食品生物技术基础-酶工程课件.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
第三节酶的分子修饰
第四节酶的固定化
第五节酶反应器、酶传感器
第六节酶的应用
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4000种。
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。
定义:酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
酶具有一般催化剂的特征:;,而不改变反应的平衡点;。
酶的催化高效性
通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍。
2H2O2
2H2O + O2
1mol过氧化氢酶 5×106 mol H2O2
1mol离子铁 6×10-4mol H2O2
酶的定义
酶的发现及研究历史
人们对酶的认识起源于生产与生活实践。
夏禹时代,人们掌握了酿酒技术。
公元前12世纪周朝,人们酿酒,制作饴糖和酱。
春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。
酶者,酒母也
酶
酒
西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。直到1897年,德国巴克纳Buchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞,制备了不含酵母细胞的抽提液,并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵,说明发酵与细胞的活动无关。从而说明了发酵是酶作用的化学本质,为此Buchner获得了1911年诺贝尔化学奖。
1896年,日本的高峰让吉首先从米曲霉中制得高峰淀粉酶,用作消化剂,开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。
1878年, 给酶一个统一的名词,叫Enzyme,这个字来自希腊文,其意思“在酵母中”。
后来对酶的作用机理及酶的本质做了深入研究,1930年,证实酶是一种蛋白质。
80年代初发现了具有催化功能的RNA——核酶(ribozyme),这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念,开辟了酶学研究的新领域。
现已鉴定出4000多种酶,数百种酶已得到结晶,而且每年都有新酶被发现。
1908年,德国的罗姆制得胰酶,用于皮革的软化。
1908年,法国的波伊登(Boidin)制备了细菌淀粉酶,应用于纺织品的退浆。
1911年,美国的华勒斯坦(Wallestein)制得木瓜蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白质浑浊。
此后,酶的生产和应用逐步发展。然而在50年代以前停留在从微生物,动物或植物中提取酶,加以利用阶段。由于当时生产力落后,生产工艺较繁杂,难以进行大规模工业化生产。
酶的应用历史
1949年,用液体深层培养法进行细菌淀粉酶的发酵生产,揭开了近代酶工业的序幕。
50年代以后,随着生化工程的发展,大多数酶制剂的生产已转向微生物流体深层发酵的方法。酶的应用越来越广泛。
50年代:开始了酶固定化研究。1953年德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。
60年代,是固定化酶技术迅速发展的时期。1969年,日本的千烟一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸。出现了“酶工程”这个名词来代表有效利用酶的科学技术领域。
1971年第一届国际酶工程学术会议在美国召开,当时的主题即是固定化酶,进一步开展了对微生物细胞固定化的研究。
1973年,千烟一郎首次利用固定化的大肠杆菌细胞生产L-天冬氨酸。
1978年,日本的铃木等固定化细胞生产α-淀粉酶研究成功。所以说,70年代是固定化细胞技术取得进展的时期。
80年代,固定化细胞已能用于生产胞外酶,因此,80年代又发展了固定化原生质体技术,排除了细胞壁这一障碍。
在酶的固定化技术发展的同时,酶分子修饰技术也取得了进展。
60年代,用小分子化合物修饰酶分子侧链基团,使酶性质发生改变。
70年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新的发展。
此外,对抗体酶,人工酶,模拟酶等方面,以及酶的应用技术研究,在近20年均取得了较大进展,使酶工程不断向广度和深度发展,显示出广阔而诱人的前景。