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1、第第 三三 章章 酶工程及其在食品工业中酶工程及其在食品工业中的应用的应用酶的概念酶的概念目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类酶酶 、 核酶（核酶（脱氧核酶）脱氧核酶）n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物对其特异底物具有高效催化作用的具有高效催化作用的蛋白质。蛋白质。酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活活动动的的结果。结果。1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Buchner兄兄
2、弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液，实实现现了发酵。了发酵。1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，JackW.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连接酶活性接酶活性DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。酶与生命活动密切相关酶与生命活动密切相关n所有生命活动或过程都需要酶的参与所有生命活动或过程都需要酶的参与（1 1）执行具体生理
3、机能）执行具体生理机能（2 2）降解大分子）降解大分子（3 3）协同激素起信号转化、传递、放大作用）协同激素起信号转化、传递、放大作用（4 4）催化代谢反应）催化代谢反应n酶酶的的组组成成和和分分布布是是生生物物进进化化与与组组织织功功能能分分化化的的基础基础n在在生生物物进进化化过过程程中中形形成成了了从从酶酶的的合合成成到到酶酶的的结结构和活性各种水平的调节机构。构和活性各种水平的调节机构。第一部分第一部分酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme（一）结构组成（一）结构组成仅含氨基酸组分仅含氨基酸组分的酶称为的酶称
4、为单纯酶单纯酶有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为助因子。这类酶称为单纯酶单纯酶（simpleenzyme）。）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。核酸酶等。一、一、酶的分子组成酶的分子组成（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨基酸组分的酶称为基酸组分的酶称为结合酶结合酶结合酶结合酶（conjugatedenzyme）是除了在其组是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分非蛋白质部分
5、 蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 ( (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor) 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)决定反应的特异性及其催化机制决定反应的特异性及其催化机制 决定反应的性决定反应的性质和反应类型质和反应类型 辅助因子分类辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超透析或
6、超滤的方法除去滤的方法除去。二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团必需基团(essentialgroup)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团的化学基团。常见的必需基团常见的必需基团 Ser-OHSer-OHHis-His-咪唑基咪唑基CysCys-SH-SHAspAsp、GluGlu-COOH-COOH 或称活性部位或称活性部位(activesite)，指指必需基必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物间结构的区域，能与底物特异
7、结合并将底物转化为产物。转化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(activecenter)活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团( (bindinggroup) )与底物相结合与底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底物物活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团活性中心活性中心酶的催化特性酶的催化特性1 1、与一般
8、催化剂的共性、与一般催化剂的共性2 2、作为生物催化剂的特性、作为生物催化剂的特性 1 1、与一般催化剂的共性、与一般催化剂的共性（1）用量少；效率高；反应前后质和量不变）用量少；效率高；反应前后质和量不变（2）加速化学反应的速度，不改变反应的平衡）加速化学反应的速度，不改变反应的平衡点点 (3)(3)不不能够触发热力学上不能进行的反应。能够触发热力学上不能进行的反应。（4）催催化化可可逆逆反反应应的的酶酶对对正正反反应应、逆逆反反应应都都有有催化作用催化作用（5）降低反应的活化能。）降低反应的活化能。（一）（一）高度的催化效率高度的催化效率（二）高度的特异性（二）高度的特异性（三）（三）可调
9、节性可调节性2 2、作为生物催化剂的特性作为生物催化剂的特性二酶的分类：二酶的分类：1氧化还原酶2转移酶3水解酶4裂合酶5异构酶6连接酶（合成酶）7核酸酶（催化核酸）1氧化还原酶(Oxidoreductase)包括脱氢酶(Dehydrogenase)、氧化酶(Oxidase)、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶等2转移酶(Transferase)包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶等移酶、含氮基转移酶等3水解酶(Hydrolase)脂肪酶、糖苷酶、肽酶等，水解酶一般不需辅酶4裂合酶(Lyase)这类酶可脱去底物上某一基团留下双键，或可相
