酶工程 第八章 酶的应用
酶工程的应用
牙膏、漱口水、牙粉添加剂
表8-1酶在轻工、食品方面的应用-2 酶 果胶酶 葡萄糖异构酶 名 霉菌 放线菌、细菌 来 源 主 要 用 途 果汁、果酒的澄清 制造果葡糖、果糖
葡萄糖氧化酶
柑苷酶 橙皮苷酶 氨基酰化酶
黑曲霉、青霉
黑曲霉 黑曲霉 霉菌、细菌
蛋白加工、食品保藏
水果加工、去除桔汁苦 味 防止柑桔罐头及桔汁出 现混浊 由DL-aa生产L-aa
调pH6.5~7.0，0.01MMgSO4，60~70oC，加异构酶
果葡糖浆
1、层析除去Ca++解除对葡萄糖异构酶抑制
2、Mg++、Co++是葡萄糖异构酶的激活剂
注意事项
3、不同来源异构酶最适pH不同， 生产时控制pH在6.5~7.0，防止碱 性时葡萄糖分解使糖浆色泽加深 4、温度升高，反应平衡向有利于 果糖方向变化，但超过70oC，异 构酶失活，温度以60~700C为宜 5、将异构化后混合糖中葡萄糖与果糖 分离，再异构化葡萄糖，得高果糖浆
纤维素的研究与应用在国际上普遍 受关注，仍有不少问题有待解决
戊聚糖 存在于植物原料中，可用戊聚糖酶处理
（2）纺织原料的处理
增强纤维的强度和光便于纺织，需先上浆 漂白、印染之后，需将浆料除去，称之退浆 两道工序均需-淀粉酶
传统牛仔裤用浸渍过次氯酸钠或 高锰酸钾的浮石进行“石磨” 丹麦Novo公司首先用纤维素酶处理 牛仔布的棉纤维，有种古朴的感觉
酶的应用包括各种游离酶、固定化酶 以及修饰酶等在食品加工、轻工业、 医学和能源等各个领域的应用。
工业用酶制剂的市场和发展历史
1981年工业酶制剂生产量65000t，产值4亿美元
1985年工业酶制剂生产量75000t，产值6亿美元
酶工程酶的应用优秀课件
Application of Enzymes
酶的应用
工业用酶制剂的市场和发展历史
工业酶制剂的等级
工业级 食品级 医药级
注意：酶是通过催化活性来识别和 出售，而不是质量！
工业酶制剂对酶稳定性的要求
干燥品：25 oC 保持 6 个月； 4 oC 保持 12 个月 液体酶：25 oC 保持 3 个月； 4 oC 保持 6 个月
多元 2008 年，全球工业酶制剂销售额超过 30 亿美元
Enzyme Engineering
Application of Enzymes
酶的应用
工业用酶制剂的市场和发展历史
全球主要的酶制剂生产厂商
Novo Nordisk（诺和诺德，丹麦） Genencor（杰能科，美国） Gist-Brocades（荷兰，已被 Genencor 收购） Cultor（科特，芬兰） Solvay（苏尔威，比利时，已被 Genencor 收购） Chr. Hansen（汉森，丹麦） Rhone Ponlenc（罗兰·普朗克，法国） Quest（荷兰）
食 品
医 药
环 境
能 源
农 业
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酶的应用
工业用酶制剂的市场和发展历史
1981 年，全球工业酶制剂产量 65,000 t，产值 4 亿美元 1985 年，全球工业酶制剂产量 75,000 t，产值 6 亿美元 1998 年，全球酶制剂年销售额达 16 亿美元 2001 年，中国工业酶制剂总产量超过 32 万吨，产值 6 亿
酶、脂肪酶是目前工业应用的三大酶系
植物来源的酶
木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解酶、辣根 过氧化物酶、大豆脂肪氧合酶 等
酶的应用
酶的应用绪论酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。
然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。
当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。
酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。
自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。
尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。
酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。
说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。
目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。
使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。
酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。
而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。
梅奥生物目标成为中国市场已经接受的酶制剂应用领域中的第一，并不断开拓酶制剂应用的新领域。
为实现这一目标，我们须把更多的精力放在酶制剂的应用研究与开发上，积极开发各方面的新的酶制剂应用工艺（中草药、保健品、能源、可再生资源）。
酶工程5 第八章_酶定向进化
Stemmer将DNA改组方法引用到酶分子定向进化中，
他用β内酰胺酶作为模型分子，对其正向突变库进行DNA改组，以逐 渐增加头孢氨00倍的突变体。
酶工程5 第八章_酶定向进化
主要内容
第一节 酶定向进化介绍 第二节 酶基因体外随机突变 第三节 酶突变基因的定向选择 第四节 酶分子定向进化的应用
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第一节 酶定向进化介绍
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获得具有新功能和特性的酶的途径 (1) 从大量未知的生物种系中寻找
(2) 改造现有已知的酶。
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定向进化研究的历史
1 萌芽阶段
首先在分子水平上进行改造单一分子的是Sol Spiegelman。在20世纪60年代,利用RNA噬菌体 Q进行的试验, 证明达尔文的自然选择也可在非细 胞体进行.
