食品化学酶的历史
酶的发现
酶的活性在最適溫度發揮得最好 酶的活性在最適溫度發揮得最好 最適溫度
酶 的 活 性
溫度(℃ 溫度 ℃ )
酶 的 活 性
溫度(℃ 溫度 ℃ )
影響酶作用的因素
二：酸鹼度（ｐＨ）影響酶活性
不同種類的酶有不同的最適pH值 不同種類的酶有不同的最適 值，某些酶只能在特定 值範圍內才能起作用。 的pH值範圍內才能起作用。 值範圍內才能起作用 胃蛋白酶 反 應 速 率 唾液澱粉酶 胰蛋白酶
酶的發現
古埃及時代: 古埃及時代 穀物
神奇力量
酒精
巴斯德: 巴斯德
糖
酶
酒精
20世紀---酶的世紀 20世紀---酶的世紀 世紀--＊每一種生物都有酶,酶的成分是蛋白質 每一種生物都有酶,
1926年 結晶出一種酶（ 1926年,Sumner 結晶出一種酶（ urease ）從此 開啟了數十年的蓬勃酶化學研究
萨姆纳） （詹姆斯B萨姆纳） 詹姆斯 萨姆纳
,
•活細胞內每一步代謝反應，都有一個對應 活細胞內每一步代謝反應， 活細胞內每一步代謝反應 的專用酶來負責催化
代謝作用的定義
什麼是新陳代謝? 什麼是新陳代謝 活細胞內進行的各種化學反應 化學反應, 代 謝 作 用= 活細胞內進行的各種化學反應 代謝作用的總合表現即生命現象
酶的特性
2:通常是大分子的蛋白質 通常是大分子的蛋白質 易受高溫或酸鹼值破壞
蛋白質受熱變質,無法回覆原來特性 蛋白質受熱變質 無法回覆原來特性
酶的特性
可重複使用: 3. 可重複使用: 進行催化,但本身不參與反應,所以反應完畢， 進行催化,但本身不參與反應,所以反應完畢，回覆原 反應完畢 可繼續進行催化. 狀,可繼續進行催化 可繼續進行催化 4.只需少量酶便足夠 4.只需少量酶便足夠 因為能重複使用，且催化的效率很高, 因為能重複使用，且催化的效率很高,故只需少量便足夠 5.具有專一性 5.具有專一性 只會與一種性質相似的物質起催化作用, 只會與一種性質相似的物質起催化作用,所以每一種 反應各有特定的酶進行催化
酶在食品分析中应用
荧光 黄色
360,450 420
酶在食品分析中应用
为什么辣根过氧化物酶可应用于elisa？
（1）成本低 （2）热稳定性好 （3）显色反应类型多
酶在食品分析中应用
2.4 ELISA技术在食品分析中的应用
近年来，ELISA因其操作程序的规范化、简单化 和检测的高灵敏性，在农药残留、兽药残留、 重要有机物污染、生物毒素、食品添加剂和人 畜共患疾病病原体的快速检测和分析等食品安 全性检测领域正逐步推广应用。
酶在食品分析中应用
（1）毒素检测
真菌毒素是真菌产生的次级代谢产物，其中的 十几种对人类危害较大，它们一般同时具有毒 性强和污染频率高的特点。其中毒性最大、致 癌能力最强的是黄曲霉毒素。它在自然界中分 布十分广泛，黄曲霉常常和其他多种微生物在 一起，生长在粮食、油料作物的种子、各种食 品和饲料中。
法分析。近年来，酶法分析发展迅速，广泛应
用于临床检验、食品、环境等生物及其它样品
的检测。
酶在食品分析中应用
1. 酶法分析的特点及应用类型
酶的特性 催化效率高
酶法检测的特点 快速
灵敏性强
专一性
特异性、准确
不需要物理分离，干扰少
酶在食品分析中应用
酶在食品分析中的应用类型
1. 去除样品中的杂质。如测定果糖、多糖等。 2. 催化待测物生成新的产物，而这种产物更容
第10章 酶在食品分析中的应用
主要内容： 1 酶法分析的特点及应用类型 2 酶联免疫测定（ELISA） 3 聚合酶链式反应（PCR） 4 酶生物传感器 5 酶抑制率法
酶在食品分析中应用
酶法分析的发展
酶在定量分析中的应用可以追溯到19世纪中期。 当时，曾采用麦芽提取物作为过氧化物酶源， 以愈创木酚作为共底物或指示剂测定过氧化氢。
简述酶的研究简史
酶学的产生：1777年，意大利物理学家Spallanzani的山鹰实验；1822年，美国外科医生Beaumont研究食物在胃里的消化；19世纪30年代，德国科学家施旺获得胃蛋白酶。
1684年，比利时医生Helment提出ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素（酵素）；1833年，法国化学家Payen和Person用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶；1878年，德国科学家Kűhne提出enzyme —从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”（希腊文）。
