酶的應用.ppt

2006年中國酶制劑總產量約53萬噸，目前作為食品添加劑的酶制劑品種已有26種，包括糖化酶、-淀粉酶、蛋白酶、木瓜蛋白酶、葡萄糖異構酶、真菌淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、乳糖酶、纖維素酶、-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等，已被廣泛應用于食品加工工業(yè)，在提高產品質量、降低成本、節(jié)約原料和能源、保護環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。 目前中國酶制劑生產企業(yè)有數十家。,第一節(jié) 酶在食品加工方面的應用,生物技術在食品工業(yè)中應用的代表就是酶的應用，目前已經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、蛋白質制品加工、果蔬加工、食品保鮮以及改善食品品質與風味等。 常用的酶制劑主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶葡萄糖氧化酶等。,一、應用于食品工業(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生成葡萄糖酸和雙氧水的反應，除去氧氣，達到保鮮的目的） 2、蛋類制品脫糖保鮮（葡萄糖氧化酶進行蛋白的脫糖處理） 3、食品滅菌保鮮（溶菌酶，殺滅細菌，防腐保鮮）,一、酶在食品保鮮方面的應用,酶法生產葡萄糖,現在國內外葡萄糖的生產大都采用酶法。酶法生產葡萄糖是以淀粉為原料，先經-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-淀粉酶，,非還原性末端,-1，4糖苷鍵,葡萄糖,二、酶在食品生產方面的應用,果葡糖漿的生產,是由葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構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酶工業(yè)化生產果葡糖漿，1973年以后，國內外紛紛采用固定化匍萄糖異構酶進行連續(xù)化生產。,酶在蛋白類食品生產中的應用,1、水解蛋白的生產 2、氨基酸的生產 3、明膠的生產 4、干酪的生產 5、低乳糖奶的生產,酶在果蔬加工中的應用,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頭制品出現白色渾濁； 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，保證產品質量。,1、酶在酸味劑生產中的應用 乳酸脫氫酶生產乳酸；延胡索酸酶催化延胡索酸生成蘋果酸。 2、酶在食品增味劑生產中的應用 氨基酸的酶法生產（谷氨酸，天冬氨酸） 3、酶在甜味劑生產中的應用 天苯肽，低聚果糖的生產 4、酶在乳化劑生產中的應用 脂肪酶將甘油三酯水解生成甘油單酯,三、酶在食品添加劑生產方面的應用,四、 酶在改善食品品質與風味中的應用,例如：用洋蔥風味酶處理甘藍等蔬菜，可使被處理的蔬菜呈現出洋蔥的風味； 用奶油風味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使這些食品增強奶油的風味。 面包生產中添加a-淀粉酶 乳制品的特有香味主要是脂肪酸及其分解物產生的（脂肪酶和酯酶）,第二節(jié) 酶在輕工業(yè)方面的應用,一、用酶進行原料處理,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。故此必須先經過原料處理，將淀粉轉化為可發(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菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進行發(fā)酵，故必需在發(fā)酵前對淀粉原料進行處理。,2、 紡織原料的處理 在紡織工業(yè)中，為了增強纖維的強度和光滑性，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-淀粉酶處理一段時間，使粘度達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-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素，若不除去則會嚴重影響紙的質量采用堿法制漿除去木質素，易造成嚴重的環(huán)境污染。而用木質素酶可以使木質素水解而除去，不但可提高紙的質量，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，必須進行脫膠處理，即將表面的絲膠除去，以提高絲的質量。 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，進行生絲脫膠。 5、羊毛的除垢 羊毛在染色之前需經預處理，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，提高羊毛制品的質量。,二、用酶生產輕工、化工產品,1、酶法生產L-氨基酸 酶法生產L-氨基酸是利用酶或固定化酶的催化作用，將各種底物轉化為L-氨基酸，或將DL-氨基酸拆分而生產L-氨基酸。 有多種酶可用于L-氨基酸的生產，其中有些巳采用固定化酶進行連續(xù)生產。,2、酶法生產核苷酸 核苷酸在食品和醫(yī)藥等方面有重要用途，可利用多種酶進行生產。 例如：用桔青霉或產黃青霉產生的5-磷酸二酯酶水解核糖核酸(RNA)，生產各種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，可催化肌苷進行磷酸化生成5-肌苷酸，催化鳥苷生成5-鳥苷酸等。 用核苷酸磷酸化酶，催化AMP生成ADP和ATP等。,3、 酶法生產有機酸 例如：用延胡索酸酶生產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。 4、酶法制醬 在醬油或豆醬的生產中，利用蛋白酶催化大豆蛋白質水解，可以大大縮短生產周期，提高蛋白質的利用率用蛋白酶還可以生產出優(yōu)質低鹽醬油或無鹽醬油。 5. 酶法制革： 在制革工業(yè)中，利用蛋白酶使原料皮脫毛，可以提高皮革產品質量，改善勞動環(huán)境。 