第九章酶反应器和酶传感器.
酶反应器和酶传感器
生物传感器—将生物体的成份（酶、抗原、抗体、 DNA、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织） 固定化在一器件上作为敏感元件的传感器。
1.1.1根据输出信号的产生方式分类
(1)生物亲合型传感器
被测物质与分子识别元件上的敏感物质具有 生物亲合作用，即二者能特异地相结合，同 时引起敏感材料的分子结构和/或固定介质发 生变化。
(2)代谢型或催化型传感器
底物与分子识别元件上的敏感物质相作用并生 成产物，信号转换器将底物的消耗或产物的增 加转变为输出信号。
1.1.2 根据生物传感器中分子识别元件上的敏感物质 分类
酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器 传感器、免疫传感器、基因传感器等。
1.1.3根据生物传感器的信号转换器分类
电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生 物传感器、测光型生传感器、测声型生物传感器 等．
1.2 生物传感器的一般结构与工作原理 1.2.1 生物传感器的基本组成
敏感元件（分子识别元件）、信号转换器件、 电子显示器件。
1.2.2 生物传感器的工作原理
（1） 将化学信号转变成电信号 （2） 将热能变化转换为电信号 （3） 将光效应转换为电信号 （4） 直接产生电信号
•只适合可溶性底物； •温度和pH难以控制； •底物和产物会产生轴向浓度分布； •传热系数相对较低。
1.3 流化床反应器 底物溶液以一定流速从反应物的底部通入，使较小 颗粒的固定化酶处于悬浮状态进行催化反应，反应液 从反应器的顶部连续流出。
(1)优点 •混合均匀、传质传热效果好； •温度和pH容易控制； •能处理黏度较高的反应物；
(1)优点
酶与底物溶液
•结构简单，体积小； •物料混合效果好； •温度高，反应速度快。
酶传感器
食品添加剂
蔬果表面的化学物
酶传感器在食品检测中的应用
酶传感器在食品检测中的应用包括食品成分、食品添加剂、 有害毒物、残留农药兽药等的测定分析。
酶传感器在食品安全中的应用
酶传感器在食品工业中用于食品成分分 析，主要是葡萄糖的测定，葡萄糖含量是衡 量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标。
还可用来分析白酒、苹果 汁、果酱和蜂器
酶传感器
什么是酶传感器？
酶传感器是生物传感器的 一种，是利用生化反应所产生的 或消耗的物质的量，通过电化学 装置转换成电信号，进而选择性 地测定出某种成分的器件。
酶传感器工作原理示意图
把催化反 应中底物 或产物的 变量转换 成电信号
电 信 号
被检测物质
固定化酶膜
选择性地识别被检测的物 质,并且催化被识别出的物 质发生化学反应
酶传感器在监测环境中广泛存在的有机 污染物、无机污染物和重金属等方面的 应用,并对电化学酶传感器的发展方向进 行了展望。
检测土中含磷量
亚硫酸盐通常用作食品工业的漂白剂和防腐剂， 用酶传感器可以测定食品中的亚硫酸含量。甚至 还可以测定色素和乳化剂。
可以用乙酰胆碱酯酶类传感器，检测果蔬表面有机磷农药。
磷 污 染
酶传感器在环境安全中的应用
三聚磷酸钠进入环境水体,造成了江 湖水体“富营养化”使水体发臭,藻类大 量生长,蚊蝇孽生,有的地方水系水葫芦 在水面生长厚达1米深,给环境造成危害。
酶传感器的实际应用
血糖仪
食品安全
环境安全
血糖仪
酶传感器在血糖仪中的应用
葡萄糖（被检测物质）经葡萄 糖氧化酶（固定化酶膜）催化氧化 成为葡萄糖内酯同时葡萄糖氧化酶 转化为其还原态。进行一系列的催 化氧化反应，通过血糖仪(变化器)， 将化学信号转为电信号，在屏幕上 显示。
《酬乐天扬州初逢席上见赠》带答案
酬乐天扬州初逢席上见赠刘禹锡1、本诗是古代酬赠诗中的佳品，其感情基调是由低沉愤懑到高昂乐观。
2、诗的第一联作者通过“凄凉地”和“弃置身”这些富有感情色彩的字句的渲染，表达出诗人被贬后的愤懑不平之情。
3、这首诗的首联写出了诗人怎样的遭遇？“凄凉地”、“二十三年”等词可以看出诗人远离京城，身处荒僻之地，长期被弃用的现实。
4、“怀旧空吟闻笛赋，到乡翻似烂柯人”一联抒发了作者怎样的思想感情？运用典故抒情，委婉含蓄地表达了作者对亲朋好友的无限思念和对物是人非的感慨。
5、诗的第二联中借用两个典故，表达了诗人怎样的思想感情？（1）闻笛赋：怀念故友。
（2）烂柯人：对岁月流逝、人事变迁的感叹。
6、①描述“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春”一句所展现的画面。
并说说该诗句揭示的自然规律（蕴含的生活哲理）？大江之上，沉舟之侧，千帆竞发；自然中，枯树前头，万木争春，一片春色。
这两句诗作者借用自然景物的变化蕴含着深刻的哲理，暗示社会总是向前发展的，新事物必将战胜旧事物，，未来肯定会比现在好，揭示了新陈代谢的自然规律。
②“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春”历来受到人们的赞赏，你怎样理解这两句诗？（1）大江之上，沉舟之侧，千帆竞发；自然中，枯树前头，万木争春，一片春色。