酶学的迅速发展（理论研究）：1926年，美国康乃尔大学的”独臂学者”萨姆纳博士从刀豆中提取出脲酶结晶，并证明具有蛋白质的性质；1930年，美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶，确立了酶的化学本质。
酶本质探究历程
酶本质探究历程
1、1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。
过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。
于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。
2、1810年，JaephGayluac发现酵母可将糖转化为酒精
3、1857年,法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察,提出酒精发酵是由于酵母细胞活动的结果,即离不开酵母活细胞；李比希反对这种观点,认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质。
4、1897年,德国化学家毕希纳把酵母细胞放在石英砂中用力研磨,加水搅拌,在进行加压过滤,得到不含酵母的提取液,在这些汁液中加入葡萄糖,一段时间后就冒出气泡,糖液居然变成了酒,为此Bucher获得了1911年诺贝尔化学奖；后来科学家就把它命名为“酶”,英文名称是Enzyme,意思是“在酵母中”,但是酶到底是什么还是个谜
5、1926年，美国科学家萨姆钠从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。
6、20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。
7、20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化作用。
酶的故事
5.2 关于酶作用专一性的假说
• 酶的辅因子，根据它们与酶蛋白结合的松紧 程度不同，可分为两类，
• 辅酶：指与酶蛋白结合比较松弛的小分子有 机物质，通过透析方法可以除去，如辅酶I和 辅酶Ⅱ等。
• 辅基：以共价键和酶蛋白结合，不能通过透 析除去，需要经过一定的化学处理才能与蛋 白分开，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉，丙 酮酸氧化酶中的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)， 都属于辅基。
• 1878年, 给酶一个统一的名词，叫Enzyme， 这个字来自希腊文，其意思“在酵母中”。
• 后来对酶的作用机理及酶的本质做了深入研 究，
• 1930年，证实酶是一种蛋白质； • 80年代初发现了具有催化功能的RNA——核酶
(ribozyme)，这一发现打破了酶是蛋白质的 传统观念，开辟了酶学研究的新领域， • 现已鉴定出4 000多种酶，数百种酶已得到结 晶，而且每年都有新酶被发现。
酶的应用
• 酶工程已成为当代生物工程的重要支柱。 已普遍使用于食品、发酵、制革、纺织、 日用化学及医药保健等部门，在化学分 析、生物传感器及环保方面的应用。
1.酶催化作用的特点
1.1酶和一般催化剂的比较
• 1.1.1 酶 和 其 他催化剂一样， 都能显著地改 变化学反应速 率，使之加快 达到平衡，但 不能改变反应 的平衡常数。
4.1 习惯命名法
• 1961年以前使用的酶的名称都是习惯沿用的，主要依 据两个原则：
• 4.1.1根据酶作用的底物命名，如催化水解淀粉的酶 叫淀粉酶，催化水解蛋白质的酶叫蛋白酶。有时还加 上来源以区别不同来源的同一类酶，如胃蛋白酶，胰 蛋白酶。
• 4.1.2根据酶催化反应的性质及类型命名，如转移酶、 氧化酶等。有的酶结合上述两个原则来命名，如琥珀 酸脱氢酶是催化琥珀酸脱氢反应的酶。
1.酶和酶的发现
1. 与1号试管相比，2号试管出现了什么不同 的现象？这一现象说明了什么？
2号试管出现了气泡，说明加热促进过氧化氢分 子分解，加热使过氧化氢分子获得能量，从常 态变为容易分解的活跃状态，分子从常态变为 活跃状态的能量叫做活化能。