10、反地在双键处加入某一基团。5异构酶(Isomerase)此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构化，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等6连接酶（合成酶）这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅助因子。分别形成需金属离子辅助因子。分别形成C-OC-O键（与蛋白键（与蛋白质合成有关）、质合成有关）、C-SC-S键（与脂肪酸合成有关）、键（与脂肪酸合成有关）、C-CC-C键和磷酸酯键。键和磷酸酯键。7.核酸酶（催化核酸）核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的
11、核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA，能够催化能够催化RNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。酶用于生物催化的概况类别类别占总酶占总酶比例比例% %利用率利用率% %水解酶水解酶 hydrolases2665氧化还原酶氧化还原酶oxidoreductases2725转移酶转移酶 transferases245裂合酶裂合酶 lyases125异构酶异构酶 isomerases51连接酶连接酶 ligases61酶与底物的结合模型a锁和钥匙模型b诱导锲合模型2关于酶与底物分子结合的假说（1）.中间络合物学说：底物先与酶结合成不稳定的中间络合物，
12、然后再分解释放出酶与底物证实：H2O2+过氧化物酶过氧化物酶（H2O2过氧化物过氧化物酶）酶）（褐色）褐色）（红色）红色）645587548498nm561550nm（H2O2过氧化物酶）过氧化物酶）+AH2过氧化物酶过氧化物酶+A+2H2O（红色）红色）（褐褐色）色）（2）锁钥匙学说：）锁钥匙学说：1890年年Fisher提出。提出。该学说认为酶的天然构象是刚性的，如果底物分子结构上存在着微小的差别，就不能契入酶分子中，从而不能被酶催化。（3）诱导契合假说）诱导契合假说:Koshland提出提出当酶分子与底物接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生了有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上
13、互补楔合，进行反应。第二部分第二部分 酶工程概述酶工程概述一、酶工程的概念一、酶工程的概念酶工程酶工程: :酶的大批量生产以及利用酶的催化作用酶的大批量生产以及利用酶的催化作用, ,借助工借助工程技术手段进行物质转化程技术手段进行物质转化, ,生产人们所需要产品的技术。生产人们所需要产品的技术。 酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系酶工程与发酵工程、基因工程、细胞工程的关系二、酶工程的内容二、酶工程的内容根据酶工程研究和解决问题的手段不同，将酶工程分根据酶工程研究和解决问题的手段不同，将酶工程分为为化学酶工程和生物酶工程化学酶工程和生物酶工程。（一）（一）化学酶工程化学酶工程亦称初级酶工
14、程，亦称初级酶工程，指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。研究和应用。 （二）生物酶工程（二）生物酶工程生物酶工程主要包括三个方面：生物酶工程主要包括三个方面：一是用基因工程技术大量生产酶是用基因工程技术大量生产酶( (克隆酶克隆酶) )，二是修饰酶基因产生遗传修饰酶二是修饰酶基因产生遗传修饰酶( (突变酶突变酶) )，三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶( (新酶新酶) )当前酶工程的主要任务是：当前酶工程的主要任务是：研制分解纤维素和木质素的酶、使低分子有机物聚研制分解纤维素和木质素的酶、
15、使低分子有机物聚合的酶、检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合合的酶、检测用酶、能分解有毒物质的酶及废物综合利用酶。利用酶。利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。利用基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体系，特定生物反应的研究和应用。系，特定生物反应的研究和应用。用微生物和动植物组织研究生物传感器。用微生物和动植物组织研究生物传感器。非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高效催化剂的人工合成研究。型高效催化剂的人工合成研究。第三部分第三部分 食品酶的生
16、产与分离纯化食品酶的生产与分离纯化一、酶的生产一、酶的生产获得酶制剂的方法有获得酶制剂的方法有: :化学合成化学合成从生物体内直接提取分离从生物体内直接提取分离 目前酶的生产主要以微生物为原料。目前酶的生产主要以微生物为原料。（一）对酶生产菌的要求（一）对酶生产菌的要求1 1、不能是致病菌。、不能是致病菌。可用于食品的有枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵可用于食品的有枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母等母等 2 2、不易退化，不易感染噬菌体。、不易退化，不易感染噬菌体。3 3、产酶量高，而且最好产生胞外酶。、产酶量高，而且最好产生胞外酶。4 4、能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。、能
17、利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。生产菌种的获得生产菌种的获得: :除了从菌种保存机构和有关部门获得除了从菌种保存机构和有关部门获得外，一般都有要通过筛选得到。外，一般都有要通过筛选得到。筛选包括：菌样采集、筛选包括：菌样采集、菌种分离、纯化和生产性能检定。菌种分离、纯化和生产性能检定。 （三）（三）提高酶产量的方法提高酶产量的方法 在正常情况下，酶产量受其合成调节机制的调控，在正常情况下，酶产量受其合成调节机制的调控，因此要提高酶产量就必须因此要提高酶产量就必须打破这种调控机制。打破这种调控机制。 酶合成调节控制能保证机体最经济有效地将体内酶合成调节控制能保证机体最经济有效地将体内原料和能
