酶催化技术在医药工业中的应用
摘要：近10年来随着生物技术的发展，酶催化技术已愈来愈多地用于有机合成，特别是不对称合成、光学活性化合物及天然产物的合成,已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。本文介绍了酶和细胞固定化、非水相介质中的酶催化、低共熔酶催化反应和酶催化反应与分离的祸合等酶催化技术的研究进展,以及酶催化技术在制药工业和临床诊断及治疗上的应用。
关键词：酶催化医药工业应用
酶作为一种高效生物催化剂,具有高度的特异立体选择性及区域选择性,并在常温、常压和pH值中性附近条件下具有十分高效的催化活力。利用酶的高效选择性催化作用可制造出种类繁多的目的产物,避免了化学法合成中的许多不足。目前,酶催化技术在医药方面的应用是当前最为关注的领域之一,这主要是因为医药产品一般附加值高，且大多是光学活性物质，作为十分优良的手性催化剂—酶,用于多种高效手性药物的合成及制备将十分有效,潜力巨大。在生物学和化学领域中,作为绿色化学和手性技术的总要组成,酶催已经成为重点研究对象。
1、酶催化简介
酶催化可以看作在酶的表面吸附了反应物,或者是酶与反应物形成了中间化合物后进行反应。酶催化是酶的减慢或者加速化学反应作用。在多数情况下,化合物作为底物的能力的丧失,其原因是因为底物分子中微小结构产生变化所致。作为一种绿色的手性技术,酶催化工艺已经是化学制药领域重点研究的课题之一。酶催化剂催化的反应可在水中进行,其具有较高的立体选择性和区域选择性,反应条件较为温和是没催化剂催化的特点。随着人类环保意识的提高,制药工业对手性化合物需求的增加,使人们进一步认识了没催化剂。现代基因工程的应用以及生物技术的高速发展,也降低了生产酶成本。作为有机化学合成工具,没催化剂的优点在于选择性好、合成步骤少、多数能够在水相中进行、反应条件温和、催化效率高等。为了进一步提高酶催化剂的适应性和稳定性,利用生物工程改造和筛选酶催化剂。
2、酶催化技术的研究进展
随着生命学科的迅速发展和人们对生物大分子结构与功效认识的不断深人,对酶催化技术的研究及创新已取得了长足的进步。主要表现在以下几方面:
2.1 酶和细胞固定化技术
在实现酶催化生化或化学反应过程中,酶固定化技术可使酶长期反复和连续运行、大幅降低酶的应用成本、精简下游分离工艺,这已成为一个最主要和基础的酶催化技术,现已发展了吸附、共价、交联、包埋、微胶囊、膜法等数十种固定化方法（1）,而对多酶系统的共固定化及完整细胞的固定化则是对酶固定化技术的重要发展（1）。多酶系统的共固定化比单酶固定化成本更低、稳定性更高,并可
进行多酶协调催化反应,提高酶的催化效率。酶和细胞固定化技术现已获得了一批大规模工业应用的成功。Nishida等人（2）利用联合固定化棒杆菌和脱氨副球菌细胞体系,从乙酞氨基肉桂酸合成L-苯丙氨酸取得了很好的结果,其L-苯丙氨酸的产率明显高于两步分开的序列反应。胡永红等（3-7）及徐虹等（8）利用固定化细胞生产手性L-苹果酸及L-丙氨酸的生产成本均比相应的游离细胞生产工艺有较大幅度的降低。
2.2 非水相介质中的酶催化技术
传统的酶催化反应主要在水相中进行,但1987年Kilibanov（9-10）等用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酞胺以来,对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加（10-11）,特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系:①水与有机溶剂的互溶均相体系;②水与有机溶剂形成的两相或多相体系;③单相有机溶剂体系;④反胶束体系;⑤超临界液体;⑥低温体系等。不同的介质体系都有各自的适用范围,研究在不同介质中的酶催化反应动力学及热力学平衡以及酶催化机制将对某一特定催化反应所需介质的筛选和使用起到十分重要的指导意义,樊可可和欧阳平凯在两相体系酶催化反应介质的选取方面做了很多的实验及理化研究,已初步归纳出经实验验证行之有效的两相体系中酶促肽键合成反应介质的筛选原则。
2.3 低共熔酶催化反应技术
在有机相中进行的酶催化反应,找到一个合适的有机溶剂,既要使它对反应底物有良好的溶解性而又不使酶失活,且对反应平衡移动有利常常是困难的;另外,大量的有机溶剂往往会造成对环境的污染,回收或处理有机溶剂需要增加成本。正是由于上述原因,90年代初由Vulfson等人首先报道了应用液固共存的低共熔体系来克服有机相中的酶催化反应技术的局限性。在不用任何溶剂的条件下,他们分别用固定化的枯草杆菌蛋白酶和胰乳蛋白酶将一系列氨基酸酯和氨基酞胺组成的低共熔底物体系催化合成了一系列的多肽化合物,产率超过80%。这一新型的酶催化反应体系与水相体系及有机相体系相比具有以下几个显著优点:①反应底物浓度高,反应速度快,产物收率高,副产物少,可较大幅度地缩短反应时间;②不用或极少用溶剂,减少对环境的污染,也大大减少了有机溶剂对酶催化活力及选择性的影响;③大大降低了产物分离及纯化的成本。因此低共熔酶催化反应被认为是一项新型的清洁高效反应技术,现已在多肽化合物、脂、手性化合物的拆分及特殊表面活性剂的制备上得到了应用（12-15）。然而,严格按照物化概念上构成低共熔反应底物体系还是非常困难的,体系也十分有限。vulfson等人（15）在上述工作的基础上提出通过加入极少量的助溶剂(有机或无机成分)形成多组分低共熔体系或拟低共熔体系来克服上述困难。沈树宝等人（16）通过筛选合适的助溶剂,用嗜热蛋白酶在拟低共熔状态下催化合成了阿斯巴甜前体—节氧拨酞天门冬氨酞苯丙氨酸甲酯(zAPM),其产物收率高达95%,明显优于文献中用两相体系
合成zAPM的结果;而且反应时间仅需2h,是用两相体系方法所需时间的25%。目前,南京化工大学国家生化工程研究中心还在将该技术推广到多肽药物的合成及蔡普生手性药物的拆分和DL-氨基酸的拆分上。值得一提的是利用低共熔酶促反应技术对手性对映体化合物的酶法拆分要比常规的酶法拆分在对映体的选择性上有较大的提高,从而可提高产品的光学纯度（17）。
2.4 酶催化反应与分离的祸合技术
为了克服酶催化反应中底物或产物浓度较高时可能对反应生的抑制作用,及加快反应向生成产物方向移动,将酶催化反应与某种合适的分离过程相藕合是一个十分有效的手段,可大大提高产物收率,降低原料消耗。因此酶催化反应与分离祸合技术已成为当今酶催化技术中的一个研究热点。胡永红等人（18-19）在用酶催化转化法生产L-苹果酸时,应用在生物反应器内原位结晶分离产品的方法,实现了酶催化反应与分离的有效祸合,使反应底物富马酸的转化率达99.9%,生产成
