第第 十十 四四 章章 酶酶 工工 程程 食食 品品 酶的特点和重要性酶的特点和重要性酶在工程上应用受酶在工程上应用受限：限：1.大多数脱离生理环境后极大多数脱离生理环境后极不稳定，而生产和应用过不稳定，而生产和应用过程中条件与其生理环境差程中条件与其生理环境差别大别大2.分离纯化技术繁琐、成本分离纯化技术繁琐、成本高，价格贵，不利于广泛高，价格贵，不利于广泛应用应用【酶工程酶工程/酶反应技术酶反应技术】 在一定的生物反应器内，通过对酶制剂的在一定的生物反应器内，通过对酶制剂的改组、修饰、固定或创造新的酶类制品等改组、修饰、固定或创造新的酶类制品等途径，改善酶制剂的稳定性、催化能力、途径，改善酶制剂的稳定性、催化能力、专一性、调节性及使用条件，寻求和开发专一性、调节性及使用条件，寻求和开发耐极端条件耐极端条件的酶产品。的酶产品。耐高温、耐酸碱、耐高温、耐酸碱、耐盐、耐有机溶剂耐盐、耐有机溶剂一、一、酶工程酶工程概述概述酶工程酶工程研究内容研究内容1.化学化学/初级酶工程初级酶工程2.生物生物/高级酶工程高级酶工程由由酶学酶学与与化工技术化工技术原理相互渗透、结合形成的一门科学技术。原理相互渗透、结合形成的一门科学技术。自然酶自然酶化学修饰酶化学修饰酶固定化酶固定化酶（制造酶反应器和酶传感器）（制造酶反应器和酶传感器）人工合成酶人工合成酶由由酶学酶学和以基因重组技术为主的和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术现代分子生物学技术相结合的相结合的技术。技术。克隆酶克隆酶突变酶突变酶新酶新酶现在不少已商品化，用于测定混合物溶液中某现在不少已商品化，用于测定混合物溶液中某种物质浓度。如用葡萄糖氧化酶反应器测定血种物质浓度。如用葡萄糖氧化酶反应器测定血液、尿、发酵液中的葡萄糖浓度。液、尿、发酵液中的葡萄糖浓度。另外：另外：非水相介质中的酶反应非水相介质中的酶反应（如蛋白水解酶在非水相中反而催化肽键形成）（如蛋白水解酶在非水相中反而催化肽键形成）酶的抑制剂、激活剂酶的抑制剂、激活剂酶工程意义酶工程意义1.化学酶工程已产生巨大经济效益化学酶工程已产生巨大经济效益2.生物反应器对生物工业革新具有实际意义，对基础研生物反应器对生物工业革新具有实际意义，对基础研究具有理论意义究具有理论意义3.生物酶工程将开创创造超自然生物生物酶工程将开创创造超自然生物/酶的新时代酶的新时代二、酶工程食品的概念二、酶工程食品的概念v【酶工程食品酶工程食品】利用酶工程改造或创造的酶产利用酶工程改造或创造的酶产品，或以酶工程产品进行加工处理所获得的食品，或以酶工程产品进行加工处理所获得的食品及食品添加剂。品及食品添加剂。v包括：包括：1.酶工程改造或创造的、用作食品或食品添加剂的酶产品酶工程改造或创造的、用作食品或食品添加剂的酶产品2.酶工程改造或创造的、用作食品或食品添加剂的酶产品酶工程改造或创造的、用作食品或食品添加剂的酶产品的直接加工品的直接加工品3.以酶工程改造或创造的酶产品或其直接加工品为原料生以酶工程改造或创造的酶产品或其直接加工品为原料生产的食品和食品添加剂，或以酶工程改造或创造的酶产产的食品和食品添加剂，或以酶工程改造或创造的酶产品为食品添加剂加工的食品品为食品添加剂加工的食品v特点：特点：1.产品中存在酶工程采用的产品中存在酶工程采用的基因改造序列基因改造序列2.产品中存在酶工程采用的产品中存在酶工程采用的氨基酸序列修饰成分氨基酸序列修饰成分3.产品具有本身的酶工程所产品具有本身的酶工程所设计的性状和功能设计的性状和功能三、酶工程食品的研究进展三、酶工程食品的研究进展v1953年开始研究酶的固定化年开始研究酶的固定化v1967年酶反应器问世年酶反应器问世v1969年，日本首次用固定化酶技术生产年，日本首次用固定化酶技术生产L-氨氨基酸基酸v20世纪世纪5060年代，酶修饰技术年代，酶修饰技术四、酶工程食品的技术原理四、酶工程食品的技术原理n酶的改组技术酶的改组技术n酶的修饰技术酶的修饰技术n酶的固定技术酶的固定技术n酶的模拟技术酶的模拟技术酶的改组技术酶的改组技术/酶的定向进化技术酶的定向进化技术n基本原理：基本原理：基于对酶分子的空间结构、结构与功基于对酶分子的空间结构、结构与功能之间关系的认识，通过定点诱变，改善酶的氨能之间关系的认识，通过定点诱变，改善酶的氨基酸序列尤其是改变构成活性中心的氨基酸种类，基酸序列尤其是改变构成活性中心的氨基酸种类，以改变酶的稳定性、催化性和专一性。以改变酶的稳定性、催化性和专一性。天然酶天然酶基基 因因定点突变定点突变随机突变、筛选随机突变、筛选分子杂合分子杂合酶的修饰技术酶的修饰技术n基本原理：基本原理：通过对酶蛋白主链的剪接切割和侧链通过对酶蛋白主链的剪接切割和侧链的的化学修饰化学修饰对酶分子进行改造。