食品生物技术基础-酶工程新.ppt

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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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(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，该自然