2. 3号和4号试管没有加热，也有气泡产生为 什么？
Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢酶分解，但它 们并未共给过氧化氢能量，而是降低了过氧化 氢分解反应的活化能。
酶的本质
很久很久以前，人们发现鸟类 只能磨碎食物，但不能分解食物。 也就是说鸟类体内只能进行物理 消化，不能进行化学消化。
•
1773年，意大利科学家 斯帕兰扎尼（1972-1977） 做了一个很巧妙的实验： 将肉块放入小巧的金属笼 里面，然 后让老鹰把笼子 吞下去。过 一段时间之后， 他把笼子取出来，发现笼 内的肉消失了。
B. 纤维素酶 D. 淀粉酶
氧化还原
砖红色沉淀
方法步骤
取两支洁净的试管，编号，按下表操作
序 号 1 2 3
项 目
1
注入可溶性淀粉液 注入蔗糖溶液 注入新鲜的淀粉酶溶液 2mL \ 2mL
试管
2
\ 2mL 2mL
轻轻振荡摇匀，将试管浸到60摄氏度的热水 中，5min。 取出试管，各加2mL斐林试剂（边加边摇） 将试管放入装有热水的大烧杯中，酒精灯 加热，煮沸1min。 观察实验现象
1.这个实验要解决什么问题？
老鹰体内不仅可以进行物理消化，而且还可以进 行化学消化
2.是什么物质使肉块消失了？
当时还不清楚，直到1836年另一位科学家做的 一个实验，才解决了这个问题。
• 直到1836年，德国科学家施旺 （1810-1882）从胃液中提取出 了消化蛋白质的物质，这才解 开胃的消化之谜。
酶 的发现
上世纪80年代美国人切赫和加拿大人奥特 斯曼发现了具有催化作用的RNA——核酶。
酶为生 活添姿 彩
一、酶的发现
1. 胃液对食物的消化作用
1773年
意大利科学家斯帕兰扎尼研
究发现，鹰胃中的分泌物对
肉有消化作用。
斯帕兰扎尼（1729-1799）
2.对于酵母发酵的争论
19世纪中期
发酵离不开酵母菌的生命活动， 发酵的动力蕴涵于活细胞中， 具有生命活力。
巴斯德（1822-1895）
发酵是一种化学反应，与酵母
பைடு நூலகம்
发酵确实可以在无细胞的条件下进行 发酵所需要的物质是活细胞产生的
5.对酵母提取液的研究
1904年
英国人哈登利用透析袋分析
酵母提取液的成分。 推测其催化作用的可能是其中的大分子物质 ——蛋白质。
哈登 （1865-1940）
6.酶的化学本质
1926年美国人萨姆纳尔得 到脲酶的结晶，证实了酶的 化学本质是蛋白质。
菌的生命活动无关。
李比希 （1803-1873）
3.酶（Enzyme）的名称的提出
1877年
德国人库恩提出酶（Enzyme） 这个名词，取自希腊语“来源 于酵母”之意。
库恩（1837–1900）
4.无细胞发酵的发现
1897年
德国的毕希纳发现无细胞的
酵母汁就可以完成发酵。
毕希纳 （1860-1917）
《生物化学》-第五章 酶化学
—CH2—·O·：
H
底物中典 型的亲电 中心包括：
磷酰基
Cys-SH
—CH2—·S·：
H
脂酰基 糖基
His-咪唑基
—CH2—C=CH
HN N：
CH
（五）金属离子催化
金属离子作为酶的辅助因子起作用的方式：
1.与酶蛋白紧密结合稳定酶的天然构象，亲电催化 2.与酶结合较弱，作为激活剂存在。 3.通过价态的可逆变化，参与氧化还原反应。
其他成分的酶：
核酶（ribozyme） ：具有催化活性的天然RNA。 近年还有DNA分子具有催化活性报道。
酶的概念： 酶是生物催化剂。由活细胞产生的具有高效催化能力 和催化专一性的蛋白质、核酸或其复合体。
脲酶：专一性水解尿素。
第一个被分离提取的酶，并证明其化学本质为蛋白质。 抗体酶：是用化学反应的过渡态类似物作免疫原产生 的催化性抗体，是一种具有催化能力的蛋白质，其本 质上是免疫球蛋白。
（6）对于结合酶，辅酶、辅基往往参与酶活中心的 组成。
第二节 酶催化作用的机制
一、酶与底物的结合——中间复合物学说
该学说认为，在酶促反应中，酶（E）总是先和底 物（S）结合生成不稳定的中间复合物（ES），再 分解成产物（P），并释放出酶（E）。 ——中间复合物学说能较好的解释酶为什么能降 低反应的活化能。
实际上，底物与酶结合是一种相互作用的过程， 底物可诱导蛋白质构象改变，蛋白质必需基团也可使 底物敏感键发生变化，更好“契合” 。 3.“三点附着”模型：该模型认为底物与酶活中心的 结合有三个结合位点，只有当这三个位点都匹配的时 候，酶才会催化相应的反应。
