固定化酶清洗比較困難噴射式反應(yīng)器連續(xù)式游離酶通入高壓噴射蒸汽，實(shí)現(xiàn)酶與底物的混合，進(jìn)行高溫短時(shí)催化反應(yīng)，適用于某些耐高溫酶的反應(yīng)第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1984年A.Zaks和A.MKlibanov首次發(fā)表了關(guān)于非水相介質(zhì)中脂肪酶的催化行為及熱穩(wěn)定性的研究報(bào)道，引起了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的酶學(xué)領(lǐng)域迅速產(chǎn)生一個(gè)全新的分支

非水酶學(xué)。現(xiàn)在非水酶學(xué)方法在多肽合成、聚合物合成、藥物合成以及立體異構(gòu)體拆分等方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。八非水介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用非水相介質(zhì)：有機(jī)溶劑反應(yīng)介質(zhì)，氣相反應(yīng)介質(zhì)，超臨界流體反應(yīng)介質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：1)酶在有機(jī)介質(zhì)中由于水分子的減少，相對(duì)來說酶分子的構(gòu)象表現(xiàn)出比水溶液中更具有“剛性”特點(diǎn)。因而使通過選擇不同性質(zhì)的溶劑來調(diào)控酶的某些特性成為可能。例如在有機(jī)溶劑中，可以利用酶與配體的相互作用性質(zhì)，誘導(dǎo)改變酶分子的構(gòu)象，調(diào)控酶的底物專一性,、立體選擇性和手性選擇性等。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用(3)由于引起酶變性的許多因素都與水的存在有關(guān),因此在有機(jī)介質(zhì)中酶的穩(wěn)定性得到顯著提高。(2)在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以改變酶促反應(yīng)的熱力學(xué)平衡向有利于合成方向（而不是水解方向）進(jìn)行。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用(5)在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行的酶促反應(yīng)，可以省略產(chǎn)物的萃取分離過程,提高收率，從低沸點(diǎn)的溶劑中分離純化產(chǎn)物比水中容易；酶不溶于有機(jī)介質(zhì)，易于回收再利用。(4)由于有機(jī)溶劑的存在,水量減少，大大降低了許多需要水參與的副反應(yīng)，如酸酐的水解、氰醇的消旋化和酰基轉(zhuǎn)移等。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用(6)脂溶性底物和產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中的高度溶解性,有利于提高底物濃度總的水平。同時(shí)由于底物和產(chǎn)物的高脂溶性，使它們?cè)诿阜肿颖砻娴膶?shí)際濃度較低,可以減少底物或產(chǎn)物對(duì)酶引起的抑制作用。(7)在有機(jī)溶劑的存在下，一般不存在微生物污染問題。(8)由于酶不溶于有機(jī)溶劑中，所以是一個(gè)非均相反應(yīng)體系。應(yīng)用振蕩或攪拌改善底物及產(chǎn)物的交換是反應(yīng)的關(guān)鍵。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（一）有機(jī)相酶反應(yīng)具備條件

1．保證必需水含量。2．選擇合適的酶及酶形式。3．選擇合適的溶劑及反應(yīng)體系。4．選擇最佳pH值。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