本大幅降低;而且这种藕合不需要增加设备投资,工艺简单便于操作。徐虹等人（20-21）也在L-丙氨酸酶法生产中使用了类似的反应与分离技术,也同样取得了良好的结果,对L-天门冬氨酸的转化率近100%,最终L-丙氨酸的收率达90%。
3、酶催化技术在医药工业的应用
3.1 在制药工业中的应用
应用酶催化技术可以生产许多成品药及医药中间体。它是通过以制造初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物及催化转化和拆分等形式来进行的。这已成为当今新药开发和改造传统制药工艺的重要手段,特别在手性药物及中间体的生产中更有广泛的应用前景。以下重点介绍几个制药领域中酶催化技术的应用:
（1）氨基酸（22）化学合成的氨基酸均D,L混旋型产物,药效差。50年代以来猪肾和米曲氨基酰化酶已被用来拆分乙酰-D,L-氨基酸。1969年日本田边制药会社成功地利用固定化酶催化技术连续拆分D,L-氨基酸,生产L-氨基酸和乙酰-D-氨基酸,乙酰-D-氨基酸用化学消旋后再在固定化酶柱上拆分大量生产L-苯丙氨酸、撷氨酸、甲硫氨酸、色氨酸和丙氨酸。日本左右田等以α-酮酸为起始原料,在D-氨基酸转氨酶、谷氨酸消旋酶、谷氨酸脱氢酶及甲酸脱氢酶这4种酶的作用下,开发了D-氨基酸的合成方法。南京化工大学国家生化技术工程中心则成功地利用较廉价的α-苯丙酮酸,通过转氨酶等催化生产L-苯丙氨酸并联产副产物丙酮酸。Kula等（23）开发了酶拆分一原位连续再生辅酶系统一膜分离藕合工艺,可自动化控制及扩大规模生产L-氨基酸。南京化工大学国家生化工程研究中心成功地利用多酶系统从D-对羟苯海因转化合成D-对羟苯甘氨酸,目前正在开发与膜分离相结的新工艺,他们还开发了酶法与原位结晶分离藕合技术生产L-丙
氨酸的新工艺,并已成功进行了工业化生产。
（2）有机酸酶催化已用于柠檬酸、L-苹果酸、L-酒石酸、L-乳酸等多种具有光学活性有机酸的生产。胡永红等将酶催化与原位结晶分离技术祸合生产L-苹果酸,底物的转化率接近100%,大大降低了生产成本。
（3）抗生素多种青霉素酰化酶(如6-氨基青霉烷酸、氨苄青霉素和羟氨青霉素)、头孢菌素酰化酶(如7-烷基头孢烷酸)、链霉素等都是酶催化技术应用大规模抗生素工业生产的实例。
（4）肽类药物酶催化肽键合成可用来生产许多种多肽药物,如胰岛素、环孢菌素A等。酶催化合成甜味二肽是最为成功的例子。
3.2 在临床诊断及治疗上的应用（1）
固定化的细胞和酶在临床诊断及治疗上已得到了大量的应用,首先固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已超过120
余种,很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性,一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有:①将固定化酶用于体内作为治疗药物;②将固定化酶组装成体外生物反应器,通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多,如各种酶测试盒层出不穷,采用固定化酶柱反应器的IFA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、谷氨酸、乳酸、无机磷等。
参考文献
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酶在医药方面的应用 酶（enzyme），早期是指in yeast 在酵母中的意思，指由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂。大多数由蛋白质组成（少数为RNA）。能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。生命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖都是酶促反应过程。酶是细胞赖以生存的基础。细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。 生物体由细胞构成，每个细胞由于酶的存在才表现出种种生命活动，体内的新陈代谢才能进行。酶是人体内新陈代谢的催化剂，只有酶存在，人体内才能进行各项生化反应。人体内酶越多，越完整，其生命就越健康。当人体内没有了活性酶，生命也就结束。人类的疾病，大多数均与酶缺乏或合成障碍有关。 酶有很多特性：如高效性，酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快；专一性，一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽；多样性，酶的种类很多，大约有4000多种；温和性，是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。活性可调节性，包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共
价修饰调节和变构调节等。有些酶的催化性与辅因子有关。易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱，重金属盐等破坏。酶的这些性质使细胞内错综复杂的物质代谢过程能有条不紊地进行，使物质代谢与正常的生理机能互相适应．若因遗传缺陷造成某个酶缺损，或其它原因造成酶的活性减弱，均可导致该酶催化的反应异常，使物质代谢紊乱，甚至发生疾病．因此酶与医学的关系十分密切。每个细胞由于酶的存在才表现出种种生命活动，体内的新陈代谢才能进行。酶是人体内新陈代谢的催化剂，只有酶存在，人体内才能进行各项生化反应。 在生物体内，酶发挥着非常广泛的功能。信号转导和细胞活动的调控都离不开酶，特别是激酶和磷酸酶的参与。酶也能产生运动，通过催化肌球蛋白上ATP的水解产生肌肉收缩，并且能够作为细胞骨架的一部分参与运送胞内物质。一些位于细胞膜上的ATP酶作为离子泵参与主动运输。一些生物体中比较奇特的功能也有酶的参与；酶的一个非常重要的功能是参与在动物消化系统的工作。以淀粉酶和蛋白酶为代表的一些酶可以将进入消化道的大分子（淀粉和蛋白质）降解为小分子，以便于肠道吸收；在代谢途径中，多个酶以特定的顺序发挥功能：前一个酶的产物是后一个酶的底物；每个酶催化反应后，产物被传递到另一个酶。有些情况下，不同的酶可以平行地催化同一个反应，从而允许进行更为复杂的调控。
