食品生物技术导论酶工程.ppt

酶工程概述1酶的生产与分离纯化2酶反应器和酶传感器5化学修饰酶与化学人工酶3固定化酶4第一节酶工程的概述酶工程(enzymeengineering)又称酶技术,是指利用酶催化的作用,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,它是酶学理论与化学技术相结合而形成的一门新技术。酶工程是生物工程的重要组成部分,它与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依存、相互促进,它们在生物工程的研究、开发和产业化过程中要靠彼此合作来实现。酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系基因工程基因工程菌发酵工程酶酶工程细胞工程酶转基因动物转基因植物菌体细胞固定化菌体细胞细胞一、:(1)化学酶工程(初级酶工程):自然酶、化学修饰酶、固定化酶、化学人工酶的研究和应用。(2)生物工程酶(高级酶工程):①用基因工程技术大量生产酶(克隆酶);②修饰酶基因产生遗传修饰酶(突变酶);③设计新酶基因,合成自然界不曾有的酶(新酶)。(1)酶的产生酶制剂的来源,有微生物、动物和植物,但是,主要的来源是微生物。由于微生物比动植物具有更多的优点,因此,一般选用优良的产酶菌株,通过发酵来产生酶。为了提高发酵液中的酶浓度,选育优良菌株、研制基因工程菌、优化发酵条件。工业生产需要特殊性能的新型酶,如耐高温的α—淀粉酶、耐碱性的蛋白酶和脂肪酶等,因此,需要研究、开发生产特殊性能新型酶的菌株。(2)酶的制备酶的分离提纯技术是当前生物技术“后处理工艺”的核心。采用各种分离提纯技术,从微生物细胞及其发酵液,或动、植物细胞及其培养液中分离提纯酶,制成高活性的不同纯度的酶制剂,为了使酶制剂更广泛地应用于国民经济各个方面,必须提高酶制剂的活性、纯度和得率,需要研究新的分离提纯技术。(3)酶和细胞固定化酶和细胞固定化研究是酶工程的中心任务。为了提高酶的稳定性,重复使用酶制剂,扩大酶制剂的应用范围,采用各种固定化方法对酶进行固定化,制备了固定化酶,如固定化葡萄糖异构酶、固定化氨基酰化酶等,测定固定化酶的各种性质,并对固定化酶作各方面的应用与开发研究。目前固定化酶仍具有强大的生命力。它受到生物化学、化学工程、微生物、高分子、医学等各领域的高度重视。(3)酶和细胞固定化固定化细胞是在固定化酶的基础发发展起来的。用各种固定化方法对微生物细胞、动物细胞和植物细胞进行固定化,制成各种固定化生物细胞。研究固定化细胞的酶学性质,特别是动力学性质,研究与开发固定化细胞在各方面的应用,是当今酶工程的一个热门课题。固定化技术是酶技术现代化的一个重要里程碑,是克服天然酶在工业应用方面的不足之处,而又发挥酶反应特点的突破性技术。可以说没有固定化技术的开发,就没有现代的酶技术。(4)酶分子改造又称为酶分子修饰。为了提高酶的稳定性、降低抗原性、延长药用酶在机体内的半衰期,采用各种修饰方法对酶分子结构进行改造,以便创造出天然酶所不具备的某些优良特性(如较高的稳定性、无抗原性、抗蛋白酶水解等),甚至于创造出新的酶活性,扩大酶的应用,从而提高酶的应用价值,达到较大的经济效益和社会效益。(4)酶分子改造酶分子改造可以从两个方面进行: (1)用蛋白质工程技术对酶分子结构基因进行改造,期望获得一级结构和空间结构较为合理的具有优良特性、高活性的新酶(突变酶)。(2)用化学法或酶法改造酶蛋白的一级结构,或者用化学修饰法对酶分子中侧链基团进行化学修饰,以便改变酶学性质。这类酶在酶学基础研究上和医药上特别有用。