必需水(EssentialWater)：維持酶催化活性所必須的最少量的水。與酶分子緊密結(jié)合的一層左右的水分子，對(duì)酶活性至關(guān)重要的。不同酶與必需水結(jié)合的緊密程度及所結(jié)合的必需水量是不同的。把有機(jī)溶劑中酶催化反應(yīng)理解為宏觀上是非水相，而微觀上是微水相反應(yīng)。因此非水體系又稱低水體系。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用脂肪酶活性與水的關(guān)系加水量%(V/V)相對(duì)活力%070.2920.41002.075在反應(yīng)體系中，必需水量也決定于有機(jī)溶劑。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用影響酶反應(yīng)體系中需水含的因素a．不同酶需水量不同b.同一種酶在不同有機(jī)溶劑中需水量不同溶劑疏水性越強(qiáng)，需水量越少第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用二、有機(jī)溶劑的選擇1、有機(jī)溶劑與酶活性：溶劑主要是通過對(duì)體系中水、酶以及底物和產(chǎn)物的作用來間接地或直接地影響酶活性：(1)對(duì)吸附在酶分子上的水分的影響，溶劑可以?shī)Z走吸附在酶分子表面的必需水，破壞了維持酶蛋白構(gòu)象的氫鍵和疏水作用，降低了酶的活性和穩(wěn)定性。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用(2)對(duì)底物和產(chǎn)物的影響，有機(jī)溶劑可以直接與底物、產(chǎn)物分子發(fā)生反應(yīng)，或者可以通過底物和產(chǎn)物在水相和有機(jī)相的分配，從而影響其在酶分子表面的水層中的濃度來改變酶的活性。(3)對(duì)酶的直接影響，溶解于水層中的溶劑分子可以抑制處于水中的酶或使酶失活，酶與兩相界面的直接接觸也可導(dǎo)致酶的失活第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2．選擇有機(jī)溶劑必須考慮因素(1)有機(jī)溶劑與反應(yīng)的匹配性（即相容性）包括反應(yīng)產(chǎn)物與溶劑的匹配性，極性產(chǎn)物傾向于保留在酶附近，可能引起產(chǎn)物抑制或不必要的副反應(yīng)發(fā)生。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用相容性例：對(duì)于酶促糖改性而言，使用疏水性的，與水不互溶的溶劑是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)椴蝗苄缘孜锖筒蝗苄缘拿钢g無相互作用，必須用親水性的溶劑（如吡啶或二甲基甲酰胺）第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用(2)溶劑必須對(duì)于該主反應(yīng)是惰性例：酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)涉及到醇對(duì)于酯的親核攻擊而產(chǎn)生另一種酯，如果溶劑也是酯，就會(huì)生成以溶劑為基礎(chǔ)的酯，如果溶劑是醇，也會(huì)得到類似結(jié)果。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用(3)必須考慮的其他因素溶劑的密度、黏度、表面張力、毒性、廢物處理和成本等（溶劑因底物而宜）溶劑參數(shù)lgP：即一種溶劑在辛醇/水兩相間分配系數(shù)的常用對(duì)數(shù)值，它能直接反映溶劑的疏水性。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、溶劑及反應(yīng)體系的選擇水溶性有機(jī)溶劑：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙晴等水不溶性的有：石油醚、己烷、庚烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、戊醚等第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用六、有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響

1、穩(wěn)定性2、活性3、專一性4、反應(yīng)平衡方向第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（一）穩(wěn)定性（１）熱穩(wěn)定性提高（２）儲(chǔ)存穩(wěn)定性提高第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用結(jié)論

在低水有機(jī)溶劑體系中，酶的穩(wěn)定性與含水量密切相關(guān)；一般在低于臨界含水量范圍內(nèi)，酶很穩(wěn)定；含水量超出臨界含水量后酶穩(wěn)定性隨含水量的增加而急劇下降。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）活性

1、單相共溶劑體系中，有機(jī)溶劑對(duì)酶活性影響（1）有機(jī)溶劑直接作用于酶（2）有些酶的活性會(huì)隨著某些有機(jī)溶劑濃度升高而增大，在某一濃度（最適濃度）達(dá)到最大值；若濃度再升高，則活性下降。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2、低水有機(jī)溶劑體系中，大部分酶活性得以保存，但也有某些酶活性亦變化例：有人對(duì)吸附在不同載體上的胰凝乳蛋白酶或乙酸脫氫酶在各種水濃度下的酶活性研究表明，酶活性隨水活度大小而變化，在一定水活度下，酶活性隨載體不同而變化第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用3、在反向微團(tuán)體系中，微團(tuán)效應(yīng)使某些酶活性增加超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值的活性稱為超活性（Super-activity）。認(rèn)為：超活性是由圍繞在酶分子外面的表面活性劑這一外殼之較大剛性所引起。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（三）專一性某一些有機(jī)介質(zhì)可能使某些酶的專一性發(fā)生變化，這是酶活性中心構(gòu)象剛性增強(qiáng)的結(jié)果。有些在水中不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)途徑，在有機(jī)介質(zhì)中卻成為主導(dǎo)反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（四）反應(yīng)平衡方向酶合成產(chǎn)物有機(jī)溶劑使用濃度（%）合成收率（%）枯草桿菌蛋白酶核糖核酸酶甘油9050無色桿菌蛋白酶人胰島素DMF和乙醇3080羧肽酶牛胰核糖核酸酶甘油9050凝血酶人生長(zhǎng)激素甘油8020嗜熱桿菌蛋白酶天冬甜味素乙酸乙酯

