酶工程-酶工程第十章 酶的应用
酶工程第10章固定化酶催化的动力学特征)
一些酶在溶液中和固定化后的米氏常数值
酶
底物
固定化试剂
肌酸激酶 乳酸脱氢酶 α－糜蛋白酶 无花果蛋白酶 胰蛋白酶
ATP NADH N-乙酰酪氨酸乙酯 N-苯酰精氨酸乙酯 苯酰精氨酰胺
无（溶液酶） 对氨苯基纤维素
当 Da <<1时，酶催化的最大反应速度要大大 慢于底物的传质速率，此时该反应过程由反应动 力学控制；当 Da>>1时，底物的传质速率大大慢 于酶催化的最大反应速度，此时该反应过程由传 质扩散控制。
外扩散限制效应
（2）作图法求[S]i值和Vi值
根据 Vm[S]i
Km [S]i
kLa ([S]0
[S ]0
[S]0 [S]0
外扩散限制效应
引入 [S] [S]i ， K K m ，并定义 Da Vm ，
[S ]0
[S ]0
k L a [S ]0
[S ]i
Vm [S]0 1 [S]i
kLa [S]0 K m [S]i
[S ]0
[S]0 [S]0
Da [S] 1 [S] K [S]
Viห้องสมุดไป่ตู้
Vm [S ]0 Km [S]0
V0
在这种情况下，酶反应速度不受传质速率的 影响，为该酶的本征反应速度，或称在此条件下 可能达到的最大反应速度，用V0表示。
外扩散限制效应
当外扩散传质速率很慢，而酶表面上的反应 速度很快，此时传质速率成为限制步骤。固定化 酶外表面上的底物浓度趋于零，有
Vi k L a[S ]0 Vd max
kLa ([S]0
[S]i )
酶的应用
酶的应用绪论酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。
然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。
当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。
酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。
自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。
尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。
酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。
说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。
目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。
使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。
酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。
而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。
梅奥生物目标成为中国市场已经接受的酶制剂应用领域中的第一，并不断开拓酶制剂应用的新领域。
为实现这一目标，我们须把更多的精力放在酶制剂的应用研究与开发上，积极开发各方面的新的酶制剂应用工艺（中草药、保健品、能源、可再生资源）。
酶工程应用,附图片
3
微生物发酵药品：如人胰岛素、干扰素等
• 1、应用酶工程生产抗生素
• 应用酶工程可以制备青霉素酞化酶、头抱菌素酞 化酶、头抱菌素、头抱菌素酞化酶、青霉素酞化 酶、脱乙酸头抱菌素、头抱菌素乙酸醋酶,近年来 还进行固定化产黄青霉青霉素合成酶系细胞生产 青霉素的研究,合成青霉 索和头抱菌素前体物的 最新工艺也采用酶工程 的方法。
前言
• 早在几千年我们的祖先就曾有酿酒、制醋 、做酱的记载,所有这些,实际上都是酶知识 的应用。
• 现在，酶工程已在医药、食品、工业、农 业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛 应用。
一、酶工程技术在医药工业中的应用
1 种类繁多的药品，如抗生素、维生素等
2
基因工程药品：如人生长素、乙肝疫苗、单抗等
2
