蛋白质与酶工程第一章课件.ppt

1、蛋白质与酶工程第一章优选蛋白质与酶工程第一章酶工程及其内容酶工程及其内容 酶工程酶工程(enzyme engineering)又称酶技术，又称酶技术，是酶制剂的大批量生产和应用的技术。它是是酶制剂的大批量生产和应用的技术。它是综合现代技术发展起来的一门应用性很强的综合现代技术发展起来的一门应用性很强的学科。学科。酶的分离提纯酶的分离提纯化学修饰，固定化化学修饰，固定化人工酶的化学合成人工酶的化学合成酶源：微生物酶源：微生物 动植物动植物工业：食品、工业：食品、纺织、制药、纺织、制药、畜牧业等畜牧业等化学与高分子化学与高分子技术技术研究与医学研究与医学酶与其他生物工程的关系酶与其他生物工程的关系

2、近代生近代生物工程物工程酶工程酶工程基因工程基因工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工程蛋白质工程蛋白质工程目前世界上已经发现的酶目前世界上已经发现的酶 目前已发现和鉴定的酶大约有2500多种，在工业上有应用前景的5060种，大规模生产和应用的仅16种，小批量生产的也仅200来种。酶在工业上应用受到限制的原因有两个方面酶在工业上应用受到限制的原因有两个方面（1）大多数酶在脱离生理环境后极不稳定，而）大多数酶在脱离生理环境后极不稳定，而酶在生产和应用过程中的条件与生理环境差酶在生产和应用过程中的条件与生理环境差别很大；别很大；（2）分离纯化酶的技术复杂、繁锁，酶制剂成）分离纯化酶的技术复杂、繁锁，酶

3、制剂成本高，价格贵，不利于广泛应用。本高，价格贵，不利于广泛应用。根据酶工程研究和解决问题的手段不同，根据酶工程研究和解决问题的手段不同，将其分为化学酶工程和生物学酶工程。将其分为化学酶工程和生物学酶工程。化学酶工程化学酶工程 被称初级酶工程（primary enzyme engineering），是酶学原理与化工技术相结合的产物，它是指在一定的生物反应装置中利用酶的催化作用将相应的原料转为有用物质的技术，它是在发酵工程上发展起来的。它包括了以下几种酶自然酶自然酶 是指从材料中提取制成酶制剂，应用于纺织、食品、是指从材料中提取制成酶制剂，应用于纺织、食品、制药、畜牧等行业的酶制剂的研究和应用，

4、这类酶制药、畜牧等行业的酶制剂的研究和应用，这类酶每年以每年以8%速度增长，主要是一些水解酶类如蛋白速度增长，主要是一些水解酶类如蛋白酶（酶（59%）、糖酶（）、糖酶（29%）。）。这类酶的特点这类酶的特点 A 价格低，生产方式简单；价格低，生产方式简单；B 应用不复杂，不需要辅因子参与，但应用不复杂，不需要辅因子参与，但产品种类少，应用范围窄。这类酶的应产品种类少，应用范围窄。这类酶的应用有力地促进工业技术革新和技术内容。用有力地促进工业技术革新和技术内容。如化学合成的可的松的价格为每克如化学合成的可的松的价格为每克200美元，改用酶法合成每克仅美元，改用酶法合成每克仅36美分。如美分。如木

5、瓜蛋白酶作为饼干松化剂、啤酒澄清木瓜蛋白酶作为饼干松化剂、啤酒澄清等。等。不溶性Para酪蛋白在榨汁中加入果胶酶水解果胶，能防止混浊、缩短过滤时间，有时也添加淀粉酶防止淀粉对过滤的影响，以提高透明度。NProHisLeuSerPheMetAlaIleProProC酶制剂的分离纯化，大批量生产及新酶的开发。3、乳品加工中的其它酶的应用酶在食品增味剂生产中主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生产。自从FDA认可大豆蛋白可以减轻心脏病以来，其相关产品在国际市场明显增长，日本豆奶市场目前已超过10万吨。溶菌酶（胞壁质酶）,加入鲜奶中增加人体的抗菌能力，防止肠道感染。乳糖缺乏是一个广泛的世界问题。在果汁制造中，

6、压榨时加入果胶、纤维素酶和半纤维素酶能起到破坏植物组织、提高榨汁效率、缩短榨汁时间、提高榨汁得率等。面筋蛋白含有较多的疏水氨基酸，限制了其在食品中的应用，利用中性蛋白酶水解后乳化性、溶解性、起泡性等功能特性大大提高，作为品质改良剂在面包、灌肠等食品生产中应用。其甜度约为蔗糖的60%。极易被人体吸收，改善人体多种功能，促进儿童生长发育。据调查，亚洲人75100%、欧洲白人530%、非洲人90100%、美国白人12%、黑人70%、我国成人88.0流经含Mg2+葡萄糖溶液。Asp酶催化延胡索酸氨基化生成LAsp。化学修饰酶化学修饰酶 通过酶分子的化学修饰达到改构改性的目的，通过酶分子的化学修饰达到改

7、构改性的目的，“生生物大分子工程物大分子工程”或对酶分子实行手术。或对酶分子实行手术。主要应用于理论研究和医药用酶。主要应用于理论研究和医药用酶。医学用酶医学用酶:A 无免疫原性；无免疫原性；B 半衰期长；半衰期长；C 易于进入细胞。易于进入细胞。固定化酶固定化酶 将酶分子通过吸附、交联、将酶分子通过吸附、交联、包埋和共价键结合等方法包埋和共价键结合等方法束缚于某种特定的支持物束缚于某种特定的支持物上，而发挥酶的作用。并上，而发挥酶的作用。并在此基础上发展为固定化在此基础上发展为固定化细胞。酶和活细胞原生质细胞。酶和活细胞原生质体固定化，是酶工程的中体固定化，是酶工程的中心任务。已广泛应用于国