胰凝乳蛋白酶腦啡肽乙醇或DMF

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用七、酶形式的選擇（1）酶粉：例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)催化活性隨反應(yīng)體系中酶量的減少而顯著增加。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（２）化學(xué)修飾酶（疏水性修飾、反相膠束）：例如：SOD酶經(jīng)糖脂修飾后變成脂溶性，它對(duì)溫度、PH、蛋白酶水解的穩(wěn)定性均高于天然SOD。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（３）固定化酶：把酶吸附在不溶性載體上（如硅膠、硅藻土、玻璃珠等）制成固定化酶，其對(duì)抗有機(jī)介質(zhì)變性的能力、反應(yīng)速度、熱穩(wěn)定性等都可提高。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（３）固定化酶：第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用有機(jī)相中固定化后載體對(duì)酶的影響

A.載體能通過分配效應(yīng)劇烈地改變酶微環(huán)境中底物和產(chǎn)物的局部濃度。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用B.載體影響酶分子上的結(jié)合水

通過選擇合適的載體可使體系中的水進(jìn)行有利分配。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用C.通過載體與酶之間形成的多點(diǎn)結(jié)合作用，可穩(wěn)定酶的催化活性構(gòu)象。例：α-胰凝乳蛋白酶與聚丙烯酰胺凝膠共價(jià)結(jié)合后，在乙醇中的穩(wěn)定性明顯提高，并且對(duì)有機(jī)溶劑的抗性隨酶與載體間共價(jià)鍵數(shù)量的增加而增強(qiáng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用D.酶動(dòng)力學(xué)影響一個(gè)酶同時(shí)催化的兩個(gè)反應(yīng)的相對(duì)速度。例在低水活度下把胰凝乳蛋白酶固定在聚酰胺載體上，水解反應(yīng)被抑制卻有利于醇解反應(yīng)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用八、酶在微水體系中的應(yīng)用1、有機(jī)合成氧化光學(xué)活性物質(zhì)的合成手性藥物的合成油和脂肪的精制（生物柴油）生物表面活性劑的合成肽的合成其他的專一性合成第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2、化學(xué)分析（膽固醇的測(cè)定）3、聚合（高聚物合成，環(huán)保材料合成）4、解聚5、外消旋混合物的分離第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用脂肪酸酯的合成酶催化的酯交換反應(yīng)和酯合成反應(yīng)也成功的應(yīng)用到需要量小、價(jià)值高的食品、醫(yī)藥產(chǎn)品、化妝品添加劑的合成中。其中包括簡(jiǎn)單的烷基、萜烯、硫醇酯以及蠟酯，如異戊酸乙酯、油酸戊醇酯，乙酸牻牛耳春牛兒醇酯、乙酸香茅醇酯，棕櫚酸異丙醇酯等。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用多肽的合成例a-胰蛋白酶可以催化N-乙酰色氨酸與亮氨酸合成二肽水中反應(yīng)合成率為0.1%以下在乙酸乙酯和微量水組成的系統(tǒng)中，合成率可達(dá)100%第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第二節(jié)酶工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（一）淀粉糖加工

1.α-淀粉酶（EC3.2.1.1）淀粉內(nèi)切酶，能隨機(jī)水解直鏈或支鏈淀粉分子α-1,4-糖苷鍵生成不同長(zhǎng)度的寡糖，液化淀粉速度快，最終產(chǎn)物為α-極限糊精和少量的葡萄糖及麥芽糖。細(xì)菌α-淀粉酶熱穩(wěn)定性高，主要用于淀粉高溫液化，作用條件一般為85℃，pH5.5～7.0。

一、酶工程與食品加工第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2.β-淀粉酶（EC3.2.1.2）一種淀粉外切酶，在淀粉鏈非還原性末端水解α-1,4-糖苷鍵，產(chǎn)生麥芽糖。與α-淀粉酶相同，β-淀粉酶也不能水解α-1,6-糖苷鍵，形成β-極限糊精，麥芽糖的含量?jī)H為60%。如果將β-淀粉酶與脫支酶聯(lián)合應(yīng)用可將淀粉水解成麥芽糖。