对酶分子进行改造。通过化学反应，在酶侧链通过化学反应，在酶侧链上接上某种基团、或改变上接上某种基团、或改变酶侧链上原有基团的结构酶侧链上原有基团的结构技术路线技术路线酶表面化学修饰酶表面化学修饰酶分子内部修饰酶分子内部修饰酶分子金属取代酶分子金属取代可溶性大分子通过共价键可溶性大分子通过共价键与酶的侧链基团结合，在与酶的侧链基团结合，在酶表面形成覆盖层，提高酶表面形成覆盖层，提高稳定性并扩大溶解范围。稳定性并扩大溶解范围。选择性修饰酶的氨基酸侧选择性修饰酶的氨基酸侧链成分，达到氨基酸取代链成分，达到氨基酸取代效果：如猪和人胰岛素效果：如猪和人胰岛素对酶分子中所含的金属进对酶分子中所含的金属进行取代，可改变酶专一性、行取代，可改变酶专一性、稳定性、抑制作用。稳定性、抑制作用。酶的固定技术酶的固定技术n基本原理：基本原理：将酶固定于一定空间内或连接于一定将酶固定于一定空间内或连接于一定支持物上，使其在使用中不能自由流动。支持物上，使其在使用中不能自由流动。技术路线技术路线酶的固定化酶的固定化细胞的固定化细胞的固定化（动（动/植植/微生物细胞微生物细胞活活/死死/休止细胞、休止细胞、整细胞、细胞碎片、整细胞、细胞碎片、细胞器）细胞器）酶的模拟技术酶的模拟技术n【模拟酶模拟酶/人工酶人工酶/酶模型酶模型】采用有机化学、生物采用有机化学、生物化学等方法，化学等方法，设计和合成设计和合成一些比天然酶简单，但一些比天然酶简单，但又又具有天然酶中起主导作用的结构和催化功能具有天然酶中起主导作用的结构和催化功能的的非蛋白质分子或蛋白质分子。非蛋白质分子或蛋白质分子。五、酶工程食品的应用五、酶工程食品的应用n酶在淀粉加工中的应用酶在淀粉加工中的应用淀粉淀粉麦芽寡糖酶麦芽寡糖酶低聚麦芽糖低聚麦芽糖低聚异麦芽糖低聚异麦芽糖淀粉酶、葡萄糖苷转移酶淀粉酶、葡萄糖苷转移酶n酶在面粉烘烤加工中的应用酶在面粉烘烤加工中的应用增大面包体积、改善面包表皮色泽、改善面粉质量、延缓老化、提高增大面包体积、改善面包表皮色泽、改善面粉质量、延缓老化、提高柔软度、延长保存期。如淀粉酶、蛋白酶、脂肪氧化酶、乳糖酶柔软度、延长保存期。如淀粉酶、蛋白酶、脂肪氧化酶、乳糖酶n酶在蛋白质加工中的应用酶在蛋白质加工中的应用蛋白酶提高和改善蛋白质溶解性、乳化性、起泡性、黏度和风味。蛋白酶提高和改善蛋白质溶解性、乳化性、起泡性、黏度和风味。嫩肉晶：嫩肉晶：木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶n酶在乳品加工中的应用酶在乳品加工中的应用乳糖酶乳糖酶分解乳糖、分解乳糖、凝乳酶凝乳酶制造干酪、添加溶菌酶消毒杀菌、生制造干酪、添加溶菌酶消毒杀菌、生物传感器测定乳糖含量、脂肪酶有助于乳品增香物传感器测定乳糖含量、脂肪酶有助于乳品增香n酶在果蔬加工中的应用酶在果蔬加工中的应用果胶酶（提高果汁澄清度、增加产汁率、果胶酶（提高果汁澄清度、增加产汁率、降低黏度、提高过滤效果）、纤维素酶、降低黏度、提高过滤效果）、纤维素酶、葡萄糖氧化酶（果汁脱氧化）葡萄糖氧化酶（果汁脱氧化）n酶在食品保鲜中的应用酶在食品保鲜中的应用葡萄糖氧化酶（抗氧化）葡萄糖氧化酶（抗氧化）n酶法生产酶法生产L-氨基酸氨基酸n酶法生产高果糖浆酶法生产高果糖浆淀粉淀粉酶酶葡萄糖葡萄糖果果 糖糖异构化异构化六、酶工程食品可能的卫生学问题六、酶工程食品可能的卫生学问题n酶工程食品潜在的卫生学问题酶工程食品潜在的卫生学问题1.产品中存在酶工程采用的产品中存在酶工程采用的基因改造序列基因改造序列2.产品中存在酶工程采用的产品中存在酶工程采用的氨基酸序列修饰成分氨基酸序列修饰成分3.产品具有本身的酶工程所产品具有本身的酶工程所设计的性状和功能设计的性状和功能（如热稳定性和难降解常是毒性或致敏性成分的共性）（如热稳定性和难降解常是毒性或致敏性成分的共性）n生产食品酶制剂的菌种的安全性生产食品酶制剂的菌种的安全性1.潜在的产毒素性潜在的产毒素性 如一些细菌、放线菌，导致食物中毒如一些细菌、放线菌，导致食物中毒 2.潜在的致病性潜在的致病性 3.安全菌株安全菌株 已确定无致病性、不产毒素的菌种，尤其是在安已确定无致病性、不产毒素的菌种，尤其是在安全用于食品酶制造方面有悠久历史的微生物，即全用于食品酶制造方面有悠久历史的微生物，即使经过改造，仍然是产生安全菌种的最优选择。使经过改造，仍然是产生安全菌种的最优选择。n相应措施相应措施1.进行酶工程食品安全问题研究进行酶工程食品安全问题研究2.进行酶工程食品安全性评价进行酶工程食品安全性评价3.完善我国的生物技术安全的对策完善我国的生物技术安全的对策