植物、动物以及微生物中都有酶，它们对细胞的功能具有重要的作用。酶已在啤酒、葡萄酒酿造业及食品加工业中应用了很多年。在这些行业中，它们被用来加工奶酪、改良人类消费所需的豆类及谷物、清洁柑橘类水果、制造稳定的浓缩果汁等。在纺织工业中，较为著名的是酶在传统的退浆工艺中的应用，而随着生物技术的发展，在纺织生产中酶的应用越来越多，从对纤维的改性到织物的漂白都有相应的酶制剂的使用。 1酶的认识 1．1酶的特性 催化剂是一类能改变反应速度，但不改变反应性质、反应方向和反应平衡点, 而且反应完成后其本身不发生变化的物质。酶是一种特殊的催化剂，作为催化剂它有一定的特点。 （1）高催化效率：在与无机或有机催化剂相比的情况下，酶的催化效率高达107 ~ 1012倍，某些酶甚至可加快反应速率高达1014倍。酶的这种高催化效率是因为酶能够显著降低反应过渡态能量。 （2）高度的专一性：酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。催化反应的专一性是酶最重要的特性之一, 是酶与其它非酶催化剂最主要的不同之处，这种原理通过图1所示的锁-钥匙原理可以形象的表达。 图1 锁-玥匙原理 （3）反应条件温和：酶来自生物体，因而一般酶催化反应均可在常温常压条件下进行，有利于生产控制，并可节约能源，降低设备成本。另外，酶催化反应都在弱酸、弱碱或中性条件下进行，对环境污染小，对设备的腐蚀小，生产安全性高。 1.2酶的作用机理和过程 酶和底物的作用机理和过程如下表示：酶与底物作用→形成酶和底物的复合物→生化作用→形成酶与底物过度态络合物→酶和生成物分离而释放反应生成物和原来的酶。这样可使整个反应的活化能降低, 从而加快了反应速度。生化反应完成后, 酶和生成物分离, 酶又可重新催化反应。 1.3影响酶活性的因素 酶催化反应的效率取决于以下因素：酶的浓度、反应物浓度、保温或反应时间、反应温度、系统的PH值、所存在的活化剂及阻化剂。 在最佳的温度和PH值下，酶的催化水解反应总的反应速度取决于形成酶反应复合物的时间和生成产物的时间。要使复合物易于形成, 酶的浓度应足够高。且在酶附近的反应物浓度也应较高。反应物的浓度太高,反而不利于反应进行。这是因为过多的反应集中于酶的连接点或反应点上, 形成瓶颈其中的一种或两种情况发生都会降低反应速率。若反应时间较长, 酶的用量应低一些，较高用量的酶可降低总的反应时间, 但也不能过高。
酶催化技术在医药工业中的应用 摘要：近10年来随着生物技术的发展，酶催化技术已愈来愈多地用于有机合成，特别是不对称合成、光学活性化合物及天然产物的合成,已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。本文介绍了酶和细胞固定化、非水相介质中的酶催化、低共熔酶催化反应和酶催化反应与分离的祸合等酶催化技术的研究进展,以及酶催化技术在制药工业和临床诊断及治疗上的应用。 关键词：酶催化医药工业应用 酶作为一种高效生物催化剂,具有高度的特异立体选择性及区域选择性,并在常温、常压和pH值中性附近条件下具有十分高效的催化活力。利用酶的高效选择性催化作用可制造出种类繁多的目的产物,避免了化学法合成中的许多不足。目前,酶催化技术在医药方面的应用是当前最为关注的领域之一,这主要是因为医药产品一般附加值高，且大多是光学活性物质，作为十分优良的手性催化剂—酶,用于多种高效手性药物的合成及制备将十分有效,潜力巨大。在生物学和化学领域中,作为绿色化学和手性技术的总要组成,酶催已经成为重点研究对象。 1、酶催化简介 酶催化可以看作在酶的表面吸附了反应物,或者是酶与反应物形成了中间化合物后进行反应。酶催化是酶的减慢或者加速化学反应作用。在多数情况下,化合物作为底物的能力的丧失,其原因是因为底物分子中微小结构产生变化所致。作为一种绿色的手性技术,酶催化工艺已经是化学制药领域重点研究的课题之一。酶催化剂催化的反应可在水中进行,其具有较高的立体选择性和区域选择性,反应条件较为温和是没催化剂催化的特点。随着人类环保意识的提高,制药工业对手性化合物需求的增加,使人们进一步认识了没催化剂。现代基因工程的应用以及生物技术的高速发展,也降低了生产酶成本。作为有机化学合成工具,没催化剂的优点在于选择性好、合成步骤少、多数能够在水相中进行、反应条件温和、催化效率高等。为了进一步提高酶催化剂的适应性和稳定性,利用生物工程改造和筛选酶催化剂。 2、酶催化技术的研究进展 随着生命学科的迅速发展和人们对生物大分子结构与功效认识的不断深人,对酶催化技术的研究及创新已取得了长足的进步。主要表现在以下几方面: 2.1 酶和细胞固定化技术 在实现酶催化生化或化学反应过程中,酶固定化技术可使酶长期反复和连续运行、大幅降低酶的应用成本、精简下游分离工艺,这已成为一个最主要和基础的酶催化技术,现已发展了吸附、共价、交联、包埋、微胶囊、膜法等数十种固定化方法（1）,而对多酶系统的共固定化及完整细胞的固定化则是对酶固定化技术的重要发展（1）。多酶系统的共固定化比单酶固定化成本更低、稳定性更高,并可
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酶在焙烤食品中的应用 摘要:自从19世纪酶被发现以来，酶工业经过几十年的发展得到了极大的进步。酶作为一种催化剂，已被广泛地应用于轻工业、医药学、环境保护、食品工业等各个生产领域。现在主要来介绍酶在烘焙食品中的应用。 关键词：酶、烘焙食品、应用 引言：自19世纪末德国生物学家毕希纳（Edward Buchner）证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶的名称以来，人类已经发现并鉴定出3000多酶。酶作为一种催化剂，已被广泛地应用于食品工业的各个生产领域。目前，随着越来越多的添加剂被禁用，如何使用天然无害具有替代功能的产品，成为广大焙烤食品及面粉企业关注的焦点，与此同时，酶操作条件更便于操作，在常温、常压下就能进行。与以前的化学催化剂相比，酶反应显得特别温和，而且更