β-淀粉酶較佳作用條件為pH6.5～7.0，溫度50℃。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3）也稱糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的α-1,4-糖苷鍵水解，從分子的非還原性末端釋放出β-葡萄糖分子。此酶還可緩慢水解α-1,6糖苷鍵和α-1,3糖苷鍵，水解后生成DE值為97～98，葡萄糖含量為95%～97%(w／w)的葡萄糖漿。生成的葡萄糖漿也可以脫水得到結(jié)晶葡萄糖，或用作高果糖漿的原料。在pH4.5、35～60℃時(shí)，可將α-淀粉酶生成的糊精轉(zhuǎn)變成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶對(duì)α-1,6糖苷鍵活性較低，這樣達(dá)到所需要的水解程度，要加大酶用量或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，或?qū)⒃撁概c脫支酶聯(lián)用。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

4.葡萄糖異構(gòu)酶（EC5.3.1.5）能夠?qū)⑵咸烟寝D(zhuǎn)化成果糖，它是加工果糖和高果糖漿（HFCS）的重要酶類。能產(chǎn)生葡萄糖異構(gòu)酶的微生物主要有芽孢桿菌、鏈霉菌、密蘇里游動(dòng)放線菌等。在pH7.5～8.0、55～60℃下作用效果良好。Mg2+是葡萄糖異構(gòu)酶的穩(wěn)定劑和激活劑，木糖可用于這種酶的誘導(dǎo)。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

5.脫支酶，又稱異淀粉酶（EC3.2.1.68）:能夠?qū)Ｒ蛔饔糜谥ф湹矸壑械摩?1,6-糖苷鍵，對(duì)于鏈結(jié)構(gòu)中的α-1,6-糖苷鍵不能水解。將這種酶同葡萄糖淀粉酶一起使用，可以產(chǎn)生DE＞96的葡萄糖漿；與β-淀粉酶一起使用，可將液化后的淀粉漿轉(zhuǎn)化成麥芽糖漿，麥芽糖的產(chǎn)量比β-淀粉酶單獨(dú)作用時(shí)顯著增加。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

實(shí)例果葡糖漿

1.果葡糖漿的功能和應(yīng)用以淀粉為原料，通過α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶水解形成葡萄糖，再利用葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)化反應(yīng)，制成一種含有果糖與葡萄糖的混合糖漿。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

第一代果葡糖漿含42%的果糖；第二代果葡糖漿也稱為高果糖漿，含果糖55%，甜度約為蔗糖的1.1倍；第三代果葡糖漿被稱為高純度果葡糖漿，果糖含量為90%，甜度為蔗糖的1.4倍。果葡糖漿溶解度高，發(fā)酵性能好，化學(xué)穩(wěn)定性高，并且易為人體所吸收，因此，在飲料工業(yè)廣泛應(yīng)用，在面包、糕點(diǎn)、罐頭和冷飲等領(lǐng)域也有不同程度的應(yīng)用。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2.果葡糖漿的酶法合成生產(chǎn)工藝主要包括淀粉的液化、糖化和異構(gòu)化等步驟。首先，淀粉乳在α-淀粉酶的作用下被液化成DE值為15%～20%的液化液，液化液經(jīng)調(diào)整pH值和溫度，并加入糖化酶進(jìn)行糖化至糖化液DE值達(dá)到96.7%～98%，然后過濾，最后再用活性炭和離子交換樹脂處理，成為凈化的葡萄糖液。被凈化后葡萄糖液通過裝有固定化異構(gòu)酶的反應(yīng)器被異構(gòu)化，最終得到果糖含量在42%左右的果葡糖漿。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（二）乳品加工