18、量用于合成生命活动最需要的物质，但是人原料和能量用于合成生命活动最需要的物质，但是人们为了需要使某些酶大量合成就必须打破这种调节机们为了需要使某些酶大量合成就必须打破这种调节机构。构。 1 1、通过条件控制提高酶产量、通过条件控制提高酶产量 (1)(1)添加诱导物添加诱导物:这种方法只适应于诱导酶的合成。这种方法只适应于诱导酶的合成。其关键在于选择适宜的诱导物及其浓度。其关键在于选择适宜的诱导物及其浓度。诱导物：诱导物： 一是酶的作用底物，但有些底物并不一定是一是酶的作用底物，但有些底物并不一定是诱导物；诱导物；二是一些难以代谢的底物类似物。二是一些难以代谢的底物类似物。三是诱导物的前体物质。
19、三是诱导物的前体物质。此外此外, ,对于参加分解代谢的胞外酶，它们的产对于参加分解代谢的胞外酶，它们的产物也往往行诱导作用，如纤维二糖诱导纤维素酶。物也往往行诱导作用，如纤维二糖诱导纤维素酶。 (2)降低阻遏物浓度降低阻遏物浓度:对于受分解代谢产物阻遏的酶，常采用直接限制碳源对于受分解代谢产物阻遏的酶，常采用直接限制碳源或相应的生长因子供应。或相应的生长因子供应。对于合成代谢的酶解决尾产物阻遏的方法对于合成代谢的酶解决尾产物阻遏的方法l在培养基中添加尾产物类似物或尾产物形成的抑制在培养基中添加尾产物类似物或尾产物形成的抑制剂剂l采用营养缺陷型菌株，限制其必须生长因子的供应采用营养缺陷型菌株，限
20、制其必须生长因子的供应u阻遏有两种：分解代谢产物阻遏、尾产物阻遏阻遏有两种：分解代谢产物阻遏、尾产物阻遏u分解代谢产物阻遏：当细胞在容易利用的碳源（葡萄糖）上生分解代谢产物阻遏：当细胞在容易利用的碳源（葡萄糖）上生长时，有些酶特别是参与代谢的酶类的合成受阻。长时，有些酶特别是参与代谢的酶类的合成受阻。u尾产物阻遏：有些酶当它们的作用产物积累到一定浓度，并满尾产物阻遏：有些酶当它们的作用产物积累到一定浓度，并满足集体需要后，其合成就受阻。足集体需要后，其合成就受阻。2 2、通过基因突变提高酶产量、通过基因突变提高酶产量根据酶合成的调节机构，要使酶产量因基因突变而提高，根据酶合成的调节机构，要使酶
21、产量因基因突变而提高，有两种可能：有两种可能：一是使诱导型变成组成型：即获得的突变株在没有诱一是使诱导型变成组成型：即获得的突变株在没有诱导物存在的条件下酶产量达诱导的水平；导物存在的条件下酶产量达诱导的水平；二是使阻遏型变为去阻遏型：即获得的突变株在引起二是使阻遏型变为去阻遏型：即获得的突变株在引起阻遏的条件下，酶产量达到无阻遏的水平。阻遏的条件下，酶产量达到无阻遏的水平。 方法方法：物理：紫外线、物理：紫外线、X-射线射线化学：化学：5-溴代尿嘧啶、亚硝酸等溴代尿嘧啶、亚硝酸等基因突变基因突变？基因重组？基因重组？3 3、其他提高酶产量的方法、其他提高酶产量的方法(1)(1)添加表面活性剂
22、：添加表面活性剂： 人们发现许多表面活性剂能提高酶的产量，特别人们发现许多表面活性剂能提高酶的产量，特别有利于霉菌胞外酶的生产，而且它们对菌和酶没有专有利于霉菌胞外酶的生产，而且它们对菌和酶没有专一性，通常用的是非离子型表面活性剂如一性，通常用的是非离子型表面活性剂如Tween80Tween80、TritomX-100TritomX-100等。等。 目前认为，表面活性剂可能是提高了细胞膜的透目前认为，表面活性剂可能是提高了细胞膜的透性，有助于打破细胞内酶合成的性，有助于打破细胞内酶合成的“反馈平衡反馈平衡”。 (2)(2)其他产酶促进剂：其他产酶促进剂：有时添加其他一些物质也能有时添加其他一些
23、物质也能提高酶的产量。如枯青霉培养基中添加植酸钙镁，可使提高酶的产量。如枯青霉培养基中添加植酸钙镁，可使5-P-5-P-二酯酶产量增加二酯酶产量增加10-2010-20倍。倍。 (3)(3)通过基因重组提高酶的产量通过基因重组提高酶的产量： 二、酶的分离纯化（二、酶的分离纯化（P37）酶的分离纯化包括三个基本的环节：酶的分离纯化包括三个基本的环节：抽提：即把酶从材料转入溶剂中制成酶溶液；抽提：即把酶从材料转入溶剂中制成酶溶液；纯化：即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶纯化：即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来；分离出来；制剂：即将酶制成各种剂型。制剂：即将酶制成各种剂型。 三、酶与
24、细胞固定化三、酶与细胞固定化从从2020世纪世纪6060年代起，固定化酶研究的发展很年代起，固定化酶研究的发展很快。初期，人们集中于各种制备方法的研究，快。初期，人们集中于各种制备方法的研究，近年，人们的注意力已开始转向固定化酶和固近年，人们的注意力已开始转向固定化酶和固定化细胞在工业、医学、化学分析、亲和层析定化细胞在工业、医学、化学分析、亲和层析和环境保护、能源开发以及理论研究等方面的和环境保护、能源开发以及理论研究等方面的应用研究。应用研究。 固定化酶：固定化酶：指经过一定改造后被限制在一定指经过一定改造后被限制在一定的空间内，能模拟体内酶的作用方式，并可反的空间内，能模拟体内酶的作用方
25、式，并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。称固相酶。固定化技术：固定化技术：是通过化学或物理等手段将酶是通过化学或物理等手段将酶分子束缚起来供重复使用的技术分子束缚起来供重复使用的技术 （一）为什么要固定化酶（一）为什么要固定化酶（二）酶固定化的优缺点（二）酶固定化的优缺点（三）酶的固定化方法（三）酶的固定化方法（四）固定化酶反应器（四）固定化酶反应器（一）为什么要固定化酶传统酶（自由酶）催化反应存在如下缺点传统酶催化反应几乎都在水溶液中进行，只能一次性使用，难以回收酶与产物混合，增加产物分离和纯化难度溶液中酶的稳定性差，容易变形和失活
26、。 而将酶固定化能够克服这些缺点。 相对于酶直接加入至溶液中，通常将固定化酶的制备过程称为酶的固定化。该项技术于20世纪60年代发展起来的，1971年第一届国际酶工程会议正式建议采用固定化酶的名称。（二）酶固定化的优缺点1、酶固定化的优点：固定化酶最大的特点就是既有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的特点：可以重复使用，在大多数情况下，稳定性明显提高催化后，酶与底物容易分开，产物易于分离纯化，质量提高反应条件易于控制，可实现反应的连续化和自动控制酶的利用效率高了，单位酶量催化的底物浓度增加，而酶量减少更适合于多酶催化反应2、固定化酶的缺点存在着酶失活现象，尤其是共价法固定消耗固定化材料，增加成本
27、酶被固定到载体后将增加底物和产物的传质阻力 以此，考虑固定化酶的优缺点，在工业采用固定化还是液态的，应该根据具体情况分析而定。1、酶的固定方法酶的固定方法酶酶的固定方法有的固定方法有四种：四种：吸附法吸附法共价键结合法共价键结合法交联法交联法包埋法包埋法 （一）（一）吸附法吸附法吸附法分为吸附法分为物理吸附法物理吸附法和和离子吸附法离子吸附法。 1、物理吸附法、物理吸附法通过氢键等物理作用，将酶固定在通过氢键等物理作用，将酶固定在水不溶载体上水不溶载体上的方法。的方法。 常用的载体常用的载体无机吸附剂：如高岭土、硅藻土、硅胶、磷酸钙胶、无机吸附剂：如高岭土、硅藻土、硅胶、磷酸钙胶、微孔玻璃等。
