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1、第第2节酶酶在工在工业生生产中的中的应用用课程目程目标导航航1.说出出酶酶家族的概况及家族的概况及酶酶制制剂的生的生产方法。方法。2.举例例说明明酶酶在工在工业生生产中的中的应用。用。3.尝试分析和收集有关分析和收集有关酶酶的的专利文献利文献资料。料。4.认同同解解决决现实生生活活中中的的许多多问题离离不不开开科科学学技技术，以以及及科科学学技技术是一个不断是一个不断发展的展的过程。程。知识点知识点1酶的家族与酶制剂的生产酶的家族与酶制剂的生产知知识梳理梳理1.酶的种类酶的种类(1)根据存在部位分根据存在部位分为：胞内：胞内酶酶和和酶酶。(2)根据根据酶酶催化的反催化的反应和所起的作用分和所起
2、的作用分为：氧化：氧化还原原酶酶、酶酶、裂解、裂解酶酶、连接接酶酶、转移移酶酶和和酶酶六大六大类。胞外胞外水解水解异构异构2.酶的优点酶的优点3.酶的生产酶的生产比无机催化比无机催化剂高、反高、反应条件条件等等优点。点。(1)微生物微生物发酵生酵生产：大量：大量都都是是利利用用微微生生物物发酵酵生生产。(2)基因工程菌基因工程菌发酵生酵生产：一些：一些是是通通过基基因因工工程菌程菌发酵生酵生产。催化效率催化效率温和温和应用的酶应用的酶重要的酶重要的酶活学活用活学活用肝肝脏中中的的乙乙醇醇脱脱氢酶酶可可催催化化乙乙醇醇氧氧化化为乙乙醛，从从而而消消除除人人的的乙乙醇中毒，下列醇中毒，下列选项中能
3、表示其中能表示其过程的是程的是()解解析析由由题题意意“乙乙醇醇脱脱氢氢酶酶可可催催化化乙乙醇醇氧氧化化为为乙乙醛醛”知知乙乙醇醇脱脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题意。项符合题意。答案答案B归纳总结酶的分类酶的分类知识点知识点2酶的固定化技术酶的固定化技术知知识梳理梳理固定化酶技术固定化酶技术(1)方法：采用多种方法：采用多种办法将法将酶酶固定在一定的固定在一定的上上，制制备成成的固体的固体颗粒，称粒，称为固定化固定化酶酶。(2)固定化固定化酶酶的的优点：避免了点：避免了产物物，又又可可以以使用，从而有助于使用，从而有助于实现反反应的的化和自化和
4、自动化。化。载体载体不溶于水不溶于水污染污染反复反复连续连续思维激活思维激活酶酶与一般无机催化与一般无机催化剂的共性是什么？的共性是什么？提示：提示：反应前后质量和性质不改变反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。不改变化学平衡点。活学活用活学活用1.固定化固定化酶酶的的优点是点是()A.有利于增加有利于增加酶酶的活性的活性 B.B.有利于产物的纯化有利于产物的纯化C.有利于提高反应速率有利于提高反应速率 D.D.有利于有利于酶酶发挥作用作用解解析析固固定定化化酶酶制制剂剂的的目目的的是是降降低低生生产产成成本本。一一是是能能够够顺顺利利地地从从发发酵酵产产物物中中把把酶酶分分离离出出来来
5、；二二是是能能够够使使酶酶反反复复使使用用。酶酶的的固固定定化化，对对酶酶的的活活性性、酶酶作作用用的的发发挥挥、反反应应速速率率的的提提高高，并并没没有有多多少少作作用用。酶酶的的活活性性、酶酶作作用用的的发发挥挥与与环环境境条条件件密密切切相相关关，如如温温度度、pH等等。反反应应速速率率与与底底物物的的浓浓度度、温温度度、pH等等条条件件有有关关系系。在在底底物物浓浓度度升升高高时时，反反应应速速率率将将提提高高；温温度度、pH适适宜宜时时，反应速率最快。反应速率最快。答案答案B2.如如下下图所所示示是是酶酶的的几几种种固固定定方方式式示示意意图，其其所所采采用用的的固固定定方方法法依次
6、是依次是()A.载体体结合法，交合法，交联法，包埋法法，包埋法B.交交联法，法，载体体结合法，包埋法合法，包埋法C.包埋法，包埋法，载体体结合法，交合法，交联法法D.包埋法，交包埋法，交联法，法，载体体结合法合法解解析析题题图图表表示示酶酶包包埋埋在在细细微微网网格格里里，应应属属包包埋埋法法；图图表表示示许许多多酶酶分分子子通通过过特特殊殊试试剂剂连连接接起起来来，呈呈网网状状结结构构，应应属属交交联联法法；图图表表示示固固定定在在一一定定的的支支持持物物上上，可可用用物物理理吸吸附附法法、离离子子结合法和共价结合法固定。结合法和共价结合法固定。答案答案D归纳总结1.直接使用酶和固定化酶催化
7、反应的优缺点比较直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较类型型优点点不足不足直接使直接使用用酶酶催催化化效效率率高高，低低耗耗能能，低低污染等染等对环境境条条件件非非常常敏敏感感，容容易易失失活活；溶溶液液中中酶酶很很难回回收收，不不能能被被再再次次利利用用，反反应后后酶酶会会混混合合在在产物中，可能影响物中，可能影响产品品质量量固定固定化化酶酶酶酶既既能能与与反反应物物接接触触，又又能能与与产物物分分离离，同同时，固固定定在在载体体上上的的酶酶还可以被反复利用可以被反复利用一一种种酶酶只只能能催催化化一一种种化化学学反反应，而而在在生生产实践践中中，很很多多产物物都都是是通通过一一系系列列的