1.乳糖酶（EC3.2.1.23）也稱為β-D-半乳糖苷酶，廣泛存在于桃、杏、蘋果等植物及大腸桿菌、乳酸桿菌、酵母菌和霉菌等微生物中，其作用是將乳糖分解形成葡萄糖和半乳糖。（1）乳糖水解乳的加工哺乳動(dòng)物尤其是人在出生后腸道里具有乳糖酶活性，但斷奶后用其他食物如牛乳等代替母乳，乳糖酶活性逐漸減小甚至無乳糖酶產(chǎn)生，因而引起乳糖不適應(yīng)癥。食后會(huì)引起腹瀉和胃腸不適。乳糖水解乳利用乳糖酶將乳中乳糖水解加工而成，是乳糖不適應(yīng)癥的理想食品。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（2）防止乳糖結(jié)晶乳糖溶解度較低，在高濃度時(shí)會(huì)結(jié)晶析出，一些濃縮乳清在貯運(yùn)中會(huì)出現(xiàn)乳糖結(jié)晶，還有一些濃縮乳制品如甜煉乳，由于乳糖結(jié)晶析出影響產(chǎn)品外觀和保藏。若在乳清中添加乳糖酶或在煉乳加工中添加25%～30%乳糖水解乳，可以防止結(jié)晶現(xiàn)象，并且增加產(chǎn)品甜度，減少蔗糖用量。（3）縮短乳凝固時(shí)間用乳糖水解乳制造酸乳和奶酪等可以加快酸化過程，有助于奶酪結(jié)構(gòu)和風(fēng)味的形成，并且可縮短乳凝固時(shí)間，奶酪凝固也更加堅(jiān)實(shí)。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（4）乳清糖漿及半乳糖葡萄糖漿的制造及應(yīng)用乳清是加工干酪及干酪素的副產(chǎn)物，世界年生產(chǎn)量約9×107t，其中一半用于生產(chǎn)乳糖和乳清蛋白，其余一半當(dāng)廢水排放，不僅污染環(huán)境，而且會(huì)流失有價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)物。通過乳糖酶水解乳清，使其中4.5%乳糖分解成半乳糖和葡萄糖，所得稱為乳清糖漿。乳清糖漿的甜度達(dá)到蔗糖甜度的65%～80%，溶解度增加3～4倍。若再經(jīng)過葡萄糖異構(gòu)酶作用，將其中葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，則稱為半乳糖果葡糖漿，其甜度與等濃度的蔗糖相當(dāng)。水解乳清能夠代替蔗糖作為甜味劑，用于各種點(diǎn)心、飲料、糖果、焙烤食品、罐頭食品及冰淇淋加工。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2.凝乳酶（EC3.4.4.3）奶酪加工中一個(gè)重要的步驟就是要使液態(tài)乳轉(zhuǎn)變成凝乳，這個(gè)凝結(jié)過程是采用凝乳酶類來催化完成。乳中的酪蛋白以膠體狀態(tài)存在，其膠粒結(jié)構(gòu)的外圍為κ-酪蛋白，中心為αs1-和β-酪蛋白酸鈣。凝乳酶的作用是使κ-酪蛋白中苯丙氨酸和亮氨酸間鍵的斷裂，酪蛋白膠粒成為亞穩(wěn)態(tài)，內(nèi)部的αs1-和β-酪蛋白酸鈣會(huì)凝聚成較大膠體聚合物沉淀出來形成凝乳。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)使用的凝乳酶是犢牛皺胃酶，但是以犢牛為原料制取凝乳酶遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足干酪生產(chǎn)需要，各國(guó)都在尋求新的凝乳酶資源，研究發(fā)現(xiàn)微小毛霉、米曲毛霉及淺白隱球酵母均能產(chǎn)生凝乳酶，微生物凝乳酶具有巨大的開發(fā)潛力，其不足之處是有些酶熱穩(wěn)定性較高，致使在乳制品中殘留量升高。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.蛋白酶能夠?qū)⑷橹械牡鞍踪|(zhì)分解產(chǎn)生氨基酸和肽類，在奶酪成熟和風(fēng)味形成中發(fā)揮重要作用。并且能夠縮短全脂奶酪成熟時(shí)間，改善低脂奶酪的風(fēng)味和質(zhì)地。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用4.脂肪酶在乳品中的應(yīng)用主要是在干酪生產(chǎn)中，用于加速干酪的成熟，縮短成熟時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。現(xiàn)在的干酪生產(chǎn)一般都是同時(shí)添加蛋白酶和脂肪酶，以促進(jìn)干酪的成熟，使干酪產(chǎn)生出其特有的風(fēng)味。此外，還可將脂肪酶添加到奶油中，以增加奶油的風(fēng)味。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用5、過氧化氫酶6、溶菌酶可作為防腐劑，它的主要功用是水解細(xì)菌細(xì)胞壁，在細(xì)胞內(nèi)，則對(duì)吞噬后的病原菌起破壞作用.該酶對(duì)革蘭氏陽性菌中的枯草桿菌、耐輻射微球菌有分解作用。對(duì)大腸桿菌、普通變形菌和副溶血性弧菌等革蘭氏陰性菌也有一定程度溶解作用，其最有效濃度為0.05%。與植酸、聚合磷酸鹽、甘氨酸等配合使用，可提高其防腐效果。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（三）果蔬加工