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2 奠基阶段
1981年，Hall B G等报道了他们定向改变了大肠杆 菌K12中的第二半乳糖苷酶的底物专一性，开发出对 几种糖苷键有水解能力的酶。
天然酶的作用
生物体系之所以能够相对独立地存在于自然界中， 并维持其独立性和生命的延续性，都是因为生物体内 的一系列酶在发挥着作用。
酶保证了生物体内组成生命活动的大量生化反应得 以按照预定的方向有序、精确而顺利地进行，几乎所 有生物的生理现象都与酶的作用紧密相关，可以这样 说，没有酶的存在，就没有生物体的一切生命活动。
HallB G等利用lacz缺陷型的菌株为宿主菌，分别在含有某种碳源的培养 基上培养．从酶的自发突变库中筛选出分别可以水解半乳糖、乳果糖、乳 糖酸的突变酶，而野生型的酶不能水解这些底物。
酶工程应用篇
第十一章 酶制剂的应用
第二节 酶在食品加工方面的应用
风味酶、面包 生产、糕点、 饮料、乳制品、
四、酶在改善食品品质和风味方面的应用
（1）风味酶
水果和蔬菜中的风味物，一些是由风味酶作 用于风味前体，然后转化生成的。
去除食品中的 抗营养因子
蒜氨酸 芥子苷
蒜氨酸酶
葡萄糖硫苷酶 脂肪氧合酶
S-烷基-L-半胱氨酸亚砜断裂酶
酶工程——应用篇
酶 和 我 们 的 生 活
第十一章 酶制剂的应用 目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 概论 酶在食品加工方面的应用 酶在轻工业方面的应用 酶在医学中的应用 酶在分析检测方面的应用 酶在能源开发方面的应用 酶在环境保护方面的应用 极端酶的应用
第十一章 酶制剂的应用
3、在果蔬类食品生产方面的应用
（1）柑橘制品去除苦味
（2）柑橘罐头防止白色浑浊
（3）果蔬制品的脱色 （4）在果汁生产中的应用 （5）在果酒生产中的应用
第十一章 酶制剂的应用
（1）柑橘制品去除苦味
柑桔类脱苦问题历来是果品加工中的一大问题。桔子中 的柠檬苦素是引起桔汁产生苦味的原因，利用球形节杆 菌固定化细胞的柠檬酶处理即可消除苦味。 柚苷酶用于分解柑桔类果实果肉和果汁中的柚皮苷，脱 苦效果良好。
蒜素 异硫氰酸酯
亚麻酸
香菇酸
黄瓜醛
香菇精
第十一章 酶制剂的应用
（2）面包生产 面粉中添加α -淀粉酶可调节麦芽糖的生成量， 使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡。 添加蛋白酶可促进面筋软化，增加延伸性，减 少揉面时间和动力，改善发酵效果。 面包制作中适当添加脂肪酶可增进面包的香味， 这是因为脂肪酶可使乳脂中微量的醇酸或酮酸的 甘油酯分解，从而生成δ -内脂或甲酮等香味物质。
酶的应用
酶的应用绪论酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。
然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。
当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。
酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。
自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。
尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。
酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。
说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。
目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。
使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。
酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。
而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。
梅奥生物目标成为中国市场已经接受的酶制剂应用领域中的第一，并不断开拓酶制剂应用的新领域。
为实现这一目标，我们须把更多的精力放在酶制剂的应用研究与开发上，积极开发各方面的新的酶制剂应用工艺（中草药、保健品、能源、可再生资源）。
酶工程酶的应用PPT讲稿
• 植物来源的酶
– 木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解 酶、辣根过氧化物酶、大豆脂肪氧合酶 等
• 动物来源的酶
– 猪胰蛋白酶、胃蛋白酶、马肝过氧化物酶、蛇毒磷酸酯酶 等
Enzyme Engineering
Application of Enzymes
Enzyme Engineering
Application of Enzymes
酶的应用
• 工业用酶制剂的市场和发展历
史
– Novo Nordisk® 公司简介 • 1923 年成立，总部位于哥本哈根，
是世界领先的生物制药公司，在全 球 70 个国家设有分支机构，销售遍 及超过 179 个国家，在胰岛素开发 和生产方面居世界领先地位
Application of Enzymes
酶工程酶的应用课件
Enzyme Engineering