为安全，这对避免食品营养的损失是很有利的，因此酶制剂就能用来代替某些被禁用的添加剂，达到安全要求。现在来介绍酶在烘焙食品中的应用。 正文： 在淀粉类食品的加工中，多种酶被广泛地应用，主要有α- 淀粉酶、β- 淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、葡萄糖异构酶等。淀粉可以通过酶水解作用生成糊精、低聚糖、麦芽糊精和葡萄糖等产物，这些产物又可进一步转化为其他产物。 1、淀粉酶 焙烤中淀粉酶的主要应用是在面包的制作过程中，利用淀粉酶能够改善或控制面粉的处理品质和产品质量（如面包的体积、颜色、货架寿命）。面粉中添加α- 淀粉酶，可调节麦芽糖生成量，使二氧化碳产 生和面团气体保持力相平衡，添加β- 淀粉酶可改善糕点馅心风味，还可防止糕点老化。淀粉酶在各类食品中用于将淀粉转化为糊精、糖，增加吸收水分能力。淀粉酶在焙烤食品中增加酵母在发酵过程中的糖含量。 在面包生产中采用麦芽和微生物α- 淀粉酶，已有数十年的历史。随着焙烤工业的发展，以及消费者对天然食品的需求日益增加，酶在面包配方中所扮演的角色愈来愈重要。试验表明，向面粉中添0.1% 的淀粉酶，就可以使面粉变得完善，大大改进产品的质量，因此国外都
多种酶在食品中的应用 学生：李慧娜指导老师：胡亚平所在学校：湖南农业大学 摘要：酶是生物活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质。酶的催化效率高，具有很高的专一性，需比较温和的条件。因此，酶在食品科学中相当重要，通过酶的作用能引起食品原料的品质发生变化，也能在比较温和的条件下加工和改良食品。食品加工中几种重要的酶有淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、多酚氧化酶、脂肪酶以及其他一些氧化酶等。酶在食吕保藏中也起着非常重要的作用。酶不仅影响着食品的感观功能而且也影响着食品的营养功能。不同的酶在在不同的产品中发挥着不同的作用。 关键词：多种酶食品应用 随着食品工业的快速发展，人们的食品安全和健康意是益增强，对食品的要求愈来愈高。为了让人们吃得放心，吃得健康，研究酶在食品中的应是一个具有重大意义的项目。目前，绿色健康消费已经成为新的消费时尚，首选绿色天然食品的观念已在消费者心中根深蒂固，酶法保鲜广泛应用于食品的贮藏之中。因此，大力推广酶在食品贮藏中的应用已成为广大消费者的心声。由于酶的高效性，专一性，以及影响反应速度的因素的可控制性使得酶的研究逐具有广大的前景。 一、酶对食品感观功能的影响以及营养功能的影响 （一）酶对食品感观功能的影响 内源酶类对食品的风味、质构、色泽等感观质量具有重要的影响，其作用有的是期望的，有的是不期望。如动物屠宰后，水解酶类的作用使肉嫩化，改善肉食原料的风味和质构；水果成熟时，内源酶类综合作用的结果会使各种水果具有各自独特的色、香、味，但如果过度作用，水果会变得过熟和本酥软，甚至失去食用价值。 （二）酶对食品营养功能的影响 脂肪氧合酶催化胡萝卜素降解而使面粉漂白，在蔬菜加工过程中则使胡萝卜素破坏而损失维生素A源；在一些用发本酵方法加工的鱼制品中，由于鱼和细菌中的硫胺素酶的作用，使这些制品缺乏维生素B1；果蔬中的Vc氧化酶及其它氧化酶类是直接或间接导致果蔬在加工和贮存过程中维生素C氧化损失的重要原因之一。 二、多种酶在食品中的应用 （一）淀粉酶 淀粉酶在食品工业上应用很广泛。淀粉酶制剂是最早实现工业化生产和产量最大的酶制剂品种，约占整个酶制剂总产量的50%以上，被广泛应用于食品、发酵及其他工业中。 淀粉酶用于酿酒、味精等发酵工业中水解淀粉；在面包制造中为酵母提供发酵糖，改进面包的质构；用于啤酒除去其中的淀粉浑浊；利用葡萄糖淀粉酶可直接将低黏度麦芽糊精转化成葡萄糖，然后再用葡萄糖异构酶将其转变成果糖，提高甜度等。目前商品淀粉酶制剂最重要的应用是用淀粉制备麦芽糊精、淀粉糖浆
第2节酶在工业生产中的应用 (时间：30分钟满分：50分) 一、选择题(共6小题，每小题4分，共24分) 1．根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列属于胞外酶的是 ()。 A．呼吸酶B．RNA聚合酶 C．DNA聚合酶D．胰蛋白酶 解析胰蛋白酶属于消化酶，存在于消化道内，其余的酶在细胞内发挥作用。 答案 D 2．下列属于氧化还原酶的是()。 ①乙醇脱氢酶②琥珀酸脱氢酶③淀粉酶④丙酮酸羧化酶⑤谷丙转氨 酶⑥葡萄糖磷酸异构酶 A．①③B．③④C．⑤⑥D．①② 解析脱氢酶属于氧化还原酶。 答案 D 3．酶工程中酶制剂的生产按顺序排列为()。 ①酶的分离纯化②酶的固定化③酶的生产④酶的提取 A．①③②④B．③②①④ C．③④①②D．④①②③ 解析酶制剂的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等。人们提供必要的条件，利用微生物发酵来生产酶的过程，叫做酶的生产。微生物发酵生产的酶种类很多，但是每种酶在培养液中的含量却很低，因此需要提取。提取液中含有多种酶、细胞代谢产物和细胞碎片等，要想获得所需要的某一种酶，就必须再进行酶的分离和纯化。为防止反应结束后酶制剂与产物混合在一起，又可以反复使用酶制剂，可以将酶进行固定化。 答案 C 4．下列不属于固定化酶在利用时的特点的是()。 A．有利于酶与产物分离 B．可以被反复利用 C．能自由出入依附的载体
D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应 解析固定化酶是采用包埋法、化学结合法或物理吸附法将酶固定在一定载体上，所以固定化酶不能自由出入依附的载体。 答案 C 5．在果汁生产中加入果胶酶的目的是()。 A．分解纤维素 B．增加果汁的营养成分 C．增加果汁的黏稠度 D．使榨取果汁变得更容易，并使果汁澄清 解析果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使得浑浊的果汁变得澄清。 答案 D 6．下列关于淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶的说法中，不正确的是()。 A．淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶的化学本质均为蛋白质 B．淀粉酶生产的历史长，用途广，是工业生产中最重要的一类酶 C．在植物细胞杂交中需要应用纤维素酶 D．蛋白酶不能水解淀粉酶和纤维素酶 解析由于淀粉酶、纤维素酶的化学本质均为蛋白质，故蛋白酶能够水解淀粉酶和纤维素酶，因此D 项不正确。 答案 D 二、非选择题(共2小题，共26分) 7．(14分)为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。请回答下列问题。 水温/℃10 20 30 40 50 组别甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙清除血渍 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67 时间/min