1.果膠酶（EC3.2.1.15）內(nèi)切或外切聚半乳糖醛酸酶，存在于真菌、植物和某些細(xì)菌中，它們水解聚半乳糖醛酸殘基的α-1,4-糖苷鍵形成小分子果膠，在果蔬加工中應(yīng)用最多，主要用于果汁和果酒的澄清。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（1）果汁澄清有些水果如山楂、草莓、柑橘、蘋果、葡萄等含有豐富的果膠，在制汁工藝中，由于果膠產(chǎn)生很高的黏性，影響壓榨取汁和果汁澄清。通常在果實(shí)破碎后添加適量果膠酶，在適宜條件下作用一定時(shí)間，以分解原料中果膠，加速果汁的壓榨和澄清。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（2）果酒澄清在現(xiàn)代果酒釀造過程中，已普遍使用果膠酶，它對(duì)果酒質(zhì)量和生產(chǎn)效率發(fā)揮重要作用。在葡萄酒生產(chǎn)中，同果蔬汁加工相同，果膠酶也是在果實(shí)破碎后加入，用量為2.5～4mL／100L，處理溫度15～35℃，酶解時(shí)間為3～10d。經(jīng)過果膠酶處理的原酒，其自流汁含量明顯增加，也就是高檔酒產(chǎn)量增加。同時(shí)原酒過濾速度加快，色素浸出物增加，能節(jié)約助濾汁皂土30%以上。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（3）柑橘去囊衣去囊衣柑橘罐頭生產(chǎn)傳統(tǒng)的方法是采用酸或堿處理除去囊衣，這種方法在處理過程中對(duì)果肉會(huì)造成一定破壞，耗水量也較大，容易形成酸（堿）殘留。利用黑曲霉產(chǎn)生的果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶的混合物，在一定溫度、pH值條件下，能有效去除囊衣，處理效果優(yōu)于酸堿法。此外，某些蔬菜、水果經(jīng)過纖維素酶適當(dāng)處理，可使細(xì)胞壁膨脹軟化，提高其消化性并改進(jìn)口感。在果蔬汁加工中，纖維素酶與果膠酶一起使用可將汁液中纖維素類物質(zhì)和果膠物質(zhì)分解，促進(jìn)果汁的提取和澄清。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2.纖維素酶（EC3.2.1.4）一組包含果膠酶、蛋白酶、半纖維素酶和核糖核酸酶的多酶復(fù)合體，具有很強(qiáng)的降解纖維素和果實(shí)細(xì)胞壁的功能。纖維素酶能夠?qū)⒅参锢w維素水解為纖維二糖和葡萄糖，使細(xì)胞內(nèi)容物得以充分釋放。（1）果汁澄清纖維素酶經(jīng)常與果膠酶協(xié)同作用進(jìn)行果汁澄清。在草莓果漿中添加適量的纖維素酶和果膠酶，能有效地提高出汁率，并且縮短壓榨時(shí)間。（2）板栗去皮酶法去除板栗外皮能較好地保持果肉營(yíng)養(yǎng)成分、形狀、口感及色澤。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.柚苷酶某些柑橘中含有苦味的物質(zhì)柚苷，從而會(huì)影響到其加工品的風(fēng)味和質(zhì)量。真菌柚苷酶能夠?qū)㈣周战到馄鸬矫摽嘧饔?。在?yīng)用中，一般應(yīng)選用耐酸性強(qiáng)（pH2.8左右）、酶活性高的柚苷酶制劑添加于果汁中，在30～40℃下處理1～2h，即達(dá)到脫苦效果。柑橘罐頭加工中需要進(jìn)行加熱殺菌，需選用耐熱性強(qiáng)的柚苷酶。