8、心任务。已广泛应用于国民经济多个方面。具有强民经济多个方面。具有强大的生命力，在医药上尤大的生命力，在医药上尤为突出。为突出。人工合成酶人工合成酶 依据酶的催化原理，模拟酶的催化能力，用依据酶的催化原理，模拟酶的催化能力，用化学合成法人工合成的催化剂。人工酶的制化学合成法人工合成的催化剂。人工酶的制备有两种，即半合成法和全合成法。其中最备有两种，即半合成法和全合成法。其中最为突出的例子是抗体酶、酶分子印迹技术。为突出的例子是抗体酶、酶分子印迹技术。非水相催化非水相催化 酶不但在水中起酶不但在水中起催化作用，而且催化作用，而且能在有机溶剂中能在有机溶剂中也起催化作用。也起催化作用。生物酶工程生物

9、酶工程 指酶学原理和以指酶学原理和以基因工程为主的基因工程为主的现代分子生物学现代分子生物学技术的产物，又技术的产物，又称为高级酶工程。称为高级酶工程。新酶分子新酶分子基因蓝图基因蓝图新酶新酶突变酶突变酶克隆克隆酶酶蛋白质结构蛋白质结构与功能与功能固定化含果聚糖蔗糖酶黑曲霉菌Glu脱氢酶催化AKG加氨还原生成LGlu；肌肉中乳酸为D型，而酸奶中为D和L等混合外消旋型。在榨汁中加入果胶酶水解果胶，能防止混浊、缩短过滤时间，有时也添加淀粉酶防止淀粉对过滤的影响，以提高透明度。主要有GMP和肌苷酸。在发酵初期加入乙酰乳酸脱羧酶加速乙酰乳酸转变为乙酰甲基甲醇，大大缩短成熟时间。但这些方法可能引起食品品

10、质的改变，防腐剂可能给人体健康带来不良影响。0流经含Mg2+葡萄糖溶液。（四）功能性低聚糖的开发在乳制品工业中广泛应用乳糖酶。脂肪酶是一种天然、健康的面粉改良剂。转氨酶催化酮酸与Aa转氨反应生成LGlu；使该酶成为仅次于淀粉酶的大商品酶。（1）大多数酶在脱离生理环境后极不稳定，而酶在生产和应用过程中的条件与生理环境差别很大；食用油脂市场规模约250万吨，其中特定的保健食品所需的专用油脂制品市场呈发展趋势。目前水解化生产手性化合物的催化剂大约有30%采用脂肪酶。采用酶法生产一些功能性油脂取得了较大进展，特别是DHA等高度不饱和脂肪酸作为功能性食品基料已形成较大的市场规模。目前主要采用糖基转移酶生

11、产低聚糖（如下表）主要有采用壳聚糖吸附戊二醛交联及腊酸纤维包埋戊二醛交联等方法制备含酶固定化细胞（微生物）；克隆酶用基因工程技术大批量生产酶，目前已经克克隆酶用基因工程技术大批量生产酶，目前已经克隆成功的酶基因有隆成功的酶基因有100多种，有的已应用于生产如多种，有的已应用于生产如尿激酶、链激酶、凝乳酶等。尿激酶、链激酶、凝乳酶等。突变酶突变酶 修饰酶基因，产生遗传修饰酶。修饰酶基因，产生遗传修饰酶。新酶新酶 设计新酶基因，合成自然界不曾有的新酶，主设计新酶基因，合成自然界不曾有的新酶，主要目的是创造新的优质酶，用于高价特殊药品和超要目的是创造新的优质酶，用于高价特殊药品和超自然的生物制品的生

12、产。自然的生物制品的生产。酶工程任务酶工程任务 酶制剂的分离纯化，大批量生产及新酶的开发。酶制剂的分离纯化，大批量生产及新酶的开发。酶和活细胞的固定化。酶和活细胞的固定化。酶生产中基因工程技术的应用。酶生产中基因工程技术的应用。酶分子的改造、化学修饰、产物应用及结构与功酶分子的改造、化学修饰、产物应用及结构与功能的研究。能的研究。酶应用性开发。酶应用性开发。酶反应器和传感器的研究。酶反应器和传感器的研究。酶的抑制剂与激活剂的研究与应用。酶的抑制剂与激活剂的研究与应用。模拟酶、合成酶、酶分子人工设计合成的研究。模拟酶、合成酶、酶分子人工设计合成的研究。抗体酶、酶非水相催化的研究与应用。抗体酶、酶

13、非水相催化的研究与应用。发展动态发展动态 1、在新酶的开发方面将注意分解高分子物质的酶、在新酶的开发方面将注意分解高分子物质的酶及使低分子有机物聚合、检测与分解有毒物质、综及使低分子有机物聚合、检测与分解有毒物质、综合利用的酶。合利用的酶。2、利用基因工程技术开发新酶种和提高酶产量。、利用基因工程技术开发新酶种和提高酶产量。3、酶、活细胞及多酶体系的固定化及应用。、酶、活细胞及多酶体系的固定化及应用。4、用微生物、动植物细胞研究生物传感器。、用微生物、动植物细胞研究生物传感器。5、非水相催化、酶的化学修饰与分子改造、高效、非水相催化、酶的化学修饰与分子改造、高效催化剂的人工合成。催化剂的人工合