28、无机吸附剂吸附容量低，一般小于微孔玻璃等。无机吸附剂吸附容量低，一般小于1mg1mg蛋白蛋白/g/g吸附剂，还易发生解吸。吸附剂，还易发生解吸。有机吸附剂：如纤维素、骨胶原、赛璐玢、火棉胶等。有机吸附剂：如纤维素、骨胶原、赛璐玢、火棉胶等。吸附容量可达吸附容量可达70mg70mg蛋白蛋白/cm/cm2 2膜。膜。 物理吸附法制成的固定化酶，酶活力损失少，但物理吸附法制成的固定化酶，酶活力损失少，但酶易脱落，实用价值小。酶易脱落，实用价值小。 2、离子吸附法离子吸附法将酶同含有将酶同含有离子交换基的水不溶性载体离子交换基的水不溶性载体相结合。相结合。操作简便操作简便, ,处理条件温和，可以得到较
29、多高活性的固处理条件温和，可以得到较多高活性的固定化酶定化酶常用载体：常用载体：阴离子交换剂：阴离子交换剂：DEAE(DEAE(二乙氨基乙基二乙氨基乙基)-)-纤维素、纤维素、ECTEOLA-(ECTEOLA-(混合氨类混合氨类)-)-纤维素、纤维素、TEAE(TEAE(四乙氨基乙基四乙氨基乙基)- )- 纤维素、纤维素、DEAE-DEAE-葡聚糖凝胶等；葡聚糖凝胶等；阳离子交换剂：阳离子交换剂：CM-CM-纤维素、纤维素纤维素、纤维素- -柠檬酸柠檬酸 （二）（二）包埋法包埋法将将聚合物单体聚合物单体和和酶溶液酶溶液混合，再借助于聚合促进剂混合，再借助于聚合促进剂( (包括交联剂包括交联剂)
30、 )的作用进行聚合，使酶包埋于聚合物中的作用进行聚合，使酶包埋于聚合物中以达到固定化。以达到固定化。此法由于酶分子仅仅是被包埋，故酶活力高，但此此法由于酶分子仅仅是被包埋，故酶活力高，但此法对作用于大分子底物不适宜。法对作用于大分子底物不适宜。 （三）共价结合法（三）共价结合法酶蛋白分子上官能团和载体上的反应基团通过酶蛋白分子上官能团和载体上的反应基团通过化学价键化学价键形成不可逆的连接的方法形成不可逆的连接的方法 常用的载体包括天然高分子（纤维素、琼脂糖、常用的载体包括天然高分子（纤维素、琼脂糖、葡萄糖凝胶、胶原及其衍生物），合成高分子葡萄糖凝胶、胶原及其衍生物），合成高分子( (聚酰聚酰胺
31、、聚丙烯酰胺、乙烯胺、聚丙烯酰胺、乙烯- -顺丁烯二酸酐共聚物等顺丁烯二酸酐共聚物等) )和和无机支持物（多孔玻璃、金属氧化物等）。无机支持物（多孔玻璃、金属氧化物等）。共价结合法制备的固定化酶共价结合法制备的固定化酶, ,酶和载体的连接键结酶和载体的连接键结合牢固合牢固, ,使用寿命长，但制备过程中酶直接参与化学使用寿命长，但制备过程中酶直接参与化学反应，常常引起酶蛋白质的结构发生变化，导致酶反应，常常引起酶蛋白质的结构发生变化，导致酶活力的下降，活力的下降，往往需要严格控制操作条件才能获得往往需要严格控制操作条件才能获得活力较高的固定化酶。活力较高的固定化酶。 （四）交联法（四）交联法利用
32、利用双双/ /多功能试剂多功能试剂在酶分子间或酶与载体间，或酶在酶分子间或酶与载体间，或酶与惰性蛋白间进行交联反应，以制备固定化酶。与惰性蛋白间进行交联反应，以制备固定化酶。交联剂：戊二醛、苯基二异硫氰酸酯、双重交联剂：戊二醛、苯基二异硫氰酸酯、双重N N联苯胺联苯胺- -2 2，2 2，- -二磺酸；甲异氰二磺酸；甲异氰-4-4-异硫氰等异硫氰等交联反应可以发生在酶分子之间，也可以发生在酶分交联反应可以发生在酶分子之间，也可以发生在酶分子内部。子内部。酶浓度低发生在酶分子内部，酶浓度高时分子间交联酶浓度低发生在酶分子内部，酶浓度高时分子间交联比例上升形成固定化酶后往往为不溶态。比例上升形成固
33、定化酶后往往为不溶态。 二、固定化酶的性质二、固定化酶的性质（一）固定化对酶反应系统的影响（一）固定化对酶反应系统的影响构象改变和立体屏蔽效应构象改变和立体屏蔽效应构象改变：构象改变：指酶在固定化过程中，酶与载体的相互指酶在固定化过程中，酶与载体的相互作用引起酶活性中心的作用引起酶活性中心的构象发生变化构象发生变化，从而导致酶活从而导致酶活性下降性下降。这种效应，通常出现于。这种效应，通常出现于吸附法和共价偶联法吸附法和共价偶联法。立体屏蔽效应：立体屏蔽效应：由于载体的空间大小，或是由于固由于载体的空间大小，或是由于固定方法与位置的不同，对酶的活性中心造成空间障碍，定方法与位置的不同，对酶的活
34、性中心造成空间障碍，底物与酶无法接触，从而影响酶活性底物与酶无法接触，从而影响酶活性。（二）（二）固定化对酶稳定性的影响固定化对酶稳定性的影响大多数酶在固定化以后，有大多数酶在固定化以后，有较高的稳定性和较长的有较高的稳定性和较长的有效寿命。效寿命。其原因是：其原因是：固定化增加了酶结构的牢固性程度；固定化增加了酶结构的牢固性程度；阻挡了不利因素对酶的侵袭；阻挡了不利因素对酶的侵袭；限制了酶分子的相互作用。限制了酶分子的相互作用。 1 1、增加热稳定性、增加热稳定性2 2、增强对变剂性、抑制剂的抵抗能力、增强对变剂性、抑制剂的抵抗能力3 3、固定化减轻蛋白酶的破坏作用、固定化减轻蛋白酶的破坏作
35、用4 4、半衰期延长、半衰期延长第四部分第四部分酶反应器酶反应器一、酶反应器一、酶反应器酶反应器：利用游离酶、或固定化酶将底物转酶反应器：利用游离酶、或固定化酶将底物转化成产物化成产物的装置的装置。酶反应器类型：酶反应器类型：根据使用对象的不同，可以分为根据使用对象的不同，可以分为l游离酶反应器游离酶反应器l固定化酶反应器固定化酶反应器 （一）固定化酶反应器的类型（一）固定化酶反应器的类型1 1、间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐 2 2、连续式搅拌罐连续式搅拌罐 33、固定床反应器、固定床反应器 （填充床反应器）（填充床反应器）4 4、 流化床反应器流化床反应器 5 5、 膜型反应器膜型反应器 连续式
36、搅拌罐连续式搅拌罐间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐固定床反应器固定床反应器固定床反应器固定床反应器流化床反应器流化床反应器特点：特点：酶的底物一次性加入反应器，而产物一次性酶的底物一次性加入反应器，而产物一次性取出，反应完成，将固定化酶滤出，再转入下一批反取出，反应完成，将固定化酶滤出，再转入下一批反应。应。优点优点：反应器结构简单，造价较低；由于搅拌使内：反应器结构简单，造价较低；由于搅拌使内容物混合均匀；反应温度和容物混合均匀；反应温度和pHpH值易于控制；传质阻力值易于控制；传质阻力小，反应能迅速达到稳态；能处理难溶底物或胶状底小，反应能迅速达到稳态；能处理难溶底物或胶状底物，适用于受底物抑制的
