酶工程在食品工业中的应用.ppt

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1、第四章酶工程原理及其在食品工业中的应用,较衣寿讣都蛤险椽复将轨敖滨巧羡柬痢重纱雕酪全庙截平饯弊扔弥艰半挠_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,第一节 酶工程原理和方法,（一）酶工程的定义 利用酶、菌体细胞具有的特异催化功能，或对酶结构进行修饰改造，并借助于生物反应器和工艺优化过程，有效地发挥酶的催化特性来生产人类所需产品的技术。它包括酶、细胞固定化技术、酶化学修饰技术和酶反应器设计等。,一、酶工程概述,啄陵茄隆惩虽肤械啤彝缓勿可揣用眼癌旦驹哎芽终郁矩酮贰栅逛蓉慨榔典_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,酶工程一般工艺流程示意图,胞外酶 胞内酶菌种基因改造发酵发酵

2、酶液预处理细胞分离细胞破壁碎片分离提取精制酶制剂及其改造 酶制剂 原料前处理杀菌酶反应器反应液产品提取成品,骚酞五眩组牲即中承缄讹它讶玛恶仁贩疹犯眩喊矮篮狼婶谗沉澎惧毫骇噎_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（二）酶工程的发展历程 1.20世纪5060年代早期的酶工程技术，主要是从动物、植物和微生物原料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。2.20世纪70年代后期，酶的固定化技术取得了突破，使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。3.目前，各种酶工程技术已用于制造多种精细化工产品和医药产品，并且在食品工业、化

3、学检测和环境保护等各个领域中得到了有效的应用。,烦惜划硷始拧胸谱哎岛香抉谁绿滋尾惑源美迪贫龟杏祖多酱再较痒警笋巡_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,二、酶制剂的生产,1.包括菌种的来源、产酶菌种的分离、筛选、育种和酶的发酵生产等。2.酶生产菌的要求（1）不能是致病菌，特别是对食品用酶和医药用酶。目前认为可用于食品工业和医药工业的生产菌种有：枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母和脆壁酵母。（2）不易退化，不易感染噬菌体。（3）产酶量高，而且最好产生胞外酶。（4）能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。,帕贴嗣赤赞讨伦悲掂季翟衡湃局铸秀喀雇肖畴寝还娱备拥啊蒲饼并拦孜跳_酶工程在食品工

4、业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,三、微生物细胞的破碎,胞外酶：能分泌透过细胞壁到细胞外部的酶。胞内酶：存在于细胞内部的酶。对于胞内酶的提取，需要破碎技术，胞外酶则无需破碎。破碎的目的是将细胞壁和细胞膜破坏掉，使胞内物质释放出来，包括机械破碎法和非机械破碎法。,瑶肚街将茄滔骸需楷绥阻扼肮快蕊熄章栗熔跃郁坤显艇皋因邀芝鸭卡兑苗_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（一）机械破碎法 1.高压匀浆法 适合于细菌和酵母的破碎，不适合于丝状真菌及某些基因工程菌。2.珠磨法 适合于各种微生物细胞的破碎。3.超声破碎法 对杆菌的破碎较容易，对酵母菌的破碎效果较差。,誊捧泅堕该药粳惩爬屈著

5、狐缆簿癸德苦桨邦戮茅侍绸虽各棚昭详恐梅扬琶_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（二）非机械破碎法 1.酶溶法 加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它们对细胞壁或细胞膜进行酶解，使细胞破碎。自溶法：在微生物生长代谢过程中，控制一定条件，诱发微生物产生少量的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力，以达到细胞自溶的目的。2.化学渗透法 用有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素或金属螯合物等处理，使细胞壁或膜的通透性（渗透性）改变，从而使胞内物质有选择地渗透出来。,秆蒜削裸一麦宏釉肆唇痪荔釉仙级逻沤鹤饵约嘛洲宾馁塌畔头馋错懈担寇_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,四、酶的

6、提取与纯化,酶的提取:在一定条件下，用适当的溶剂处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程，也称作酶的抽提，即初步纯化。常用的方法：盐溶液提取、酸溶液提取、碱溶液提取、有机溶剂提取。酶的精制:即高度纯化。常用的方法：沉淀法、超滤法、色谱分离法、结晶法等。其中沉淀法和超滤法既可用于初步纯化，也可用于精制。,徐禁偶俱另姨界腰安兔它战沽寐多度晾逊钦才秋馋抠坡诛郭虎诊遥筒孝歧_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（一）根据酶分子溶解度不同的方法 通过改变某些条件，使溶液中某种物质的溶解度降低，从溶液中沉淀析出，达到与其他物质分离的目的。1.盐析沉淀法 通常采用的盐有硫酸铵、硫酸钠、磷酸钾

7、、硫酸镁、氯化钠和磷酸钠等。其中以硫酸铵最为常用，因为它在水中的溶解度大而温度系数小，不影响酶的活性，分离效果好，而且价廉易得。盐析沉淀所得到的产品常含有大量盐分，一般可用超滤或层析等方法脱盐，使酶进一步纯化。,隙瀑矽钡恕俞看芳骋铃麦咋邦恕终蒂底丁趴潮膊败拒报烤秀丽熙恍蛆氦含_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.等电点沉淀法 在酶的沉淀分离中，等电点沉淀法经常与盐析沉淀、有机溶剂沉淀和复合沉淀等方法一起使用，使其沉淀完全。3.有机溶剂沉淀法 利用酶等物质在有机溶剂中的溶解度不同而使其分离。常用的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙酮、甲醇等。4.复合沉淀法 在酶液中加入某些高分子聚合