14、成。酶技术在食品工业中的应用酶技术在食品工业中的应用 一、酶在淀粉加工中的应用一、酶在淀粉加工中的应用 应用于淀粉加工中的酶种类很多，如应用于淀粉加工中的酶种类很多，如淀粉酶、淀粉酶、淀粉酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、脱支酶、环糊精葡萄糖基转移酶等糖化酶、葡萄糖异构酶、脱支酶、环糊精葡萄糖基转移酶等等。等。（一）（一）葡萄糖的生产葡萄糖的生产 酸水解工艺缺点很多需用耐酸、耐压设备；需用精制淀酸水解工艺缺点很多需用耐酸、耐压设备；需用精制淀粉为原料；水解后需中和、色泽深，精制费用大；淀粉粉为原料；水解后需中和、色泽深，精制费用大；淀粉投料浓度低，仅投料浓度低，仅20%；葡萄糖收率低，不超过；

15、葡萄糖收率低，不超过90%；水；水解时当解时当DE值达到值达到80%，因逆聚合反应生成，因逆聚合反应生成 键带苦味的龙键带苦味的龙胆二糖等低聚糖，要精制除苦；久贮后还因生成氧化甲基胆二糖等低聚糖，要精制除苦；久贮后还因生成氧化甲基糠醛而转变为褐色。糠醛而转变为褐色。目前国内外普遍采用酶法生产葡萄糖。采用粗淀粉为原料，投料浓度可达50%（干物质计），得率高达110%，因不需要中和等环节，杂质含量低，不需精制直接喷雾干燥成葡萄糖粉。此法简要步骤是以淀粉作成3040%粉浆，在pH66.5时加入淀粉酶，90C左右液化到碘反应消失，冷却到5560C，在pH4.55.0时加入酶化酶，保温糖化48h左右，几

16、乎全部淀粉转化为葡萄糖，再经脱色浓缩，结晶或喷雾干燥即为产品，DE值达98%以上。目前世界上淀粉糖达1000多万吨。（二）高果糖浆的生产（二）高果糖浆的生产 葡萄糖异构酶的正确名称为葡萄糖异构酶的正确名称为D木糖异构酶木糖异构酶（），它能将（），它能将D木糖、木糖、D葡萄糖、葡萄糖、D木碳糖等木碳糖等醛糖异构化为酮糖，其中葡萄糖异构化为果醛糖异构化为酮糖，其中葡萄糖异构化为果糖具有重要经济意义，所以也被称为葡萄糖糖具有重要经济意义，所以也被称为葡萄糖异构酶。果糖富有果香味，其甜度为蔗糖的异构酶。果糖富有果香味，其甜度为蔗糖的120160%，为葡萄糖的，为葡萄糖的23倍。倍。目前生产中采用固定化

17、酶和固定化细胞。主要有采用壳聚糖吸附戊二醛交联及腊酸纤维包埋戊二醛交联等方法制备含酶固定化细胞（微生物）；采用EDAE 纤维素、阴离子交换树脂、多孔氧化铝、多孔海土菜吸附制备固定化酶，再将固定化酶或细胞装柱制成酶反应器，在pH7.28.0流经含Mg2+葡萄糖溶液。1kg固定化细胞可生产20003000 kg高果糖（干物质）、1kg固定化酶可生产60008000 kg高果糖。目前采用离子交换柱吸附果糖，可使其含量达90%以上。高果糖浆（HCS）或称异构糖浆广泛用于饮料、糕点、冷饮、罐头、蜜饯等食品。目前在国外约为500万吨，占淀粉糖的1/2、占食用糖的2/3。（三）饴糖的生产（三）饴糖的生产 饴

18、糖具有独特风味，是食品工业的重要原饴糖具有独特风味，是食品工业的重要原料。主要成分是麦芽糖和糊精。主要是用料。主要成分是麦芽糖和糊精。主要是用淀粉酶和淀粉酶和淀粉酶，由于小麦麸皮和麦芽中淀粉酶，由于小麦麸皮和麦芽中含大量含大量淀粉酶，生产中用以代替淀粉酶，生产中用以代替淀粉酶。淀粉酶。另一类D1，2呋喃果糖苷果糖水解酶（）专一性催化菊糖水解生成果糖，成为利用菊糖的工具。脂肪酶是一种天然、健康的面粉改良剂。（3）果聚糖蔗糖酶生产低聚果糖用固定脂肪酶水解菜子油，利用脂肪酶的脂化交换反应以及脂化合成反应中，得到的中长度脂肪酸的改性油脂，都易于消化利用，统称为构造油脂。乳糖缺乏是一个广泛的世界问题。4

19、、用微生物、动植物细胞研究生物传感器。具有强大的生命力，在医药上尤为突出。蛋白质在体内以氨基酸或肽的形式被吸收，近年来发现小肽类（27个氨基酸）在吸收代谢中具有重要生理功能。目前国内外普遍采用酶法生产葡萄糖。转氨酶催化酮酸与Aa转氨反应生成LGlu；已广泛应用于国民经济多个方面。另一类D1，2呋喃果糖苷果糖水解酶（）专一性催化菊糖水解生成果糖，成为利用菊糖的工具。目前市场上已出售的功能性低聚糖主要有偶合糖、帕拉金糖、环状糊精、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、乳糖低聚糖、低聚木糖、麦芽低聚糖、异麦芽低聚糖、二蔗酮糖、绵子糖、海藻糖等产品。0流经含Mg2+葡萄糖溶液。原有酶的用途不断扩大、新酶不