37、酶反应。物，适用于受底物抑制的酶反应。缺点：缺点：反应效率较低，容易造成酶失活，游离酶不反应效率较低，容易造成酶失活，游离酶不能回收，操作麻烦，不适用于大规模工业生产。能回收，操作麻烦，不适用于大规模工业生产。 1、间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐2 2、连续式搅拌罐、连续式搅拌罐特点：特点：向反应器投入固化酶和底物溶液，不断搅向反应器投入固化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速补充新鲜拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速补充新鲜底物溶液，以相同流速输出反应液。底物溶液，以相同流速输出反应液。优点：该反应器具有与优点：该反应器具有与间歇式搅拌罐间歇式搅拌罐同样的优点。同样的优点。此
38、外，不需要将固定化酶滤出，因而操作较简便。此外，不需要将固定化酶滤出，因而操作较简便。缺点：反应效率较低，缺点：反应效率较低，容易造成酶失活容易造成酶失活33、固定床反应器、固定床反应器特点：将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的固特点：将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的固定床。底物溶液以一定的方向和流速不断地流进固定定床。底物溶液以一定的方向和流速不断地流进固定床，产物从固定床出口不断地流出来。床，产物从固定床出口不断地流出来。优点：反应效率较高；可以减少产物对酶的抑制作优点：反应效率较高；可以减少产物对酶的抑制作用；结构简单，容易操作，适用于大规模工业生产。用；结构简单，容易操作，适用于大
39、规模工业生产。缺点：传质系数和传热系数较低；缺点：传质系数和传热系数较低；柱床不易堵塞；柱床不易堵塞；底物溶液必须在加压下才能流入柱床内；更换固定化底物溶液必须在加压下才能流入柱床内；更换固定化酶较麻烦。酶较麻烦。4 4、流化床反应器、流化床反应器特点：底物溶液以较大的流速，从反应器底部向上特点：底物溶液以较大的流速，从反应器底部向上流过固定化酶柱床，从而使固定化酶颗粒始终处于流流过固定化酶柱床，从而使固定化酶颗粒始终处于流化化( (浮动浮动) )状态。状态。优点：使反应液混合比较充分，进而使传质、传热优点：使反应液混合比较充分，进而使传质、传热情况良好；对温度和情况良好；对温度和pHpH值的
40、调控及气体的供给都比较值的调控及气体的供给都比较容易；柱床不易堵塞容易；柱床不易堵塞缺点：需要保持较大的流速，运转成本较高；固定缺点：需要保持较大的流速，运转成本较高；固定化酶处于流动状态，易使酶颗粒磨损；流化床的空隙化酶处于流动状态，易使酶颗粒磨损；流化床的空隙体积大，使酶浓度不高；底物溶液高速流动，使固定体积大，使酶浓度不高；底物溶液高速流动，使固定化酶冲出反应器外，从而降低了产物转化率。化酶冲出反应器外，从而降低了产物转化率。 5 5、膜型反应器、膜型反应器特点：由膜状或板状的固定化酶所组装的反应器，均特点：由膜状或板状的固定化酶所组装的反应器，均称膜型反应器。称膜型反应器。类型：类型：
41、螺旋卷膜式反应器；螺旋卷膜式反应器；中空纤维膜式反应器；超滤膜酶中空纤维膜式反应器；超滤膜酶反应器反应器酶反应器设计的主要目标：产品的质量和产酶反应器设计的主要目标：产品的质量和产量最高，生产成本最低量最高，生产成本最低评价酶反应器优劣的条件：生产能力大小；评价酶反应器优劣的条件：生产能力大小；产品质量高低产品质量高低酶工程在食品工业中酶工程在食品工业中的应用的应用一、一、改进果酒、果汁饮料的生产工艺改进果酒、果汁饮料的生产工艺 橘苷酶可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷以橘苷酶可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷以除去苦味，橙皮苷酶可分解橙皮苷，有效防止柑橘类除去苦味，橙皮苷酶可分解橙皮苷，
42、有效防止柑橘类罐头食品出现白色浑浊，果胶酶可用于果酒、果汁的罐头食品出现白色浑浊，果胶酶可用于果酒、果汁的澄清，纤维素酶可将传统工艺中的果皮渣进行综合利澄清，纤维素酶可将传统工艺中的果皮渣进行综合利用，促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量。用，促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量。目前已成功地将柑橘果皮渣酶解制取全果饮料，其中目前已成功地将柑橘果皮渣酶解制取全果饮料，其中的纤维素经纤维素酶水解后，可转化为可溶性糖和低的纤维素经纤维素酶水解后，可转化为可溶性糖和低聚糖，构成全果饮料中的膳食纤维，具有一定的医疗聚糖，构成全果饮料中的膳食纤维，具有一定的医疗保健价值。保健价值。 果胶酶的
43、应用果胶酶的应用（一）（一）果汁提取果汁提取苹果汁要先用机械压榨，然后离心获得果汁，但果汁中苹果汁要先用机械压榨，然后离心获得果汁，但果汁中仍然含较多的不溶性果胶而呈浑浊状，通过外加酶制剂，仍然含较多的不溶性果胶而呈浑浊状，通过外加酶制剂，即可澄清果汁。具体做法是在浑浊果汁内加入果胶酶即可澄清果汁。具体做法是在浑浊果汁内加入果胶酶(PL)(PL)并轻轻搅拌，在酶作用下，不溶性果胶渐渐凝聚成并轻轻搅拌，在酶作用下，不溶性果胶渐渐凝聚成絮状物析出，从而可以获得清澈的琥珀色苹果汁。有的絮状物析出，从而可以获得清澈的琥珀色苹果汁。有的苹果因果肉柔软难以压出果汁，但添加果胶酶（苹果因果肉柔软难以压出果汁
44、，但添加果胶酶（PLPL）能）能大大促进果汁的提取。可以在把果肉搅拌大大促进果汁的提取。可以在把果肉搅拌151530min30min后，后，直接添加直接添加0.040.04果胶酶，并于果胶酶，并于4545下处理下处理10min10min；即可；即可多产果汁多产果汁12122424。还可以把纤维素酶与果胶酶结合。还可以把纤维素酶与果胶酶结合使用，使果肉全部液化，用于生产苹果汁、胡萝卜汁和使用，使果肉全部液化，用于生产苹果汁、胡萝卜汁和杏仁乳，产率高达杏仁乳，产率高达8585，而且简化了生产工艺，而且简化了生产工艺. . （二）（二）果汁澄清果汁澄清新压榨出来的果汁不仅黏度大，而且浑浊。加果胶酶新
45、压榨出来的果汁不仅黏度大，而且浑浊。加果胶酶澄清处理后，黏度迅速下降，浑浊颗粒迅速凝聚，使澄清处理后，黏度迅速下降，浑浊颗粒迅速凝聚，使果汁得以快速澄清、易于过滤。但对于橘汁，由于要果汁得以快速澄清、易于过滤。但对于橘汁，由于要求保持雾状浑浊，所以应使用不含果胶酶的内切多聚求保持雾状浑浊，所以应使用不含果胶酶的内切多聚半乳糖醛酸酶制剂进行澄清处理。利用半乳糖醛酸酶制剂进行澄清处理。利用0.10.1的果胶的果胶酶处理苹果果汁、果浆，可明显地提高出汁率、可溶酶处理苹果果汁、果浆，可明显地提高出汁率、可溶性固形物含量和透光率，降低性固形物含量和透光率，降低pHpH值和相对黏度，处理值和相对黏度，处理