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4.葡萄糖氧化酶能夠?qū)ⅵ?D-吡喃葡萄糖氧化形成葡萄糖酸，同時(shí)消耗氧氣。果汁中含有的L-抗壞血酸在有氧情況下極易被氧化，尤其在熱加工過程中損失很大。在果汁加工過程中添加一定量的葡萄糖氧化酶，可以通過它這種耗氧性質(zhì)對(duì)L-抗壞血酸起到保護(hù)作用。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（四）魚、肉制品加工

1.木瓜蛋白酶來源于番木瓜，是成分復(fù)雜的多酶體系，主要包括木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶及番木瓜蛋白酶等，其主要功能是催化蛋白質(zhì)和肽類水解。目前應(yīng)用較多的是通過它的蛋白質(zhì)分解活性，在肉制品加工中用于肉的嫩化。木瓜蛋白酶可使肌原纖維蛋白溶解加快，使肉松化和嫩滑，改善肉的口感，提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，促進(jìn)其消化吸收。木瓜蛋白酶對(duì)于肌原纖維蛋白的作用在40～70℃范圍內(nèi)活性最高。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2.轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶能催化蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在肉品加工過程中，可應(yīng)用轉(zhuǎn)谷氨酰氨酶這一特性對(duì)低價(jià)值碎肉進(jìn)行重組，提高肉制品的外觀及質(zhì)構(gòu)，增加產(chǎn)品的附加值。在魚制品加工中，當(dāng)原料品質(zhì)較差時(shí)（如凍魚），可以通過添加轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶提高產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（五）油脂改良

脂肪酶（EC3.1.1.3）是油脂改良中的關(guān)鍵酶，又稱甘油三酯水解酶，能夠在油－水界面上催化天然油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油單酯或二酯；在有機(jī)相中進(jìn)行酯的合成和酯交換反應(yīng)。天然油脂由于其結(jié)構(gòu)組成不同而具有不同的理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，利用脂肪酶的多種催化類型和脂肪酶作用的專一特性，在適宜的反應(yīng)條件下，對(duì)天然油脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，能夠合成具有一定營(yíng)養(yǎng)功能和結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)脂（structured1ipid），從而合理有效地利用有限的天然油脂資源，并且提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善其功能特性，促進(jìn)高附加值產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1.n-3長(zhǎng)鏈聚不飽和脂肪酸的富集目前人類膳食中兩種重要的必需脂肪酸n-6和n-3PUFA（聚不飽和脂肪酸）比例為l∶10～20，明顯高于權(quán)威機(jī)構(gòu)推薦的比例1∶3～10。目前，研究人員利用酶工程的方法對(duì)海魚魚油中的n-3PUFA進(jìn)行富集以及合成富含n-3PUFA的甘油酯。通過脂肪酶催化的水解、酸解、醇解、酯化和酯交換等反應(yīng)途徑實(shí)現(xiàn)n-3PUFA在甘油酯中的富集和合成。水解是根據(jù)脂肪酶的選擇性，直接作用于魚油，將飽和及單不飽和脂肪酸從甘油三酯中分離出來，而長(zhǎng)鏈n-3PUFA仍然留在?；视头肿又小＿@樣，通過控制油脂的水解程度能夠達(dá)到富集n-3PUFA目的。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2.中（短）鏈脂肪酸酯的合成

中（短）鏈脂肪酸具有氧化穩(wěn)定性、較低的熔點(diǎn)及黏度、代謝容易被吸收并且能夠迅速提供能量等優(yōu)點(diǎn)。近年來有關(guān)中（短）鏈脂肪酸甘油酯的合成研究也是油脂改良的重點(diǎn)之一。其中Sn-2和Sn-1／3中（短）鏈脂肪酸甘油酯的合成特別受到關(guān)注，作為功能型和營(yíng)養(yǎng)型甘油酯，它能夠提供容易吸收的脂肪酸，改善人體代謝條件并且治療某些疾病。