20、断开发这为食品工业不断注入了新的活力。其甜度约为蔗糖的60%。酶反应器和传感器的研究。面筋蛋白含有较多的疏水氨基酸，限制了其在食品中的应用，利用中性蛋白酶水解后乳化性、溶解性、起泡性等功能特性大大提高，作为品质改良剂在面包、灌肠等食品生产中应用。凝乳酶位点3、啤酒发酵初期酵母在发酵液中生成乙酰乳酸，它又会转变成双乙酰影响风味，双乙酰又可转变为无色无臭的乙酰甲基甲醇。目前市场上已出售的功能性低聚糖主要有偶合糖、帕拉金糖、环状糊精、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、乳糖低聚糖、低聚木糖、麦芽低聚糖、异麦芽低聚糖、二蔗酮糖、绵子糖、海藻糖等产品。（四）（四）功能性低聚糖的开发功能性低聚糖的开发 随着

21、功能性食品开发热潮的涌现，功能性低聚糖的随着功能性食品开发热潮的涌现，功能性低聚糖的开发也不断升温，目前已形成较大规模。开发也不断升温，目前已形成较大规模。目前市场上已出售的功能性低聚糖主要有偶合糖、目前市场上已出售的功能性低聚糖主要有偶合糖、帕拉金糖、环状糊精、低聚果糖、低聚半乳糖、大帕拉金糖、环状糊精、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、乳糖低聚糖、低聚木糖、麦芽低聚糖、豆低聚糖、乳糖低聚糖、低聚木糖、麦芽低聚糖、异麦芽低聚糖、二蔗酮糖、绵子糖、海藻糖等产品。异麦芽低聚糖、二蔗酮糖、绵子糖、海藻糖等产品。目前主要采用糖基转移酶生产低聚糖（如下表）目前主要采用糖基转移酶生产低聚糖（如下表）低聚

22、糖低聚糖 原料原料 所用酶所用酶低聚果糖低聚果糖乳蔗糖乳蔗糖木酮基蔗糖木酮基蔗糖帕拉金糖帕拉金糖偶合糖偶合糖异麦芽低聚糖异麦芽低聚糖龙胆低聚糖龙胆低聚糖半乳糖低聚糖半乳糖低聚糖蔗糖蔗糖蔗糖、乳糖蔗糖、乳糖蔗糖蔗糖.半乳糖半乳糖蔗糖蔗糖蔗糖、淀粉蔗糖、淀粉麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖 -果糖基转移酶果糖基转移酶-果糖基转移酶果糖基转移酶-果糖基转移酶果糖基转移酶-葡萄糖基转移酶葡萄糖基转移酶环状糊精葡萄糖转环状糊精葡萄糖转移酶（移酶（GTase）-葡萄糖苷酶（麦芽葡萄糖苷酶（麦芽糖酶）糖酶）-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶-半乳糖半乳糖苷酶苷酶 二、蛋白质相关酶的应用二、蛋白质相关酶的应用（一）（一）

23、用于生产蛋白食品原料用于生产蛋白食品原料（1）甜味剂制造中的应用。如）甜味剂制造中的应用。如 CbzAspPheOMe CbzAspPheOMe HAspPheOMe 比蔗糖甜比蔗糖甜200倍倍 固定化中性蛋白酶Pdc（巴碳）(2)在动物产品加工的副产品中的应用在动物产品加工的副产品中的应用 利用明胶、干酪素、鱼粉等这些动物产品的副产品，利用明胶、干酪素、鱼粉等这些动物产品的副产品，经调浆后用蛋白酶水解，再经灭酶、脱色、杀菌、真经调浆后用蛋白酶水解，再经灭酶、脱色、杀菌、真空浓缩和喷雾干燥等可以制得水解蛋白粉，它们具有空浓缩和喷雾干燥等可以制得水解蛋白粉，它们具有优异的保水性、乳化性、不易产生

24、沉淀；有良好的抗优异的保水性、乳化性、不易产生沉淀；有良好的抗氧化性，对易变化食品起保护稳定性作用；有良好表氧化性，对易变化食品起保护稳定性作用；有良好表面活性、溶解性、润滑性，能改善调整食品的风味和面活性、溶解性、润滑性，能改善调整食品的风味和结构品质；极易被人体吸收，改善人体多种功能，促结构品质；极易被人体吸收，改善人体多种功能，促进儿童生长发育。作为添加剂在火腿、香肠等肉制品、进儿童生长发育。作为添加剂在火腿、香肠等肉制品、果奶饮料、味精、保健食品、乳制品等食品中广泛应果奶饮料、味精、保健食品、乳制品等食品中广泛应用。用。（3）在生产淀粉的副产品面筋蛋白中应用）在生产淀粉的副产品面筋蛋白

25、中应用 面筋蛋白含有较多的疏水氨基酸，限制了其在面筋蛋白含有较多的疏水氨基酸，限制了其在食品中的应用，利用中性蛋白酶水解后乳化性、溶食品中的应用，利用中性蛋白酶水解后乳化性、溶解性、起泡性等功能特性大大提高，作为品质改良解性、起泡性等功能特性大大提高，作为品质改良剂在面包、灌肠等食品生产中应用。除小麦面筋外，剂在面包、灌肠等食品生产中应用。除小麦面筋外，其它植物蛋白如大豆蛋白、玉米蛋白等都可以通过其它植物蛋白如大豆蛋白、玉米蛋白等都可以通过酶处理方法来改善其功能性。酶处理方法来改善其功能性。（4）在动物血、杂鱼（虾）、碎肉加）在动物血、杂鱼（虾）、碎肉加工中应用工中应用 利用蛋白酶水解作用，从