46、时间越长，效果越好。时间越长，效果越好。0.10.1的果胶酶与的果胶酶与0.10.1的纤维的纤维素酶结合使用，效果更好。素酶结合使用，效果更好。（三）果酒澄清、过滤（三）果酒澄清、过滤果胶的存在会降低果酒的透光率，并极易产生浑浊和果胶的存在会降低果酒的透光率，并极易产生浑浊和沉淀。经果胶酶澄清处理能除去果酒中的果胶，提高沉淀。经果胶酶澄清处理能除去果酒中的果胶，提高果酒的稳定性。采用传统工艺生产苹果酒果香不足、果酒的稳定性。采用传统工艺生产苹果酒果香不足、新鲜感不强，将果胶酶应用于苹果酒酿造，并辅以其新鲜感不强，将果胶酶应用于苹果酒酿造，并辅以其他工艺改革，不但提高出汁率他工艺改革，不但提高出
47、汁率10.810.814.314.3，提高，提高果汁的过滤效率，缩短苹果酒的贮存期，提高设备利果汁的过滤效率，缩短苹果酒的贮存期，提高设备利用率，进而使苹果汁透光率由用率，进而使苹果汁透光率由30.130.1提高到提高到71.571.5，酿出的苹果酒果香清新、典型性好。酿出的苹果酒果香清新、典型性好。 二、食品保鲜二、食品保鲜常见的保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻、常见的保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻、加热、干燥、密封、腌制、烟熏等。加热、干燥、密封、腌制、烟熏等。一种崭新的食品保鲜技术一种崭新的食品保鲜技术-酶法保鲜正在崛起。由酶法保鲜正在崛起。由于酶具有专一性强、催化效率高，
48、作用条件温和等特于酶具有专一性强、催化效率高，作用条件温和等特点，可广泛地应用于各种食品的保鲜。点，可广泛地应用于各种食品的保鲜。酶法保鲜的原理酶法保鲜的原理: :利用酶的催化作用，防止或消除外利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，在较长时间内保持食品原界因素对食品的不良影响，在较长时间内保持食品原有的品质和风味。有的品质和风味。目前应用较多的是目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鲜。的酶法保鲜。 （一）（一）利用葡萄糖氧化酶保鲜利用葡萄糖氧化酶保鲜葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸，有效地防止
49、食品成分的氧化作用酸，有效地防止食品成分的氧化作用葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下，将蛋类制品中的葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下，将蛋类制品中的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变1、食品的除氧保鲜、食品的除氧保鲜食品在运输、储藏保存过程中，氧的存在容易引发色、食品在运输、储藏保存过程中，氧的存在容易引发色、香、味的改变。香、味的改变。如花生、奶粉、饼干、冰淇淋、油炸食品等富含油脂如花生、奶粉、饼干、冰淇淋、油炸食品等富含油脂食品的氧化，导致油脂的酸败，降低营养价值，甚至食品的氧化，导致油脂的酸败，降低营养价值，甚至产生有毒物质；使受伤的苹果、梨、马铃薯等
50、水果蔬产生有毒物质；使受伤的苹果、梨、马铃薯等水果蔬菜及草莓酱、苹果酱、肉类等变色，影响商品质量。菜及草莓酱、苹果酱、肉类等变色，影响商品质量。葡萄糖氧化酶可直接加入到啤酒及果汁、果酒和水果葡萄糖氧化酶可直接加入到啤酒及果汁、果酒和水果罐头中，不仅起到防止食品氧化变质的作用，还可有罐头中，不仅起到防止食品氧化变质的作用，还可有效防止罐装容器的氧化腐蚀。效防止罐装容器的氧化腐蚀。含有葡萄糖氧化酶的吸氧保鲜袋也已在生产中得到广含有葡萄糖氧化酶的吸氧保鲜袋也已在生产中得到广泛应用。泛应用。2、蛋类制品的脱糖保鲜、蛋类制品的脱糖保鲜蛋制品主要有蛋白片、蛋制品主要有蛋白片、蛋白粉蛋白粉和全蛋粉等，是生产
51、糕点和全蛋粉等，是生产糕点和糖果的原料。和糖果的原料。在蛋类蛋白中含有在蛋类蛋白中含有0.50.50.60.6的葡萄糖，葡萄糖的羰的葡萄糖，葡萄糖的羰基与蛋白质的氨基反应，使蛋白出现褐变、小黑点，使加基与蛋白质的氨基反应，使蛋白出现褐变、小黑点，使加工产品色泽加深、溶解度降低并有不愉快气味，必须除去工产品色泽加深、溶解度降低并有不愉快气味，必须除去蛋白中的葡萄糖。蛋白中的葡萄糖。将一定量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，并适将一定量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，并适当配合一定量的过氧化氢酶，即可使葡萄糖完全氧化当配合一定量的过氧化氢酶，即可使葡萄糖完全氧化, ,除除掉蛋白中的葡萄糖掉蛋
52、白中的葡萄糖. . （二）（二）利用溶菌酶保鲜利用溶菌酶保鲜常采用加热杀菌和添加化学防腐剂等方法防止食品的常采用加热杀菌和添加化学防腐剂等方法防止食品的腐败。腐败。溶菌酶对人体无害，可有效防止细菌对食品的污染。溶菌酶对人体无害，可有效防止细菌对食品的污染。用一定浓度的溶菌酶溶液进行喷洒，即可对水产品起用一定浓度的溶菌酶溶液进行喷洒，即可对水产品起到防腐保鲜效果。既可节省冷冻保鲜的高昂的设备投资，到防腐保鲜效果。既可节省冷冻保鲜的高昂的设备投资，又可防止盐腌、干制引起产品风味的改变，简单实用。又可防止盐腌、干制引起产品风味的改变，简单实用。在干酪、鲜奶或奶粉中加入一定量的溶菌酶，可防止在干酪、鲜
53、奶或奶粉中加入一定量的溶菌酶，可防止微生物污染，保证产品质量，延长贮藏时间。微生物污染，保证产品质量，延长贮藏时间。在香肠、奶油、生面条等其他食品中，加入溶菌酶也在香肠、奶油、生面条等其他食品中，加入溶菌酶也可起到良好的保鲜作用。可起到良好的保鲜作用。 四、利用固定化酶生产高果糖浆四、利用固定化酶生产高果糖浆食糖是日常生活必需品，也是食品、医药等工业原料。食糖是日常生活必需品，也是食品、医药等工业原料。世界食糖的需求每年以世界食糖的需求每年以4 4的速率增加，而产量每年只的速率增加，而产量每年只增加增加2 2-3-3，供不应求。，供不应求。目前各国都竞相生产高果糖浆目前各国都竞相生产高果糖浆(
54、 (甜度为蔗糖的甜度为蔗糖的173.5173.5) )。在美国、日本等发达国家在美国、日本等发达国家2/32/3的食糖已为高果糖浆代替。的食糖已为高果糖浆代替。高果糖浆采用固定化葡萄糖异构酶和固定化含酶菌体高果糖浆采用固定化葡萄糖异构酶和固定化含酶菌体进行生产。进行生产。 五、酶法生产新型低聚糖五、酶法生产新型低聚糖低聚糖：指低聚糖：指2-102-10个单糖分子通过糖苷键连结起来，个单糖分子通过糖苷键连结起来，形成直链或分支链的一类寡糖的总称。形成直链或分支链的一类寡糖的总称。过量摄取蔗糖会引起肥胖、糖尿病、心血管疾病等过量摄取蔗糖会引起肥胖、糖尿病、心血管疾病等 国际市场低聚糖年总产量达国际