8、的酶酶促促反反应才才能能得到的得到的2.酶的固定化方法酶的固定化方法(1)常常用用的的制制备固固定定化化酶酶的的主主要要方方法法有有吸吸附附法法、交交联法法、包包埋埋法法等等(如如图所示所示)。(2)各种制各种制备固定化固定化酶酶方法的比方法的比较(如下表如下表)酶酶的固的固定方法定方法原理原理固定固定载体体优点点吸附法吸附法离离子子键作作用用、物物理吸附理吸附纤维素素、琼脂脂糖糖等等多多糖糖类或或多多孔孔玻玻璃璃、离子交离子交换树脂等脂等载体体工工艺简便便且且条条件件温温和和，在在生生产上上应用用广泛广泛交交联法法酶酶和和多多功功能能试剂之之间形成共价形成共价键利利用用多多功功能能试剂在在酶
9、酶与与酶酶、酶酶与与载体体之之间进行行交交联，从从而而形形成成三三维的的交交联网架网架结构构包埋法包埋法将将酶酶包包埋埋在在能能固固化的化的载体中体中将将酶酶包包裹裹在在聚聚丙丙烯酰胺胺凝凝胶胶等等高高分分子子凝凝胶胶中中，或或包包裹裹在在硝硝酸酸纤维素素等等半半透透性性高高分分子子膜膜中中，前前者者包包埋埋成成格格子子形形，后者包埋成微胶囊形后者包埋成微胶囊形知识拓展知识拓展固定化固定化细胞技胞技术通通过各各种种方方法法将将细胞胞与与一一定定的的载体体结合合，使使细胞胞仍仍保保持持原原有有的的生生物物活活性性，这一一过程程称称为细胞胞固固定定化化。固固定定化化细胞胞仍仍能能进行行正正常常的的
10、生生长、繁繁殖殖和和代代谢，可可以以像像游游离离的的细胞胞一一样应用用于于发酵酵生生产。固固定定化化细胞胞技技术免免去去了了破破碎碎细胞胞提提取取酶酶等等步步骤，能能充充分分利利用用细胞胞内内的的酶酶，因因而而固固定定化化细胞胞内内的的酶酶活活性性基基本本没没有有改改变。由由于于保保留留了了细胞胞内内原原有有的的多多酶酶系系统，这样对于于催催化化多多步步的的连续反反应优势就就更更加加明明显。固固定定化化细胞胞的的方方法法也也有有多多种种，常常用用的的方方法法(见下表下表)：固定方法固定方法载体体吸附法吸附法将将动物物细胞胞吸吸附附于于容容器器壁壁、微微载体体和和中中空空纤维等等载体体上上；将将
11、植植物物细胞胞吸吸附附在在泡泡沫沫塑塑料料的的大大孔孔隙隙或或裂裂缝之中，也可将植物之中，也可将植物细胞吸附在中空胞吸附在中空纤维的外壁上的外壁上包埋法包埋法将将细胞胞包包埋埋在在多多孔孔载体体的的内内部部，凝凝胶胶包包埋埋法法是是应用用最最广广泛泛的的细胞胞固固定定化化方方法法，适适用用于于各各种种微微生生物物、动物物和和植植物物细胞胞的的固固定定化化。凝凝胶胶包包埋埋法法所所使使用用的的载体体主要有主要有琼脂、海藻酸脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等凝胶、角叉菜胶、明胶等海海藻藻酸酸钠凝凝胶胶包包埋埋法法制制备固固定定化化细胞胞的的操操作作简便便，条条件件温温和和，对细胞胞无无毒毒性性。通
12、通过改改变海海藻藻酸酸钠的的浓度度可可以以改改变凝凝胶胶的的孔孔径径，适适合合于于多多种种细胞胞的的固固定定化化。用用海海藻藻酸酸钠凝凝胶胶制制备的的固固定定化化细胞胞已用于多种已用于多种酶酶的的发酵生酵生产与研究。与研究。知识点知识点3酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用知知识梳理梳理1.酶相比无机催化剂的优越性酶相比无机催化剂的优越性(1)反反应能在能在、常、常压和和条条件件下下进行行，可以可以节省大量的能源和省大量的能源和设备投投资。(2)生生产过程中不会造成程中不会造成，符符合合环境境保保护的要求。的要求。(3)生生产过程程简单，产品品质量好，生量好，生产成本低。成本低。常温常温中
13、性中性pH严重的污染严重的污染效率高效率高2.应用应用(1)已成功用于已成功用于工工业，不不仅用用于于食食品品的的直直接接生生产，还用用于于改改进工工艺、简化化生生产过程程、改改善善产品品的的品品质和和风味味、延延长储存期、提高存期、提高产品品产量和量和质量等方面。量等方面。(2)在在和化工工和化工工业方面有着广泛的方面有着广泛的应用。用。(3)在医在医药工工业方面，可利用方面，可利用酶酶的催化反的催化反应生生产。食品食品轻工业轻工业药物药物思思维维激激活活试画画出出pH、T(温温度度)、底底物物浓度度、酶酶浓度度对酶酶活活性性的影响的曲的影响的曲线图。提示：提示：活学活用活学活用现在在生生产的的许多多饮料料和和糖糖果果中中的的甜甜味味剂不不是是蔗蔗糖糖而而是是高高果果糖糖浆，高高果果糖糖浆是是淀淀粉粉通通过一一系系列列的的催催化化作作用用转化化而而来来的的，在在这一一过程中不需要的程中不需要的酶酶是是()A.淀粉淀粉酶酶 B.B.糖化酶糖化酶C.葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 D.D.纤维素素酶酶解解析析此此题题中中酶酶的的作作用用不不是是除除去去果果肉肉细细胞胞的的细细胞胞壁壁，而而是是将将淀淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。答案答案D