Application of Enzymes
酶的应用
催化效率高
固定化酶
专
方
一 性
酶法 手
强
段
反应温和
修饰酶
Enzyme Engineering
水相 有机相 气相 固相
超临界相 离子液体 胶束体系
反应器
疾病
– 基本原理和依据 • 健康人体内某些酶量和活力是恒定在一定范围内的 • 人体患病时，由于组织、细胞受到损伤，或者代谢
Enzyme Engineer异ing常，导致体内某些酶活性发生相应的变化
Application of Enzymes
酶的应用
• 酶在医药方面的应用 —— 疾病诊断
– 体内酶活性变化与相应的疾病（表）
《酶工程》课件-酶的应用
转移酶类
催化基团转移反应， 如转氨酶、磷酸酶 等。
合成酶类
催化特定化合物的 合成，如谷氨酰胺 合成酶等。
酶的特性
高效性
酶的催化效率比非酶促反应高 出很多，能显著缩短反应时间
。
专一性
一种酶通常只能催化一种或一 类化学反应。
不稳定性
在高温、强酸、强碱等极端条 件下，酶的活性会受到破坏。
活性可调节性
通过调节酶的浓度、反应条件 等，可以控制酶促反应的速度
。
酶的活性与稳定性
温度对酶活性的影响
大多数酶在低温下活性降低，而在适宜温度 下活性最高，温度过高会使酶失活。
抑制剂对酶活性的影响
有些物质可以抑制酶的活性，从而减缓或阻 止酶促反应的进行。
pH对酶活性的影响
大多数酶在一定的pH范围内活性最高，超 出这个范围酶的活性会降低或失活。
激活剂对酶活性的影响
有些物质可以增强酶的活性，从而加快酶促 反应的速度。
04
酶的应用
酶在医药领域的应用
药物生产
酶可用于合成药物，如抗 生素、抗癌药物等，具有 高效、环保的特点。
诊断试剂
酶作为生物催化剂，可用 于制备诊断试剂，如酶联 免疫试剂盒等，用于疾病 检测。
生物治疗
酶可用于基因治疗、细胞 治疗等领域，通过调控基 因表达或促进细胞生长来 治疗疾病。
酶在食品工业中的应用
THANKS
感谢观看
酶工程面临的挑战与解决方案
酶的稳定性问题
针对酶稳定性差的问题，可以通过蛋白质工程手段对酶进行改造，提高其热稳定性和化学稳定性 。
酶的生产成本问题
通过基因工程技术，实现酶的高效表达和大规模生产，降低生产成本。同时，探索新型的酶生产 方式，如利用微生物发酵或植物细胞培养等。
酶的工业应用PPT课件
L-天门冬酰胺酶
是一种用于治疗癌症的酶。特别是对治疗白血 病有显著疗效。
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三、酶在药物制造方面的应用
青霉素酰化酶
在半合成抗生素的生产上有重要作用的一种酶。它催化 青霉素或头孢菌素水解生成6-APA和7-ACA，又可催化酰 基化反应，合成新型青霉素和头孢菌素。
不同来源的该酶对温度和pH的要求不同。同一来源的该 酶在催化水解反应和催化合成反应时所要求的条件各不 相同，尤其是pH条件相差很大，操作时要控制好。
碱性磷酸酶（ALP或AKP） • 佝偻病、骨骼软化症、骨瘤、骨骼广泛性转移癌、甲 状旁腺机能亢进、黄疸性肝脏疾病等，患者血清中碱 性磷酸酶活力升高；而软骨发育不全等疾病，引起该 酶活力下降。
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一、酶在疾病诊断方面的应用
根据体液内酶活力的变化诊断疾病
转氨酶 血清谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)活力测定， 已在肝脏疾病和心肌梗塞等疾病诊断中得到广泛应用。
提取胞内物质； 原生质体的制备。 除去细胞壁的方法有多种，诸如机械研磨，物理、化学 破碎法等。但在制备原生质体或提取胞内某些稳定性较 差的活性物质时，只能利用各种专一性的酶。 根据不同细胞的结构和细胞壁组分的不同，除去细胞壁 时所采用的酶也有所区别。 此外，还必须控制好酶作用条件和时间。
工业酶制剂的来源及特点
自然界发现的酶已达数千种 工业上常用的酶只有数十种 而目前大量生产的酶仅有十余种 80％以上的工业酶是水解酶，他们主要用于降解自然
界中的淀粉、蛋白质、脂肪等高聚物，即蛋白酶、淀 粉酶和脂肪酶是目前工业应用的3大主要酶制剂。
• 蛋白酶：用于奶制品业、去污剂、皮革业等； • 淀粉酶：用于烘焙、酿造、淀粉糖化和纺织业等； • 脂肪酶：用于食品、去污剂和精细化工工业等。
《酶工程的应用》课件
酶工程的主要应用 领域
药物代谢：酶催化药物代谢， 提高药物的生物利用度
药物合成：酶催化药物合成， 提高效率和选择性
药物分析：酶催化药物分析， 提高检测灵敏度和准确性
药物靶向：酶催化药物靶向， 提高药物的疗效和安全性
污水处理：酶 工程在污水处 理中的应用， 如生物酶降解
有机物
废气处理：酶 工程在废气处 理中的应用， 如生物酶降解
酶在农业生产中的应用：酶在农业生产中主要用于提高作物产量和质量，如酶在植物生长调节、植物病虫害防治 等方面的应用。
酶在食品加工中的应用：酶在食品加工中主要用于提高食品品质和营养价值，如酶在食品发酵、食品保鲜、食品 加工等方面的应用。
酶在环境保护中的应用：酶在环境保护中主要用于降解污染物、净化环境，如酶在污水处理、土壤修复、空气净 化等方面的应用。
酶的活性：酶的活 性受到多种因素的 影响，如温度、pH 值等
酶的纯化：酶的纯 化过程复杂，需要 耗费大量时间和成 本
酶的筛选：筛选出 适合特定反应的酶 需要大量的实验和 数据分析
生物医药领域：开发新型药物，提高药 物疗效
食品工业领域：提高食品品质，降低生 产成本
环保领域：生物降解污染物，减少环境 污染
