1、第2節(jié)酶在工業(yè)生產中的應用,1.說出酶家族的概況及酶制劑的生產方法。 2.舉例說明酶在工業(yè)生產中的應用。 3.嘗試分析和收集有關酶的專利文獻資料。 4.認同解決現實生活中的許多問題離不開科學技術,以及科學技術是不斷發(fā)展的。,一,二,一、酶的家族與酶制劑的生產 1.酶的種類 (1)根據存在部位分為:胞內酶和胞外酶。 (2)根據酶催化的反應和所起的作用分為:氧化還原酶、水解酶、裂解酶、連接酶、轉移酶和異構酶六大類。 2.酶的優(yōu)點 與無機催化劑相比,酶具有催化效率高、反應條件溫和等優(yōu)點。 3.酶的生產 (1)微生物發(fā)酵生產:大量應用的酶都是利用微生物發(fā)酵生產的。 (2)基因工程菌發(fā)酵生產:一些重要的

2、酶已經采用基因工程菌發(fā)酵生產,使酶的產量大幅度提高。,一,二,4.固定化酶技術 (1)方法:采用多種辦法將酶固定在一定的載體上,制備成不溶于水的固體顆粒,稱為固定化酶。 (2)固定化酶的優(yōu)點:避免了污染產物,又可以反復使用,從而有助于實現反應的連續(xù)化和自動化。,一,二,二、酶在工業(yè)生產中的應用 1.酶相比無機催化劑的優(yōu)越性 (1)反應能在常溫、常壓和中性pH條件下進行,可以節(jié)省大量的能源和設備投資。 (2)生產過程中不會造成嚴重的污染,符合環(huán)境保護的要求。 (3)生產過程簡單、效率高,產品質量好,生產成本低。 2.應用 (1)已成功用于食品工業(yè)、改進工藝、簡化生產過程、改善產品的品質和風味、延

3、長儲存期、提高產品產量和質量等方面。 (2)在輕工業(yè)和化工工業(yè)方面有著廣泛的應用。 (3)在醫(yī)藥工業(yè)方面,可利用酶的催化反應生產藥物。,一,二,三,一、酶催化反應的優(yōu)缺點 1.酶催化反應的優(yōu)點 (1)酶催化的反應類型十分廣泛。六大酶類催化的反應基本上涵蓋了各種化學反應類型,因此,酶具有極其廣泛的應用范圍。 (2)酶催化的反應具有極高的選擇性,包括對底物的種類,底物中的區(qū)域、位點等的選擇性,因此,一種酶只能夠催化一種底物或一類底物的一種反應,酶催化的反應可以在一個十分復雜的系統內進行,而且?guī)缀鯖]有副反應,反應的轉化率和產率高。這在臨床檢驗、化學分析和特定產品的生產上要比化學方法具有更大的優(yōu)勢。

4、(3)酶催化的反應速度快。酶催化的反應速度大約是化學催化劑催化的反應速度的1010倍,因此,酶催化的反應時間短,設備利用率高,生產效率高。,一,二,三,(4)酶催化的反應條件溫和,一般是在常溫、常壓和中性pH條件下進行,因此,能耗低,設備要求低,使用時間長,反應成本和操作成本低。即使極端酶類,如耐高溫酶和嗜酸堿酶等,催化反應的條件也遠比化學催化劑催化的反應條件低得多:最高溫度在100 左右,最適pH為211,不必在強酸、強堿條件下進行。,一,二,三,2.酶催化反應的缺點 (1)大多數酶是蛋白質,在不適宜的條件下容易發(fā)生變性失活,因此,在使用和保存酶時要十分小心,要盡可能保持適宜的條件。為了維持

5、酶的穩(wěn)定和催化效率,在酶催化反應和保存時要使用緩沖液系統。一般的酶不能夠耐受高溫,可以在低溫下保存,但是也有的酶在低溫下也會失活,甚至更不穩(wěn)定。有些酶對金屬離子十分敏感,為保持這些酶的穩(wěn)定性和催化反應的活性,還需要一些特定的金屬離子;大多數酶對有機溶劑比較敏感,在一些有機溶劑中易失活。因此,必須根據具體的酶的性質采取相應的措施。 酶對溫度、pH和有機溶劑敏感,穩(wěn)定性差,因此在某些應用上會受到限制。,一,二,三,(2)絕大多數酶溶于水,催化反應結束后,多數酶還有活性,因而直接從反應液中將酶與產物分離回收十分困難。為了不讓酶污染產物,往往通過加熱或其他方法使酶變性失活,從反應系統中除去。這樣,花了

6、很大力氣生產的酶只使用了一次,就不得不使其變性失活,這是很大的浪費。當然,現在發(fā)展的酶的固定化技術,可以提高酶的穩(wěn)定性,還可以解決酶催化反應后從反應體系中分離重復使用的問題。,一,二,三,(3)有些酶,如氧化還原酶、轉移酶、某些裂解酶,在催化相應反應時,需要特殊的輔助因子,如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP,以及金屬離子等。因此,在酶催化反應時,需在反應系統中添加相關的輔助因子。而這些輔酶參加反應后,如果沒有輔酶再生系統使之再生,一旦輔酶完全被消耗,酶反應就會停止。輔酶一般十分昂貴,在酶催化的反應中不可能大量使用。為解決這個問題,人們可以采用兩種辦法:一是使用