酶工程的资料 一、酶工程内容： （一）“产酶”模块，包括微生物发酵产酶、细胞工程产酶和现代分子技术产酶等； （二）“分离酶”模块，包括酶的酶学性质、酶的分离纯化等； （三）“改造酶”模块，包括酶的分子修饰、酶的固定化和酶的有机催化等； （四）“用酶”模块，包括酶在医药、食品、轻化工、环境保护和生物技术等方面的应用。 二、酶的基因工程与蛋白质工程 酶是具有催化功能的蛋白质，其催化的多样性已使其在生物产业中得到广泛应用。应用自然界酶分子进化原理，构建具有实际应用所需的高催化效率、高稳定性的酶是蛋白质工程研究的重要目标。随着人们对酶的三级结构了解的增加，越来越多的合理设计方法，比如定点突变和结构域重组，被用来改变酶的性质和功能。通过合理设计改造的酶，不仅在工业和医药等方面起着重要作用，也加深了人们对于蛋白质结构-功能关系的认识。结构域重组是自然界中蛋白质进化的一个重要途径，也是人工设计和改造酶蛋白的有效策略。天然存在的与多种功能和性质相关的蛋白质结构域为人们构建新型酶蛋白提供了重组素材。传统的结构域重组方法通过重组同源蛋白质的结构域，已经成功地构建出了许多嵌合酶。它们或具有新的催化活力，或改变了底物特异性，或在稳定性上获得了提高，等等。一般来讲，重组亲本的同源性越低，嵌合酶获得新功能的可能性越大。重组低同源性的亲本蛋白质的困难在于，来源于不同亲本的结构域在重组过程中往往会破坏结构域界面上的相互作用，导致无活力的嵌合酶。因此，蛋白质工程的合理设计需要加深对蛋白质进化机制的理解，以及有效地构建嵌合蛋白质的新策略。 蛋白质的合理设计是最早出现的蛋白质工程方法，它发展迅速并有着广泛的应用。合理设计是在对蛋白质结构-功能关系的认识的基础上，通过定点突变等技术对蛋白质的性质和功能进行改造的一种方法。应用合理设计改造蛋白质依赖于对蛋白质三级结构的了解。随着计算生物学的发展，即使目标蛋白质并没有获得解析的晶体结构，人们也可以通过与其同源的蛋白质结构进行计算机同源建模，获得其可能的结构。理论与实验相结合的特性使得合理设计成为研究蛋白质结构-功能关系的强有力的途径。根据设计所涉及的范围，合理设计可以分为如下几类： 1 定点突变（site-directed mutation） 定点突变是指通过聚合酶链式反应（PCR）等技术向目的 DNA 片段中引入所需变化，包括碱基的添加、删除、点突变等[5]。定点突变能迅速、高效地提高 DNA 所表达的目的蛋白的性质。
20 ～ 20 学年度第学期 教师课时授课教案 学科系：医学院授课教师： 专业：科目：生物化学 教研室主任签字：学科系系办主任签字：年月日年月日
第二节酶促反应的特点与作用机制 一、酶促反应的特点 酶是一类催化剂，具有一般催化剂的特征:在化学反应前后没有质和量的改变;只能催化热力学上允许进行的反应;只加速可逆反应的进程，不改变平衡点;对可逆反应的正反应和逆反应都具有催化作用。但酶的化学本质是蛋白质，又具有一般催化剂所没有的特征。 (一）高度的催化效率 酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107-1013倍。例如蔗糖酶催化蔗糖水解的速率是H+催化作用的2.5×1012倍，脲酶催化尿素的水解速率是H+催化作用的7×1012倍，且不需要较高的反应温度。研究表明，酶能更有效地降低反应的活化能，使参与反应的活化分子数量显著增加，从而大大提高酶的催化效率。 (二)高度的专一性 一种酶只能催化一种或一类化合物，或一种化学键，发生一定的化学反应，生成一定的产物，这种特性称为酶的专一性或特异性。根据酶对底物选择的严格程度不同，酶的专一性可分为三种类型。 1.绝对专一性酶只作用于某一特定的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定的产物，称为绝对专一性。例如，尿酶只催化尿素水解成NH3和CO2，而对尿素的衍生物如甲基尿素没有催化作用。 2.相对专一性有些酶能作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的选择性称为相对专一性。如磷酸酶对一般的磷酸键都能水解，不论是甘油磷酸酯，还是葡萄糖磷酸酯;蔗糖酶不仅水解蔗糖，
也能水解棉子糖，使之生成蜜二糖和果糖。 3.立体异构专一性有些酶对底物的立体构型有要求，仅作用于底物的一种立体异构体，这种特性称为酶的立体异构专一性。如L-氨基酸氧化酶只作用于L-氨基酸，对D-氨基酸则没有催化作用;淀粉酶只能水解淀粉中的α-1，4-糖苷键，而不能水解纤维素中的β-1，4-糖苷键。 (三)酶具有不稳定性 酶所催化的反应都是在比较温和的条件下进行的，如常温、常压、接近中性的环境等。由于酶的化学本质是蛋白质，任何能引起蛋白质变性的理化因素，如强酸、强碱、重金属盐、高温、紫外线、X射线等均能影响酶的催化活性，甚至使酶完全失活。 (四)酶促反应具有可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应内外环境变化和生命活动的需要。例如在细胞内酶的分布具有区域化;酶原的激活使酶在合适的环境被激活和发挥作用;代谢物对关键酶、变构酶的抑制与激活和酶的共价修饰等调节;酶的含量受到酶蛋白合成的诱导、阻遏与酶降解速率的调节。 二、酶的作用机制 (一)酶能更有效地降低反应活化能 在任何一种热力学允许的反应体系中，底物分子所含能量各不相同，只有那些能量达到或超过一定水平的过渡态分子(即活化分子)オ有可能发生化学反应，底物分子达到活化分子所需要的最小能量称为
纤维素酶在纺织工业中的应用 报告人：张雨菲16300270102 一、技术原理 纤维素酶(Cellulase)是一种复合酶，是由降解纤维素的一组酶的总称。 将纤维素酶分离可分为C1酶、Cx酶、葡萄糖苷等三种组分。用纤维素酶降解纤维素，C1酶仅能作用于纤维素的结晶部分，主要分解产物为纤维素二果糖；Cx酶仅能作用于可溶性纤维素的衍生物和膨胀或部分降解纤维素；葡萄糖苷分为外切β-1，4-葡聚糖酶和内切β-1，4-葡聚糖酶。内切β-1，4-葡聚糖酶可以随机切断纤维素链的β-1，4-苷键；外切β-1，4-葡聚糖酶可从纤维素链的非还原性末端分解下葡萄糖单位。它们的水解产物为纤维素二糖、纤维素寡糖和葡萄糖。葡萄糖苷酸可使C1酶、Cx酶的水解产物转化为葡萄糖。三种酶各有专一性，但能相互协调。 由纤维素酶催化的三种类型的反应：内切酶、外切纤维素酶、β-葡糖苷酶 纤维素酶的β-葡糖苷酶活性的细节