“沉舟”“病树”是诗人自喻，包含感慨身世，惆怅忧伤之情，但他对未来并不失望，坚信“沉舟侧畔”必然有千帆竞发，“病树前头”终究会万木争春，表现出诗人虽身经危难，但仍保持坚定意志的积极乐观、豁达豪迈的胸襟。
（2）这两句诗作者借用自然景物的变化蕴含着深刻的哲理，暗示社会总是向前发展的，新事物必将战胜旧事物，，未来肯定会比现在好，揭示了新陈代谢的自然规律。
③请任选一个角度赏析“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春”一联。
（1）大江之上，沉舟之侧，千帆竞发；自然中，枯树前头，万木争春，一片春色。
“沉舟”“病树”是诗人自喻，包含感慨身世，惆怅忧伤之情，但他对未来并不失望，坚信“沉舟侧畔”必然有千帆竞发，“病树前头”终究会万木争春，表现出诗人虽身经危难，但仍保持坚定意志的积极乐观、豁达豪迈的胸襟。
酶工程试题
酶工程试题一、名词解释1.固定化酶采用各种方法，将酶固定在水不溶性的载体上，制备成固定化酶的过程称为酶的固定化。
固定在载体上，并在一定的范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。
2.酶反应器用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器.3.模拟酶利用有机化学合成的方法合成的比酶结构简单，但具有催化作用的非蛋白质分子叫做模拟酶4.抗体酶又叫做催化抗体，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物，是一类具有催化活力的免疫球蛋白，其可变区赋予了酶的属性5.印迹酶以一种分子充当模板,其周围用聚合物交联,当模板分子除去后，聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴,若构建合适，这种聚合物就像锁一样，对钥匙具有选择性识别作用。
这种技术称为分子印迹，该技术的酶产物称为印迹酶.6.融合酶将两个或者多个酶分子组合在一起形成的融合蛋白7.定点突变只在基因的特定位点引入突变，通过取代、插入或者删除已知DNA序列中特定的核苷酸序列来改变酶蛋白结构中某个或某些特定的氨基酸，以此来提高酶对底物的亲和力，增强酶的专一性等。
8.必需水在有机介质中，酶分子需要一层水化层以维持其完整的空间构象,将对于维持酶活性所必需的最低水量为必需水,由于其与酶分子的结合十分紧密，又称结合水。
9.酶传感器以酶作为分子识别元件上的敏感材料，同各种不同的转换器结合所构成的一类生物传感器.10.酶的必需基团和活性中心酶的必需基团是指酶分子中与酶的活性密切相关的基团，酶的活性中心是指与底物结合并催化反应的场所。
二、填空题1.酶根据主要组分的不同可以分为：蛋白类酶和核酸类酶两大类，根据酶的作用的底物和催化反应的类型进行分类可以分为：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶（连接酶）。
(写出4种即可)2.酶的活力是酶催化速度的度量指标，酶的比活力是酶纯度的度量指标，酶转换数是酶催化效率的度量指标.3.酶的生产方法有：提取分离法生产，发酵法生产，化学合成法生产，生物合成法生产。
《酶工程》 课后习题答案
第一章酶工程基础1.名词解释：酶工程、比活力、酶活力、酶活国际单位、酶反应动力学①酶工程：由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新技术，是工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反应，生产人类所需产品或服务于其它目的地一门应用技术。
②比活力：指在特定条件下，单位质量的蛋白质或RNA所拥有的酶活力单位数。
③酶活力：也称为酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。
其大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示，酶催化反应速度愈大，酶活力愈高。
④酶活国际单位: 1961年国际酶学会议规定：在特定条件(25℃，其它为最适条件)下，每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为1个酶活力单位，即为国际单位（IU）。
⑤酶反应动力学:指主要研究酶反应速度规律及各种因素对酶反应速度影响的科学。
2.说说酶的研究简史酶的研究简史如下：(1)不清楚的应用：酿酒、造酱、制饴、治病等。
(2)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）。
(3)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。
3.说说酶工程的发展概况I.酶工程发展如下：①1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备淀粉酶，酶技术走向商业化：②1908年，德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶，皮革软化及洗涤；③1911年，Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清；④1949年，用微生物液体深层培养法进行 －淀粉酶的发酵生产，揭开了近代酶工业的序幕；⑤1960年，法国科学家Jacob和Monod提出的操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，通过酶的诱导和解除阻遏，可显著提高酶的产量；⑥1971年各国科学家开始使用“酶工程”这一名词。
