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食品生物技术基础-酶工程新.ppt


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文档列表 文档介绍
第四章酶工程与食品产业
第一节酶工程概述
第二节食品酶的生产与分离纯化
第三节酶的固定化
第四节酶反应器、酶传感器
第五节酶工程在食品工业中的应用
酶是由细胞所产生具有催化能力的蛋白质,这些酶大部分位于细胞体内,一部分则分泌至体外。生物体的化学变化几乎都在酶的作用下进行。酶的作用具有高度专一性,因此在一个细菌中,酶的总量可超过1000个。酶的催化能力很高,一个酶分子在一分钟内能催化数百至数百万个底物(酶反应中的反应物)分子的转化。一般说,酶在常温、常压、近于中性的水溶液中进行其催化作用;温度过高,溶液过酸、过碱和某些金属离子都会导致酶的失活。目前已被人们所了解的酶估计已超过3000种。
第一节酶工程概述
早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、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。70年代后,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。随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和医药用品,及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因工程、细胞工程和微生物工程融为一本,形成一个具有很大经济效益与社会效益的新型工业门类。
现代酶工程范围大致包括酶的生产(包括微生物酶的发酵和提取以及从动植物中提取酶的技术)、酶的固定化技术、酶的化学修饰、酶动力学研究、酶反应器的设计和应用、酶在医学、工业、农业、食品等方面的应用等内容。
1、酶工程的概念:
“酶工程”是指酶制剂在工业上的大规模生产及应用。将酶所具有的生物催化功能,借助工程手段应用于社会生活的一门科学技术。
酶工程与基因工程、发酵工程、细胞工程之间的联系:           人们要想获得某些生物工程产品,往往要用基因工程和细胞工程的方法首先对物种进行定向的改造,再通过发酵工程的方式来实现人们的愿望。而基因工程和细胞工程中所需的酶往往要靠酶工程来获得。当然,酶工程中酶的生产一般也需要通过微生物发酵的方法来进行。
2、酶工程的内容:
虽然现在世界上已发现和鉴定的酶有4000种以上。但是由于分离和提纯酶的技术比较复杂、繁琐,因而酶制剂的成本高,价格贵,不利于广泛应用。所以,到目前为止,投入大规模生产和应用的商品酶只有16种,小批量生产的商品酶也只有几百种。为了解决这个问题,人们把对自然酶的注意力转向对自然酶进行适当的加工与改造。
酶工程可以分为两大类:化学酶工程和生物酶工程。
化学酶工程: 
化学酶工程亦可称为初级酶工程(Primary enzyme engineering),它主要由酶学与化学工程技术相互结合而形成。
通过化学修饰、固定化处理、甚至通过化学合成法等手段,改善酶的性质以提高催化效率及降低成本。它包括自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。
(1)自然酶,是指由生物材料中分离出来的酶,主要靠微生物发酵生产,应用于工业和医学。
食品工业、制药工业、制革工业、酿造工业及纺织工业使用酶制剂后可以大大地改造、革新工艺流程并降低成本。主要使用自然酶,多数使用微生物来源的酶的粗制剂。
(2)化学修饰酶,它是通过对酶分子实行“手术”以达到改构和改性的目的,又称“生物分子工程”,主要用于基础酶学研究和疾病治疗。
医学上进行治疗以及基础酶学研究要求纯度高、性能稳定、治疗上还需要低或无免疫原性,所以常常对纯酶进行化学修饰以改善酶的性能。(如酶与聚乙二醇、多糖、某些蛋白质结合后酶的性质亦可得到改善,α淀粉酶与葡聚糖结合后,热稳定性显著增加,,结合酶则为63分钟。)
 
(3)固定化酶,是将酶分子通过吸附、交联、包埋及共价键结合束缚于某种特定支持物上而发挥酶的作用,具有能反复使用、产物易纯化、可用微电脑控制,实行自动化连续化生产等优点。
(4)人工合成酶,是根据酶的催化原理,模拟酶的催化功能,用化学方法合成具有专一性的催化剂。
生物酶工程: 
生物酶工程是在化学酶工程基础上发展起来的,是以酶学和DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物。因此它亦可称为高级酶工程(advanced enzyme engineering)。
生物酶工程主要包括三个方面:(1)用DNA重组技术(即基因工程技术)大量地生产酶(克隆酶);(2)对酶基因进行修饰,产生遗传修饰酶(突变酶);(3)设计新的酶基因,合成自然界不曾有过的、性能稳定、催化效率更高的新酶。
克隆酶:酶基因的克隆和表达技术的应用使我们有可能克隆各种天然的蛋白基因或酶基因。先在特定的酶的结构基因前加上高效的启动基因序列和必要的调控序列,再将此片段克隆到一定的载体中,然后

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  • 时间2018-07-14