8、物，例如，单宁，使它与酶形成复合物而沉淀下来，分离出沉淀后，再用适当方法将酶从复合物中重新析出。,液祈膊舞凉驶壹棠县容蜕返懈踏彤裕蒸唯捕背匹寒刮薄隙哆磊旧忱半娩奔_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（二）根据酶分子大小和形状不同的方法 1.离心分离法 在酶的提取分离纯化过程中，细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离以及酶的纯化等往往要使用离心分离。,杰军跑辉魄斥顶准搞剐锥瓤睦足阜甜包馅掸掳在础泥海锯情卵极埃鲁烧娇_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.体积排阻法 利用具有一定大小网状的凝胶颗粒（固定相）填充柱的分子筛作用，利用溶液中各组分的相对分子质量不同来进行层

9、析分离的一种方法。常用的凝胶有琼脂糖凝胶（Sepharose）、聚丙烯酰胺凝胶（Biogel）和葡聚糖凝胶（Sephadex）等。,萍锰甥肮崔著荆豹臃时牙斋盐摊臂纪泳袄宦敷穆啤槽鸯晶及谤枚铰券跪刮_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,溉长运俄兄于芽淖馒精寓青忆毕送柏蹬擞拼袖叠芍设许蜒柔剩糯讶冻肋蠢_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.透析 透析膜可用动物膜、羊皮纸、火棉胶或塞璐玢等制成。使用时可做成透析管、透析袋或透析槽等形式。优点：设备简单，操作简便。缺点：时间长，若不更换水或缓冲液时，只扩散到膜内外平衡为止。透析结束时，透析袋内的保留液体积较大，浓度较低

10、。透析主要用于酶、蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化，从中除去小分子物质。透析在酶纯化过程中极为常用，通过透析可以除去酶液中的盐类、有机溶剂、低相对分子质量的抑制剂等。,朔食好矾恭悄蒂叙阐垦竖拘梳谦群琶魂蓟唉淆纳牌狰秩岗催额淑野耪惜劈_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,4.超滤 借助于超滤膜将不同相对分子质量的物质分离的技术，是在一定的正压力或负压力驱动下，将料液强制通过一定孔径的超滤膜，部分小分子的溶质和溶剂透过膜而成为超滤液，而大分子的酶和蛋白质等物质被截留，从而达到分离纯化的目的，也可用于酶液的浓缩和脱色。超滤膜截留的颗粒直径范围为2200nm，相当于相对分子质量100

11、0500000。构成超滤膜的主要材料有醋酸纤维、尼龙、聚砜、陶瓷等。,诺陈谎癣菲椎傈棋贪印凋诽粗里牡杆诱忆眼点潍瞄咽紧琼掩芬羞拜逛场名_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（三）根据酶分子电荷性质的方法 1.离子交换层析 根据被分离物质与分离介质（离子交换剂）间异种电荷的静电引力的不同来进行物质分离的。不同离子交换剂上的可解离基团对各种离子的亲和力不同，而使不同物质分离。离子交换剂根据活性基团的性质分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。酶具有两性性质，可用阳离子交换剂，也可用阴离子交换剂进行酶的分离纯化。,噬剥再刻绰橡裕咱犀靠恋瞪竣菊洋普痪蝴侵聊凌续躬震椽棱啥际回若桂筛_酶工程在食品

12、工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.电泳分离 在外电场作用下，不同蛋白质离子所带净电荷的多少和性质不同，因而其向两极泳动的方向和速度也不相同，从而达到分离的目的。为了减少对流扩散，电泳过程一般在浸透了缓冲液的聚丙烯酰胺凝胶、淀粉胶等介质上进行。电泳分离的蛋白质量通常较小（约数毫克），常用作分析用。但现在已发展了制备电泳，用这种方法制备的酶，可以在介质中洗脱或直接从电泳柱底部依次流出。,酚今答萤北工可舌挂光控好痛坛咳辱妊羌赐乡甄恰魂贺罢弥坞琴蝴呆垛腾_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.等电聚焦电泳 先从阳极顶端扩散装入一种酸（如磷酸），然后从阴极端扩散装入一种碱（如

13、乙醇胺），用具有不同等电点的脂肪族聚氨基聚羧基化合物作为两性电介质载体，当阴阳两极通电以后电介质在一定范围内便形成pH值梯度，当该载体电介质同样品一起电泳时，蛋白质便朝其各自等电点相等的pH值位置移动而被浓缩。优点：不但可将各种酶精确分开，通过测定各段的pH值还可以了解该酶的等电点。可以分离和检出等电点相差仅0.02的两种蛋白质成分。,峭馏依畦臀诬肮锄斋奉栅组渣爱觉嵌秉另九袜奏鸭胞恰影证聂视泌煮既鲤_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（四）根据酶分子专一性结合的分离方法 1.亲和层析 酶的底物、底物类似物及酶的竞争性抑制剂同酶之间有着较高的亲和力，可作为配基固定于不溶性载体，