湖工酶工程第九章
化学传感器，这类传感器的诞生以第一个酶电极—葡萄糖电极
的出现为标志，1967 年，由 Updike 和Hicks 根据 Clark 等 1962 年最先提出的酶电极的设想制造出来。
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第九章 酶反应器和酶传感器
一、生物传感器概述
1.生物传感器的基本概念与分类
生物传感器是指以固定化的生物材料（酶、抗原、抗体、 激素、DNA、细胞、组织等）作为敏感元件，与适当的转换元 件结合所构成的一类传感器。
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酶工程
第九章 酶反应器和酶传感器
测定时将光纤探头插入待测溶液中，由于酶催化反应产
生底物或产物的含量变化，引起膜层光学特性的改变，当一
定波长的入射光通过光纤传至探头膜层时，就会产生各种光 学信息，如紫外光、可见 光及红外光的吸收和反射，
荧光、磷光、化学发光和
生物发光、拉曼散射等信 号输出。这些光学信 号输出与酶作用底物（待测物）之间具有一定的定量关系， 通过光学监测器检测这些光学信息即可检测出待测物的量。
6. 反应器结构的设计
7. 反应器数目计算
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第九章 酶反应器和酶传感器
三、酶反应器的操作
1. 反应温度的调节控制 2. pH的调节控制 3. 底物浓度的调节控制 4. 酶浓度的调节控制 5. 反应液混合程度的调节控制 6. 物料流加速率的调节控制 7. 微生物污染的控制
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将平板状的固定化酶臵于相应的容器中装备而成，也可
以是将酶直接固定在膜分离装臵的各种多孔薄膜上制备而成。
产物 底物 平板式 酶板 底物 转盘式 产物
酶板
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第九章 酶反应器和酶传感器
酶工程复习资料
一、名词解释：5T*21 Kcat：酶转换数。
又称分子活性或摩尔催化活性，表示在单位时间内，酶分子中每个活性中心或每个分子酶所能转化的底物分子数，单位为min-，是酶催化效率的一个指标。
2溶解氧：溶解在培养基中的氧气，提供给在培养基中的产酶细胞使用。
3临界氧浓度：微生物对发酵液中溶解氧浓度的不影响其正常代谢的最低要求。
4氧载体：与水不互溶，对微生物无害，具有较高溶氧能力的有机物。
5通气量：单位时间内流经培养液的气体量6溶氧速率/传氧率：表示在单位时间内培养液溶氧浓度的改变耗氧速率：单位时间内细胞进行呼吸作用消耗的氧量7酶的化学修饰：在较温和的条件下，以可控制的方式使酶同某些化学试剂发生特异反应，从而引起单个氨基酸残基或其功能基团发生共价的化学改变。
8模拟酶/人工酶：根据酶作用的原理，模拟酶的活性中心及催化机理，用有机化学及生物学方法合成的具有专一催化功能的催化剂。
9肽酶：模拟天然酶的活性部位，人工合成的具有催化活性的多肽。
10抗体酶：具有催化功能的抗体分子。
11印记酶：利用分子印记技术（MIP，即制备对某一化合物具有选择性的聚合物的过程）制备的人工模拟酶。
12融合酶：将两个或多个酶分子组合在一起所形成的融合蛋白。
13 SDM：定点突变技术。
指在基因的特定位点引入突变，即通过取代、插入或删除已知DNA序列中特定的核苷酸序列来改变酶蛋白结构中某个或某些特定的氨基酸，以此来提高酶对底物的亲和力，增强酶的专一性等。
14酶分子的定向进化：属于蛋白质的非合理设计，它不需要事先了解酶的空间结构和催化机制，人为地创造特殊的进化条件，模拟自然进化机制，在体外改造酶基因，并定向选择出所需性质的突变酶。
15固定化酶：用物理或化学手段定位在限定的空间区域，并使其保持催化活性，可重复利用的酶16固定化酶的活力：是固定化酶催化某一特定化学反应的能力，其大小可用在一定条件下它所催化的某一反应的反应初速度来表示。
固定化酶的比活：每克干固定化酶所具有的酶活力单位数。
第九章(一) 酶反应器
所选择的反应器应当能够适用于多种酶的催 化反应，并能满足酶催化反应所需的各种条 件，并可进行适当的调节控制。 所选择的反应器应当尽可能结构简单、操作 简便、易于维护和清洗。
所选择的反应器应当具有较低的制造成本和 运行成本。
生物催化反应－分离耦合反应器
Diagram of the enzymatic synthesis of cefaclor with in situ product removal. (1) Complexation reactor, (2) enzymatic reaction reactor, (3) peristaltic pump, (4) sintered-glass (G2), (5) mechanical stirrer.