二、酶作用高效率机制
（一）底物与酶的邻近、定向效应
1）绝对专一性
酶的发现史
酶的发现史————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：酶的发现过程酶的发现是一个漫长的过程,早在300多年前，人们在日常生活中发现酵母能使果汁和谷类加速转化成酒。
这种转化过程叫作发酵。
1680年,荷兰的业余生物学家、布商列文虎克在用显微镜观察中首先发现了酵母细胞。
一个半世纪以后,法国物理学家卡格尼亚尔·德拉图尔使用一台优质的复式显微镜，专心研究酵母，他仔细观察了酵母的繁殖过程，确定酵母是一种活的微生物。
这样，在1９世纪50年代，酵母就成了一个热门的研究课题。
人们还发现在肠道里也进行着类似于发酵的过程。
１752年，法国物理学家列奥米尔用鹰作实验对象，让鹰吞下几个装有肉的小金属管,管壁上的小孔能使胃内的化学物质作用到肉上。
当鹰吐出这些管子的时候,管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。
1７77年，苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离一种液体（胃液）,并证明了食物的分解过程可以在体外进行。
１834年，德国博物学家施旺把氯化汞加到胃液里,沉淀出一种白色粉末。
除去粉末中的汞化合物,把剩下的粉末溶解，得到了一种浓度非常高的消化液，他把这粉末叫作“胃蛋白酶”(希腊语中的消化之意）。
同时,两位法国化学家帕扬和佩索菲发现,麦芽提取物中有一种物质,能使淀粉变成糖,变化的速度超过了酸的作用，他们称这种物质为“淀粉酶制剂”(希腊语的“分离”)。
科学家们把酵母细胞一类的活动体酵素和像胃蛋白酶一类的非活体酵素作了明确的区分。
1878年,德国生理学家库恩提出把后者叫作“酶”。
18９7年,德国化学家毕希纳用砂粒研磨酵细胞，把所有的细胞全部研碎,并成功地提取出一种液体。
他发现，这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。
这个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。
因此,“酶”这个词现在适用于所有的酵素,而且是使生化反应的催化剂。
食品酶学综述
食品酶学综述摘要:本文介绍了酶学的反展历程，酶的本质的认识过程，酶的催化机理和结构，并对酶的固定化和酶在食品中的应用作了介绍。
关键词：酶学，结构，催化机理，固定化，工业应用1：酶学发展历程酶学作为一门科学可以追溯到19世纪，然而在最近50年中得到了飞速发展。
其研究历程大致如下。
1833年，Payen和Persoz发现麦芽提取液的酒精沉淀物中含有一种对热不稳定的物质，它能将淀粉转变成糖。
在19世纪中期已经知道存在胃蛋白酶、多酚氧化酶、过氧化物酶和转化酶，以后又陆续发现了一些其他的酶。
1857年法国著名微生物学家巴斯德首先对酒精发酵机理作了理论解释，认为酒精发酵是酵母细胞引起的，提出了“活体酵素”和“非活体酵素”的概念。
同时代的Liebig、Berzelius和Wohler等人提出了不同的看法，认为酒精发酵本质是物质的作用。
因而这两学派围绕酒精发酵的本质在科学史上发生了长达半世纪的学术论战。
1876年德国学者Kühne首先提出enzyme一词。
1897年德国学者Buchener 兄弟在制作药品时，发现酶离开活体细胞也能起作用，，这是一个划时代的发现。
不仅从理论上阐明了生命现象是物质的作用，而且为酶制剂的开发应用奠定了科学依据。
以上是19世纪酶的发现和提出的历程，进入20世纪以后酶学得到了迅速的发展，从纯化、酶反应的动力学、酶的结构功能、酶的合成等各个方面都取得了大的进展。
2酶的本质2.1对酶的本质的认识过程对于酶的认识有以下过程。
关于酶的定义，1964年Dixon【1】等人认为酶是具有催化功能的一种特殊蛋白质。
1975年Stryer【2】指出酶是一类蛋白质，其显著的特性是具有催化能力、催化作用的专一性、作用条件的限制性。
同年，Lemninger【3】认为酶是一种专一地催化生物化学反应的蛋白质，具有非常高的催化效能和高度专一性。
1979年Wyun【4】指出酶是来源于生物体的一种分子，它能够提高某一特定反应速度而不影响已确认了的最终平衡状态，酶可以从反应终了的混合物中回收。