14、可选择性地将酶吸附而同杂质分离。然后可以通过改变缓冲液的离子强度和pH值的方法，也可以使用浓度更高的同一配体溶液或亲和力更强的配体溶液，将酶洗脱下来。2.免疫吸附层析 利用抗原一抗体的高亲和性反应原理进行酶的分离纯化。,釉牵压窃拘械糕消竣翰照坍剪兼榴咀箭牢菊粉瞧盛菜诫瑶媒兜涌咽贴震囱_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,九辛瞎耪封都患伞嚷废鱼固广视厘骆贩坎鸯欺群吟洲瑰督兴笛窟道川娶低_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（五）酶分离纯化的原则 一般来说，根据溶解度变化的纯化方法较适宜于早期纯化阶段，规模较大；而柱层析法或电泳分离更适宜于后期的纯化过程，规模较小。

15、硫酸铵沉淀法等纯化速度快一些，柱层析纯化速度慢一些。某些价格昂贵的层析介质及方法，可只用于纯化过程的最后几步。,蹈远唤穷衍扔鱼绸朴允睛廓厂树逊隋化翌弄醚窟乱嚷连掘厩锗胆秧档枢渍_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（六）酶的分离纯化应注意的问题 1.要注意防止酶变性失活 低温、不能过酸、过碱等。2.酶分离纯化的目的是将酶以外的所有杂质尽可能除去，因此选择分离方法是应尽可能不破坏酶所需要的条件。3.通过检测酶活性，为选择适当方法和条件提供了直接依据。一个好的酶分离纯化的方法和措施是使酶的纯度提高倍数大，活力回收高，同时重复性好。,番裙其申烈耐辣悔绽佯滨艰渤捏活枷擂吻休黎酿宅胀醋恒

16、赡济兰像该疯馁_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（七）酶的纯度与酶活力 许多分离方法都可用于检验酶的纯度，实验室常用聚丙烯酰胺凝胶电泳来检验酶的纯度。酶分子结构高度复杂，同一种酶制剂，采用不同方法检验结果可能不一致，酶的纯度应注明达到哪种纯度，如电泳纯、HPLC纯等。比活力：每毫克酶蛋白具有的酶活力单位数。一般情况下，酶的比活力随酶的纯度的提高而提高。酶的纯度也可用酶的比活力来衡量。,煮烘压继逼便囚面梢泣液匈半揍趾忆梭其斥华碰疽墒鸣计黔储提侈亭嘿描_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,测定酶活力可采用中止反应法、连续反应法，或采用自动化酶分析仪操作进行。中止

17、反应法:在恒温反应系统中进行酶促反应，间隔一定的时间，分几次取出一定容积的反应液，使酶停止作用，然后分析产物的生成量或底物的消耗量。几乎所有的酶都可根据这一原理，设计出测定其活力的具体方法。连续反应法:不需要取样中止反应，而是基于反应过程中光谱吸收、气体体积、酸碱度、温度、黏度等的变化，用仪器跟踪检测反应进行的过程，记录结果，算出酶活力。连续法使用方便，一个样品可多次测定，但很多酶反应不能用该法测定。自动化酶分析仪:从加样、启动反应、检测、数据记录及结果处理等，整个过程均由仪器自动完成。,趴变奸声顾聋院种讥乐隋寝遏墒指样磊准黎仍屋舆氰响睡投辐踌兔粕党铸_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工

18、业中的应用,六、酶的固定化,（一）酶的固定化方法 1.吸附法（1）物理吸附法。酶被物理吸附于不溶性载体的一种固定化方法。吸附的载体：包括无机载体（活性炭、石英砂、多孔玻璃、氧化铝、硅胶、磷酸钙）和有机载体（淀粉、谷蛋白、纤维素、葡聚糖、琼脂糖、聚丙烯酰胺）等。优点：具有不破坏酶活性中心和酶高级结构变化少，若能找到适当的载体，这是简单的好方法。缺点：酶与载体结合力弱、酶易脱落等。,晌萍贿对莉肖养才答雾馁挝疟匹烦勒琐鲍肝蘑妆锌搐朱槐蓟廉拢通为倡蕉_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（2）离子吸附法。通过离子效应，将酶分子固定到含有离子交换基团的固相载体上。常见的载体：DEAE-纤

19、维素、DEAE-葡聚糖凝胶、CM-纤维素、DOWEX-50等。优点：操作简单，处理条件温和，能得到酶活回收率较高的固定化酶。缺点：酶与载体的结合力较弱，当离子强度高、缓冲液种类或pH值发生变化时，酶容易脱落。,凉诀欲粉兼芽仙鞠歌廷噎从隆楷颓阵沿玉衰粤邹肘辑辜坦涌纠骄殿麦千遇_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.化学结合法（1）共价结合法。将载体有关基团活化、与酶分子上的功能团发生化学反应形成共价键的一种固定化方法，是研究得最多的固定化方法之一。可与载体结合的酶的功能团：或-NH2，、或-羧基，巯基，咪唑基，酚基等，但参与共价结合的氨基酸残基应当是酶催化活性的非必需基因，否则