纤维素酶的作用机制非常复杂，现在为止还没有完全弄清楚。除了各组分对纤维素分子的分解作用，目前越来越多的研究显示纤维素酶各组分之间有协同作用。不过，大体上它的水解作用可以分为以下几步:(1)酶分子从水相转移到纤维的表面；(2)酶分子与纤维表面结合，形成E+S的复合物；(3)把水分子转移到酶与底物复合物的激活位点；(4)在酶与底物的复合物催化下，水与纤维的接触表面发生发应；(5)产生的产物转移到水相中。 二、技术应用 ①减量处理 纤维素织物用纤维素酶处理都伴随着纤维的减量或失重，并引起许多性能变化。减量处理主要是改善织物的柔软、弹性和悬垂性。棉织物经过纤维素酶整理后，手感和外观可以有很大的改善。因为织物表面的绒毛被去除，处理后的织物更光洁、颜色更鲜艳。织物的硬挺度和刚性降低，光滑度和悬垂性提高，使织物获得更好的手感。 ②生物抛光处理 生物抛光是一种用纤维素酶改善棉织物表面的整理工艺，以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度。天然纤维素的结构复杂，结晶度高，在一定酶浓度和时间条件下很难把纤维素完全水解成葡萄糖单体，仅对织物表面或伸出织物表面的茸毛状短小纤维作用。生物抛光也就是去除从纤维表面伸出的细微纤维，经纤维素酶处理后稍经机械加工就可以得到表面平滑而茸毛少的织物。生物抛光的主要功效是使服装和面料长久保持光鲜、手感更柔软。 ③水洗和石磨处理 纤维素酶还广泛应用于牛仔裤产品的洗涤加工，代替石洗加工工艺。最早应用在靛蓝牛仔服装的洗涤整理上，以获得与石磨相同的染料脱色，洗白等褪色防旧效果。这种加工的原理是，首先将牛仔服装上的浆料充分去除，充分发挥纤维素酶对牛仔服装表面的剥蚀作用；纤维素酶仅对牛仔服装表面部分水解，造成纤维在洗涤时发生脱落，在纤维素酶处理时，牛仔服装在转鼓中不断发生摩擦，加速服装表面纤维的脱落，并使吸附在纤维表面的靛蓝等染料一起去除，产生石磨洗涤的效果，并具有独特的外观和柔软的手感。 ④其它处理 除上述处理外，纤维素酶还与脂肪酶、果胶酶共同应用于棉织物的精练加工，去除棉纤维中的天然杂质，为后续染色、印花和整理加工创造条件。酶精练后的织物润湿性、强度保留率与碱精练相同，失重率较少，耗水率低。纤维素酶整理也用于粘胶、Lyocell和醋酸纤维织物，能改善织物的手感、悬垂性，去除织物表面的绒毛，减少了粘胶织物的起球倾向和Lyocell织物的原纤化倾向。苎麻织物存在手感粗糙性差、穿着刺痒感问题，严重影响了苎麻织物的服用性能，通过纤维素酶减量整理，能够使织物获得柔软的手感和光洁的布面，刺痒感消失或改善。 三、技术优缺点 优点：①纤维素酶处理具有环保、节能、高效、无毒等特点，其副产品和废液可以作为肥料, 对环境无害。②酶具有专一性, 特定的酶只能水解特定的化学键。③酶在温和的温度、pH 和压力下使用。 缺点：①使用酶会提高成本,。②且酶对温度、pH 、湿度和污染物敏感。 ③酶的货架期比化学药品短。
酶在生活和生产当中的应用 1.洗涤剂工业： 加酶洗衣粉——碱性蛋白酶类易于洗去衣物上的血渍、奶渍等污渍。 2.乳制品工业： 凝乳酶——奶酪生产的凝结剂，并可用于分解蛋白质。 乳糖酶——降解乳糖为葡萄糖和半乳糖，获得没有乳糖的牛乳制品，有利于乳品的消化吸收。 3.纺织工业： 淀粉酶——广泛地应用于纺织品的褪浆，其中细菌淀粉酶能忍受100～110℃的高温操作条件。 纤维素酶——代替沙石洗工艺处理制作牛仔服的棉布，提高牛仔服质量。 4.医疗和药品工业： 胰蛋白酶——用于促进伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织，抑制污染微生物的繁殖。 5.酿酒工业： 麦芽中的淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶——将酿酒原料淀粉和蛋白质降解成能被酵母利用的单糖、氨基酸和肽，从而提高乙醇的产量。 1.洗涤剂和个人用品工业用酶： 洗涤剂是工业用酶最大的应用领域。在洗衣、洗碗、公共清洗及隐形眼镜等的清洗中，酶无处不在。蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、可除去衣领、袖口处的污渍及血渍、菜渍、油渍等一系列生活污垢；而纤维毒酶的参与则通过对棉织物纤维的修复作用而达到“织物复新” 的效果。 含有淀粉葡萄糖和葡萄糖氧化酶的牙膏及漱口液可防止牙菌班的形成，减少口臭。将来，多酚氧化酶在合适的介质中可完成生物染化的工作。这将使爱美人进一步心再的心为美丽而付出受化学品毒害的代价。 2酶在食品工业的应用： 3酶在纺织品整理中的应用：
4.饲料工业用酶： 5啤酒工业酿造用酶：传统方法将谷物转化成啤酒的酶的来自麦芽。如要麦芽汗中酶活性变化或过低可能导致一系列质量问题：提取率低，麦汗分离时间长，发酵慢，啤酒的口味及稳定性差等。 工业酶可用来补充麦芽天然含有的酶，用辅料（玉米、小麦、大米、等淀粉类原料）酿啤酒，大麦酿啤酒时分别加入α淀粉酶、β-葡聚糖酶及蛋白酶可确保酿造质量。 麦芽汗分离和啤酒过滤是酿酒工艺两个常见的难关。在糖化过程中的β葡聚糖酶和戊聚糖酶的应用可解决这些问题。 啤酒发酵初期酵母产生的双乙酰使啤酒有一种类似乳酪味道。当啤酒中双乙酰的含量下降到某一水平（大约0.07PPM）时，则标志着啤酒的成熟。发酵早期加入α乙酰乳酸脱羧酶可促进双乙酰分解，缩短啤酒发酵时间并确保良好的风味 6酶与燃料酒精： 7淀粉糖工业用酶；20世纪60年代，糖化酶的应用很使快大多数葡萄糖生产工艺都由酸水解变成酶小解。由于酶瓜的高效性和专一性，人们可以大规模地生产纯度更高、更易结晶的产品。1973年，固定化葡萄糖异构酶的开发使得高果糖浆的工业化生产成为可能。这一工业还迅速采用了由分子生物学和遗传工程学得到的新酶，使工艺不断得到优化和突破。 淀粉（主要来源于小麦、玉米、木薯和马铃薯等）制糖的主要转化步骤是液化、糖化和异构化。 在淀粉悬浮液中加入耐温型的α-淀粉酶，搅拌后通过喷射液化器在105110C的温度下经一系列管道统停留约5MIN，使淀粉完全糊化。部分液化了的淀粉经板式换热所产生的麦芽糊精经糖化酶或真菌α-淀粉酶进一步糖化，可生产各种不同甜度的甜味剂，如麦芽糖浆及高转化糖浆。