酶的发现及研究史
酶的发现及研究史酶的发现来源于人们对发酵机理的逐渐了解。
早在18世纪末和19世纪初，人们就认识到食物在胃中被消化，[1]用植物的提取液可以将淀粉转化为糖，但对于其对应的机理则并不了解。
[2]到了19世纪中叶，法国科学家路易·巴斯德对蔗糖转化为酒精的发酵过程进行了研究，认为在酵母细胞中存在一种活力物质，命名为“酵素”（ferment）。
他提出发酵是这种活力物质催化的结果，并认为活力物质只存在于生命体中，细胞破裂就会失去发酵作用。
[3]法国科学家路易·巴斯德1878年，德国生理学家威廉·屈内首次提出了酶（enzyme）这一概念。
随后，酶被用于专指胃蛋白酶等一类非活体物质，而酵素（ferment）则被用于指由活体细胞产生的催化活性。
这种对酶的错误认识很快得到纠正。
1897年，德国科学家爱德华·比希纳开始对不含细胞的酵母提取液进行发酵研究，通过在柏林洪堡大学所做的一系列实验最终证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。
[4]他将其中能够发挥发酵作用的酶命名为发酵酶（zymase）。
[5]这一贡献打开了通向现代酶学与现代生物化学的大门，其本人也因“发现无细胞发酵及相应的生化研究”而获得了1907年的诺贝尔化学奖。
在此之后，酶和酵素两个概念合二为一，并依据比希纳的命名方法，酶的发现者们根据其所催化的反应将它们命名。
通常酶的英文名称是在催化底物或者反应类型的名字最后加上-ase的后缀，而对应中文命名也采用类似方法，即在名字最后加上“酶”。
例如，乳糖酶（lactase）是能够剪切乳糖（lactose）的酶；DNA聚合酶（DNA polymerase）能够催化DNA聚合反应。
德国科学家爱德华·比希纳人们在认识到酶是一类不依赖于活体细胞的物质后，下一步工作就是鉴定其生化组成成分。
许多早期研究者指出，一些蛋白质与酶的催化活性相关；但包括诺贝尔奖得主里夏德·维尔施泰特在内的部分科学家认为酶不是蛋白质，他们辩称那些蛋白质只是酶分子的携带者，蛋白质本身并不具有催化活性。
酶学综述
酶学发展历程在许多化学反应中，都会有催化剂的参与。
这些具有催化活性的物质，可以降低发生化学反应的能垒以调控反应发生。
在生命过程中，也存在有多种的催化剂催化复杂的生物化学进程。
区别于一般的金属或其他化学催化剂，这些本身具有生物活性并具有生化反应催化活性的物质被称为酶。
酶存在于生命活动生物方方面面，在人类生活过程中起着重要作用。
食品酶学的发展史可分为四个阶段：一、早期经验积累阶段从我国祖先在约公元前6000～5000年利用酶酿酒开始，酶在民间一直被广泛使用。
早在4000多年前的夏禹时代，人类就懂得利用酵母酿酒；《书经》中有“若作酒醴，尔维麹蘖”的记载，其意为：若要酿酒，就必须使用麹和蘖。
麹是指长了微生物的谷物，蘖是指发了芽的谷物，它们都含有丰富的酶。
这些都说明了酶的应用首先是从食品生产开始的。
到了周代，已经能用风干的麦芽粉制作饴糖和造酱，并发现用曲可以治疗消化不良。
但是当时还不知道是酶的作用，对酶的利用也是一种不自觉的行为。
西方各国在17世纪也有了关于没得记载。
1810年J.Gaylussac 发现酵母可将糖类转化为酒精，从此酶经历了一个被不断深入认识到被利用及用于生产的过程。
人们之前认为食物在胃中的消化是靠胃壁蠕动的机械碾磨。
1752年有人做了一个实验，将肉片装在金属丝笼内，让老鹰吞下，经过一段时间取出小笼，肉片不见了。
于是认识到胃液中有某种可以消化肉类的物质存在。
这个实验动摇了蠕动消化的说法。
1857年微生物学家巴斯德等人认为酒精发酵是酵母细胞活动的结果，只有活酵母才能进行发酵。
而持反对态度的李比希认为发酵是溶于酵母溶液中的酶引起的。
直到1897年，Buchner兄弟通过石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞却能使糖类发酵的提取液，从而认识到发酵是酶在起作用。
二、酶的性质及机理研究阶段1835—1837年间，Berzelius提出了催化作用的概念，该概念对酶学和化学的发展都十分重要。
可见对于酶的认识一开始就与它具有催化作用的能力联系在一起。
食品酶工程
1.酶:酶是由活细胞产生的、具有高效、专一催化功能的生物大分子2.食品酶工程: 食品酶工程是将酶工程的理论与技术应用于食品工业领域，将酶学基本原理与食品工程相结合，为新型食品及食品原料的发展提供技术支持。