酶在药物代谢中的应 用：酶催化药物代谢， 提高药物的生物利用 度和安全性
酶在药物靶向治疗中 的应用：酶催化药物 靶向治疗，提高药物 的疗效和降低副作用
污水处理：酶可以降解污水中的有机物，提高污水处理效率 生物降解：酶可以降解塑料、橡胶等难以降解的物质，减少环境污染 土壤修复：酶可以修复被污染的土壤，提高土壤肥力 生物能源：酶可以促进生物质能源的转化，减少化石能源的使用，降低温室气体排放
添加标题
添加标题添加标题添来自标题酶工程包括酶的筛选、改造、固定 化、反应器设计、过程控制和产物 分离等环节。
酶工程的应用
酶工程的应用
酶工程是一门研究酶及其催化作用的科学，它涉及酶的分离、纯化、表征、结构和功能分析，以及酶的应用。
酶工程的应用对我们的生活有着重要的意义。
首先，酶在生物制药中有着重要的作用。
酶可以改变活性成分的结构，使其获得更高的活性，从而提高药物的疗效。
此外，酶也可以用于生物合成药物，从而实现药物的节约。
其次，酶也可以用于食品加工。
酶的应用可以改变食品的口感、营养成分和加工工艺，从而提高食品的质量和品质。
此外，酶也可以用于食品添加剂，以改善食品的口感和营养价值。
最后，酶也可以用于环境保护。
酶可以用于分解有毒有害物质，从而减少污染物的污染，保护环境。
酶工程的应用对我们的生活有着重要的意义，它可以改善我们的生活质量，保护我们的环境。
酶工程酶在食品工业上的应用
酶工程酶在食品工业上的应用酶工程是一门利用生物技术手段对酶进行改造和优化的学科，它在食品工业中发挥着越来越重要的作用。
酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的速率，降低反应所需的能量，提高反应的选择性和效率。
在食品工业中，酶工程酶被广泛应用于面包、奶制品、果汁、啤酒、酒精、肉制品、酱油等食品的生产中，为食品工业的发展和进步做出了重要贡献。
首先，酶工程酶在面包生产中的应用十分广泛。
在面包的生产过程中，酶工程酶可以用来改善面团的加工性能，提高面包的品质和口感。
比如，面包中的面筋酶可以使面筋中的蛋白质水解，增加面团的延展性和弹性，使得面包更加松软和有嚼劲。
此外，面包中的淀粉酶可以降解淀粉，提高面包的柔软度和保湿性。
通过酶工程酶的应用，面包的质量可以得到显著提升，满足消费者对高品质面包的需求。
其次，酶工程酶在奶制品生产中也发挥着重要作用。
在奶制品的生产过程中，酶工程酶可以用来改善奶制品的口感、增加营养价值和延长保质期。
比如，在乳清蛋白的生产中，酶工程酶可以用来加速乳清蛋白的水解，产生多肽和氨基酸，提高乳清蛋白的营养价值和生物利用率。
在酸奶和奶酪的生产中，酶工程酶可以用来促进乳糖的水解，降低乳糖含量，改善奶制品的口感和消化性能。
通过酶工程酶的应用，奶制品的品质和营养价值得到了显著提升，受到了消费者的青睐。
此外，酶工程酶在果汁生产中也发挥着重要作用。
在果汁的生产过程中，酶工程酶可以用来改善果汁的浑浊度、增加果汁的口感和延长果汁的保质期。
比如，在苹果汁的生产中，果汁中的果胶酶可以用来降解果胶，改善果汁的浑浊度和口感。
在橙汁和柠檬汁的生产中，果汁中的木糖酶可以用来降解果汁中的木糖，减少果汁的黏稠度，提高果汁的口感和透明度。
通过酶工程酶的应用，果汁的品质和口感得到了显著提升，受到了消费者的喜爱。
此外，酶工程酶在啤酒和酒精的生产中也发挥着重要作用。
在啤酒的生产过程中，酶工程酶可以用来加速麦芽中淀粉的水解，提高酒花的利用率和啤酒的酒精度。
第八章酶工程
按现代观点，酶工程主要包括以下内容 ① 酶的大量生产和分离纯化及它们在细胞外的应用 ② 新颖酶的发现、研究和应用 ③ 酶的固定化技术和固定化酶反应器 ④ 基因工程技术应用于酶制剂的生产与遗传修饰酶的研究 ⑤ 酶分子改造与化学修饰以及酶结构与功能之间关系的研究 ⑥ 有机介质中酶的反应 ⑦ 酶的抑制剂、激活剂的开发及应用研究 ⑧ 抗体酶、核酸酶的研究 ⑨ 模拟酶、合成酶以及酶分子的人工设计、合成的研究
第八章-酶工程
2023/12/28
第八章酶工程
酶工程
一． 概述 二． 酶的命名和分类 三． 酶的化学本质、来源和生产 四． 酶催化反应机理及反应动力学 五． 酶的固定化和固定化酶反应器 六． 酶工程的应用 七． 酶工程的研究进展
第八章酶工程
一 酶和酶工程的概述
（一）、 酶的概念 （二）、 对酶的认识和研究历程 （三）、 酶工程的概念
通过适应、诱导、诱变以及基因工程等方法 培育出新的高产酶的菌株。
第八章酶工程
微生物细胞产生的酶分类 结构酶：在细胞的生长过程中出于其自身需要而表达， 诱导酶：加入相应的诱导剂后才会表达，诱导剂一般是
该酶所催化反应的底物或产物。 一般而言，野生型微生物需要经过遗传改造后，才能变
为高产酶的菌株。其方法包括 ① 物理诱变育种 ② 化学诱变育种 ③ 基因工程构建
第八章酶工程
3）发酵条件控制 营养条件 环境条件，注意溶氧浓度、温度、pH值 特别注意剪气力对蛋白质的影响，因为在高剪
切力下，蛋白质容易失活。 注意发酵的泡沫，因为蛋白质是表面活性剂，
大量的蛋白质积累在发酵液中使得在鼓泡条 件下很容易形成泡沫，影响发酵正常操作。 因此应该考虑除泡装置，并添加消泡剂。
第八章酶工程
酶工程的应用
酶是生物催化剂。
生物体内的各种化学反应都是在酶的催化下进行的，所以没有酶生物体就无法进行新陈代谢，生命也就停止了。
酶工程酶工程是生物工程(生物技术) 的内容之一。
它利用生物酶催化效率高、专一性强的特点，将生物酶置于适当的反应器中，使之生产人类所需产品或达到其它目的，如处理污染等。
酶工程的应用范围包括工业、农业、环保、医学诊断等诸多领域。
固定化酶。