应用α-淀粉酶、糖化酶及普鲁兰酶可生产高麦芽糖浆和中转化糖浆，其麦芽糖含量接近80%。 另外，淀粉经酶水解后还可发酵生产酒精、多元醇、维生素C和青毒素及其他抗生素等8发酵工业与酶：中华民族早在5000年前就开始利用微生物发酵生产食品、酿造调味品和饮用酒类，是世界上最早应用发酵技术的民族之一。 随着人类对微生物生理活动规律认识的加深，利用外源的高活力工业酶制剂将淀粉分解成为菌种利用效率最高的葡萄糖，并加入到发酵培养基中。形成了在时间与空间上均可分别进行的糖化和发酵工艺。这种工艺将工业化的α淀粉酶和葡萄糖淀粉酶（即糖化）的应用引入发酵工业，并立即带来发酵工业技术进步的巨大飞跃。 时至今日，仅仅是淀粉分解为葡萄糖的酶制剂已远远不能满足发酵工业的需求，具备以下特征的酶越来越受到发酵工业的青睐：更宽的PH、温度适应范围；更少的副产物生成；减少化学品使用以处于环境保护。 除了上述两种酶的应用外，越来越多的酶被不断地引入到发酵工业中以使人们可利用更多的原料来源，或使生产过程更环保和便利。 9制革工业用酶：
酶工程在医药上的应用 朱祺琪社科1003班3100104077 【摘要】本文为读书报告，从酶工程制药的工艺和工程化技术方面，以及酶工程在医药上的应用及对未来的展望对酶工程的一个方面进行概述。 【关键词】酶工程酶的固定化酶法手性合成技术非水相酶催化 【引言】酶，它作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛重组DNA技术促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。用于临床的各类酶品种逐渐增加。酶除了用作常规治疗外，还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如在体外循环装置中，利用酶清除血液废物，防止血栓形成和体内酶控药物释放系统等。另外，酶作为临床体外检测试剂，可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物，也将是酶在医疗上一个重要的应用。 【正文】 一、酶工程制药的工艺和工程化技术 1）酶的固定化技术 在４０多年以前，几乎所有的工业化生产中采用的生物催化剂都是用全细胞或组织来进行的。作为生物催化剂的微生物细胞种类繁多，并带动了目前发酵工业的迅速发展。但由于正常发酵过程中的微生物生长和繁殖都需要消耗培养基中的营养物质并产生不必要的副产物，因而导致目的产物必须经过分离步骤才能从最终产物的混合物中分离出来，因此使用微生物细胞进行催化并不是十分有效的方法。
酶的固定化最早在１９１６年由Ｎｅｌｓｏｎ和Ｇｒｉｆｆｉｎ在研究酵母蔗糖酶时提出，他们发现蔗糖酶被吸附在活性炭上后仍然有活性。在２０世纪６０年代，羧肽酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶相继被固定化成功，从而使得固定化酶在制药工业中的应用受到越来越大的重视。１９６９年千烟一郎固定化氨基酰化酶工业化生产Ｌ 氨基酸；随后青霉素酰化酶固定化生产。氨基青霉烷酸获得成功。近十几年来，随着工业分离纯化技术的发展和应用，使得工业规模获得酶成为可能，离体酶在制药工业中应用在逐渐增加。其最明显的优势在于具有更有效的底物转化率、更高的投料量和产量以及更好的产物均一性。但这些优点极有可能被酶纯化所增加的成本和纯化过程中酶的失活所抵消掉，造成对酶应用的限制。许多科学家已经开始研究如何去克服这些困难，其中大批量进行酶纯化能够在一定程度上减低成本，但更有效的方法当属固定化酶的方法，这种方法使得酶在使用过程中稳定性提高，可重复使用，降低了生产成本。 2）酶法手性合成技术 近来，小分子与生物大分子间的相互作用引起了人们很大的关注。对于选择性酶抑制剂和受体激动剂或拮抗剂的研究是药用工业中靶目标定位研究的关键之一。在分子水平上对药物作用机制的深入了解引起了人们的广泛注意，意识到手性作为许多药物功效之关键的重要性。现在人们已经知道在许多情况下，药物中仅有一种对映体对功效是必需的，其他对映体或者无活性，或者活性下降，甚至产生毒害。现在制药企业已经意识到，新药的开发必须是单手性的，以此来避免由不需要的对映体引起的不必要的副作用。许多情况下，一旦由消旋体药物向对映体纯化合物的转化成为可能时，就是发展工业化过程的良机。与消旋化合物相比较，单一对映体的优势体现在制备过程和配方上。 手性药物中间体可通过不同途径制备。一个方法是从天然的手性化合物开始，这种手性化合物主要是由发酵过程产生。手性库主要用到廉价的，使用方便的，有旋光性的天然产物。第二种方法是通过拆分消旋化合物实现的，该方法是主要是通过对映体或非对映体结晶性质上的差异以及通过化学或生物催化的方法有效拆分消旋化合物来完成的。最后，也可以用微生物细胞或其代谢产物酶，
酶工程在食品工业中的应用 一、酶的用途 表：酶用于食品加工 酶的用途反应酶 水解淀粉生产葡萄糖淀粉+H2O → 葡萄糖糖化酶α-淀粉酶 水解RNA生产 5'-IMP及5'-GMP ? RNA+H2O →5'-AMP+5'- GMP+5'- UMP+5' - CMP ? 5'-AMP+H2O→5'-AMP+NH3 ?磷酸二酯酶? AMP 脱氨酶 用Plaste in 反应修饰蛋白质肽 + 蛋氨酸乙酯→ 肽 - 蛋氨酸木瓜酶 消除桔汁苦味?柚苷 +H2O → 鼠李糖 + 柚配质 -7- 葡糖苷 (2) 柚配质-7-葡糖苷→葡萄糖+柚 配质?柚苷酶 ?黄酮化合物糖苷酶 生产果葡糖浆D-葡萄糖→D-果糖葡萄糖异构酶 增加甜菜糖收率棉子糖 +H2O →半乳糖 + 蔗糖蜜二糖酶 (α-半乳 糖苷酶 ) 分解牛奶及乳清中乳糖乳糖 + 水→D-半乳糖 + 葡萄糖β- 半乳糖苷酶 消除食品中残留 H2O2 H2O2+ H2O2→O2+ 2H2O 过氧化氢酶 分离鱼碎肉废水中油和蛋白质蛋白质、油、聚丙烯酸钠、水→肽氨 基酸、油聚丙烯酸 碱性蛋白酶 啤酒澄清蛋白质→肽木瓜酶 桔子脱囊衣半纤维素（高分子）→半纤维素（低 分子） 粥化酶 改进谷物淀粉收率淀粉、半纤维素、蛋白质（高分子） →淀粉、肽、半纤维素（低分子） 半纤维素酶、果胶酶 提高饲料效率淀粉、半纤维素、纤维素→肽、纤 维、半纤维 粥化酶 生产干酪酪素→肽内肽酶 生产干酪用脂肪酶增香脂肪→脂肪酸脂肪酶