酶工程在用农产品开发生物活性肽方面的应用
3
酶工程在饲料工业中的应用
1、酶工程应用于农产品的深加工
利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构 酶的催化功能，以玉米淀粉等为原料生产高果糖 浆等。乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。农 副产品的加工和综合利用需要用纤维素酶、果胶 酶和木质素酶。
• 2、酶工程在用农产品开发生物活性肽方面 的应用
• 2、酶工程在调味剂生产中的应用
• 在日本和美国利用酶水解蛋白制取的营养型调味 剂和氨基酸复配调味品占调味剂市场很大的比重 。其销售量已超过传统调味剂的数倍。用酶法提 取的米糠蛋白的溶解性、起泡性、乳化特性和营 养性等蛋白功能特性 上表现出良好性能,不 仅可以作为食品中的 营养强化剂,还可以作 为食品中的风味增强 剂。
三、酶工程技术在食品工程的应用
1
酶工程在甜味剂生产中的应用
2
酶工程在调味剂生产中的应用
酶工程的应用
• 利用酶标免疫检测法测定抗体或者抗原
3、酶在疾病预防和治疗方面的应用
酶
名
淀粉酶 蛋白酶
来Leabharlann 源胰脏、麦芽、微生物 胰脏、胃、植物、微生物
脂肪酶 纤维素酶 溶菌酶 尿激酶 链激酶 青霉素酶 L-天冬酰胺酶 超氧化物歧化酶 凝血酶 胶原酶 右旋糖酐酶 胆碱酯酶 溶纤酶 弹性蛋白酶 核糖核酸酶 尿酸酶
通过基因扩增，基因测序， 诊断基因变异、检测癌基因
• 利用葡萄糖氧化酶检测葡萄糖的含量，进行糖尿病诊断
• 利用葡萄糖氧化酶和过氧化物酶的联合作用检测葡萄糖的 含量，诊断糖尿病
• 利用尿素酶测定尿素含量，从而诊断肝脏、肾脏病变
• 利用胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量，从而诊断高 血脂等疾病
• 利用谷氨酰胺酶测定脑脊液中谷氨酰胺含量，进行肝硬化、 肝昏迷的诊断
酶的应用
酶在医药方面的应用 酶在食品方面的应用 酶在轻工、化工方面的应用 酶在环境保护方面的应用 酶在生物技术方面的应用
• 用酶进行原料处理 • 用酶生产各种轻工、化工产品 • 用酶增强产品的使用效果。
酶在原料处理方面的应用
• 发酵原料液的处理 • 防止原料的处理 • 制浆、造纸原料的处理 • 生丝的脱胶处理 • 羊毛的除垢处理 • 皮革的脱毛处理 • 烟草原料的处理 • 甜菜蜜糖的处理 • 植物油的脱胶处理
蛋白酶
皮革脱毛与软化 加酶洗涤剂 生丝脱胶与羊毛染
酶水解了毛根部的毛 囊蛋白而使毛松动脱 落。蛋白酶分解皮纤 维间质中的可溶性蛋 白质，使皮纤维进一 步松散软化。
加速蛋白质的分解
染色温度降低
酶在轻工、化工产品制造方面的应用
酶工程酶在食品工业上的应用
酶工程酶在食品工业上的应用酶工程是一门利用生物技术手段对酶进行改造和优化的学科，它在食品工业中发挥着越来越重要的作用。
酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的速率，降低反应所需的能量，提高反应的选择性和效率。
在食品工业中，酶工程酶被广泛应用于面包、奶制品、果汁、啤酒、酒精、肉制品、酱油等食品的生产中，为食品工业的发展和进步做出了重要贡献。
首先，酶工程酶在面包生产中的应用十分广泛。
在面包的生产过程中，酶工程酶可以用来改善面团的加工性能，提高面包的品质和口感。
比如，面包中的面筋酶可以使面筋中的蛋白质水解，增加面团的延展性和弹性，使得面包更加松软和有嚼劲。
此外，面包中的淀粉酶可以降解淀粉，提高面包的柔软度和保湿性。
通过酶工程酶的应用，面包的质量可以得到显著提升，满足消费者对高品质面包的需求。
其次，酶工程酶在奶制品生产中也发挥着重要作用。
在奶制品的生产过程中，酶工程酶可以用来改善奶制品的口感、增加营养价值和延长保质期。
比如，在乳清蛋白的生产中，酶工程酶可以用来加速乳清蛋白的水解，产生多肽和氨基酸，提高乳清蛋白的营养价值和生物利用率。
在酸奶和奶酪的生产中，酶工程酶可以用来促进乳糖的水解，降低乳糖含量，改善奶制品的口感和消化性能。
通过酶工程酶的应用，奶制品的品质和营养价值得到了显著提升，受到了消费者的青睐。
此外，酶工程酶在果汁生产中也发挥着重要作用。