26、动物血、杂利用蛋白酶水解作用，从动物血、杂鱼、碎肉中提取蛋白质作为食品或饲鱼、碎肉中提取蛋白质作为食品或饲料，这是开发人类新食品蛋白的有效料，这是开发人类新食品蛋白的有效措施。措施。（5）在植物蛋白的加工、改造中应用）在植物蛋白的加工、改造中应用 除了上述对面筋改造外，大豆蛋白加入蛋白酶处除了上述对面筋改造外，大豆蛋白加入蛋白酶处理以提高其溶解性具有特别重要的意义。自从理以提高其溶解性具有特别重要的意义。自从FDA认可大豆蛋白可以减轻心脏病以来，其相关产品在认可大豆蛋白可以减轻心脏病以来，其相关产品在国际市场明显增长，日本豆奶市场目前已超过国际市场明显增长，日本豆奶市场目前已超过10万万吨。玉

27、米蛋白是一种储存蛋白，在吨。玉米蛋白是一种储存蛋白，在pH25之间溶解之间溶解性差，当用胰蛋白酶处理后在同样的性差，当用胰蛋白酶处理后在同样的pH条件下，溶条件下，溶解度可达解度可达3050%。（二）（二）蛋白酶在改善食品质量中的应用蛋白酶在改善食品质量中的应用 （1）肉类嫩化）肉类嫩化 （2）饼干、糕点膨化）饼干、糕点膨化（3）转谷氨酰胺酶（）的应用）转谷氨酰胺酶（）的应用 与一般蛋白质水解酶相比，转谷氨酰胺酶在蛋与一般蛋白质水解酶相比，转谷氨酰胺酶在蛋白质加工中具有显著特点，它作用于蛋白质中谷酰白质加工中具有显著特点，它作用于蛋白质中谷酰胺残基，通过转酰胺作用，使之与胺残基，通过转酰胺作用

28、，使之与Lys残基结合，残基结合，形成一定的架桥结构，从而提高蛋白质的凝胶性能。形成一定的架桥结构，从而提高蛋白质的凝胶性能。该酶已应用于水产制品、乳制品、畜肉制品等的加该酶已应用于水产制品、乳制品、畜肉制品等的加工。工。(4)啤酒、饮料的澄清啤酒、饮料的澄清（三）（三）制备生物活性物质制备生物活性物质 蛋白质在体内以氨基酸或肽的形式被吸收，近年来蛋白质在体内以氨基酸或肽的形式被吸收，近年来发现小肽类（发现小肽类（27个氨基酸）在吸收代谢中具有重个氨基酸）在吸收代谢中具有重要生理功能。活性肽（功能肽）目前认头的定义是要生理功能。活性肽（功能肽）目前认头的定义是对机体构成一套高度自动化的物质。是

29、沟通细胞间、对机体构成一套高度自动化的物质。是沟通细胞间、血管间联系的信使，为外分泌、内分泌、神经系统血管间联系的信使，为外分泌、内分泌、神经系统行使传递功能，从而使机体组成了高度严密的系统，行使传递功能，从而使机体组成了高度严密的系统，促进生长发育和繁殖的正常进行。促进生长发育和繁殖的正常进行。三、油脂加工的相关酶三、油脂加工的相关酶 食用油脂市场规模约食用油脂市场规模约250万吨，其中特定的保健万吨，其中特定的保健食品所需的专用油脂制品市场呈发展趋势。食品所需的专用油脂制品市场呈发展趋势。1.构造油脂构造油脂 用固定脂肪酶水解菜子油，利用脂肪酶的脂用固定脂肪酶水解菜子油，利用脂肪酶的脂化交

30、换反应以及脂化合成反应中，得到的中长度化交换反应以及脂化合成反应中，得到的中长度脂肪酸的改性油脂，都易于消化利用，统称为构脂肪酸的改性油脂，都易于消化利用，统称为构造油脂。造油脂。2.生产功能性油脂生产功能性油脂 采用酶法生产一些功能性油脂取得了较大进采用酶法生产一些功能性油脂取得了较大进展，特别是展，特别是DHA等高度不饱和脂肪酸作为功等高度不饱和脂肪酸作为功能性食品基料已形成较大的市场规模。酶法能性食品基料已形成较大的市场规模。酶法生产生产DHA所用酶主要来自酵母的脂肪酸，通所用酶主要来自酵母的脂肪酸，通过对其进行选择性水解，可制得富含过对其进行选择性水解，可制得富含DHA的的甘油脂，而且

31、缩合反应以及酰基转移反应使甘油脂，而且缩合反应以及酰基转移反应使DHA含量达含量达50%以上的甘油脂。以上的甘油脂。3.在油脂加工中酶的应用在油脂加工中酶的应用 在植物油的抽提过程中常会用到一些复合酶，如果胶酶、半在植物油的抽提过程中常会用到一些复合酶，如果胶酶、半纤维素酶、蛋白酶等来分解植物细胞壁成分，以便有效地抽纤维素酶、蛋白酶等来分解植物细胞壁成分，以便有效地抽提出其油脂。提出其油脂。目前在油脂加工课题是如何降低反式脂肪酸的生成，提高有目前在油脂加工课题是如何降低反式脂肪酸的生成，提高有益脂肪酸的利用性，应用酶研发油脂的健康功能。在这方面益脂肪酸的利用性，应用酶研发油脂的健康功能。在这方

32、面利用酶的非水相催化将有很大的发展。利用酶的非水相催化将有很大的发展。4.其它方面的应用其它方面的应用（1）面粉改良）面粉改良 脂肪酶是一种天然、健康的面粉改良剂。脂肪酶是一种天然、健康的面粉改良剂。它能水解面粉中脂肪，产生甘油二脂和甘油它能水解面粉中脂肪，产生甘油二脂和甘油单脂，起到良好的乳化效果，提高面团的耐单脂，起到良好的乳化效果，提高面团的耐发酵能力，具有增筋增白双重作用。发酵能力，具有增筋增白双重作用。（2）手性化合物合成）手性化合物合成 利用脂肪酶的立体、位点选择性催化外消旋化利用脂肪酶的立体、位点选择性催化外消旋化底物的某一对应体，从而获得所需的手性化合底物的某一对应体，从而获得