3.酶学和酶工程研究的历史与现状: 史前期酶的应用、近代酶学和酶工程研究历史、现代酶学和酶工程研究进展4.史前期酶的应用：①5000多年前古埃及人向酒中添加辅料治病②4000多年前我国就能利用天然酵母酿酒③公元十世纪左右我国已能用豆类做酱④3000年前我国已经盛行饴糖的制造⑤2500年前我国人民发现用曲治疗消化障碍症5.近代酶学和酶工程研究历史：①1783年Spa11anzani盛肉饲鹰，过时取出，肉已液化，为酶催化实验的开端②1833年Payen和Persoz从麦芽水抽提物中酒精沉淀得一种对热不稳定的活性物质③1855年Schoenbein在植物体内发现了过氧化物酶④1856年Schoenbein在蘑菇中发现了多酚氧化酶⑤1859年Liebig第一次提出酶是一种蛋白质⑥1878年德国科学家Kuhne第一次提出“酶”的概念，这个词起源于希腊语，原意为“在酵母中”6.现代酶学和酶工程研究进展：①1902年Henri提出中间产物学说②1913年Michaelis和Menten推导出著名的米氏方程③1926年Sumner分离纯化得到脲酶结晶④1958年Koshland提出了诱导契合学说⑤1982年Cech等人发现四膜虫细胞的26S rRNA前体具有自我剪接功能，并将其称为“Ribozyme”⑥1983年Altman等人发现核糖核酸酶P 的RNA部分具有核糖核酸酶P的催化活性⑦20世纪70年代，DNA重组技术的实现，促使酶学研究进入新的发展阶段。
⑧1970年，Hopkins大学教授从流感嗜血杆菌d中分离纯化出第一个限制性内切酶Ⅱ，为基因工程的诞生奠定了基础。
到目前为止，在基因工程中应用的工具酶已有500多种。
酶的研究简史
什么是酶？
酶是生物体产生的一类具有生物催 化活性的生物大分子。
（一）酶的原始利用 （二）酶的发现四和季交发替 展 （三）酶工程的发展概况
（一）偶们滴先辈们和酶
4000多年前，人们就已经在酿酒、制饴、制酱等过程中不自觉地利用了酶 的催化作用。当时的酿酒技术就是利用存在于酒曲中的淀粉酶系和酒化系统。
巴斯德 （1822-1895） 微生物学的奠基人
李比希
(1803—1873) 德国化学家
化学教育改革家 有机化学创始人 农业化学之父
•提出分子不对称性理论，开创了立体化学研究的途径。 •创立了发酵的生物学理论， •低温消毒技术（巴氏杀菌 ）
从1901年到1910年最早的十次诺贝 尔化学奖获得者中，李比希的学生就 有七位。
当前酶的应用已渗透到人类的各个领域，包括医药、轻化 工业、农业、能源环保等等。
学好酶工程，人人有责
Hans Buchner （1850-1902）
德国细菌学家
这说明巴斯德和李比希的两种观点实质上是一致 的。生物化学就是在解决发酵本质的著名论战中产 生的。真正意义上的酶学研究也应该始于巴克纳兄 弟的发现！^-^
1894年,德国化学家Fischer根据糖化酶的特点提出了“锁和钥匙”模型，成功解释了酶的催化反 应机制。
•免疫学--预防接种 ，研制出狂犬疫苗
关于发酵本质的长期论战
巴斯德主张：发酵和活 细胞有关，酒精发酵是酵母 细胞生活的结果。
李比希认为：发酵及其他 类似过程，是由于化学物质的 作用，纯粹是化学过程。
Eduard Buchner
(1860-1917) 1907年诺贝尔化学奖 通常以Buchner(布氏)漏斗而留名
提取物中首次发现了淀粉酶，他们将这种由酒精沉淀后得
酶的发现史
酶的发现史人类最早去研究酶其实并不是为了研究酶这个东西，而是研究人的消化。
当时的人对我们吃下去的是肉，出来的却是这么个东西感到好奇，便有人对此进行了研究。
刚开始，人们认为消化食物是物理性消化，什么是物理性消化呢？就是你的胃和肠子在不断地在蠕动，食物被你吃了之后，在你的胃里面不断地“磨”，把它给磨碎了。
以前只认为有这种摩擦。
后来呢，有个人叫斯帕兰扎尼，搞了这么一个实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。
过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。
（我写到这里时，很想知道老鹰是怎么想的）金属笼是为了排除物理性消化的干扰，肉外面有笼子，显然不可能是因为胃的蠕动而是其消失，当时人们就开始意识到胃里面、肠子里面应该存在某些化学物质，它能够让肉消失。
慢慢的，人们意识到了一个词，化学性消化。
