_酶工程在食 品工业中的应用.ppt

第四章酶工程原理及其在食品工业中的应用 第一节 酶工程原理和方法 （一）酶工程的定义 利用酶、菌体细胞具有的特异催化功能，或对酶结构进行修饰改造，并借助于生物反应器和工艺优化过程，有效地发挥酶的催化特性来生产人类所需产品的技术。它包括酶、细胞固定化技术、酶化学修饰技术和酶反应器设计等。 酶工程一般工艺流程示意图 ? 胞外酶 胞内酶 ?菌种→基因改造→发酵→发酵酶液→预处理→细胞分离→细胞破壁→碎片分离→提取→精制→酶制剂及其改造 酶制剂 ↓ 原料→前处理→杀菌→酶反应器→反应液→产品提取→成品 （二）酶工程的发展历程 1.20世纪50～60年代早期的酶工程技术，主要是从动物、植物和微生物原料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。 2.20世纪70年代后期，酶的固定化技术取得了突破，使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。 3.目前，各种酶工程技术已用于制造多种精细化工产品和医药产品，并且在食品工业、化学检测和环境保护等各个领域中得到了有效的应用。 二、酶制剂的生产 1.包括菌种的来源、产酶菌种的分离、筛选、育种和酶的发酵生产等。 2.酶生产菌的要求 （1）不能是致病菌，特别是对食品用酶和医药用酶。目前认为可用于食品工业和医药工业的生产菌种有：枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母和脆壁酵母。 （2）不易退化，不易感染噬菌体。 （3）产酶量高，而且最好产生胞外酶。 （4）能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。 三、微生物细胞的破碎 胞外酶：能分泌透过细胞壁到细胞外部的酶。 胞内酶：存在于细胞内部的酶。 对于胞内酶的提取，需要破碎技术，胞外酶则无需破碎。破碎的目的是将细胞壁和细胞膜破坏掉，使胞内物质释放出来，包括机械破碎法和非机械破碎法。 （一）机械破碎法 1.高压匀浆法 适合于细菌和酵母的破碎，不适合于丝状真菌及某些基因工程菌。 2.珠磨法 适合于各种微生物细胞的破碎。 3.超声破碎法 对杆菌的破碎较容易，对酵母菌的破碎效果较差。 （二）非机械破碎法 1.酶溶法 加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它们对细胞壁或细胞膜进行酶解，使细胞破碎。 自溶法：在微生物生长代谢过程中，控制一定条件，诱发微生物产生少量的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力，以达到细胞自溶的目的。 2.化学渗透法 用有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素或金属螯合物等处理，使细胞壁或膜的通透性（渗透性）改变，从而使胞内物质有选择地渗透出来。 四、酶的提取与纯化 酶的提取:在一定条件下，用适当的溶剂处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程，也称作酶的抽提，即初步纯化。常用的方法：盐溶液提取、酸溶液提取、碱溶液提取、有机溶剂提取。 酶的精制:即高度纯化。常用的方法：沉淀法、超滤法、色谱分离法、结晶法等。其中沉淀法和超滤法既可用于初步纯化，也可用于精制。 （一）根据酶分子溶解度不同的方法 通过改变某些条件，使溶液中某种物质的溶解度降低，从溶液中沉淀析出，达到与其他物质分离的目的。 1.盐析沉淀法 通常采用的盐有硫酸铵、硫酸钠、磷酸钾、硫酸镁、氯化钠和磷酸钠等。其中以硫酸铵最为常用，因为它在水中的溶解度大而温度系数小，不影响酶的活性，分离效果好，而且价廉易得。 盐析沉淀所得到的产品常含有大量盐分，一般可用超滤或层析等方法脱盐，使酶进一步纯化。 2.等电点沉淀法 在酶的沉淀分离中，等电点沉淀法经常与盐析沉淀、有机溶剂沉淀和复合沉淀等方法一起使用，使其沉淀完全。 3.有机溶剂沉淀法 利用酶等物质在有机溶剂中的溶解度不同而使其分离。常用的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙酮、甲醇等。 4.复合沉淀法 在酶液中加入某些高分子聚合物，例如，单宁，使它与酶形成复合物而沉淀下来，分离出沉淀后，再用适当方法将酶从复合物中重新析出。 （二）根据酶分子大小和形状不同的方法 1.离心分离法 在酶的提取分离纯化过程中，细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离以及酶的纯化等往往要使用离心分离。 2.体积排阻法 利用