在果汁的生产过程中，酶工程酶可以用来改善果汁的浑浊度、增加果汁的口感和延长果汁的保质期。
比如，在苹果汁的生产中，果汁中的果胶酶可以用来降解果胶，改善果汁的浑浊度和口感。
在橙汁和柠檬汁的生产中，果汁中的木糖酶可以用来降解果汁中的木糖，减少果汁的黏稠度，提高果汁的口感和透明度。
通过酶工程酶的应用，果汁的品质和口感得到了显著提升，受到了消费者的喜爱。
此外，酶工程酶在啤酒和酒精的生产中也发挥着重要作用。
在啤酒的生产过程中，酶工程酶可以用来加速麦芽中淀粉的水解，提高酒花的利用率和啤酒的酒精度。
生物酶工程技术的研究及应用
生物酶工程技术的研究及应用近年来，随着生物科技的不断发展，生物酶工程技术的研究和应用也越来越广泛。
生物酶工程技术是将生物化学、分子生物学、微生物学等科学原理和技术应用于酶工程领域，以开发、改良、生产和利用各种酶类为核心的一种技术。
在制药、食品工业、环保等领域都有着广泛的应用。
本文将从酶的应用、酶的类型、酶工程技术和酶的市场前景四个方面对生物酶工程技术进行探讨。
一、酶的应用酶是一种天然的催化剂，具有高效、选择性和温和的反应条件等优势，因此在生物学、化学、医药、食品和环保等领域均有着广泛的应用。
以医药领域为例，酶的应用涉及到检测、治疗和预防等多个方面。
在检测方面，酶可以用于制造试剂盒和诊断试剂盒。
在治疗方面，酶可以用于制造抑癌剂、抗生素和疫苗等药物。
在预防方面，酶可以用于生物反应器的生产和酶活性控制等方面。
二、酶的类型酶的种类繁多，可分为生物酶和工业酶两类。
其中，生物酶主要分为氧化酶、水解酶、转移酶和异构酶等。
这些酶在代谢、运动和调节等过程中起到重要作用。
而工业酶主要包括纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶和活性炭酶等。
这些酶在生物质转化、食品加工、纺织和制浆等工业领域中发挥着至关重要的作用。
三、酶工程技术酶工程技术是将基因工程、分子生物学和生物化学等科学原理和技术应用于生物化工领域，采用生物反应器、分离纯化和酶代谢等技术，以改良、开发和生产各种酶类为主要的技术。
因此，酶工程技术在生物质转化、食品、医药、环保等领域具有广泛的应用。
在酶工程技术的研究中，也有着一些热门研究方向，如：酶的结构和功能的研究，酶的遗传调控和表达调节等。
这些研究方向为酶工程技术的进一步发展提供了宝贵的思路和方法。
四、酶的市场前景随着生物科技的不断发展，酶作为一种天然的催化剂，在生物化工、医药、食品、纺织和环保等领域均有着广泛的应用。
根据MarketsandMarkets的研究显示，全球酶市场的规模将在2022年达到105.89亿美元，其中亚太地区的市场规模最大。
酶的应用
酶的应用绪论酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。
然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。
当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。
酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。
自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。
尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。
酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。
说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。
目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。
使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。
酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。
而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。