究竟这使肉消失的化学物质是什么呢，当时人们并不知道。
只是留下了一个引子，并没有后文。
（我猜想可能有人去尝试研究了，但没有成果，所以并没有留下记载。
）一直到后来，过了很久很久，出现了俩个人。
一个是微生物之父巴斯德，另一个就是化学家李比希，这俩个人就开始论战（吵架）了。
巴斯德家里是开葡萄酒庄的，就天天研究葡萄酒，所以呢，巴斯德利用显微镜，他就观察到一种微生物：酵母菌。
他因此推测，是因为酵母菌这个生物、这个整体的存在，使葡萄里的糖类转化成了酒精。
这是巴斯德的观点。
而和他同时期的一个哥们，叫做李比希，他创立了有机化学。
因此被称为“有机化学之父”。
这个哥们和巴斯德不一样，他认为不是酵母菌这个整体发挥了作用，而是其中的某种化学物质的作用。
这俩个人呢，有一段时间，就是属于巴斯德写一篇论文，阿巴阿巴一顿说，然后李比希写一篇巴拉巴拉一顿说。
这俩人就光是在纸上谈兵，骂得不可开交，骂了十几年，一直到后来，李比希抗不下去了，说我不骂了，我去做实验。
李比希怎么做实验的呢？他找来一大堆酵母菌，然后把它们磨碎了，再加入葡萄中，最后证明了使其发酵的并不是酵母菌这个整体，而是其中的某种物质。
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酶的历史
一、概念
酶工程亦称酶工艺，是在生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的原料转化为有用物质的技术酶工程与发酵工程密切相关，是发酵工业发展的产物，是酶学原理与化工技术相结合而形成的一门理论性很强的应用技术。
主要内容包括各种酶的开发、生产和利用，酶的分离、纯化技术、酶的化学修饰技术，固定化技术，酶反应器的研制和应用等。
酶是生物催化剂，是生物体产生的具有活性的蛋白质。
它可高效、专一地催化特定的生化反应，酶的催化作用可使反应速度提高10的8次到10的20次倍。
酶促反应具有反应条件温和、能耗低、污染小、操作简单等优点。
2、1961 年国际生化联合会酶学委员会提出将酶分为：
氧化还原酶：在生物体内参与产能、解毒和某些生物活性物质的合成；
转移酶：在生物体内将某功能基团从一个化合物转至另一个化合物；
水解酶：在生物体内外起降解作用，是人类应用最广的酶类；
裂解酶：可脱去底物上某一基团而留下双链，或可相反地在双链处加入某一基团；异构酶：依生物代谢需要对某些物质进行分子异构化；
连接酶（合成酶）：关系着许多生命物质的合成；
3、酶蛋白有3种组成形式：
单体酶：是仅有1个活性部位的多肽链构成的酶，分子量为13000-35000 。
寡聚酶：是由若干相同或不同的亚基结合而组成的酶。
多酶复合物：是指多种酶进行连续反应的系统，前一反应产物为后一反应的底物。
二、酶的探索与发现：
公元前800年,古老的烹调方法中已使用来自微生物的酶。
1833-1835年,淀粉的第一次酶解法国化学家Anselme Payen和ean-Franois Persoz 描述了从大麦的麦芽中分离淀粉酶多聚体的过程，并将之命名为淀粉酶。
1836年,德国生理学家Theodor Schwann在研究消化过程时，分离出一种在胃内消化蛋白的物质，将它命名为胃蛋白酶。
这是第一个从动物组织中提取到的酶。
1883年,Johan Kjeldahl建立了一套检测有机物中-3价氮的方法，即测定氮的含量的方法。
1894年,加酶食品的第一次商业化生产
1894-1913年,德国化学家Emil Fisher根据糖化酶的特点建立了钥匙-锁理论。
1926年,科学家发现酶是蛋白质
1953-1958年,Watson 和 Crick发现DNA是双螺旋结构
1963年,碱性蛋白酶--洗涤剂用酶的突破
1965-1974年,淀粉工业的重大突破随着一种可以将淀粉分解成糖的，不含转葡萄糖苷酶的葡萄糖淀粉酶上市，微生物酶类应用于食品工业的首次重大突破于20世纪60年代发生。
酶的生产和利用
一、微生物酶制剂的生产
主要有以下步骤：
1、目的酶生产菌株的分离筛选
（1）从自然界分离筛选
（2）用物理、化学因子处理诱变
（3）用基因重组或细胞融合技术选育
2、酶的生产
（1）要选择好的培养方法，包括培养基组成配比、培养温度、pH 值、通气量等。
图:微生物在相当于三层楼高的发酵罐里生长繁殖，产生所需的酶
（2）确定工业规模大量生产的一系列工程和工艺条件，以及培养罐的形式、大小、通气条件、温度和pH 值的控制等。