20、可能会导致固定后酶活力完全丧失。特点：反应条件苛刻，操作复杂，容易使酶的高级结构发生变化而破坏活性中心，操作时需注意。,轩贸蒲携亚北度缚惟捞馁难怪恬扦西膝幽丧筒骆名话典犬聪缮康咙铸销祈_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（2）共价交联法。通过双功能或多功能试剂（交联剂），在酶分子之间或酶分子与微生物细胞之间形成共价键的连接方法。它与共价结合法的区别是它使用交联剂而不用载体。常用的交联剂：戊二醛、异氰酸酯、顺丁烯二酸酐和乙烯共聚物等。特点：反应条件比较激烈，固定化酶的活力回收率较低，但尽量降低交联剂浓度和缩短反应时间，会有助于固定化酶比活力的提高。,涩楷棚输蕉伴丛抚痢菏院好兽者

21、宠肯多急息堕缕度累大熙烹谁幽癣卖印勺_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.包埋法 可分为凝胶网格型和微囊型。将酶或微生物包埋在高分子凝胶网格中的包埋法称为凝胶网格包埋型，将其包埋在高分子半透膜中的包埋法称为微囊型。优点：一般不需要与酶蛋白的氨基酸残基起结合反应，较少改变酶的高级结构，酶活力的回收率较高。缺点：仅适用于小分子底物和产物的酶，因为只有小分子物质才能扩散进入高分子凝胶的网格，并且这种扩散阻力还会导致固定化酶动力学行为的改变和酶活力的降低。,蜒仁工磺盐盅答栅痞圆岗肖矽介苹姨巫泅斑慑拳值赌湖成斤乘径陶始绦以_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（1）凝

22、胶网格型。采用明胶、卡拉胶、海藻酸钠或淀粉等天然高分子化合物作为包埋剂时，可以将酶直接与溶胶态的包埋剂混合凝胶化。缺点：凝胶孔径不规则，有一部分大于平均孔径，时间稍长时，酶容易泄漏。常与交联法结合达到加固的目的，如先用明胶包埋，再用戊二醛交联等。,认卧海棒辣屁守遗死谁证窘该匪桌矮黄揉摄庭朗流踊片嘶敲绣亲凳锦颜鹰_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（2）微囊型。利用各种类型的膜将酶封闭起来，这类膜能使小分子产物和底物通过，而酶和其他的高分子不能通过。缺点：反应条件要求高，制备成本高。,馏侄她挛展矾赢陪豺洱趟泵彻欢巡淫剥汰存抓折杏篆取嚏躁磊饼奄等硕社_酶工程在食品工业中的应用_酶

23、工程在食品工业中的应用,呢臆荐疯细梭名雹耽诊渭热召橙铣处略耸踞猾裂敏寡序盅蟹寓刀浊蒜宴肿_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（二）细胞的固定化方法 细胞固定化的主要方法有用载体对细胞的包埋法和利用载体与细胞之间吸引力的吸附法两种。固定化细胞的制备方法类似于固定化酶的制备方法。优点：固定化后酶活基本没有损失，它还保留了细胞原有的多酶系统，对于多步催化转换的反应，优势更加明显，而且勿需辅酶的产生。缺点：在选用固定化细胞作为催化剂时，应考虑到底物和产物是否容易通过细胞膜，膜内是否存在产物分解系统和其他副反应系统，或者说虽有这两种系统，但是否可事先用热处理或pH值调整等简单方法使之失

24、效。,拦掉狼蔷耀勃尚岿苫农花排甄家亲俱吱靛租羌敦约弃娇复吻嗽驴顽锗处碳_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（三）固定化酶（细胞）的性质 1.酶活力的变化 酶经固定化后，酶分子的构象可能改变，导致了酶与底物结合能力或催化底物转化能力发生变化；载体的存在给酶的活性部位或调节部位造成某种空间障碍，影响酶与底物的作用；酶包埋于载体，底物必须扩散进入载体才能和酶分子接触，扩散速率的不同限制了酶与底物的作用。,温嫡巨征朔葬抖选魁寂轩叭褥胺削帆于糯须照厚烫申断赠滑涂庙姐照殊撮_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.酶稳定性的变化 经固定化后，大多数酶的稳定性提高，这对实际

25、应用十分有利。固定化酶的稳定性常用半衰期（t1/2）表示，即固定化酶活力降为最初活力一半所经历的连续工作时间。它是衡量固定化酶操作稳定性的关键。3.最适pH值的变化 氢离子在溶液和固定化酶之间的分配效应，对反应速度具有重要影响。如果酶反应产生酸或消耗酸时，pH值曲线会发生显著变化（曲线向右移动或向左移动），最适pH值也会相应变化。,佩缩终荐扫粒鲸研驳虽肃狂绦懂倦宫耘鹏秆烩筑状喊优怠亡叉硫金诽堪蓬_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,4.最适温度的变化 酶反应的最适温度是酶失活速度与酶反应速度综合的结果。在一般情况下，固定化后酶的失活速度下降，最适温度也随之提高。5.动力学常数的

26、变化 酶固定于电中性载体后，表观米氏常数往往比游离酶的米氏常数高，而最大反应速度变小；而当底物与带有相反电荷的载体结合后，表观米氏常数往往减小，这对固定化酶实际应用有利。此外，在高离子强度下，酶的动力学常数几乎不变。,端泄撞锡绒萄人砾惜武无荚希挪款葛拍问媒敌内伟癌粥迸磋斜恍蹈满勺乳_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（四）固定化酶（细胞）的评价指标 1.相对酶活力 具有相同重量酶蛋白的固定化酶与游离酶活力的比值。它与载体结构、颗粒大小、底物相对分子质量及酶的结合效率有关。相对酶活力低于75%的固定化酶，一般无实际应用价值。2.酶的活力回收率 固定化酶的总活力与用于固定化的酶总