7、含有酶的微生物細胞,通過提供適當的輔酶再生的底物,如葡萄糖,利用細胞的輔酶再生系統,使輔酶再生循環(huán)使用;另一種辦法是建立輔酶再生的酶反應系統與主要的酶反應耦聯,使輔酶可以再生循環(huán)使用。,一,二,三,二、使用酶和固定化酶催化反應的優(yōu)缺點比較,一,二,三,三、酶制劑的主要品種 酶制劑有多種。從形態(tài)上分,有固體酶制劑和液體酶制劑,例如,在制糖工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)上,經常使用的、用于制備葡萄糖的葡萄糖淀粉酶,就有固體和液體兩種。固體酶制劑體積小,容易運輸、保存,比較穩(wěn)定,所以大多數酶制劑以固體形式生產、銷售。固體酶制劑的主要缺點是雜質含量高,酶活性較低,生產過程中需要沉淀和干燥,酶活性損失較大。相對于固體酶

8、制劑,液體酶制劑的生產比較簡單,成本較低,使用方便。液體酶制劑的生產關鍵是解決酶制劑的穩(wěn)定性問題,為此,液體酶制劑中大多需要加入適當的穩(wěn)定劑和保護劑。另外,液體酶制劑的運輸和保存也較固體酶制劑難度大些。,一,二,三,按酶制劑在應用領域上的分類,有用于工業(yè)生產上作為催化劑的工業(yè)酶制劑(如-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖異構酶、青霉素?；?、天冬氨酸酶等等),有用于食品生產加工的酶制劑(又稱為食品酶制劑),還有用于臨床檢測的診斷酶制劑,用于化學分析的分析酶制劑,用作藥物的藥物酶制劑和用于洗滌劑的洗滌酶制劑等。 按酶的來源不同,還可將酶制劑分為植物酶制劑、動物酶制劑和微生物酶制劑。針對應用的需要,按酶

9、生產加工方法的不同,又可將其分為游離酶制劑、固定化酶制劑、酶試紙、酶電極等。,題型一,題型二,題型三,【例1】 下列敘述屬于酶的功能的是() A.酶的催化作用受溫度的影響 B.酶對酸堿度的變化很敏感 C.酶大多是蛋白質 D.酶是生物催化劑 解析:分析各選項,A、B兩項敘述的是影響酶功能的因素,C項敘述的是酶的性質,只有D項敘述的是酶的功能。 答案:D,題型一,題型二,題型三,【例2】 下列不是酶的常見固定方式的是() 解析:A、B、C三項分別為將酶吸附在載體表面、將酶相互連接起來、將酶包埋在細微網格里。 答案:D 反思領悟 固定化酶通常采用化學結合法和物理吸附法,而細胞多采用包埋法固定化。,題

10、型一,題型二,題型三,【例3】 下列不屬于固定化酶在利用時的特點的是 () A.有利于酶與產物分離 B.可以被反復利用 C.能自由出入依附的載體 D.一種固定化酶一般情況下不能催化一系列酶促反應 解析:固定化酶是采用包埋法、化學結合法或物理吸附法將酶固定在一定載體上,所以固定化酶不能自由出入依附的載體。 答案:C,1,2,3,4,1.根據酶在生物體內存在的部位,可分為胞內酶和胞外酶,下列酶中屬于胞外酶的是() A.呼吸酶B.光合酶 C.消化酶D.解旋酶 解析:胞內酶是在細胞內起催化作用的酶,胞外酶是指分泌到細胞外起作用的酶,呼吸酶、光合酶、解旋酶都在細胞內發(fā)揮催化作用,消化酶由消化腺分泌到消化

11、道起消化作用。 答案:C,1,2,3,4,2.在果汁生產中加入果膠酶的目的是() A.分解纖維素 B.增加果汁的營養(yǎng)成分 C.增加果汁的黏稠度 D.使榨取果汁變得更容易,并使果汁澄清 答案:D,1,2,3,4,3.右圖曲線表示的是溫度和果膠酶活性之間的關系,此曲線不能說明的是() A.在B點之前,果膠酶的活性和溫度呈正相關;之后,呈負相關 B.當溫度升高到B點時,果膠酶的活性最高,酶的催化效率最高 C.A點時,果膠酶的活性很低,但隨著溫度升高,果膠酶的活性可以上升 D.C點時,果膠酶的活性也很低,當溫度降低時,酶的活性也可以上升,1,2,3,4,解析:從題圖中可以看出隨著溫度升高,果膠酶的活性在上升,等達到B點時,酶的活性達到最高;隨后,隨著溫度的繼續(xù)上升,酶的活性迅速下降。A點和C