由于生物酶在体外条件下稳定性不好，体外环境中的许多因素都可能使它失活，因此为了克服酶的这些缺点，发展了酶的固定化技术。
即将酶固定在适当的载体上，做成固定化酶后，使产品回收提纯的工艺大大简化，而且酶也可以反复利用。
现在固定化酶已成为酶工程产业化中的一个关键环节。
酶工程的广泛应用。
利用固定化酶技术可以在常温常压下将乙烯或丙烯氧化为环氧乙烷和环氧丙烷等化工产品。
在食品工业上，在转化糖、麦芽糖、乳酪等的生产上酶工程发挥了重要的作用。
在环保领域，固定化酶生物反应器用来监测和处理含苯、酚、氰化物等有毒物质的污水和废水。
在医药领域，可将青霉素酰胺酶固定化，将青霉素分解为6-氨基青霉烷酸，此项工艺可以替代传统的化学合成方法，消除有机溶剂对人健康的危害。
食品工业生产中酶的应用就是酶工程。
酶的特点使工业生产能在常温常压下进行，酶的高效催化率加快了生产过程，酶的专一性保证了产物只含一种异构体。
进行酶工程要考虑的主要问题，一是酶的性质和来源。
从工业角度来讲，酶最好使用微生物来生产，因酶被分泌到培养液中，酶量大，且易分离;二是将酶以什么方式进行最大程度的利用。
目前最好的方法是使反应液通过装有固定化酶颗粒的柱子，流出的即是生成物，这可省去从生成物中除去酶的步骤，且酶便于反复使用。
工业上生产果葡糖就是利用酶工程来完成的，首先利用从细菌或真菌中生产出来的酶使淀粉分解成葡萄糖，再把葡萄糖溶液流过装有葡萄糖异构酶的酶颗粒柱，调节流出速度，即可得到所要求葡萄糖和果糖比例的果葡糖浆。
其葡萄糖异构酶颗粒能反复使用，它的半衰期为800小时。
酶工程课件 5 第八章_酶定向进化
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8.2.2 基因体外随机突变方法--易错PCR技术
易错PCR应用实例
Chen.K和Arnold采用易错PCR对枯草杆菌蛋白酶进行了 体外进化研究。他们通过降低反应体系中dATP的浓度,对 编码该酶从第49位氨基酸到C端的DNA片段进行易错 PCR,经筛选得到的几个突变株在高浓度的二甲基甲酰胺 (DMF)中酶活性明显提高,其中突变体PC3在60%的DMF 中,酶活力是野生型的256倍。将PC3再进行两个循环的定 向进化,得到的突变体酶活力比PC3还要高3倍。
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生物的自然进化
➢进化过程：
突变→自然选择→遗传后代
➢进化结果：
基因多样性： 为完成同一功能所表现出的 多个 基因或同一个基因(同源性)
代谢途径的多样性： 同样产物，多条途径 代谢产物的多样性： 同一底物，不同产物
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如何利用相对简单快速的方法对天然 酶的改造或构建新的非天然酶？
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天然酶的局限性
酶催化的精确性和有效性常常不能很好地满足 酶学研究和工业化应用的要求 稳定性差 活性低使催化效率很低 缺乏有商业价值的催化功能
天然酶的局限性源于酶的自然进化过程。
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现代生物工程对酶的要求
1、能具备长期稳定性和活性 2、能适用于水及非水相环境 3、能接受不同的底物甚至是自然界不存在的合成底物 4、进一步增强酶对多种底物的分解能力
用于突变后的分子群，起着选择某一方向的进化而排 除其他方向突变的作用，整个进化过程完全是在人为 控制下进行的
酶工程的应用
• 利用酶标免疫检测法测定抗体或者抗原
3、酶在疾病预防和治疗方面的应用
酶
名
淀粉酶 蛋白酶
来Leabharlann 源胰脏、麦芽、微生物 胰脏、胃、植物、微生物
脂肪酶 纤维素酶 溶菌酶 尿激酶 链激酶 青霉素酶 L-天冬酰胺酶 超氧化物歧化酶 凝血酶 胶原酶 右旋糖酐酶 胆碱酯酶 溶纤酶 弹性蛋白酶 核糖核酸酶 尿酸酶
通过基因扩增，基因测序， 诊断基因变异、检测癌基因
• 利用葡萄糖氧化酶检测葡萄糖的含量，进行糖尿病诊断
• 利用葡萄糖氧化酶和过氧化物酶的联合作用检测葡萄糖的 含量，诊断糖尿病
• 利用尿素酶测定尿素含量，从而诊断肝脏、肾脏病变
• 利用胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量，从而诊断高 血脂等疾病
• 利用谷氨酰胺酶测定脑脊液中谷氨酰胺含量，进行肝硬化、 肝昏迷的诊断
酶的应用
酶在医药方面的应用 酶在食品方面的应用 酶在轻工、化工方面的应用 酶在环境保护方面的应用 酶在生物技术方面的应用
• 用酶进行原料处理 • 用酶生产各种轻工、化工产品 • 用酶增强产品的使用效果。
酶在原料处理方面的应用
• 发酵原料液的处理 • 防止原料的处理 • 制浆、造纸原料的处理 • 生丝的脱胶处理 • 羊毛的除垢处理 • 皮革的脱毛处理 • 烟草原料的处理 • 甜菜蜜糖的处理 • 植物油的脱胶处理
蛋白酶
皮革脱毛与软化 加酶洗涤剂 生丝脱胶与羊毛染
酶水解了毛根部的毛 囊蛋白而使毛松动脱 落。蛋白酶分解皮纤 维间质中的可溶性蛋 白质，使皮纤维进一 步松散软化。
加速蛋白质的分解
染色温度降低
酶在轻工、化工产品制造方面的应用
《酶工程》课件-酶的应用
酶 的 应 用