(3)有些酶催化反应，其反应产物对酶有反馈抑制作 用。 ◆对于具有产物反馈抑制作用的固定化酶，也可以 采用填充床式反应器。
(4)某些酶可以耐受100℃以上的高温，最好选用喷 射式反应器。
反应器和酶的稳定性
反应器中酶催化活性损失的原因：
酶本身失效
酶从载体上脱落
载体肢解 扩散限制效应
产 品
空气
除菌
热量
发酵生产过程示意图
生物催化 剂制备
过程调控 能量
底 物
生物催化反应器
产物分 离提纯
产 品
生物催化反应过程示意图
生物反应器的特点 优良的生物反应器应具备： 1.严密的结构 2.良好的液体混合性能 3.高效的传质、传热性能 4.配套而可靠的检测和控制仪表 酶反应器较发酵罐简单
生物反应器工程
2、固定化酶反应器的选择 选择依据：根据固定化酶的形状、颗粒大 小和稳定性的不同进行选择。
酶工程考试复习重点
名词解释1、酶：指活细胞产生具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子，包括蛋白质和核酸。
2、酶转换率（催化效率常数K cat）：酶被底物完全饱和时，每单位时间内每个酶分子所能转化的底物分子数。
3、酶比活力：指每毫克蛋白质所含有酶的活力单位数，一般用IU/mg表示，一般来说，酶活力比越高，酶越纯。
4、酶活力：也称酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力，是用在一定条件下，他所催化某一反应的反应初速度来表示。
5、固定化酶：是通过物理的或化学的手段，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用。
6、酶分子的化学修饰：就是在分子水平上对酶进行改造，以达到改造和改性的目的。
即是在体外将酶分子通过人工的方法与一些化学基团，也别是具有生物相容性的物质，进行供价连接，从而改变酶的结构和性质。
7、生物反应器：在生物反应过程中，利用生物催化剂进行生化反应，将原料转化为产物的核心装置。
根据使对象不同，氛围酶反应器和细胞反应器。
8、生物传感器：是一种分析测试装置，具有转移、灵敏、快速、简便、准确的有点，用于测定混合物溶液中某种物质的浓度。
9、酶传感器：是以固定化酶作为感受器，以基础电极作为换能器的乘务传感器，是应用最早和最广的生物传感器。
10、半合成抗生素：指用化学法或酶法改造已知抗生素的化学结构，所产生的抗生素衍生物。
11、酶反应器：指以游离酶或固定化酶、固定化细胞作为生物催化剂，进行酶促反应的装置。
12、细胞反应器：指利用增殖细胞内的酶系将培养基中的成分转化成产品的装置。
13、固定化细胞：固定在载体上并在一定空间范围内进行生命活动的细胞。
14、组成酶：指机体中一直存在的，其合成仅受遗传物质控制，与外界环境无关的酶类。
15、诱导酶：指在通常情况下不合成或者合成很少，当加入诱导物后就大量合成的一类酶。
16、尾产物阻遏：指当有些酶的作用产物积累到一定浓度，并能满足机体需要后，酶的合成就受阻的一种现象。
第九章酶反应器和酶传感器.
第九章酶反应器和酶传感器第一节酶反应器一、生物反应器概述利用生物催化剂将原料转化成有用物质的生产过程,称为生物反应过程。
通常,生物反应过程包括四个组成部分:(1原材料的预处理。
(2生物催化剂的制备。
(3生物反应器的选择及反应条件的调控。
(4产物的分离提纯。
在生物反应过程中,生物反应器(Biological Reactor是用于完成生物化学反应(酶促反应的核心装置。
利用生物工程技术进行生产的过程统称为生物反应过程,在这一过程中,生物反应器起着极其重要的作用,它是实现生物技术产品产业化的关键设备,是连接原料和产物的桥梁。
生物反应器设计的主要目标是,使产品的质量提高,生产成本降低。
为了达到上述标准,对生物反应器提出下列要求:(1.所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度。
(2.能用电脑自动检测和调控,从而获得最佳的反应条件。
(3.应具有良好的传质和混合性能。
(4.应具有最佳的无菌条件。
二、固定化酶反应器的类型及特点固定化酶反应器和固定化细胞反应器,二者的构造、性能基本一致。
固定化酶反应器有下列各种类型:1.间歇式酶反应器特点是底物与酶一次性投入反应器内,产物一次性取出;酶回收后转入下一批反应。
2.连续搅拌釜式反应器特点是达到平衡后以恒定的流速连续流入底物溶液,同时,以相同流速输出反应液(含产物。
3.填充床反应器将固定化酶填充于反应器内,制成稳定的柱床,然后,通入底物溶液,在一定的条件下实现酶催化反应,以一定的流速,收集输出的转化液(含产物。
4.流化床反应器特点是底物溶液以足够大的流速,从反应器的底部向上通过固定化柱床时,便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。
5.连续搅拌罐——超滤膜反应器特点是在连续搅拌釜式反应器出口处设置一个超滤器。
