食品生物技术导论酶工程优秀课件

食品生物技术导论酶工 程
第一节 酶工程发展概况
1. 酶的化学本质
❖ 是指一类由活性细胞产生的、 具有催化活性作用和高度专 一性的特殊蛋白质，又称生 物催化剂。
2. 酶工程发展简史
不自觉的应用：传统的酿酒、制酱、制曲等。 初步认识酶的存在及作用：
✓ 1833年，佩恩和帕索兹发现能水解淀粉的酒精沉 淀物（淀粉酶）并提出其热不稳定性；
化学破碎 酶促破碎
通过各种化学试剂对细胞 膜的作用，而使细胞破碎
通过细胞本身的酶系或外 加酶制剂的催化作用，使 细胞外层结构受到破坏， 而达到细胞破碎
捣碎法 研磨法 匀浆法
温度差破碎法 压力差破碎法 超声波破碎法
有机溶剂： 甲苯、丙酮 丁醇、氯仿 表面活性剂： Triton、Tween
自溶法 外加酶制剂法
3. 提取
提取方法
使用的溶剂或溶液 提取对象
盐溶液提取
0.02～0.5mol/L的盐 用于提取在低浓度盐溶液中溶解
溶液
度较大的酶
酸溶液提取
pH2～6的水溶液
用于提取在稀酸溶液中溶解度大， 且稳定性较好的酶
碱溶液提取
pH8～12的水溶液 用于提取在稀碱溶液中溶解度大 且稳定性较好的酶
有机溶剂提取 可与水混溶的有机 用于提取与脂质结合牢固或含有
（三） 酶的分离纯化
1. 细胞分离（胞外酶） : 离心或过滤 2. 细胞破碎（胞内酶）：许多酶存在于细胞内，提取
这些胞内酶时首先需要对细胞进行破碎处理。 机械破碎 物理破碎 化学破碎 酶解破碎
细胞破碎方法及其原理
机械破碎
通过机械运动产生的剪切 力，使组织、细胞破碎。
物理破碎
通过各种物理因素的作用， 使组织、细胞的外层结构 破坏而使细胞破碎。
常用修饰剂为专一性较高的蛋白酶或肽酶。 特点：既保持酶活力，又降低其抗原性。 ✓ 如木瓜蛋白酶水解去除其肽链上2/3氨基酸，仍可
保持其活力。
3. 侧链基团修饰：如将α-胰凝乳蛋白酶的氨基修饰成亲水 性更强的-COOH等，酶活提高1000倍，且更耐热 4. 分子内或分子间交联：使用双功能试剂交联，更稳定 5. 氨基酸置换修饰：改变活力中心的氨基酸 6. 金属离子置换修饰：如将酰基化氨基酸水解酶的活力 中心的Zn2+置换为Co2+。
主要途径
✓ 从生物细胞内合成或直接提取分离； ✓ 从微生物发酵生产获取。
（一）从生物细胞获取
1. 植物细胞产酶 P76-78：表4-1 2. 动物细胞产酶 P78-79
（二）微生物发酵产酶
1. 常用产酶微生物
细菌、放线菌、霉菌和酵母菌等（P80表4-3）。 用于食品酶制剂的细胞应具备条件：
溶剂
较多非极性基团的酶
第三节 酶的分子修饰
酶分子修饰（molecular modification enzyme）：通过改变酶分子的结构，使酶的 某些特性和功能发生改变的技术。
化学修饰 物理修饰
（一）酶分子的化学修饰
酶的化学修饰（chemical modification）：利 用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶 分子上，或将酶分子的某些部分删除或置换， 改变酶的理化性质，最终达到改变酶催化性 质的目的。
✓ 1896年，巴斯德发现酒精发酵是由酵母引起的； ✓ 1897年，巴纳兄弟用酵母抽提液生产出了酒精；
对酶的催化理论及本质的研究：
✓ 1913年，米彻里斯和曼吞由中间产物学说推导出 米氏方程；
✓ 1926年，萨母纳从刀豆中提出脲酶，并通过大量 研究证实酶的本质是蛋白质。
20世纪60年代，固定化技术的发展标志着酶工程 产业化形成；
（2）液体发酵法
利用合成的液体培养基在发酵罐内进行搅拌通气培养， 是目前主要的方式。
① 间歇发酵法：
特点：先在适于菌体生长条件下培养，然后再转入产 酶条件下进行发酵。产酶量高，同时营养物质与诱导 物浪费少。
② 连续发酵法：
特点：先将菌体培养至某一生长期如对数期，然后一 边连续加入新鲜培养液，另外又不断地以相同速度放 出培养产物，二者的速度应和生长速度一致，使菌体 生长处于恒态条件，同时还可能打破酶合成的反馈阻 遏，使产酶率提高。
1. 大分子结合修饰
常用大分子修饰剂：右旋糖苷、聚乙二醇、聚 蔗糖β-环糊精、琼脂糖、壳聚糖、白蛋白、明 胶、淀粉、硬脂酸、聚丙氨酸等。
作用：稳定性提高、抗原性降低，等等 ✓ 如：1分子胰凝乳蛋白酶与11分子右旋糖酐结
合可使其活力提高5.1倍。
2. 肽链有限水解修饰
指在肽链的限定肽键位点水解，使酶空间结构发 生某些改变而改变酶特性和功能的方法。
✓ 安全可靠，非致病菌； ✓ 稳定性好不易感染噬菌体； ✓ 酶产量高，有较好的开发应用价值； ✓ 容易培养和管理，产酶细胞易生长繁殖； ✓ 能利用廉价的原料，发酵周期短。
2. 发酵方法
（1）固体发酵法
即以麸皮、米糠等为基本原料，加无机盐和适量水分 (通常50％左右)进行的一种微生物培养法。
✓ 用青霉、曲霉生产果胶酶；用木霉生产纤维素酶
（二）酶分子的物理修饰
酶分子物理修饰（physical modificayion）：通 过物理方法，不改变酶的组成单位及基团，只 使酶分子的空间构象发生改变（副键变化或重 排），而改变酶的某些特性和功能。
高压处理：酶活提高；最适条件改变 适当变性改变空间构象：稳定性适当提高
第四节 酶的非水相催化（自学）
20世纪80年代，酶分子修饰技术发展使酶工程得 到空前发展。
3. 酶工程Leabharlann 概念酶工程（enzyme engineering）又称酶技术， 指利用酶的催化作用，在一定的生物反应器 中，将相应的原料转化成所需要的产品的过 程，是酶学理论与化学工程相结合而形成的 一门科学技术。
第二节 酶的制备与发酵生产
3. 微生物发酵产酶工艺条件及控制
（1）培养基：碳源、氮源、无机盐、生长因子 （2）温度： （3）pH： （4）溶氧量： （5）发酵时间：
4. 提高微生物产酶量的措施
选育优良细胞（基因重组技术）
强化生产过程：
控制合理发酵条件：pH、温度、基质浓度等 添加诱导物：如乳糖诱导β-半乳糖苷酶 控制阻遏物浓度：产物积累一定浓度，合成受阻 添加表面活性剂：主要是非离子型表面活性剂 添加产酶促进剂： 植酸钙镁、聚乙烯等