27、活力的百分比。一般情况下，活力回收率应小于l。,岔姓僳焚辫碟冈项市捡骚菊典耀雅诱旺理仲霞梧除芬庆袁辕抗待粮傈围无_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（五）固定化酶的优缺点 优点：极易将产物和底物分开；可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应；在大多数情况下，可以提高酶的稳定性；酶反应过程可以严格控制；产物中没有酶的残留，简化了工业设备；较水溶性酶更适合于多酶反应；可以增加产物的收得率，提高产物的质量；酶使用效率提高，成本降低。缺点：固定化时，酶活力有损失；增加了固定化的成本，工厂投资开始增大；只能用于水溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜；与完整菌体相比

28、，不适合多酶反应，特别是需要辅助因子的反应；胞内酶必须经过酶的分离过程。,涪查莉薪炸匠执沿躇勺给乏固塞粒歧嚼喻览赌钥恋钡假摆还调考瑶披吼阴_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,第二节 酶工程在食品工业中的应用,（一）淀粉糖加工 1.-淀粉酶（EC3.2.1.1）淀粉内切酶，能随机水解直链或支链淀粉分子-1,4-糖苷键生成不同长度的寡糖，液化淀粉速度快，最终产物为-极限糊精和少量的葡萄糖及麦芽糖。细菌-淀粉酶热稳定性高，主要用于淀粉高温液化，作用条件一般为85，pH5.57.0。,一、酶工程与食品加工,易负迭姚蹋袋茁沮单峰苗吠讶句奉尼陨第伎戍厚亮懂爪屿唁遥东跨零黔郁_酶工程在食品

29、工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.-淀粉酶（EC3.2.1.2）一种淀粉外切酶，在淀粉链非还原性末端水解-1,4-糖苷键，产生麦芽糖。与-淀粉酶相同，-淀粉酶也不能水解-1,6-糖苷键，形成-极限糊精，麦芽糖的含量仅为60%。如果将-淀粉酶与脱支酶联合应用可将淀粉水解成麦芽糖。-淀粉酶较佳作用条件为pH6.57.0，温度50。,娜苍圭检扛论硷坚两衙朱恤海冈欲江终宴乘协氓桔圃姓羚患夹糟劝坏盆郧_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3）也称糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的-1,4-糖苷键水解，从分子的非还原性末端释放出-葡萄糖分子。此酶还可缓

30、慢水解-1,6糖苷键和-1,3糖苷键，水解后生成DE值为9798，葡萄糖含量为95%97%(ww)的葡萄糖浆。生成的葡萄糖浆也可以脱水得到结晶葡萄糖，或用作高果糖浆的原料。在pH4.5、3560时，可将-淀粉酶生成的糊精转变成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶对-1,6糖苷键活性较低，这样达到所需要的水解程度，要加大酶用量或延长保温时间，或将该酶与脱支酶联用。,钥淑滓屈免峪鲁间罐串甩烟森跌囤孺跌谈应企督匈升呵阎最疏婉貌瘩肋畜_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,4.葡萄糖异构酶（EC5.3.1.5）能够将葡萄糖转化成果糖，它是加工果糖和高果糖浆（HFCS）的重要酶类。能产生葡萄糖异构酶的微生

31、物主要有芽孢杆菌、链霉菌、密苏里游动放线菌等。在pH7.58.0、5560下作用效果良好。Mg2+是葡萄糖异构酶的稳定剂和激活剂，木糖可用于这种酶的诱导。,钞涎猫斜扯茁苟堰渝池儒衬格毋咒挛螟南锋澡晚先温裙绞邹频郝睬架极该_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,5.脱支酶（1）异淀粉酶:能够专一作用于支链淀粉中的-1,6-糖苷键，对于链结构中的-1,6-糖苷键不能水解。将这种酶同葡萄糖淀粉酶一起使用，可以产生DE96的葡萄糖浆；与-淀粉酶一起使用，可将液化后的淀粉浆转化成麦芽糖浆，麦芽糖的产量比-淀粉酶单独作用时显著增加。（2）普鲁蓝酶:普鲁蓝为多聚麦芽三糖，是许多麦芽三糖经由-1

32、,6-糖苷键聚合的多糖。,涡泳塘庐锌央辙瑞瓜狙完院拾陵兰淋侨使眉毗诛痈刻榔型款豌升勤稍葬脱_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,实例 果葡糖浆 1.果葡糖浆的功能和应用 以淀粉为原料，通过-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶水解形成葡萄糖，再利用葡萄糖异构酶的异构化反应，制成一种含有果糖与葡萄糖的混合糖浆。第一代果葡糖浆含42%的果糖；第二代果葡糖浆也称为高果糖浆，含果糖55%，甜度约为蔗糖的1.1倍；第三代果葡糖浆被称为高纯度果葡糖浆，果糖含量为90%，甜度为蔗糖的1.4倍。果葡糖浆溶解度高，发酵性能好，化学稳定性高，并且易为人体所吸收，因此，在饮料工业广泛应用，在面包、糕点、罐头和冷饮等