6.其他类型反应器三、对固定化酶反应器的选择影响酶反应器选择的因素很多,但一般可以从以下几个方面考虑:1.固定化酶的形状2.底物的物理性质3.酶反应动力学特征4.固定化酶稳定性5.操作要求及反应器费用四、固定化酶反应器的操作1.操作中存在的问题搅拌的问题;使用高浓度的酶;游离酶的处理2.酶反应器生产能力下降的原因及对策在酶反应器操作过程中,其生产能力是逐渐下降的。
酶工程题
第一章绪论重点并提问的内容•1、解释酶工程、酶转换数、酶的改性？答：酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程。
•2、根据起催化作用的主要组分不同，酶的分类如何？•3、酶工程主要研究内容？酶工程的主要内容包括：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化、酶的非水相催化、酶定向进化、酶反应器和酶的应用等。
•4、简述影响酶催化作用的主要因素？•5、酶催化作用的特点？6、酶的专一性包括哪些？1、酶活力、酶比活力、酶转换数是什么量度指标？2、可逆性抑制作用中动力学参数都如何变化？3、蛋白类酶和核酸类酶可继续如何分类？4、酶活力单位如何定义？5、试述酶活力测定的基本过程？6、试述木瓜蛋白酶的生产方法？答：木瓜蛋白酶可以采用提取分离法、基因工程菌发酵法、植物细胞培养法等多种方法进行生产。
(1)提取分离法：从木瓜的果皮中获得木瓜乳汁，通过各种分离纯化技术获得木瓜蛋白酶。
(2)发酵法：通过DNA重组技术将木瓜蛋白酶的基因克隆到大肠杆菌等微生物中，获得基因工程菌，在通过基因工程菌发酵获得木瓜蛋白酶。
(3)植物细胞培养法：通过愈伤组织诱导获得木瓜细胞，在通过植物细胞培养获得木瓜蛋白酶。
•答：1、提取分离法2、生物合成法：（1）微生物发酵产酶（2）植物细胞培养产酶（3）动物细胞培养产酶3、化学合成法第二章微生物发酵产酶1、解释酶的发酵生产、酶的诱导、酶的反馈阻遏(产物阻遏)、分解代谢物阻遏。
诱导物的种类？2、微生物产酶模式几种？特点？最理想的合成模式是什么？（1）同步合成型特点：1、发酵开始，细胞生长，酶也开始合成，说明不受分解代谢物和终产物阻遏。
2、生长至平衡期后，酶浓度不再增长，说明mRNA很不稳定。
（2）延续合成型特点：1、该类酶不受分解代谢产物阻遏和终产物阻遏。
2、该酶对应的mRNA是相当稳定的。
（3）中期合成型特点：1、该类酶的合成受分解代谢物阻遏和终产物阻遏。
酶工程-重点
名词解释●酶：具有生物催化功能的大分子物质，包括蛋白类和核酸类。
●酶工程:是将酶、细胞、或者细胞器等置于特定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。
（酶的产生和应用的技术的过程）●比活力：指特定条件下，单位质量蛋白质或者RNA拥有的酶活力单位数.比活力=酶活力(单位)/mg(蛋白质或者RNA)●国际单位:在特定的条件下(25℃,具最适底物浓度、最适温度、最适pH和离子强度系统），每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为一个酶活力单位。
●催量：在最适条件下,每秒钟能使1mol/l底物转化为产物所需的酶量定为1kat.1kat=1mol/s=60mol/min=6*10^7U●转换数Kp: 指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数单位为min-。
Kp=底物转变的摩尔数/酶摩尔数×分钟=酶活力（IU）/酶微摩尔数，一般Kp= 为103/min, 碳酸酐酶达3.6×107/min●催化周期：酶进行一次催化所需时间。
（ms,μs) 即 T= 1/kp（T=1/Kcat）●终产物阻遏:由于终产物过量积累而导致生物合成途径中酶合成的阻遏.●诱导物:诱发诱导酶合成的物质.●诱导作用:是指加入某种物质使酶的合成开始或加速进行的过程.●分解代谢产物阻遏:指两类同类物资同时存在时，如果一种是快速利用物质，另一种是慢速利用物质，则前者的某种代谢产物阻遏后者酶的生成，使生物利用快速利用物质。
●葡糖糖效应:由于葡萄糖常对分解代谢利用其他底物的有关酶的合成有阻遏作用,所以分解代谢产物阻遏又称为葡萄糖效应。
（所有迅速代谢能源都能阻抑较慢代谢的能源所需酶的合成。
酶的生成被易分解碳源所阻遏。
此称葡萄糖效应）●沉降时间：是指颗粒从样品液面完全沉降到离心管底所需的时间，它取决于颗粒的沉降速度和沉降距离●沉降系数：指单位离心力下颗粒的沉降速度,用S表示。
【正式版】酶传感器及其应用PPT
酶传感器的分类
• 根据信号转换器的不同，酶传感器 主要有酶电极传感器、离子敏场效 应晶体管酶传感器、热敏电阻酶传 感器和光纤酶传感器等几类。
• 根据酶促反应的溶剂体系，可分 有机相酶传感器和非有机相酶传感 器。
酶传感器的基本结构
