Chapter9_酶的应用概要1.ppt

酶的应用 酶工程是指在一定的生物反应器内, 利用酶的催化作用, 将相应的原料转化成有用物质的技术, 是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术。酶工程包括自然酶的开发及应用, 固定化酶、固定化细胞、多酶反应器生物反应器、酶传感器等。酶工程技术具有催化能耗低、污染少, 不仅能完成普通催化剂不能完成的反应, 且具更高的专一性的特点。20世纪70年代以来,随着现代生物技术的兴起, 酶工程技术亦应运而生, 并在制药业、食品工业和农业生产中显示出强大的生命力。 早在4000多年前, 我国劳动人民就掌握了运用酶的技术, 如酿酒技术中使用的酒曲就含有大量生醇发酵的酶。近百年来, 由于人们对酶在生物体内的作用机制有了突飞猛进的认识, 不仅从各种生物体内提取鉴定了众多的酶广泛用于工农业生产, 在一定程度上还能创造出在选择性和活性上模拟酶性质的聚合物催化剂。 蛋白质的高值化加工是利用现代生物技术将廉价蛋白如玉米蛋白、乳清蛋白及营养蛋白生产转化具有生物活性功能的多肤或寡肤, 或改善蛋白质的营养特性和物理性状, 提高其经济价值。 与蛋白质高值化加工有关的酶包括：改善风味为主的蛋白酶，营养改善为主的蛋白酶。 改善风味为主的蛋白酶 利用蛋白质分解酶制造酶分解调味料和改善功能性的多肽。酶分解调味液一直用于部分代替HVP（水解植物蛋白）和HAP（水解动物蛋白）以及鱼酱型和提取分解型调味料的制造, 它们都是利用多肽类成分复杂的鲜味、醇厚味和异味屏蔽效果。在这种酶分解调味制造中, 需要高度的蛋白质分解, 因此各家生产公司都在研究开发分解率高和苦味生成低的新一代蛋白质分解酶制剂。 营养改善为主的蛋白酶 在改善营养性这点上, 蛋白质多肽化可制得吸收性良好的易吸收性多肽, 在体育食品和高龄者使用食品领域中得到应用；具有抑制血压升高功能的多肽在膳食补充剂和饮料形态的特定保健用食品中的利用十分活跃；而且适应过敏反应症的多肽类研究开发以乳为起点的开发正趋于活跃化。在这个领域利用活跃的科研制药公司开发成的酶制剂“阿库契拿赞” 比一般蛋白酶的活性高, 可以在其他酶不能切断的位置发挥分解作用, 特长是分解温度可以在室温至60℃ 自由设定, 最适为中性和稳定性好。 以前, 人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径, 随着研究发现, 蛋白质经消化道中的酶水解后,主要以小肽的形式吸收, 比完全游离的氨基酸更易吸收利用。这一发现, 启发了科研工作者采用酶工程技术进行蛋白质资源高值化加工的新思路。 目前采用的方法主要是酶水解方法和酶合成的方法。酶合成法是以氨基酸衍生物为原料用各种酶来合成活性肽的方法。 酶水解法 国外对蛋白质的水解研究始于100多年前, 从1886年开始把蛋白质水解物应用于食品工业。 蛋白质的水解研究主要针对如何改善蛋白质加工的功能特性, 如水溶性、乳化性、起泡性、热稳定性及风味特性等。最初水解的方法主要采用酸碱水解的方法, 由于其水解物的安全问题, 因此转向酶水解。然而真正使蛋白质水解成为热点的原因是人们从蛋白质的酶水解物中分离纯化出具有一定生理活性肽。近年来, 许多具有生理活性的多肽已通过蛋白酶解而生产出来。 酶解法是利用各种蛋白酶将蛋白质水解成活性肽的方法, 大多数活性肽的生产流程为原料蛋白?预处理?酶解?分离?精制?成品。 酶的选择是生产活性肽的关键。目前商业用酶主要是微生物酶酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶及复合酶、植物蛋白酶及少量的动物蛋白酶, 当前的研究者常常要从大量的酶中进行筛选, 虽能根据原料蛋白的组成和酶的专一性作为参考, 但仍存在较大的盲目性。因此, 研究者可根据活性肽的结构特点, 通过酶工程来生产特定的酶类。由于单凭一种酶有时很难达到预期效果, 可用复合酶系。尽管人们在生产中已采用了复合酶系, 但由于酶反应体系是一个复杂的体系, 共同作用机理仍有待于进一步的探讨。 酶合成法 酶合成法主要有溶剂介质中酶合成法和无溶剂体系的酶法合成。 溶剂介质中酶合成法是指在水相体系或有机溶剂中利用酶主要是蛋白酶、核糖体转移酶、非核糖体转移酶来合成活性肽的方法, 这是一种最广泛使用的方法。蛋白酶的应用更为广泛主要是丝氨酸和半胧氨酸内切酶。一般通过蛋白酶的PI-PI’特异性来选择适合于某种肽键合成的蛋白酶。现己合成了多种活性肽, 如血管紧张素脑啡肽等。 无溶剂酶法合成, 是一种替代传统溶剂介质体系的良好方法。将氨基端被保护或没有被保护的氨基酸酯和氨基化合物进行混合, 就可以简单地获得液态或半液态共溶物。在无溶剂体系中, 一系列冻干或固定化的丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶等蛋白酶都可以用来催化各种中性、酸性及碱性氨基酸的合成。现已利用包括噬热菌蛋白酶、α-胰凝乳蛋白、酯酶、木瓜蛋白酶等各种酶在微量水中甚至无溶剂条件下合成了酰胺二肽、酰胺三肽。