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3.可可脂替代品的生產(chǎn)

天然可可脂由于價(jià)格昂貴而限制了其在食品中的廣泛應(yīng)用，有關(guān)利用廉價(jià)脂肪酶催化生產(chǎn)可可脂替代品的研究受到有關(guān)研究者的關(guān)注。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了許多研究，主要方法為利用棕櫚油的分餾產(chǎn)物（POP）與硬脂酸或硬脂酸乙酯由Sn-1（3）脂肪酶作用進(jìn)行酯交換，合成POS（棕櫚酰油酰－硬脂酸酯）和SOS（硬脂酰－油酰－硬脂酸酯），POS和SOS均為可可脂的主要成分。

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4.塑性脂肪的合成

利用動(dòng)物脂肪和植物油以適當(dāng)比例混合進(jìn)行酯交換反應(yīng)，在不同條件下可以得到從硬到軟不同的塑性脂肪，產(chǎn)物隨飽和脂肪酸酯含量的改變，熔點(diǎn)有一定變化，塑性范圍（固體酯含量）在15%～35%的塑性脂肪通常涂抹性能良好。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（六）啤酒釀造

1.葡萄糖淀粉酶和β-葡聚糖酶

通常在發(fā)酵后加入，葡萄糖淀粉酶是為了降解殘留的糊精，以保證啤酒的最高乙醇含量。但在釀制鮮啤酒中不加葡萄糖淀粉酶，因?yàn)轷r啤酒不經(jīng)過巴氏殺菌，添加的酶將存留在啤酒中不能除去。

β-葡聚糖酶起到分解β-葡聚糖調(diào)節(jié)啤酒酒精度的作用，并且有助于啤酒過濾。

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2.蛋白酶啤酒中的蛋白質(zhì)與多酚、碳水化合物容易形成復(fù)合物，并且產(chǎn)生不溶性膠體沉淀，造成啤酒混濁。用木瓜蛋白酶對(duì)冷凍貯存中的啤酒進(jìn)行處理，降解造成啤酒混濁的蛋白質(zhì)及其復(fù)合物，保證啤酒在冷凍貯存中的高清晰度。同時(shí)，由于木瓜蛋白酶的作用產(chǎn)生了更多的肽和氨基酸，能夠起到改善啤酒品質(zhì)的作用。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用3.葡萄糖氧化酶作為新型生物去氧劑，在啤酒中添加的主要作用是通過與啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸，除去啤酒中的溶解氧和瓶頸氧。對(duì)防止啤酒老化，保持啤酒原有風(fēng)味，以及延長(zhǎng)保質(zhì)期有顯著效果。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用（七）焙烤食品

1.α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶與焙烤食品加工過程有關(guān)的酶主要為α-淀粉酶和β-淀粉酶，兩者協(xié)同作用使淀粉糖化生成葡萄糖、麥芽糖和含有1,6-糖苷鍵的低分子寡糖。酵母麥芽糖酶再將麥芽糖分解為可發(fā)酵的葡萄糖并產(chǎn)生氣體。小麥粉中β-淀粉酶含量和活性基本上能滿足焙烤要求。高精度加工使得小麥粉中α-淀粉酶損失很多、含量較低，產(chǎn)生的糊精濃度較低，最終形成的氣體減少，加工出的面包體積小、質(zhì)量差。因此，面包加工通常需要補(bǔ)充外源α-淀粉酶。第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

一般小麥中α-淀粉酶熱穩(wěn)定性好，在烘烤過程中它仍然繼續(xù)作用產(chǎn)生糊精，使得面包變得很黏，細(xì)菌α-淀粉酶更為耐熱，用于面包加工也會(huì)產(chǎn)生相同問題。而真菌α-淀粉酶，如米曲霉α-淀粉酶在60℃以上失活，可以防止淀粉過度糊化，同時(shí)可賦予面包良好的組織質(zhì)量和良好的色澤，延長(zhǎng)貨架壽命。添加葡萄糖淀粉酶能夠獲得足量的葡萄糖供酵母發(fā)酵產(chǎn)氣。

第三章酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用2.蛋白酶將蛋白酶添