33、所需的手性化合物。具有适应种类多、反应条件温和、专一性物。具有适应种类多、反应条件温和、专一性强和副产物少等优点。目前水解化生产手性化强和副产物少等优点。目前水解化生产手性化合物的催化剂大约有合物的催化剂大约有30%采用脂肪酶。脂酶和采用脂肪酶。脂酶和脂肪酶在有机相中催化脂类的合成，目前在代脂肪酶在有机相中催化脂类的合成，目前在代替化学催化剂的手性合成研究中发展极为迅速。替化学催化剂的手性合成研究中发展极为迅速。四、酶在乳制品工业中的应用四、酶在乳制品工业中的应用 乳制品加工中酶的应用主要有以下乳制品加工中酶的应用主要有以下几方面乳糖分解乳糖；凝乳酶制造干几方面乳糖分解乳糖；凝乳酶制造干酪素；

34、溶菌酶杀菌消毒；过氧化氢消酪素；溶菌酶杀菌消毒；过氧化氢消毒等。毒等。1.1.乳制品中乳糖的分解乳制品中乳糖的分解 牛奶中乳糖含量约为牛奶中乳糖含量约为4.5%4.5%。乳糖进入。乳糖进入机体后经小肠黏膜状缘的乳糖酶（），机体后经小肠黏膜状缘的乳糖酶（），半乳糖苷酶分解成葡萄糖和半乳糖。如缺半乳糖苷酶分解成葡萄糖和半乳糖。如缺乏乳糖酶乳糖不能分解为单糖，被肠道微乏乳糖酶乳糖不能分解为单糖，被肠道微生物发酵生成有机酸（乙、丙、丁酸等）生物发酵生成有机酸（乙、丙、丁酸等）和气体（和气体（CH4CH4、H2H2、CO2CO2等），这个发酵过等），这个发酵过程引起人肠鸣、腹痛、排气和腹泻等症状，程引起

35、人肠鸣、腹痛、排气和腹泻等症状，统称为统称为“乳糖不耐症乳糖不耐症”。乳糖缺乏是一个。乳糖缺乏是一个广泛的世界问题。据调查，亚洲人广泛的世界问题。据调查，亚洲人75100%75100%、欧洲白人欧洲白人530%530%、非洲人、非洲人90100%90100%、美国白人、美国白人12%12%、黑人、黑人70%70%、我国成人、我国成人88.9%88.9%、儿童、儿童87%87%。乳糖进入体内后半小时至数小时内发病。乳糖进入体内后半小时至数小时内发病。因此，乳糖的消化吸收和营养价是世界乳因此，乳糖的消化吸收和营养价是世界乳制品业的重大课题。在乳制品工业中广泛制品业的重大课题。在乳制品工业中广泛应用

36、乳糖酶。应用乳糖酶。2、奶酪的生产、奶酪的生产 牛乳中蛋白质含量占牛乳中蛋白质含量占93.3%，其中酪蛋白，其中酪蛋白78%，酪蛋白包含，酪蛋白包含s1酪蛋白、酪蛋白、酪蛋白以及酪蛋白以及酪蛋白，它们的比例为酪蛋白，它们的比例为311。全世界生产牛奶约全世界生产牛奶约1亿多吨，其中奶酪生产占牛奶生产总产亿多吨，其中奶酪生产占牛奶生产总产量的量的1/4。干酪的生产分为二步第一步，用乳酸菌将牛奶发。干酪的生产分为二步第一步，用乳酸菌将牛奶发酵成酸奶；第二步，用凝乳蛋白酶将可溶性酵成酸奶；第二步，用凝乳蛋白酶将可溶性酪蛋白水解成酪蛋白水解成不溶性不溶性Para酪蛋白和糖肽酪蛋白和糖肽 凝乳酶位点凝乳

37、酶位点 NProHisLeuSerPheMetAlaIleProProC不溶性Para酪蛋白糖肽 在酸性条件下，加入微量在酸性条件下，加入微量Ca2+和酶使之凝固后，再和酶使之凝固后，再经切块、加热、压榨、熟化便制成干酪。经切块、加热、压榨、熟化便制成干酪。凝乳酶来自于小牛皱胃（第凝乳酶来自于小牛皱胃（第4胃），为此全世界每胃），为此全世界每年宰杀年宰杀4000多万头小公牛。酶源不足，价格贵。现多万头小公牛。酶源不足，价格贵。现在将其酶基因克隆到大肠杆菌中，由大肠杆菌生产在将其酶基因克隆到大肠杆菌中，由大肠杆菌生产所代替。使该酶成为仅次于淀粉酶的大商品酶。所代替。使该酶成为仅次于淀粉酶的大商品

38、酶。3、乳品加工中的其它酶的应用乳品加工中的其它酶的应用 溶菌酶（胞壁质酶）溶菌酶（胞壁质酶）,加入鲜奶中增加人体的加入鲜奶中增加人体的抗菌能力，防止肠道感染。抗菌能力，防止肠道感染。H2O2酶用以除去酶用以除去牛奶中多余的牛奶中多余的H2O2，以达牛奶消毒。，以达牛奶消毒。SOD用用于乳清的脱色；巯基氧化酶用于去除乳制品于乳清的脱色；巯基氧化酶用于去除乳制品超高温杀菌而产生的糊味；脂肪酶用于乳制超高温杀菌而产生的糊味；脂肪酶用于乳制品增香。品增香。五、五、面粉烘烤加工中酶的应用面粉烘烤加工中酶的应用 酶在烘烤食品方面的应用可以增大面包体积、改善表皮色泽、酶在烘烤食品方面的应用可以增大面包体积