一、概述 (三)选择合适的酶需考虑的因素 当一个催化反应的工业过程被确定之后， 当一个催化反应的工业过程被确定之后 ， 选择合适的酶一 般需考虑以下因素： 般需考虑以下因素： 1、底物特异性。 底物特异性。 2、pH值。 pH值 3、温度。 温度。 4、激活剂和抑制剂。 激活剂和抑制剂。 5、价格因素。 价格因素。
酶 的 应 用
二、酶的应用简介 (二一酶在食品方面的应用 2、酶在食品生产方面的应用（3）酶在果蔬类食品生产方面的应用 酶在食品生产方面的应用（ 原理：在果蔬类加工过程中，加入各种酶， 原理：在果蔬类加工过程中，加入各种酶，可以提高在果蔬 类食品加工生产的产量和质量。 类食品加工生产的产量和质量。
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酶 的 应 用
二、酶的应用简介 (一)酶在食品方面的应用 3、酶在食品添加剂生产方面的应用 原理：是利用酶的催化作用将原料转化为所需要的产物。 原理：是利用酶的催化作用将原料转化为所需要的产物。 4、酶在增强或改善食品的风味和品质方面的应用 酶在增强或改善食品的风味和品质 增强或改善食品的风味和品质方面的应用 原理：是利用酶的催化作用将食品中的相关原料转化， 原理：是利用酶的催化作用将食品中的相关原料转化，从而 改善食品的风味和品质。 改善食品的风味和品质。
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酶 的 应 用
二、酶的应用简介 (二）酶在轻工、化工方面的应用 酶在轻工、 2、酶在轻工、化工产品生产方面的应用 酶在轻工 化工产品生产方面的应用 轻工、 原理：是利用酶的催化作用将原料转化为所需的轻工、化工 原理：是利用酶的催化作用将原料转化为所需的轻工、 产品， 产品，或利用酶的催化作用除去某些不需要的物质面得到所 需的产品。 需的产品。
2
酶 的 应 用
一、概述 (四)目前酶制剂开发的主要品种 目前，先进国家的酶制剂品种的开发主要集中在： 目前，先进国家的酶制剂品种的开发主要集中在： 1、食品加工用酶，特别是用于生产低聚糖的一些酶类。 食品加工用酶，特别是用于生产低聚糖的一些酶类。 2、饲料用酶，重点是植酸酶。 饲料用酶，重点是植酸酶。 3、纺织用酶，特别是原果胶酶的开发和利用。 纺织用酶，特别是原果胶酶的开发和利用。 4、洗涤用酶，主要研究开发4种酶，即碱性丝氨酸型蛋 洗涤用酶，主要研究开发4种酶， 白酶、碱性脂肪酶、碱性纤维素酶和淀粉酶。 白酶、碱性脂肪酶、碱性纤维素酶和淀粉酶。 5、临床诊断用酶、治疗用酶和化妆品用酶。 临床诊断用酶、治疗用酶和化妆品用酶。
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在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）与蔗糖在己烷溶液中进行 酯化反应，能够生成聚糖酯高聚物：
HOCH2 O OH OH OH O OH HOCH2 O HO + CH2OH HOOC(CH2)4COOH
HOOC(CH2)4COOCH2 O OH OH OH O OH HOCH2 O HO CH2O OC(CH2)4COOH n
ZD1839: 作用机制
F G E
TG Fα
癌细胞
细胞膜
增生
X ↓凋亡 X 血管生成 X 转移 X
X
细胞核
激酶
ZD1839
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8.2 酶在食品方面的应用
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食品保鲜 食品加工 食品添加剂生产 改善食品风味
酶
名
来
源
主 要 用 途 淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆， 制造麦芽，啤酒酿造 淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖 制造直链淀粉、麦芽糖 啤酒澄清，水解蛋白、多肽、氨基酸 糖果生产 果汁、果酒的澄清 制造果葡糖、果糖 蛋白加工、食品保鲜 水果加工，去除桔汁苦味 防止柑桔罐头及桔汁出现浑浊 由DL–氨基酸生产L–氨基酸 由反丁烯二酸制造天冬氨酸 降解RNA，生产单核苷酸用作食品增味剂 生产色氨酸 生产ATP 生产葡萄糖 食品杀菌保鲜
乙酰 -DL — Ala
L — Ala +乙酸 乙酰 -D — Ala
Aminoacylase
氨基酰化酶
A-L-Ala A-D-Ala
固定化酶 柱子 离心机
泵 储 罐 反应产物
L-Ala A-D-Ala
消 旋 反 应 器
晶体 L-Ala
CH2
CHCN
-p-
CH2
CHCONH2
HOOC CH2CHCOOH NH2 H HOOC C C COOH H H HOOC C C COOH H NH3 H2O
青霉素酰化酶与抗生素改造
C6H5CH2CONH N O
S
CH3 CH3 COOH H2N N O S CH3 CH3 COOH
Iressa 艾若萨 (ZD1839)
阿斯利康公司 苯胺喹啉化合物（ anilinoquinazoline） 强效EGFR（表皮生长因子受体）酪氨酸激酶抑制剂。 对癌细胞的增殖、生长、存活的信号转导通路起阻断作用。 增加PPD、Taxel、Doxtaxel、ADM治疗NSCLC有效率9～20％ 不良反应：皮疹、恶心、呕吐、腹泻。
蛋白酶
酶水解了毛根部的毛 囊蛋白而使毛松动脱 落。蛋白酶分解皮纤 维间质中的可溶性蛋 白质，使皮纤维进一 步松散软化。
皮革脱毛与软化
加速蛋白质的分解
加酶洗涤剂 生丝脱胶与羊毛染