• 酶生物传感器的基本结构单元是由物 质识别元件（固定化酶膜）和信号转 换器（基体电极）组成。当酶膜上发 生酶促反应时, 产生的电活性物质由基 体电极对其响应。基体电极的作用是 使化学信号转变为电信号, 从而加以检 侧, 基体电极可采用碳质电极（石墨电 极、玻碳电极、碳栩电极）、Pt电极 及相应的修饰电极。
氮基酸和蛋白质的测定,脂类的测定,维生素的测定,有机酸的测定,），食品添加剂分析（如甜味剂、漂白剂、防腐剂），鲜度的检测、 感官指标及一些特殊指标（如食品保质期）的分析。 环境监测对于环境保护非常重要, 传统的监测方法有很多缺点：分析速度慢、操作复杂且需要昂贵仪器, 无法进行现场快速监测和连续 在线分析。
电极侧定的物质, 当反应达到稳定 相应的修饰电极。
用酶传感器来检测体液中的各种化学成分, 为医生的诊断提出依据； 酶传感器在食品检验中的应用相当广泛, 几乎渗透到了各个方面, 包括食品工业生产在线监测、食品中成分分析（包括糖类的检测,各种 氮基酸和蛋白质的测定,脂类的测定,维生素的测定,有机酸的测定,），食品添加剂分析（如甜味剂、漂白剂、防腐剂），鲜度的检测、
• 酶传感器在食品检验中的应用相当 广泛, 几乎渗透到了各个方面, 包 括食品工业生产在线监测、食品中 成分分析（包括糖类的检测,各种 氮基酸和蛋白质的测定,脂类的测 定,维生素的测定,有机酸的测 定,），食品添加剂分析（如甜味 剂、漂白剂、防腐剂），鲜度的检 测、感官指标及一些特殊指标（如 食品保质期）的分析。
酶工程
工程技术在食品工业中的应用及发展趋势摘要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分。
酶作为生物催化剂 ,具有高催化效率 ,专一性强 ,反应条件温和及酶活性可以调控。
而食品工业是应用酶工程技术最早和最广泛的行业。
近年来，由于固定化细胞技术应用化、固定化酶反应器的推广应用，促进了食品添加剂新产品的开发，产品品种增加，质量提高，成本下降。
还有些酶本身就是保健食品重要的功效成分，如超氧化歧化酶(sod)、溶菌酶、l一天冬酰胺酶等，为食品工业带来了巨大的社会经济效益。
关键词：酶工程固定化葡萄糖酶一、酶工程技术的原理酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分。
酶工程又称酶反应技术, 就是指在一定的生物反应器内, 利用生物酶作为催化剂, 使某些物质定向转化的工艺技术, 包括酶的研制与生产, 酶和细胞或细胞器的固定化技术, 酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。
二、酶工程的结构根据酶工程研究和解决问题的手段不同，可将酶工程分为化学酶工程和生物酶工程两大类。
在食品行业中，这两类酶工程的应用都很广泛。
1、化学酶工程化学酶工程亦称初级酶工程，是指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。
它主要是由酶学原理与化工技术相互渗透和结合而形成的一门科学技术。
2、生物酶工程生物酶工程是酶学和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术结合的产物，亦称高级酶工程。
主要包括3个方面：一是用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）；二是修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）；三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。
（1）非水相介质中的酶反应近年来，酶在非水相介质中催化反应的研究，成为酶工程的一项新的重要内容。
如蛋白水解酶类，在非水相中能催化肽键的形成，利用这一发现，便可利用蛋白酶在非水介质的催化特性，合成某些肽类物质，用于制药和食品添加剂。
（2）酶反应器和酶传感器1）酶反应器酶反应器是完成酶促反应的装置。
其研究内容包括：酶反应器的类型及特性；酶反应器的设计、制造及选择等。
酶反应器和酶传感器
缺点：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗粒。
反应液出口
底物溶液进口
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(3) 填充床反应器(Packed Reactor, PBR)
又称固定床反应器。将固定化酶填充于反应器 内，制成稳定的柱床，然后，通入底物溶液， 在一定的反应条件下实现酶催化反应，以一定 的流速，收集输出的转化液（含产物）。
电极组合检测葡萄糖的结果, 可认为是最早提出 了生物传感器(酶传感器)的原理. 1967年 Updike等人实现了酶的固定化技术，研 制成功酶电极, 这被认为是世界上第一个生物传 感器.