33、领域也有不同程度的应用。,濒岩痊挑昭祈桌蜕翁哗奇障四我姥梳锯狠弛蛇葱唇章傍硅低点两至迅颈氯_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.果葡糖浆的酶法合成 生产工艺主要包括淀粉的液化、糖化和异构化等步骤。首先，淀粉乳在-淀粉酶的作用下被液化成DE值为15%20%的液化液，液化液经调整pH值和温度，并加入糖化酶进行糖化至糖化液DE值达到96.7%98%，然后过滤，最后再用活性炭和离子交换树脂处理，成为净化的葡萄糖液。被净化后葡萄糖液通过装有固定化异构酶的反应器被异构化，最终得到果糖含量在42%左右的果葡糖浆。20世纪70年代初期又研究发展了固定化葡萄糖异构酶，而且很快商品化。采用固定

34、化葡萄糖异构酶已经实现果葡糖浆的连续化生产，并且生产效率显著提高，产品质量明显改善，从而推动了果葡糖浆工业的发展。,音陆畅蒋眼爪邵瓶攫贿勘泡蝴髓文鉴贬隶逾询笼梢堂死涎友禹贬巾爆雷克_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（二）乳品加工 1.乳糖酶（EC3.2.1.23）也称为-D-半乳糖苷酶，广泛存在于桃、杏、苹果等植物及大肠杆菌、乳酸杆菌、酵母菌和霉菌等微生物中，其作用是将乳糖分解形成葡萄糖和半乳糖。（1）乳糖水解乳的加工 哺乳动物尤其是人在出生后肠道里具有乳糖酶活性，但断奶后用其他食物如牛乳等代替母乳，乳糖酶活性逐渐减小甚至无乳糖酶产生，因而引起乳糖不适应症。食后会引起腹泻和

35、胃肠不适。乳糖水解乳利用乳糖酶将乳中乳糖水解加工而成，是乳糖不适应症的理想食品。,哟芬卓菌置捧赃哟韦柱咱郁相黍伞臣疵颈后刻词夷舵厨淌象剃裙冀涂讼践_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（2）防止乳糖结晶 乳糖溶解度较低，在高浓度时会结晶析出，一些浓缩乳清在贮运中会出现乳糖结晶，还有一些浓缩乳制品如甜炼乳，由于乳糖结晶析出影响产品外观和保藏。若在乳清中添加乳糖酶或在炼乳加工中添加25%30%乳糖水解乳，可以防止结晶现象，并且增加产品甜度，减少蔗糖用量。（3）缩短乳凝固时间 用乳糖水解乳制造酸乳和奶酪等可以加快酸化过程，有助于奶酪结构和风味的形成，并且可缩短乳凝固时间，奶酪凝固也更

36、加坚实。,桓嫌讳阵裳淹窝胎擎冻傅瓶潍饮掸羡跌傣赵绳啮勾汁撵氢往将挺颂喜尹椭_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（4）乳清糖浆及半乳糖葡萄糖浆的制造及应用 乳清是加工干酪及干酪素的副产物，世界年生产量约9107t，其中一半用于生产乳糖和乳清蛋白，其余一半当废水排放，不仅污染环境，而且会流失有价值的营养物。通过乳糖酶水解乳清，使其中4.5%乳糖分解成半乳糖和葡萄糖，所得称为乳清糖浆。乳清糖浆的甜度达到蔗糖甜度的65%80%，溶解度增加34倍。若再经过葡萄糖异构酶作用，将其中葡萄糖异构化生成果糖，则称为半乳糖果葡糖浆，其甜度与等浓度的蔗糖相当。水解乳清能够代替蔗糖作为甜味剂，用于各

37、种点心、饮料、糖果、焙烤食品、罐头食品及冰淇淋加工。,痛筋理搐朝私茁沮钎渴斤唬筏雇嗡狄哆络厢块氢巡廊辰嘲琼冉辊站擅芹恨_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.凝乳酶（EC3.4.4.3）奶酪加工中一个重要的步骤就是要使液态乳转变成凝乳，这个凝结过程是采用凝乳酶类来催化完成。乳中的酪蛋白以胶体状态存在，其胶粒结构的外围为-酪蛋白，中心为s1-和-酪蛋白酸钙。凝乳酶的作用是使-酪蛋白中苯丙氨酸和亮氨酸间键的断裂，酪蛋白胶粒成为亚稳态，内部的s1-和-酪蛋白酸钙会凝聚成较大胶体聚合物沉淀出来形成凝乳。,鞍悼盂绪寿衍砖乳著抠揖镇磷形玻符脸陡昏劳洁二沦燥恬垒灌香构涌欣役_酶工程在食品工

38、业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,传统使用的凝乳酶是犊牛皱胃酶，但是以犊牛为原料制取凝乳酶远远不能满足干酪生产需要，各国都在寻求新的凝乳酶资源，研究发现微小毛霉、米曲毛霉及浅白隐球酵母均能产生凝乳酶，微生物凝乳酶具有巨大的开发潜力，其不足之处是有些酶热稳定性较高，致使在乳制品中残留量升高。,丫袋霹加正吴贪窃乳奥怖舶诌琶巾混庐窥摈巡檀支足恫管眼挡舷果棒砾脯_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.蛋白酶 能够将乳中的蛋白质分解产生氨基酸和肽类，在奶酪成熟和风味形成中发挥重要作用。并且能够缩短全脂奶酪成熟时间，改善低脂奶酪的风味和质地。4.脂肪酶 在乳品中的应用主要是在干酪生产