39、、改善表皮色泽、改良面粉质量、延缓陈变、提高柔软度、延长保存期限。改良面粉质量、延缓陈变、提高柔软度、延长保存期限。1在国外向面粉中添加在国外向面粉中添加0.1%的淀粉酶，能提高产品品质，的淀粉酶，能提高产品品质，因此常以面粉中淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。因此常以面粉中淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。2制作面包时，加入蛋白酶，使面团易于延伸，以加速成制作面包时，加入蛋白酶，使面团易于延伸，以加速成熟。熟。3 3、在生产蛋糕过程中，蛋液为主要原料，要求具有良好的、在生产蛋糕过程中，蛋液为主要原料，要求具有良好的乳化性和持泡性，通过加入蛋白酶，可以得到良好的效果。乳化性和持泡性，通过加入蛋白酶

40、，可以得到良好的效果。酶分子的改造、化学修饰、产物应用及结构与功能的研究。水解后需中和、色泽深，精制费用大；极易被人体吸收，改善人体多种功能，促进儿童生长发育。（3）果聚糖蔗糖酶生产低聚果糖目前在国外约为500万吨，占淀粉糖的1/2、占食用糖的2/3。模拟酶、合成酶、酶分子人工设计合成的研究。酶的抑制剂与激活剂的研究与应用。B 半衰期长；其甜度为蔗糖的170200倍，已应用于乳制品、蛋制品以及羊肉除膻增香等。牛乳中蛋白质含量占93.L2氯丙酸H2O在发酵初期加入乙酰乳酸脱羧酶加速乙酰乳酸转变为乙酰甲基甲醇，大大缩短成熟时间。面筋蛋白含有较多的疏水氨基酸，限制了其在食品中的应用，利用中性蛋白酶水

41、解后乳化性、溶解性、起泡性等功能特性大大提高，作为品质改良剂在面包、灌肠等食品生产中应用。乳糖缺乏是一个广泛的世界问题。主要有GMP和肌苷酸。3、啤酒发酵初期酵母在发酵液中生成乙酰乳酸，它又会转变成双乙酰影响风味，双乙酰又可转变为无色无臭的乙酰甲基甲醇。目前采用离子交换柱吸附果糖，可使其含量达90%以上。自从FDA认可大豆蛋白可以减轻心脏病以来，其相关产品在国际市场明显增长，日本豆奶市场目前已超过10万吨。在发酵初期加入乙酰乳酸脱羧酶加速乙酰乳酸转变为乙酰甲基甲醇，大大缩短成熟时间。主要是用淀粉酶和淀粉酶，由于小麦麸皮和麦芽中含大量淀粉酶，生产中用以代替淀粉酶。4脂肪氧化酶添加于面粉中可以使面

42、粉中的不饱脂肪氧化酶添加于面粉中可以使面粉中的不饱和脂肪酸氧化，同时胡萝卜素发生共轭氧化作用而和脂肪酸氧化，同时胡萝卜素发生共轭氧化作用而将面粉漂白。将面粉漂白。5乳糖酶加入到脱脂奶粉的面包制作中，乳糖生乳糖酶加入到脱脂奶粉的面包制作中，乳糖生产发酵粉，促进酵母发酵，改善面包色泽。产发酵粉，促进酵母发酵，改善面包色泽。6小麦和黑麦面粉中存在一定数量戊聚糖妨碍胶小麦和黑麦面粉中存在一定数量戊聚糖妨碍胶原蛋白形成面包的结构，采用半纤维素酶分解戊聚原蛋白形成面包的结构，采用半纤维素酶分解戊聚糖，从而起到提高胶原蛋白的粘弹性作用。糖，从而起到提高胶原蛋白的粘弹性作用。7加入蔗糖酶，可以防止糕点中蔗糖析

43、出。加入蔗糖酶，可以防止糕点中蔗糖析出。面包制作过程中还常用半纤维素酶与淀粉酶混合使面包制作过程中还常用半纤维素酶与淀粉酶混合使用起到良好的效果。用起到良好的效果。六、酶在酒类酿造中的应用六、酶在酒类酿造中的应用 1、啤酒以大麦芽为原料。在工艺中常加入、啤酒以大麦芽为原料。在工艺中常加入淀粉酶、淀粉酶、淀粉淀粉酶、脱支酶、蛋白酶、酶、脱支酶、蛋白酶、葡聚糖酶以处理原料，解决啤酒发葡聚糖酶以处理原料，解决啤酒发酵中酶活不足问题。酵中酶活不足问题。2、啤酒澄清、啤酒澄清 3、啤酒发酵初期酵母在发酵液中生成、啤酒发酵初期酵母在发酵液中生成乙酰乳酸，它又会转乙酰乳酸，它又会转变成双乙酰影响风味，双乙酰

44、又可转变为无色无臭的乙酰甲变成双乙酰影响风味，双乙酰又可转变为无色无臭的乙酰甲基甲醇。在发酵初期加入基甲醇。在发酵初期加入乙酰乳酸脱羧酶加速乙酰乳酸脱羧酶加速乙酰乳酸乙酰乳酸转变为乙酰甲基甲醇，大大缩短成熟时间。转变为乙酰甲基甲醇，大大缩短成熟时间。4.糖化酶代替麸曲，用于制造白酒、黄酒、酒精，可以提高糖化酶代替麸曲，用于制造白酒、黄酒、酒精，可以提高出酒率，节省粮食，简化设备。出酒率，节省粮食，简化设备。5.果胶酶、酸性蛋白酶、淀粉酶用于制造果酒，改善果实的果胶酶、酸性蛋白酶、淀粉酶用于制造果酒，改善果实的压榨过程，使果酒澄清。压榨过程，使果酒澄清。七、酶在饮料工业中的应用七、酶在饮料工业中