采用酸性蛋白酶和少量脂肪酶進行皮革軟化，可以很好地除去污垢，使皮質松軟透氣，提高皮革質量。,三、用酶增強產品的使用效果,1、加酶洗滌劑 在洗滌劑中添加適當的酶可以大大縮短洗滌時間，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、果膠酶和纖維素酶等。,2、加酶牙膏、牙粉和嗽口水 將適當的酶添加到牙膏、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。其中右旋糖酐酶對預防齲齒有顯著功效。 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，促進家禽家畜的生長，增加家禽的產卵率等。 4、加酶護膚用品 在各種護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，可有效地提高護膚效果。,第三節(jié) 酶在醫(yī)學中的應用,一、用酶進行疾病的診斷,1、根據體液內酶活力的變化診斷疾病 一般健康人體液內所含有的某些酶的量是恒定在某一范圍的，若出現某些疾病，則體液內的某種或某些酶的活力將會發(fā)生相應的變化。故此，可以根據體液內某些酶的活力變化情況，而診斷出某些疾病。,2、用酶測定體液中某些物質的量診斷疾病 酶具有專一性強、催化效率高等特點，可以利用酶來測定體液中某些物質的含量，從而診斷某些疾病。,例如：利用葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶的聯合作用，檢測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，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。 利用尿酸酶測定血液中尿酸的含量，從而診斷痛風病。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化酶測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。使用時往往與淀粉酶，脂肪酶等制成復合制劑，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，是由于它能分解一些蛋白質和多肽，使炎癥部位的壞死組織溶解，增加組織的通透性，抑制浮腫，促進病灶附近組織積液的排出井抑制肉芽的形成。,蛋白酶經靜脈注射，可治療高血壓。這是由于蛋白酶催化運動遲緩素原及胰血管舒張素原水解部分肽段而生成運動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。通過酶分子修飾技術，可使抗原性降低或消除。另外，蛋白酶在使用時還可能產生某些局部過敏反應，要引起注意。 目前臨床上使用的蛋白酶大部分來自動物和植物酶，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。 溶菌酶作用于細菌的細胞壁，可使病原菌，腐敗性細菌等溶解死滅，對抗生素有耐藥性的細菌同樣起溶菌作用，具有顯著療效而對人體的副作用很小，是一種較為理想的藥用酶，溶菌酶與抗生素聯合使用，可顯著提高抗生素的療效。,美國醫(yī)學家WF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。,謝德爾，1999,1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩謝德爾進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產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，這種白血球都已經過改造，有缺陷的基因已經被健康的基因所替代。在以后的10個月內她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。經治療后，免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活。,三、用酶制造各種藥物,例如：用青霉素?；负铣筛鞣N新型的-內酰胺抗生素，包括青霉素和頭孢霉素； 用-酪氨酸酶生產多巴(DOPA)； 用蛋白酶生產各種氨基酸和蛋白質水解液； 用核糖核酸酶生產核苷酸類物質； 用核苷磷酸化酶生產阿拉伯糖腺嘌呤核苷(阿糖腺苷)； 用多核苷酸磷酸化酶生產聚肌苷酸聚胞苷酸(聚肌胞)； 用蛋白酶和羧肽酶將豬胰島素轉化為人胰島素。,第四節(jié) 酶在環(huán)保方面的應用,一、酶在環(huán)境監(jiān)測方面的應用,1、利用膽堿酯酶檢測有機磷農藥污染 膽堿酯酶可以催化膽堿酯水解生成膽堿和有機酸。有機磷農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)測重金屬污染 通過監(jiān)測乳酸同工酶（SLDH）的活性變化，可以檢測水中重金屬污染的情況及其危害程度。 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用,有機廢水：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,利用酶在有機介質中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有機介質催化合成聚酯類物質、聚糖脂類物質；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽類或聚酰胺類物質等。,三、酶在生物降解材料開發(fā)方面的應用,第五節(jié) 酶在生物工程中的應用,一、酶在除去細胞壁方面的應用,1、除去細菌細胞壁 細菌的細胞壁主要成分是肽多糖。革蘭氏陰性菌的細胞壁除了肽多糖以外，還有一層脂多糖。 除去革蘭氏陽性菌的細胞壁：溶菌酶。該酶專一地作用于細菌細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胞壁：需由溶菌酶和EDTA共同作用才能達到較好的除去細胞壁的效果。這是由于EDTA可作用于脂多糖的緣故。,2、除去酵母細胞壁 酵母的細胞壁分為兩層，外層由磷酸甘露糖和蛋白質組成，內層由-葡聚糖構成細胞壁的骨架。 除去酵母細胞壁：蝸牛的消化液中含有較多的-1，3-葡