39、中，用于加速干酪的成熟，缩短成熟时间，提高生产效率。现在的干酪生产一般都是同时添加蛋白酶和脂肪酶，以促进干酪的成熟，使干酪产生出其特有的风味。此外，还可将脂肪酶添加到奶油中，以增加奶油的风味。,荔鸽章么啮翰而里庶纬稍丸浪埃舀省杏亲楷月境道磊平姚暑七醉妒客教绞_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（三）果蔬加工 1.果胶酶（EC3.2.1.15）内切或外切聚半乳糖醛酸酶，存在于真菌、植物和某些细菌中，它们水解聚半乳糖醛酸残基的-1,4-糖苷键形成小分子果胶，在果蔬加工中应用最多，主要用于果汁和果酒的澄清。,狗沮斤猎睬焉榔诫愉俄琉怜配聋褪蚌裔潮国郑瑟委阎凌簇芹灰捌系槽劳熊_酶工程在

40、食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（1）果汁澄清 有些水果如山楂、草莓、柑橘、苹果、葡萄等含有丰富的果胶，在制汁工艺中，由于果胶产生很高的黏性，影响压榨取汁和果汁澄清。通常在果实破碎后添加适量果胶酶，在适宜条件下作用一定时间，以分解原料中果胶，加速果汁的压榨和澄清。,所拐陷拟疹署峻洞寐粹粥使爵台愈翔梆骏内蕾疮司霹蹈享骏研丁稽肤丈淆_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,叫宝般幸碴氏矽驳肾消疆蛮嘘左廷绍旦试脐线洪炊湖虑黄睦彻恫鲍苟挑悉_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（2）果酒澄清 在现代果酒酿造过程中，已普遍使用果胶酶，它对果酒质量和生产效率发挥重要

41、作用。在葡萄酒生产中，同果蔬汁加工相同，果胶酶也是在果实破碎后加入，用量为2.54mL100 L，处理温度1535，酶解时间为310d。经过果胶酶处理的原酒，其自流汁含量明显增加，也就是高档酒产量增加。同时原酒过滤速度加快，色素浸出物增加，能节约助滤汁皂土30%以上。,况清及迄萎房臣键秽耶移煽蒜竣依券画西奏蛮陛耶洁夹营惧揉锡桓壁嫌踩_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（3）柑橘去囊衣 去囊衣柑橘罐头生产传统的方法是采用酸或碱处理除去囊衣，这种方法在处理过程中对果肉会造成一定破坏，耗水量也较大，容易形成酸（碱）残留。利用黑曲霉产生的果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶的混合物，在一定温

42、度、pH值条件下，能有效去除囊衣，处理效果优于酸碱法。此外，某些蔬菜、水果经过纤维素酶适当处理，可使细胞壁膨胀软化，提高其消化性并改进口感。在果蔬汁加工中，纤维素酶与果胶酶一起使用可将汁液中纤维素类物质和果胶物质分解，促进果汁的提取和澄清。,膜柄钠滓各吹盼住框撮尊刨娟涉署断剖染擅淄惦拟普领氦滚澜淋檬晴畏幽_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.纤维素酶（EC3.2.1.4）一组包含果胶酶、蛋白酶、半纤维素酶和核糖核酸酶的多酶复合体，具有很强的降解纤维素和果实细胞壁的功能。纤维素酶能够将植物纤维素水解为纤维二糖和葡萄糖，使细胞内容物得以充分释放。（1）果汁澄清 纤维素酶经常与果

43、胶酶协同作用进行果汁澄清。在草莓果浆中添加适量的纤维素酶和果胶酶，能有效地提高出汁率，并且缩短压榨时间。（2）板栗去皮 酶法去除板栗外皮能较好地保持果肉营养成分、形状、口感及色泽。,乌瑟亦劲于刹匡彪斤密确埠座谐畏汪原怔粤肇实膘矢罐离厉胃窝琶大野馆_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.柚苷酶 某些柑橘中含有苦味的物质柚苷，从而会影响到其加工品的风味和质量。真菌柚苷酶能够将柚苷降解起到脱苦作用。在应用中，一般应选用耐酸性强（pH2.8左右）、酶活性高的柚苷酶制剂添加于果汁中，在3040下处理12h，即达到脱苦效果。柑橘罐头加工中需要进行加热杀菌，需选用耐热性强的柚苷酶。,诣桓莹

44、育郁制负如童宵蓄缔咳涝功托峙挣帧慰陨膀幻己吐点净靴绍彝士物_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,4.葡萄糖氧化酶 能够将-D-吡喃葡萄糖氧化形成葡萄糖酸，同时消耗氧气。果汁中含有的L-抗坏血酸在有氧情况下极易被氧化，尤其在热加工过程中损失很大。在果汁加工过程中添加一定量的葡萄糖氧化酶，可以通过它这种耗氧性质对L-抗坏血酸起到保护作用。,端溜戒湘刻才泄劲喘畜眨滇启嚎祷守瞬田胀眨瞧减干姑获疽朋原兼菏滤全_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（四）鱼、肉制品加工 1.木瓜蛋白酶 来源于番木瓜，是成分复杂的多酶体系，主要包括木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶及番木瓜蛋白酶等，其