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20世纪70年代中期后，Divies首先提出用 固定化细胞与氧电极配合, 组成对醇类进 行检测的所谓“微生物电极”。
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其他反应器
鼓泡式反应器 膜反应器 喷射式反应器
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各种酶反应器的特点
反应器类型 搅拌罐式反应器
填充床式反应器
适用的操作方式 适用的酶
分批式, 流加分批式
游离酶 固定化酶
连续式
连续式
固定化酶
特点 反应比较完全，反应条件容易 调节控制。
密度大，可以提高酶催化反应 的速度。在工业生产中普遍使 用。
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尿素传感器采用脲酶预反应器与铵离子光极联合 应用的方法，主要利用脲酶对尿素的水解作用， 水解方程式为:
脲酶
H2N — CO — NH2 + 3H2O
2NH4+ HCO3-+ OH-
通过铵离子光极检测由尿素水解所放出的铵离子就可以 检测尿素的含量
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(3) 鱼鲜度传感器
鲜度是判断鱼类可食用性的重要指标。 鱼死后体内核酸开始分解而产生次黄嘌呤
酶反应器及生物酶传感器-PPT课件
二、基本类型：
间歇式酶反应器 连续搅拌罐式酶反应器 固定床型酶反应器 流化床型酶反应器 膜式酶反应器
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1.间歇式酶反应器
特点：底物和酶一次性投入反应器中，产物一 次性取出，反应结束后，固定化酶（细胞）用 过滤（或超滤）法回收。
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2.连续搅拌罐式酶反应器
向反应器中投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反 应达到平衡后，再以恒定流速连续流入底物溶液，同 时，以相同流速输出反应液（含产物）
如果底物和产物在反应器中不够稳定的话，可以采用高浓度的酶，以 减少底物和产物在反应器中的停留时间，从而减少损失。
防止微生物污染 酶反应器操作中，生产能力逐渐降低，主要原因是固定化酶活性降低
或损失。造成固定化酶活性损失的原因： – （1）酶本身的失活； – （2）酶从载体上脱落；
2 – （3）载体的破碎或溶解。 6
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– 1999年英国PPL医疗公司培育出100只转基因羊， 其奶水中含有用于医疗的人体蛋白，能够治疗严重 呼吸系统疾病、血友病和先天发声缺陷等
– 荷兰一家公司培育出一批转基因牛，这些牛的乳 汁中含有人乳铁蛋白。人乳铁蛋白可以抑制人胃肠 道的细菌感染。
– 中国科学院上海遗传所和复旦大学合作，培育出5 只含有人体某种基因的转基因羊，这些羊的乳汁中 含有能治疗血友病的珍贵药物。
定的，故可反复使用 4.成本相对较低，便于普及
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算是生物电子的一个综合,包含了不少内容.
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四、生物传感器的应用
生命科学与卫生保健 食品检测 工业及环境 。。。。
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生命科学与卫生保健
主要有： 家用便携诊断 医学诊断、检测 基因、蛋白测定 细菌、病毒分析 药物分析 病原体测试（如传染病控制）
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第九章酶反应器和酶传感器
第一节酶反应器
一、生物反应器概述
利用生物催化剂将原料转化成有用物质的生产过程,称为生物反应过程。
通常,生物反应过程包括四个组成部分:
(1原材料的预处理。
(2生物催化剂的制备。
(3生物反应器的选择及反应条件的调控。
(4产物的分离提纯。
在生物反应过程中,生物反应器(Biological Reactor是用于完成生物化学反应(酶促反应的核心装置。
利用生物工程技术进行生产的过程统称为生物反应过程,在这一过程中,生物反应器起着极其重要的作用,它是实现生物技术产品产业化的关键设备,是连接原料和产物的桥梁。
生物反应器设计的主要目标是,使产品的质量提高,生产成本降低。
为了达到上述标准,对生物反应器提出下列要求:
(1.所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度。
(2.能用电脑自动检测和调控,从而获得最佳的反应条件。
(3.应具有良好的传质和混合性能。
(4.应具有最佳的无菌条件。
二、固定化酶反应器的类型及特点
固定化酶反应器和固定化细胞反应器,二者的构造、性能基本一致。
固定化酶反应器有下列各种类型:
1.间歇式酶反应器
特点是底物与酶一次性投入反应器内,产物一次性取出;酶回收后转入下一批反应。
2.连续搅拌釜式反应器
特点是达到平衡后以恒定的流速连续流入底物溶液,同时,以相同流速输出反应液(含产物。
3.填充床反应器
将固定化酶填充于反应器内,制成稳定的柱床,然后,通入底物溶液,在一定的条件下实现酶催化反应,以一定的流速,收集输出的转化液(含产物。