55、市场低聚糖年总产量达6 6万万t t，已广泛应用于饮，已广泛应用于饮料、糖果、糕点、乳制品、冷饮、调味料，疗效食品料、糖果、糕点、乳制品、冷饮、调味料，疗效食品等产品中等产品中主要有：主要有：异麦芽寡糖、蔗果寡糖、半乳糖基寡糖、异麦芽寡糖、蔗果寡糖、半乳糖基寡糖、半乳糖基转移寡糖、帕拉金糖、偶合糖、大豆低聚糖、半乳糖基转移寡糖、帕拉金糖、偶合糖、大豆低聚糖、异构乳糖异构乳糖等。等。低聚糖的主要生理功能：促进双歧杆菌增殖；抑制低聚糖的主要生理功能：促进双歧杆菌增殖；抑制腐败菌的生长繁殖；低热能，防止肥胖和糖尿病、抗腐败菌的生长繁殖；低热能，防止肥胖和糖尿病、抗龋齿、抗肿瘤等。龋齿、抗肿瘤等。低聚
56、糖的生产过程一般包括：低聚糖的生产过程一般包括：酶的发酵生产酶的发酵生产低聚糖的酶法合成低聚糖的酶法合成分离精制分离精制l酶的发酵生产，可对菌种进行基因工程改造，以提高酶的发酵生产，可对菌种进行基因工程改造，以提高酶的活力和产量，运用现代发酵技术和新型生物反应器，酶的活力和产量，运用现代发酵技术和新型生物反应器，达到最优化控制以提高发酵酶的产量；达到最优化控制以提高发酵酶的产量；l在酶法合成过程中，大多采用固定化酶或固定化菌体在酶法合成过程中，大多采用固定化酶或固定化菌体来连续合成低聚糖；来连续合成低聚糖；l分离精制过程一般包括过滤、脱色、脱盐、分离、纯分离精制过程一般包括过滤、脱色、脱盐、分
57、离、纯化、浓缩等操作过程。化、浓缩等操作过程。 (一一)低聚果糖的生产低聚果糖的生产又称为蔗果寡糖，其分子结构是在蔗糖又称为蔗果寡糖，其分子结构是在蔗糖(GF)(GF)分子上结分子上结合合l l3 3个果糖分子的寡糖的总称个果糖分子的寡糖的总称主要有：蔗果三糖主要有：蔗果三糖(GF2)(GF2)、蔗果四糖、蔗果四糖(GF3) (GF3) 、蔗果五、蔗果五糖糖(GF4)(GF4)，蔗糖与果糖分子以，蔗糖与果糖分子以-l-l，2 2糖苷键连接糖苷键连接普遍存在于高等植物中，尤其以洋葱、牛蒡、芦笋、普遍存在于高等植物中，尤其以洋葱、牛蒡、芦笋、香蕉等植物中含量较高。香蕉等植物中含量较高。目前工业上用
58、目前工业上用-果糖转移酶（为胞内酶，来自于黑果糖转移酶（为胞内酶，来自于黑曲霉）作用于蔗糖，进行分子间果糖转移反应生产低聚曲霉）作用于蔗糖，进行分子间果糖转移反应生产低聚糖。糖。(二二)异麦芽寡糖异麦芽寡糖直链麦芽糖分子中具有分支状键合的寡糖，因直链麦芽糖分子中具有分支状键合的寡糖，因此又称为分支低聚糖。此又称为分支低聚糖。分子中除了分子中除了-1-1，4 4糖苷键以外，尚含有糖苷键以外，尚含有-1-1，6 6糖苷键及糖苷键及-1-1，3 3糖苷键等分枝状结合方式糖苷键等分枝状结合方式主要成分为：异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖，主要成分为：异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖，其次还含有异麦芽四糖、具有其次
59、还含有异麦芽四糖、具有-1-1，3 3糖苷键的黑糖苷键的黑曲糖及具有曲糖及具有-1-1，2 2糖苷键的曲二糖等糖苷键的曲二糖等 。异麦芽糖生产中最关键的酶：异麦芽糖生产中最关键的酶：-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶如黑曲霉、米曲霉生产的如黑曲霉、米曲霉生产的-葡萄糖苷酶可进行葡萄糖苷酶可进行-1 1，6 6糖苷键葡萄糖苷转移反应糖苷键葡萄糖苷转移反应异麦芽糖浆异麦芽糖浆粉状异麦芽糖粉状异麦芽糖异麦芽寡糖的特点异麦芽寡糖的特点: :l具有适口的甜味，甜度约为蔗糖的具有适口的甜味，甜度约为蔗糖的5050，粘度，粘度和蔗糖相近和蔗糖相近l具有良好的保湿性和抗结晶性具有良好的保湿性和抗结晶性l可防止淀粉老化可防
60、止淀粉老化l具有一定的双歧杆菌增殖效果和抗龋齿能力具有一定的双歧杆菌增殖效果和抗龋齿能力l耐热、耐酸性强耐热、耐酸性强因此，异麦芽寡糖可替代部分蔗糖应用于饮料、因此，异麦芽寡糖可替代部分蔗糖应用于饮料、冷饮、糖果、乳制品、糕点、焙烤等食品中，是冷饮、糖果、乳制品、糕点、焙烤等食品中，是目前世界上生产量最大目前世界上生产量最大( (约约20002000万万t)t)、价格最便宜、价格最便宜的一种新型低聚糖。的一种新型低聚糖。(三三)低聚半乳糖的生产低聚半乳糖的生产低聚半乳糖：是在乳糖分子的半乳糖基上以低聚半乳糖：是在乳糖分子的半乳糖基上以-1-1，4 4糖糖苷键、苷键、-l-l，6 6糖苷键连接糖
61、苷键连接2 23 3个半乳糖分子的寡糖类混个半乳糖分子的寡糖类混合物。合物。低聚半乳糖是以乳糖为原料，由低聚半乳糖是以乳糖为原料，由-半乳糖苷酶半乳糖苷酶进行半进行半乳糖转移反应来生产。乳糖是半乳糖残基供给体，同时乳糖转移反应来生产。乳糖是半乳糖残基供给体，同时也是接受体也是接受体荷兰荷兰BorculoBorculo公司利用乳糖生产低聚半乳糖，应用于公司利用乳糖生产低聚半乳糖，应用于乳制品、婴儿食品、糖果、饮料等食品。该公司生产乳制品、婴儿食品、糖果、饮料等食品。该公司生产的低聚半乳糖浆的组成为：低聚半乳糖的低聚半乳糖浆的组成为：低聚半乳糖58586565，乳糖乳糖21212828，葡萄糖，葡
62、萄糖2020-23-23，半乳糖，半乳糖1 14 4，固形物固形物7575，甜度约为蔗糖的，甜度约为蔗糖的3030。 -半乳糖苷酶：半乳糖苷酶：也称乳糖酶，它能将乳糖水解为葡也称乳糖酶，它能将乳糖水解为葡萄糖及半乳糖，也能将水解下来的半乳糖苷转移到乳萄糖及半乳糖，也能将水解下来的半乳糖苷转移到乳糖分子上。糖分子上。只有只有米曲霉和环状芽孢杆菌米曲霉和环状芽孢杆菌产的产的-半乳糖苷酶可以半乳糖苷酶可以合成三聚及三聚以上的低聚半乳糖。合成三聚及三聚以上的低聚半乳糖。目前工业化生产低聚半乳糖多采用固定化酶的方法目前工业化生产低聚半乳糖多采用固定化酶的方法连续生产连续生产 低聚半乳糖的特点低聚半乳糖的
63、特点：为难消化性低聚糖，其热值远低于蔗糖，具有良好的为难消化性低聚糖，其热值远低于蔗糖，具有良好的双歧杆菌的增殖效果，能改善便秘、抑制肠内腐败菌双歧杆菌的增殖效果，能改善便秘、抑制肠内腐败菌的生长，此外还有一定程度的抗龋齿性和改善脂质代的生长，此外还有一定程度的抗龋齿性和改善脂质代谢的效果。谢的效果。 六、酶法生产环状糊精六、酶法生产环状糊精环状糊精：环状糊精：是一种由是一种由6 6个以上的葡萄糖以个以上的葡萄糖以-1-1，4 4糖糖苷键结合的环状低聚糖。苷键结合的环状低聚糖。 是应用是应用环状糊精葡萄糖基转移酶环状糊精葡萄糖基转移酶的催化作用自淀粉的催化作用自淀粉或葡萄糖分子间转化而成的。或