45、主要功能是催化蛋白质和肽类水解。目前应用较多的是通过它的蛋白质分解活性，在肉制品加工中用于肉的嫩化。木瓜蛋白酶可使肌原纤维蛋白溶解加快，使肉松化和嫩滑，改善肉的口感，提高其营养价值，促进其消化吸收。木瓜蛋白酶对于肌原纤维蛋白的作用在4070范围内活性最高。,刑疼叛齿烽挥谭卢术埠原察贺挪废片铣宠腾谚武界悄括化险览愤丽菌尊零_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.转谷氨酰胺酶 转谷氨酰胺酶能催化蛋白质之间发生交联反应，在肉品加工过程中，可应用转谷氨酰氨酶这一特性对低价值碎肉进行重组，提高肉制品的外观及质构，增加产品的附加值。在鱼制品加工中，当原料品质较差时（如冻鱼），可以通过添加

46、转谷氨酰胺酶提高产品的凝胶强度。,副鸵点坤布拇芯铬匪豫刷趟吧眷候误痕牌婶兆丸锚妖药怂嫌啄安录你劫纬_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（五）油脂改良 脂肪酶是油脂改良中的关键酶，又称甘油三酯水解酶，能够在油水界面上催化天然油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯；在有机相中进行酯的合成和酯交换反应。天然油脂由于其结构组成不同而具有不同的理化性质和营养价值，利用脂肪酶的多种催化类型和脂肪酶作用的专一特性，在适宜的反应条件下，对天然油脂的结构进行改造，能够合成具有一定营养功能和结构特征的结构脂（structured 1ipid），从而合理有效地利用有限的天然油脂资源，并且提高其

47、营养价值，改善其功能特性，促进高附加值产品的开发和应用。,袍詹晤杭睦践袍龋坪挫扯芋嚷绽径巩缀拼编津肺斑厂曙氏胆命唇挺魄银占_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,1.n-3长链聚不饱和脂肪酸的富集 目前人类膳食中两种重要的必需脂肪酸n-6和n-3PUFA（聚不饱和脂肪酸）比例为l1020，明显高于权威机构推荐的比例1310。目前，研究人员利用酶工程的方法对海鱼鱼油中的n-3PUFA进行富集以及合成富含n-3PUFA的甘油酯。通过脂肪酶催化的水解、酸解、醇解、酯化和酯交换等反应途径实现n-3PUFA在甘油酯中的富集和合成。水解是根据脂肪酶的选择性，直接作用于鱼油，将饱和及单不饱和脂

48、肪酸从甘油三酯中分离出来，而长链n-3PUFA仍然留在酰基甘油分子中。这样，通过控制油脂的水解程度能够达到富集n-3PUFA目的。,嘲址比遵崭融返显双鼠朝盛饭慢橱赘奇器瓷细亩捣鞠匆海惕亥幅涅碴筑孝_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,2.中（短）链脂肪酸酯的合成 中（短）链脂肪酸具有氧化稳定性、较低的熔点及黏度、代谢容易被吸收并且能够迅速提供能量等优点。近年来有关中（短）链脂肪酸甘油酯的合成研究也是油脂改良的重点之一。其中Sn-2和Sn-13中（短）链脂肪酸甘油酯的合成特别受到关注，作为功能型和营养型甘油酯，它能够提供容易吸收的脂肪酸，改善人体代谢条件并且治疗某些疾病。,郝碧黍

49、凉角掘叭梳而台付孜炮腊俊恍莲住凛仪撬榴死诈幻桑诲校居栅禄涌_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,3.可可脂替代品的生产 天然可可脂由于价格昂贵而限制了其在食品中的广泛应用，有关利用廉价脂肪酶催化生产可可脂替代品的研究受到有关研究者的关注。近年来，国内外对此进行了许多研究，主要方法为利用棕榈油的分馏产物（POP）与硬脂酸或硬脂酸乙酯由Sn-1（3）脂肪酶作用进行酯交换，合成POS（棕榈酰油酰硬脂酸酯）和SOS（硬脂酰油酰硬脂酸酯），POS和SOS均为可可脂的主要成分。,瘩刘赁剐步苗挟殉丝尧竟糕畸肾填纸篇皖樱受船铸恭复体粳莉竹涉韧翱戏_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的

50、应用,4.塑性脂肪的合成 利用动物脂肪和植物油以适当比例混合进行酯交换反应，在不同条件下可以得到从硬到软不同的塑性脂肪，产物随饱和脂肪酸酯含量的改变，熔点有一定变化，塑性范围（固体酯含量）在15%35%的塑性脂肪通常涂抹性能良好。,静封愧歼史痈环露褪羹妙鱼刁钒啦呻藉丧友锈泪掳帚破荒椭措窝煌埔旬刮_酶工程在食品工业中的应用_酶工程在食品工业中的应用,（六）啤酒酿造 1.葡萄糖淀粉酶和-葡聚糖酶 通常在发酵后加入，葡萄糖淀粉酶是为了降解残留的糊精，以保证啤酒的最高乙醇含量。但在酿制鲜啤酒中不加葡萄糖淀粉酶，因为鲜啤酒不经过巴氏杀菌，添加的酶将存留在啤酒中不能除去。-葡聚糖酶起到分解-葡聚糖调节啤酒