4.流化床反应器
特点是底物溶液以足够大的流速,从反应器的底部向上通过固定化柱床时,便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。
5.连续搅拌罐——超滤膜反应器
特点是在连续搅拌釜式反应器出口处设置一个超滤器。
6.其他类型反应器
三、对固定化酶反应器的选择
影响酶反应器选择的因素很多,但一般可以从以下几个方面考虑:
1.固定化酶的形状
2.底物的物理性质
3.酶反应动力学特征
4.固定化酶稳定性
5.操作要求及反应器费用
四、固定化酶反应器的操作
1.操作中存在的问题
搅拌的问题;使用高浓度的酶;游离酶的处理
2.酶反应器生产能力下降的原因及对策
在酶反应器操作过程中,其生产能力是逐渐下降的。
其原因是多方面的。
但是,主要原因是固定化酶活性的下降或损失。
造成固定化酶活性的损失可能有下列原因:
(1酶本身的失活;
(2酶从载体上脱落;
(3载体的破碎或溶解。
常用的对策:
(1为了防止变性,操作温度不宜过高,搅拌速度不宜过快;
(2为了防止中毒,要求所用试剂和水不含毒物;
(3为了防止微生物污染,可以提高操作温度,并使反应液pH的尽量偏离中性。
第二节酶传感器
一、生物传感器概述
生物传感器是一种分离测试装置,用于测定混合物中某中物质的浓度。
它具有专一、快速、简便、准确的优点。
生物传感器由感受器和换能器两部分组成。
感受器又称为分子识别元件,是由生物活性物质与固相载体结合而成。
换能器能将化学信号或物理信号转变为电信号。
根据生物活性物质的不同,可以将生物传感器分成下列几种类型:
1.酶传感器其感受器是固定化酶
2.微生物传感器其感受器是固定化微生物细胞
3.免疫传感器其感受器是固定化抗原或固定化抗体
4.组织传感器其感受器是固定化动物或植物的组织切片
5.亚细胞传感器其感受器是固定化细胞器
二、酶传感器的结构与工作原理
1.酶传感器以固定化酶作为感受器,以基础电极作为换能器的生物传感器。
根据感受器与基础电极结合方式的不同,将酶传感器分为电极密接型和液流系统型。
2.酶传感器的工作原理把酶电极插入待测溶液中,此时,固定化酶专一地催化混合物中目的物质发生化学反应,产生某种离子或气体等电极活性物质(生化信号,再由基础电极对其作出选择性响应,将生化信号转变成电信号,然后,经过放大、数据处理,由记录仪给出混合物溶液中目的物质的浓度数据。
三、酶传感器的制备及性能
(一酶传感器的制备
1.制备酶传感器的一般步骤
(1选择酶,选择能专一性催化目的物质发生化学反应的酶。
(2酶与固相载体结合成固定化酶。
(3选择基础电极。
(4将固定化酶与电极连接。
2.几种常见酶传感器的制备
(1透析膜包扎法
(2聚丙烯酰胺固定化酶涂层法
(3交联酶涂层法
(二酶传感器的性能
1.稳定性
酶电极的稳定性可以用使用时间和使用次数来表示。
为了得到准确的测定数据,每次使用时都要重新做校正曲线,如果校正曲线的斜率保持不变,则酶电极可以使用。
2.响应特性
从酶电极插入被测试样到获得稳定测定值的电信号所需要的时间,称为响应时间。
3.恢复时间
酶电极在完成第一个样品测定之后,不能立即作第二个样品的测定,需要充分洗涤酶电极,洗涤的时间称为恢复时间。
4.测量范围
测量范围是指酶电极电位对目的物质浓度存在线性关系的底物浓度范围。
5.测定中的干扰
酶电极在测量过程中常常受到干扰,从而影响测量的准确性。
四、酶传感器的应用
酶电极具有测试专一、灵敏、快速、简便、准确的优点,并且稳定性较好,可以使用几十次到几百次。
因此,它已广泛地应用于发酵过程、临床诊断、化学分析,以及环境检测等各个方面。
不少酶电极已经商品化了,用于测定下列许多物质的含量:葡萄糖、尿素、尿酸、乳酸、乙酸、赖氨酸、乙醇、胆碱、乳糖、果糖、蔗糖、过氧化氢等物质。
在发酵过程中,已正式用酶电极监测发酵液中各种物质浓度的变化,可以及时获得预期的信息(一次参数,经过电子计算机处理,可获得二次参数,用以指导发酵生产,以便对发酵生产过程作出更精确的调控。
在临床诊断中,把固定化诊断酶制成酶电极,更加体现酶法诊断的精确性,易于进行数据处理和确定病因。
在环境监测中,酶电极用于野外检测,具有简便、快速、准确的优越性。
(五酶电极
将酶固定在薄膜(如醋酸纤维素薄膜上,制成酶膜,然后将酶膜与离子选择性电极相结合,便制成了酶电极。
八、酶在食品保鲜中的应用
食品保鲜是食品加工、运输和保存过程中的一个重要课题,常见的保鲜技术主要有添加防腐剂或保鲜剂和冷冻、加热、干燥、密封、腌制、烟熏等。
但在人们对食品安全问题呼声日益高涨的今天,对食品质量或人体健康产生不良影响的
传统方法正在受到人们的抵制,酶法保鲜也应运而生,作为一种崭新的食品保鲜技术正在崛起。
酶法保鲜的原理是利用酶的催化作用,防止或消除外界因素对食品的不良影响,在较长的时间内保持食品原有的品质和风味。
1.利用葡萄糖氧化酶保鲜
a.食品的除氧保鲜
葡萄糖氧化酶是一种氧化还原酶,它可催化葡萄糖与氧反应,生成葡萄糖酸和双氧水,有效地防止食品成分的氧化作用,起到保鲜的作用。
b.蛋类制品的脱糖保鲜
葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下,将蛋类制品中的少量葡萄糖除去,而有效地防止蛋制品的褐变,提高产品的质量。
2.利用溶菌酶保鲜
用一定浓度的溶菌酶溶液对水产品进行喷洒即可起到防腐保鲜效果。
这样既可节省冷冻保鲜的高昂的设备投资,又可防止盐腌、干制引起产品风味的改变,简单实用,易于推广。
在干酪、鲜奶或奶粉中,加入一定量的溶菌酶,可防止微生物污染,保证产品质量,延长贮藏时间。
在香肠、奶油、生面条等其他食品中,加入溶菌酶也可起到良好的保鲜作用。
此外,黑豆通过酶处理制成的豆豉比黑豆的营养价值高。