染色温度降低
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8.4 酶在环境保护中的应用
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环境监测 废水处理
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过氧化物酶 多酚氧化酶
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可降解材料开发
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4、酶在药物制造方面的应用
酶 青霉素酰化酶 11-β-羟化酶 L-酪氨酸转氨酶 β-酪氨酸酶 α-甘露糖苷酶 核苷磷酸化酶 酰基氨基酸水解酶 5’-磷酸二酯酶 多核苷酸磷酸化酶 无色杆菌蛋白酶 核糖核酸酶 蛋白酶 β-葡萄糖苷酶 主要来源 微生物 霉菌 细菌 植物 链霉菌 微生物 微生物 桔青霉等微生物 微生物 细菌 微生物 动物、植物、微生物 黑曲霉等微生物 用途 制造半合成青霉素和头孢菌素 制造氢化可的松 制造多巴（L-二羟苯丙氨酸） 制造多巴 制造高效链霉素 生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖 腺苷） 生产L-氨基酸 生产各种核苷酸 生产聚肌胞，聚肌苷酸 由猪胰岛素（ Ala-30）转变为人 胰岛素（Thr-30） 生产核苷酸 生产L-氨基酸 生产人参皂甙 -Rh2
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执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血 酶等 清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，朝氧化物岐 化酶等 协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递 与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶 催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡 萄糖、氨基酸、核酸代谢
酶是生物学有力的研究工具
Chapter 8 The application of enzyme
酶的应用
“绿色健康，“酶”力无限
医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食 品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、 和功能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和 化工等工业领域
酶参与了生物体内所有的生命活动和生命过程
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基因工程工具酶 基因组学 蛋白组学
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酶和工农业生产与医学实践有着密切的关系
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工业用酶：淀粉糖业 农业用酶：饲料 医疗用酶：蛋白酶 检测试剂 抗病毒等新药物开发
Contents of chapter 8
Go Go Go Go Go
1、酶在医药方面的应用 2、酶在食品方面的应用 3、酶在轻工、化工方面的应用 4、酶在环境保护中的应用 5、酶在生物技术方面的应用
苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病
PKU苯丙酮尿症 脑发育受阻，严重脑 力呆滞，智商 0－50
体检表中有关 蛋白酶 脂肪酶 纤维素酶 溶菌酶 尿激酶 链激酶 青霉素酶 L-天冬酰胺酶 超氧化物歧化酶 凝血酶 胶原酶 右旋糖酐酶 胆碱酯酶 溶纤酶 弹性蛋白酶 核糖核酸酶 尿酸酶 名 来 源 用 治疗消化不良，食欲不振 治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组 织，促进创伤愈合，降低血压 治疗消化不良，食欲不振 治疗消化不良，食欲不振 治疗各种细菌性和病毒性疾病 治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血 治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折 治疗青霉素引起的变态反应 治疗白血病 预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎 治疗各种出血病 分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡 预防龋齿 治疗皮肤病，支气管炎，气喘 溶血栓 治疗动脉硬化，降血脂 抗感染，祛痰，治肝癌 治疗痛风 途 胰脏、麦芽、微生物 胰脏、胃、植物、微生物 胰脏、微生物 霉菌 蛋清、细菌 人尿 链球菌 蜡状芽孢杆菌 大肠杆菌 微生物，植物，动物 动物，蛇，细菌，酵母等 细菌 微生物 细菌 蚯蚓 胰脏 胰脏 牛肾
8.1 酶在医药方面的应用