梅奥生物目标成为中国市场已经接受的酶制剂应用领域中的第一，并不断开拓酶制剂应用的新领域。
为实现这一目标，我们须把更多的精力放在酶制剂的应用研究与开发上，积极开发各方面的新的酶制剂应用工艺（中草药、保健品、能源、可再生资源）。
《酶工程的应用》课件
酶工程的主要应用 领域
药物代谢：酶催化药物代谢， 提高药物的生物利用度
药物合成：酶催化药物合成， 提高效率和选择性
药物分析：酶催化药物分析， 提高检测灵敏度和准确性
药物靶向：酶催化药物靶向， 提高药物的疗效和安全性
污水处理：酶 工程在污水处 理中的应用， 如生物酶降解
有机物
废气处理：酶 工程在废气处 理中的应用， 如生物酶降解
酶在农业生产中的应用：酶在农业生产中主要用于提高作物产量和质量，如酶在植物生长调节、植物病虫害防治 等方面的应用。
酶在食品加工中的应用：酶在食品加工中主要用于提高食品品质和营养价值，如酶在食品发酵、食品保鲜、食品 加工等方面的应用。
酶在环境保护中的应用：酶在环境保护中主要用于降解污染物、净化环境，如酶在污水处理、土壤修复、空气净 化等方面的应用。
酶的活性：酶的活 性受到多种因素的 影响，如温度、pH 值等
酶的纯化：酶的纯 化过程复杂，需要 耗费大量时间和成 本
酶的筛选：筛选出 适合特定反应的酶 需要大量的实验和 数据分析
生物医药领域：开发新型药物，提高药 物疗效
食品工业领域：提高食品品质，降低生 产成本
环保领域：生物降解污染物，减少环境 污染
酶在药物代谢中的应 用：酶催化药物代谢， 提高药物的生物利用 度和安全性
酶在药物靶向治疗中 的应用：酶催化药物 靶向治疗，提高药物 的疗效和降低副作用
污水处理：酶可以降解污水中的有机物，提高污水处理效率 生物降解：酶可以降解塑料、橡胶等难以降解的物质，减少环境污染 土壤修复：酶可以修复被污染的土壤，提高土壤肥力 生物能源：酶可以促进生物质能源的转化，减少化石能源的使用，降低温室气体排放
添加标题
添加标题添加标题添来自标题酶工程包括酶的筛选、改造、固定 化、反应器设计、过程控制和产物 分离等环节。
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淀粉的液化
• 淀粉先加水配制成浓度为30-40％的淀粉浆，pH 值一般调至6.0～6.5，添加一定量的α－淀粉酶后， 在85～90℃的温度下保温45min左右，使淀粉液化 成糊精。液化反应一般以碘反应颜色正好消失时为 终点。
淀粉液的糖化
• 液化完成后，将液化淀粉液冷却至55-60℃， pH调至4.5～5.0，加入适量的糖化酶，保温 糖化48h左右，使糊精转变为葡萄糖。
解决氧化问题的根本方法是除氧。葡萄糖氧化酶 是 一 种 有 效 的 除 氧 保 鲜 剂 。 葡 萄 糖 氧 化 酶 (glucose oxidase，EC 1·1·3·4)是催化葡萄糖与氧反应生成葡萄 糖酸和双氧水的一种氧化还原酶。
C6H12O6 (葡萄糖) +O2(氧) 葡萄糖氧化酶 C6H12O7 (葡萄糖酸) ＋H2O2(双氧水)
第十章 酶的应用
酶 和 我 们 的 生 活
第一节 酶在食品领域的应用
一、酶在食品保鲜方面的应用（氧、微生物）
食品保鲜是食品加工、食品运输、食品保藏中的 重要课题。在食品工业生产的整个过程中，由于受到 微生物、氧气、温度、湿度、光线等因素的影响，会 发生一系列物理、化学和生物学的变化，使食品的色 泽、香气、味道、营养、卫生和组织结构等发生变化。
C6H12O6+O2 葡 萄 糖 氧 化 酶 C6H12O7 ＋ H2O2
(葡萄糖) (氧)
(葡萄糖酸) (双氧水)
2H2O2 过氧化氢酶 2H2O + O2
3.食品灭菌保鲜
微生物的污染会引起食品的变质、腐败。防止微 生物的污染是食品保鲜的主要任务。杀灭微生物污染 的方法很多，诸如加热、添加防腐剂等，但这些方法 可能引起食品品质的改变，防腐剂的添加还可能对人 体健康带来某些不良的影响。如果采用溶菌酶进行食 品保鲜，则不但效果好，而且不存在食品安全问题。
以下是淀粉糖化生产葡萄糖的工艺流程:
DE 值 （ 葡 萄 糖 当 量 值 ） ： 淀粉水解后，其中的还原 糖（以葡萄糖计算）占总 固 形 物 的 分 比 。 DE 值 可 衡量淀粉的被水解的程度。 国 家 标 准 中 ， DE 值 越 高 ， 葡萄糖浆的级别越高。
葡萄糖生产应注意的问题