64、葡萄糖分子间转化而成的。这种酶的产生菌，目前采用这种酶的产生菌，目前采用嗜碱性芽孢杆菌嗜碱性芽孢杆菌。 环状糊精产品的主要种类：环状糊精产品的主要种类：l-环状糊精环状糊精：由：由6 6个脱水葡萄糖单位组成个脱水葡萄糖单位组成l-环状糊精环状糊精，由，由7 7个脱水葡萄糖单位组成个脱水葡萄糖单位组成l-环状糊精环状糊精，由，由8 8个脱水葡萄糖单位组成个脱水葡萄糖单位组成环状糊精环状糊精(CD)(CD)的生产一般分为三个阶段的生产一般分为三个阶段：第一阶段是制造环状糊精合成酶，第一阶段是制造环状糊精合成酶，第二阶段是利用酶作用于淀粉糊来合成环状糊精，第二阶段是利用酶作用于淀粉糊来合成环状糊精，
65、第三阶段是环状糊精的分离提取与精制。第三阶段是环状糊精的分离提取与精制。环状糊精的作用环状糊精的作用：1、使易挥发、氧化和光分解的物质稳定化、使易挥发、氧化和光分解的物质稳定化食品中易挥发的香精、香料及食品中的香味物质，食品中易挥发的香精、香料及食品中的香味物质，食品中易氧化及遇光和热易分解的色素、维生素、生食品中易氧化及遇光和热易分解的色素、维生素、生理活性物质等，可借助理活性物质等，可借助环状糊精环状糊精和它们所形成的包接和它们所形成的包接络合物使其稳定化。络合物使其稳定化。 2、改变物质的物理和化学性质、改变物质的物理和化学性质改变食品中色、香、味等成分的乳化性和分散性改变食品中色、香、
66、味等成分的乳化性和分散性 使某些难溶于水的物质溶解和乳化，常用于脂肪含使某些难溶于水的物质溶解和乳化，常用于脂肪含量高的乳饮料、蛋白饮料、调味油、冰淇淋、咖啡、可量高的乳饮料、蛋白饮料、调味油、冰淇淋、咖啡、可可饮料中，以提高其乳化稳定效果，并保持其特有的风可饮料中，以提高其乳化稳定效果，并保持其特有的风味；味；在蛋白起泡粉中添加在蛋白起泡粉中添加-CD-CD可提高其起泡能力可提高其起泡能力通过和通过和CDCD形成包接络合物可以去除食品中的异臭味和形成包接络合物可以去除食品中的异臭味和苦味苦味 如脱除海产品的腥味及肉制品和豆制品、调味品、如脱除海产品的腥味及肉制品和豆制品、调味品、酵母制品等食
67、品令人不快的臭味；酵母制品等食品令人不快的臭味；n脱除柑橘汁、水解蛋白等食品中的苦味脱除柑橘汁、水解蛋白等食品中的苦味n脱除食品中的胆固醇，生产无胆固醇食品脱除食品中的胆固醇，生产无胆固醇食品n应用应用CDCD形成包接络合物使液体食品固体化或粉末化形成包接络合物使液体食品固体化或粉末化 如用如用CDCD将液体的酒类、饮料、调味品等改变成固将液体的酒类、饮料、调味品等改变成固体状，生产出固体酒、固体饮料和固体调味品，以体状，生产出固体酒、固体饮料和固体调味品，以方便包装、运输和贮藏。方便包装、运输和贮藏。3改变被包接络合物分子的反应性能改变被包接络合物分子的反应性能利用和利用和CDCD形成包接络
68、合物，一方面可以使易起反应的形成包接络合物，一方面可以使易起反应的共混物质成分稳定化，使之共同存在而不发生反应；另共混物质成分稳定化，使之共同存在而不发生反应；另一方面可选择性地保护部分反应基团，使反应物选择性一方面可选择性地保护部分反应基团，使反应物选择性地反应。地反应。可应用于食品中防止沉淀及一些不利的化学反应，如可应用于食品中防止沉淀及一些不利的化学反应，如防止食品的变色、变味等。防止食品的变色、变味等。七、七、酶法应用于干酪制品的生产酶法应用于干酪制品的生产牛乳中约含牛乳中约含3 3酪蛋白，酪蛋白经凝乳酶作用，变成酪蛋白，酪蛋白经凝乳酶作用，变成不溶性的副酪蛋白钙，使牛乳凝结，再将凝块
69、进行加不溶性的副酪蛋白钙，使牛乳凝结，再将凝块进行加工、成型和成熟而制成的一种乳制品即干酪。工、成型和成熟而制成的一种乳制品即干酪。干酪营养丰富，其中含有丰富的蛋白质、脂肪和钙、干酪营养丰富，其中含有丰富的蛋白质、脂肪和钙、磷、硫等盐类及多种维生素。干酪是一种重要的发酵磷、硫等盐类及多种维生素。干酪是一种重要的发酵乳制品。乳制品。据统计，全世界干酪年产量达据统计，全世界干酪年产量达12001200万万t t以上，而且每以上，而且每年以约年以约4 4的速度递增。我国干酪生产也有较大的发展，的速度递增。我国干酪生产也有较大的发展，目前年产量在目前年产量在1000t1000t以上。以上。制造干酪过程
70、中起凝乳作用的关键性酶：制造干酪过程中起凝乳作用的关键性酶：凝乳酶凝乳酶，传统来源是从小牛皱胃液中提取。传统来源是从小牛皱胃液中提取。据报道，有近据报道，有近4040余种微生物可生产一定活力的凝乳余种微生物可生产一定活力的凝乳酶，其中以酶，其中以米黑毛霉米黑毛霉产生的凝乳酶为主产生的凝乳酶为主目前，全世界微生物凝乳酶的用量已超过总用量的目前，全世界微生物凝乳酶的用量已超过总用量的1/31/3，而由微生物凝乳酶生产的干酪也占全世界总产量，而由微生物凝乳酶生产的干酪也占全世界总产量的一半以上的一半以上采用基因工程技术生产凝乳酶取得成功采用基因工程技术生产凝乳酶取得成功干酪制造的过程：干酪制造的过程
71、：牛乳的凝结牛乳的凝结从干酪凝块中沥干乳清从干酪凝块中沥干乳清干酪成熟干酪成熟与干酪生产有关的酶与干酪生产有关的酶凝乳酶凝乳酶：牛凝乳酶属于天冬氨酰蛋白酶，在低牛凝乳酶属于天冬氨酰蛋白酶，在低pH范围内，酶范围内，酶活性最高。凝乳酶的主要功能是使牛乳凝结活性最高。凝乳酶的主要功能是使牛乳凝结乳中的天然蛋白酶乳中的天然蛋白酶由发酵剂由发酵剂( (乳酸菌）菌种产生的水解酶乳酸菌）菌种产生的水解酶（ 如细菌蛋白如细菌蛋白酶、肽酶等）酶、肽酶等）。干酪风味物质的形成干酪风味物质的形成1 1、蛋白质水解产生的风味化合物、蛋白质水解产生的风味化合物 如肽、氨基酸、胺、酸、硫醚等；如肽、氨基酸、胺、酸、硫醚
72、等；2 2、脂肪降解产生的风味化合物、脂肪降解产生的风味化合物 如脂肪酸、甲基酮、内酯和醚类物质；如脂肪酸、甲基酮、内酯和醚类物质；3 3、凝块中残存的乳糖和柠檬酸产生的风味化合物、凝块中残存的乳糖和柠檬酸产生的风味化合物 如乳酸、醋酸、丙酸、如乳酸、醋酸、丙酸、COCO2 2、酯和乙醇等。、酯和乙醇等。复习二1、酶的固定化方法有（）（）（）（），、酶的固定化方法有（）（）（）（），经过固定化以后，酶的活力通常（）；经过固定化以后，酶的活力通常（）；寿命和稳定性通常（）寿命和稳定性通常（）2、作为连接原料和产物的桥梁，催化酶、作为连接原料和产物的桥梁，催化酶反应过程的中心环节是（）反应过程的中心环节是（）3、按照与、按照与酶蛋白结合的紧密程度，可以酶蛋白结合的紧密程度，可以把辅助因子分为（）和（）把辅助因子分为（）和（）4、酶的活性中心以内的必需基团包括（）、酶的活性中心以内的必需基团包括（）和（）和（）5、固定化酶有哪些特点？、固定化酶有哪些特点？6、酶的分离纯化的一般原则是？、酶的分离纯化的一般原则是？7、为什么葡萄糖氧化酶和溶菌酶能应用于、为什么葡萄糖氧化酶和溶菌酶能应用于食品保鲜？食品保鲜？