图：通过改变培养基类型、酸碱度、氧气浓度和温度，研究人员现了生产某种酶的微生物的最佳
生长条件。
三、酶的提取、分离和纯化
1、微生物酶制剂的工业提取步骤大致如下：
如果是胞内酶，则首先要分离收集其菌体，使之破碎，将酶提取至液相中，此为出发酶液；
如果是胞外酶，它的深层发酵液或固体培养物的抽提液则为出发酶液。
2、制取工业酶制剂的步骤：
第一步——除去出发酶液中的悬浮固形物，获得澄清酶液，必要时再进行减压浓缩；
第二步——根据质量要求和经济性采用适当方法（如用盐析法、有机溶剂沉淀法、丹宁沉淀法等）将酶沉淀分离；
图：只有酶和水能通过转鼓式过滤机；培养基和微生物则被留在硅藻土上。
第三步——收集沉淀、干燥、研粉、加适当的稳定剂、填充剂、做成粉末制剂。
∙∙酶粒是在大型连续运转的水平混合机内生产出来的。
提取的酶与盐、纤维素及其他成分混合形成0.5mm大小的粒状物。
然后用一种聚合体包裹，以防止酶尘在
使用过程中可能引起的致敏危险。
图:用多聚体包裹酶以减少酶尘引起的致敏危险。
3、其他方法
对于质量要求高可提取液中共存有妨碍目的酶工艺效果的其他酶时，常用一些特殊纯化方法将目的酶与其他酶和杂蛋分开，再分别沉淀制取。
常用的方法有：
（ 1 ）蛋白质选择性变性法
（ 2 ）分级盐析法
•有机溶剂分级沉淀法
•等电点法
•柱层析法
•电泳法
•亲和层析法
四、酶的化学修饰技术
1、金属离子置换修饰
2、大分子结合修饰
3、肽链有限水解修饰
4、侧链修饰
图：微生物的基因经修饰能够产生所需的酶
五、固定化酶和固定化细胞
固定化酶是通过物理或化学的处理，使水溶性酶和固态的水不溶支持物（载体）相结合或被载
体包埋，但仍保留酶活力。
1、固定化酶的特征
（1）反应完成后经过过滤或离心等简单的分离就可回收，重复使用，降低了酶制剂的成本；（2）可以装成酶柱，当底物溶液流经酶柱时，就能发生酶促反应，适合于工业化应用；
（3）酶经固定化后，稳定性一般都有所提高。
2、固定化酶的特点
（1）省去了酶分离纯化的时间和费用；
（2）可进行多酶反应；
（3）保持了酶的原始状态，从而增加了酶的稳定性；
（4）由于辅助因子存在和细胞内的连续性合成，酶的活力较为持久；
（5）用固定化细胞反应柱或反应床可连续进行发酵，一边加入培养基，一边排出发酵液，可避免产物对酶活性的抑制。
3、固定化酶的方法
（1）载体结合法
a、物理吸附法
是将酶吸附在活性炭、多孔玻璃、酸性白土、高岭土、硅胶等惰性载体上，此法对酶活性破坏较少，但吸附作用力常较弱而易脱落，因而常与交联法结合使用。
b、离子结合法
是利用离子键将酶及带有离子交换基团的不溶性载体，如离子交换树脂或带有交换基团的纤维素、葡萄聚糖结合在一起，此法操作简便，酶回收率也较高，但在较强离子强度下进行酶反应时易于脱落。
c、共价结合法
是利用共价键将酶和载体加以偶联，但因涉及条件较苛刻而化学反应又剧烈，因而酶回收率较低、操作复杂，但酶与载体的结合相当牢固。
(2)交联法
这是利用双功能试剂将酶分子相互交联而不需要载体。
常用的交联剂有戊二醛、异氰酸酯、双重氮联苯胺或乙烯双马来亚胺（形成重氮盐）。
此法反应也较为剧烈，从而影响酶的回收，但固定后的酶稳定性较好。
(3)包埋法
a、网格型
是将酶固定在具有网格结构的高分子凝胶中。
通常作为凝胶材料者有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等合成高分子材料以及海藻酸、明胶、胶原等天然大分子材料。
此法操作方便，很少改变酶的高级结构，因而回收率高，但在反应中存在“固相”扩散阻力，只适用于小分子底物和产物，机械强度往往也较差。
b、微囊型
是将酶液包埋在微小（<300μm ）的具有半透性高分子材料外壳形成的珠囊中。
此法操作较复杂，酶回收率一般不高，但被包埋的酶不易流失，微囊的比表面积很大，一般也只能适用于小分子底物和产物。
六、酶反应器
不可截留：是指酶一次性分批使用不再回收。
可截留：是通过超滤膜将酶截留在反应系统中。
七、生物传感器
生物传感器是根据酶和微生物细胞对其基质具有专一性而用于分析某一化学物质的工具，是由固定化的生物材料与适当的换能器件密切接触而构成。
原理：利用电极测定酶膜传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器、生化发光传感器、生物亲和传感器及生物效应管传感器等。