所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要求达到一定的 纯度。尤其是糖化酶中应不含或尽量少含葡萄糖苷转 移酶。因为葡萄糖苷转移酶会催化葡萄糖生成异麦芽 糖等杂质，会严重影响葡萄糖的收率。
酶法保鲜技术：是通过各种酶的处理，利用酶的 催化作用，防止或消除各种外界因素对食品产生的不 良影响，从而保持食品的优良品质和风味特色的技术。
1.食品除氧保鲜
氧气是影响食品质量的主要因素之一。氧的存 在容易引起花生、奶粉、冰淇淋、奶油、饼干、油 炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂 酸败，产生不良的味道和气味，降低营养价值，甚 至产生有毒物质；氧化还会使去皮的马铃薯、苹果 等水果及果汁、果酱、果蔬制品变色；氧化也会使 肉类褐变。
溶 菌 酶 (lysozyme ， EC3.2.1.17) 是 一 种 催 化 细 菌 细胞壁中的肽多糖水解的水解酶。专一地作用于肽多 糖分子中N－乙酰胞壁酸和N－乙酰氨基葡萄糖之间 的β－1，4糖苷键，从而破坏细菌的细胞壁，使细菌 溶解死亡。
溶菌酶一般从蛋清中分离得到，可以杀灭存在于 食品中的细菌，以达到防腐保鲜的效果。在干酪、水 产品、清酒、鲜奶、奶粉、奶油、生面条等生产中广 泛应用。
去除葡萄糖苷转移酶的最简单的方法之一是将糖 化酶配成酶液后，加酸调节pH值至2.0～2.5，室温下 静置一段时间，可以选择性地破坏葡萄糖苷转移酶。
（2）、果葡糖浆的生产
• 果葡糖浆是由葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生 成部分果糖而得到的葡萄糖与果糖的混合糖浆。
• 应用于饮料中可以保持果汁饮料的原果香味。 • 糖尿病者，摄取果糖仍可进行正常的能量代谢,故
应用葡萄糖氧化酶进行食品保鲜时，食品应该 置于密闭容器中，将葡萄糖氧化酶和葡萄糖一起置 于这个密闭容器中。例如，将葡萄糖氧化酶和葡萄 糖混合在一起，包装于不透水但可以透气的保鲜薄 膜袋中，封闭后，置于装有需要保鲜食品的密闭容 器中，密闭容器中的氧气透过薄膜进入保鲜袋，与 葡萄糖反应，由此除去密闭容器中的氧，防止氧化 作用的发生，达到食品保鲜的目的。
不会引起血糖升高。
果葡糖浆的生产
淀粉 淀粉酶
液化液 糖化酶
糖化液 层析等精制
喷雾干燥 粉状葡萄糖
氢化还原 山梨醇
结晶 结晶葡萄糖
异构酶
果葡糖浆 混合
例如，变色、变味、软化、发黏、甚至酸败、 发臭等，为了尽可能地保持食品原有的优良品质和 风味特色，人们经过长期的研究和实践，掌握了一 系列行之有效的保鲜技术。常用的方法有冷冻、加 热、干燥、密封、腌制、烟熏、添加保鲜剂或防腐 剂等。这些方法各有特点，可以根据需要进行选择。
随着人们对食品各方面的要求越来越高和科学技 术的不断进步，一种崭新酶法保鲜技术越来越受到人 们的关注和欢迎。
二、酶在食品加工中的应用
1、在淀粉类食品生产方面的应用
（1）葡萄糖的生产 （2）果葡糖浆的生产 （3）啤酒糖浆的生产 （4）环状糊精的生产
淀粉类、 蛋白质类、 果蔬类、 烘烤食品、 啤酒工业
（1）、酶法生产葡萄糖
• 国内外萄萄糖的生产大都采用酶法。酶 法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经α-淀粉 酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。
2.蛋类制品脱糖保鲜
蛋类制品如蛋白粉、蛋白片、全蛋粉等，由于蛋白 中含有0.5％～0.6％葡萄糖，会与蛋白质反应生成小黑 点，并影响其溶解性，从而影响产品质量。（因为葡萄 糖中的醛基与蛋白质或氨基酸的氨基发生褐变反应）。
为了尽可能地保持蛋类制品的色泽和溶解性，必需 进行脱糖处理，将蛋白中含有的葡萄糖除去。以往多采 用接种乳酸菌的方法进行蛋白的脱糖，但是处理时间较 长，效果不大理想。应用葡萄糖氧化酶进行蛋白的脱糖 处理，是将适量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中， 采用适当的方法通进适量的氧气，通过葡萄糖氧化酶作 用，使所含的葡萄糖完全氧化，从而保持蛋品的色泽和 溶解性。