45、的应用 1.1.在果汁制造中，压榨时加入果胶、纤维素在果汁制造中，压榨时加入果胶、纤维素酶和半纤维素酶能起到破坏植物组织、提高酶和半纤维素酶能起到破坏植物组织、提高榨汁效率、缩短榨汁时间、提高榨汁得率等。榨汁效率、缩短榨汁时间、提高榨汁得率等。在榨汁中加入果胶酶水解果胶，能防止混浊、在榨汁中加入果胶酶水解果胶，能防止混浊、缩短过滤时间，有时也添加淀粉酶防止淀粉缩短过滤时间，有时也添加淀粉酶防止淀粉对过滤的影响，以提高透明度。对过滤的影响，以提高透明度。2柑橘类果汁中因含有柚皮苷，加入柚皮苷柑橘类果汁中因含有柚皮苷，加入柚皮苷酶来降解它从而达到脱苦的效果。酶来降解它从而达到脱苦的效果。3目前茶饮

46、料市场呈现不断上升的趋势，在茶的保藏过程目前茶饮料市场呈现不断上升的趋势，在茶的保藏过程中，其成分咖啡因与聚合型儿茶酚会形成复合物，从而导致中，其成分咖啡因与聚合型儿茶酚会形成复合物，从而导致沉淀产生。采用加入单宁酶来降解儿茶酚为没食子酸，得以沉淀产生。采用加入单宁酶来降解儿茶酚为没食子酸，得以解决沉淀问题。解决沉淀问题。4.开发豆奶及大豆食品市场最大的问题是产品的豆腥味，含开发豆奶及大豆食品市场最大的问题是产品的豆腥味，含有有环糊精的环状糊精葡萄糖转移酶（环糊精的环状糊精葡萄糖转移酶（CGTase）可以除去豆）可以除去豆奶中的豆腥味。异黄酮的糖苷配基若使用奶中的豆腥味。异黄酮的糖苷配基若使用

47、葡萄糖苷酶处理葡萄糖苷酶处理可以提高可以提高3倍，并可促进其在体内的吸收。倍，并可促进其在体内的吸收。5其它其它 使用咖啡饮料的半乳甘露聚糖酶、用于红茶饮料的单宁酶、使用咖啡饮料的半乳甘露聚糖酶、用于红茶饮料的单宁酶、防止苹果汁及桃汁褐变的绿茶酸脂酶等均在开发中。防止苹果汁及桃汁褐变的绿茶酸脂酶等均在开发中。八、八、酶在食品保鲜和贮藏中的应用酶在食品保鲜和贮藏中的应用 1.1.食品除氧保鲜食品除氧保鲜 氧气是影响食品质量的因素之一。除氧问题一般采氧气是影响食品质量的因素之一。除氧问题一般采用葡萄糖氧化酶（）和过氧化氢酶用葡萄糖氧化酶（）和过氧化氢酶 H2O2酶酶H2OC6H12O6 +O2C6

48、H12O7 +H2O2 2.蛋类食品脱糖蛋类食品脱糖 蛋白中含有蛋白中含有0.50.6%葡萄糖，它与蛋白质反葡萄糖，它与蛋白质反应生成小黑点，并影响其溶解性，因此必需应生成小黑点，并影响其溶解性，因此必需脱糖。将适量葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全脱糖。将适量葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，通入适量氧气，使葡萄糖完全氧化，蛋液中，通入适量氧气，使葡萄糖完全氧化，从而保持蛋制品的色泽和溶解性。从而保持蛋制品的色泽和溶解性。3.酶法灭菌保鲜酶法灭菌保鲜 微生物污染会引起食品变质、腐败，灭菌方法很多，如添加微生物污染会引起食品变质、腐败，灭菌方法很多，如添加防腐剂、加热等。但这些方法可能引起食品品质的改

49、变，防防腐剂、加热等。但这些方法可能引起食品品质的改变，防腐剂可能给人体健康带来不良影响。采用溶菌酶，不但效果腐剂可能给人体健康带来不良影响。采用溶菌酶，不但效果好，而且不存在食品安全问题。溶菌酶（好，而且不存在食品安全问题。溶菌酶（Losozyme，）已，）已广泛应用于干酪、水产品、啤酒、清酒、鲜奶、奶油、生面广泛应用于干酪、水产品、啤酒、清酒、鲜奶、奶油、生面条等食品中。条等食品中。九、酶在食品添加剂生产中的应用 食品添加剂按功能不同而分为酸味剂、增味剂、甜味剂、乳化剂、增稠剂、强化剂等，酶作为安全、高效的生物催化剂，在食品添加剂的生产中已较为广泛应用。1、酸味剂生产中的应用 （1）乳酸生

50、产 L乳酸 丙酮酸+NADH+H+L乳酸+NAD+D乳酸生产 丙酮酸NADHH D乳酸 NAD L2氯丙酸H2O 肌肉中乳酸为D型，而酸奶中为D和L等混合外消旋型。（2）苹果酸的生产 延胡索酸H2O L苹果酸LLDHDLDHL2氯卤代酸脱卤酶D乳酸固定化延胡索酸酶 1 1增味剂的生产中增味剂的生产中 增味剂又称鲜味剂，已知有增味剂又称鲜味剂，已知有4040多种，如味精、多种，如味精、肌苷酸钠等。酶在食品增味剂生产中主要用于氨基肌苷酸钠等。酶在食品增味剂生产中主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生产。酸和呈味核苷酸的生产。（1 1）呈味）呈味LAaLAa酶法生产酶法生产 氨基酸类增味剂是当今世界用量最大