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用酶进行疾病的诊断 用酶进行疾病的治疗 用酶制造各种药物
1、通过酶活力变化进行疾病诊断
酶 淀粉酶 胆碱酯酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶 谷丙转氨酶/谷草转氨酶 γ-谷氨酰转肽酶（ γ-GT） 醛縮酶 胃蛋白酶 磷酸葡糖变位酶 乳酸脱氢酶 端粒酶 山梨醇脱氢酶（SDH） 脂肪酶 肌酸磷酸激酶（CK） α－羟基丁酸脱氢酶 磷酸己糖异构酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶 乳酸脱氢酶同工酶 疾病与酶活力变化 胰脏疾病，肾脏疾病时升高；肝病时下降 肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等，活力下降 前列腺癌、肝炎、红血球病变时，活力升高 佝偻病、软骨化病、骨瘤、甲状旁腺机能亢进时，活力升高；软骨发育不全等，活力下降 肝病、心肌梗塞等，活力升高 原发性和继发性肝癌，活力增高至200单位以上，阻塞性黄疸、肝硬化、胆道癌等，血清中 酶活力升高 急性传染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力显著升高 胃癌，活力升高；十二指肠溃疡，活力下降 肝炎、癌症，活力升高 肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显著升高；肝硬化，活力正常 癌细胞中含有端粒酶，正常体细胞内没有端粒酶活性 急性肝炎，活力显著提高 急性胰腺炎，活力明显增高，胰腺癌、胆管炎患者，活力升高 心肌梗塞，活力显著升高；肌炎、肌肉创伤，活力升高 心肌梗塞、心肌炎，活力增高 急性肝炎，活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎，脑溢血，活力明显升高 急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明显升高 心肌梗塞、恶性贫血，LDH1增高；白血病、肌肉萎缩，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺 癌，LDH3增高；转移性肝癌、结肠癌，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、 外伤、骨折，LDH5增高 测定血糖含量，诊断糖尿病 肝癌、阴道癌、阻塞性黄疸，活力明显升高
溶菌酶
栓溶酶类与心血管疾病
凝血酶
消化酶类
健美生消化酶—帮助肠胃蠕动 【产品规格】90片／瓶 【食用方法】成人每日3片，随主餐服用 【成分(每片含)】 1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克、菠萝蛋白酶30 毫克； 2)消化脂肪：脂肪酶30毫克； 3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克； 4)消化乳制品：乳糖酶30毫克； 5)消化纤维：纤维素酶15毫克。 另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸钙，能缓解反胃 薄荷叶和茴香 【适用人群】 ·消化不良者 ·肠胃疾病患者 ·大病初愈者
C H 3C H C O O H NH2
HOOC CH2CHCOOH OH HOOC CH2CHCOOH NH2
酶制剂在国外饲料工 业中得到不断应用， 不仅提高了饲料原料 的转化率，也促进了 对饲料的消化。
植酸酶 Bio-Feed® Phytase ( Ronozyme® P ) 主要用于提高植酸磷的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素的 利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。
淀粉酶类与淀粉糖业
42% 55%
55% 39% 80-90%
果汁生产与果胶酶 乳制品与凝乳酶
果菜清洗
拣果机
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8.3 酶在轻工、化工方面的应用
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用酶进行原料处理 用酶生产各种轻工、化工产品 用酶增强产品的使用效果。
生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维 制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起 球并增加织物的光洁度和柔软度
α–淀粉酶 β–淀粉酶 糖化酶 异淀粉酶 蛋白酶 右旋糖酐酶 果胶酶 葡萄糖异构酶 葡萄糖氧化酶 柑苷酶 橙皮苷酶 氨基酰化酶 天冬氨酸酶 磷酸二酯酶 色氨酸合成酶 核苷磷酸化酶 纤维素酶 溶菌酶
枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉 麦芽、巨大芽孢杆菌、 多粘芽孢杆菌 根霉、黑曲霉、红曲霉、 内孢霉 气杆菌、假单胞杆菌 胰脏、木瓜、枯草杆菌、霉菌 霉菌 霉菌 放线菌、细菌 黑曲霉、青霉 黑曲霉 黑曲霉 霉菌、细菌 大肠杆菌、假单胞杆菌 桔青霉、米曲霉 细菌 酵母 木霉、青霉 蛋清，微生物