改良面团 淀粉 →糊精 α-淀粉酶 生产环糊精 环糊精葡萄糖转移酶 消除大豆腥臭 ? RCHO+NAD+H 2O → RCOOH+NADH ? RCHO+H 2O+O 2→ RCOOH+H 2O 2 ? 醛脱氢酶 ? 醛氧化酶 消除桔子汁柠碱 柠碱酶 二、酶在食品工业的应用 图：古代已用微生物生产食品 1、酶用于淀粉糖的生产 以淀粉为原料，经α—淀粉酶和葡萄糖淀粉酶催化水解，得D —葡萄糖，将它通过固定化D —葡萄糖异构酶柱完成由D —葡萄糖至D —果糖的转化，再通过精制、浓缩等手段，即可得到不同种类的高果糖浆。
纤维素酶在纺织行业的应用 1 引言 纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。 纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶的总称。目前，纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业，尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。 2 纤维素酶 纤维素酶的研究最早是1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现了分解纤维素的纤维素酶。纤维素酶是能水解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。 纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。主要的有：康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物，而嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范围起作用。 纤维素酶分子是由球状的催化结构域（CD）通过一个富含脯氨酸或羟基氨基酸的连接桥（Linker）和纤维素结合结构域（CBD）三部分组成。连接桥的作用可能是保持CD和CBD之间的距离。纤维素结合结构域执行着调节酶对可溶和非可溶性底物专一性活力的作用，对酶的催化活力是非常必需的。催化作用域的三维结构极其复杂，对酶的催化活力起决定作用。[1，4] 3 纤维素酶对纤维素的作用机理 目前，一种理论认为：纤维素酶水解纤维素是β-1，4-内切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（EG，Endo-β-Glucanase）,β-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（CBH,Cellobiohydrolase）和β-葡萄糖苷酶（BG, β-Glucosidase）协同作用下进行的。首先，EG酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端，为CBH酶水解纤维素创造条件，CBH酶的水解产物纤维二糖则由BG酶水解成葡萄糖，因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为：EG→CBH→BG。 目前的研究表明，EG酶实际上至少包括EGⅠ、 EGⅡ、 EGⅢ和 EGⅤ四种，CBH 至少包括CBHⅠ和CBHⅡ两种。 另外一种理论认为：纤维素酶是由葡聚糖内切酶（Cx酶）、葡聚糖外切酶（C1酶）、β-葡萄糖苷酶三个主要成分所组成的诱导型复合酶系。其中C1酶起水化作用，它作用于不溶性的固体表面，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端部分游离，从而使纤维素链易于水化。Cx酶随机水解非结晶纤维素、可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的β-1,4-寡聚物，葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖。该假说的基本降解模式如下：
酶工程技术极其在医药领域的应用 摘要：随着生物技术的迅速发展，酶工程在生物工程中的核心地位得到了更好的体现。酶工程作为一种高新技术，已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。本文将从酶的固定化技术、酶催化技术、酶的化学修饰、脱氧核酶、抗体酶和酶学诊断等几个方面来对酶工程在医药行业中的应用进行综述。 关键词：酶工程；医药；应用 Enzyme engineering technology and it’s application in the medical field Abstract: With the rapid development of biotechnology, enzyme engineering as a hard core of biological engineering has been better reflected. Enzyme engineering, as a new high-tech, has been widely used in medicine, food, light industry, textile and other industries. This article told the application of enzyme engineering in the medical industry from these aspects ,Enzymes Immobilization, Enzyme Catalysis, Enzymes Modification, Deoxyribozyme, Catalytic Antibody and Enzymatic diagnosis. Key words: Enzyme Engineering; Medicine; Application 1 引言：回顾20世纪，生物科学与生物工程在全球崛起并迅速发展，已经从整体水平发展到细胞水平和分子水平，在基础与应用研究领域取得了举世瞩目的成果。酶工程作为生物工程的重要组成部分，
蛋白质工程和酶工程在现代工艺中的应用 06120801 20081903 付婷钰 摘要：蛋白质工程[1]，是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质；酶作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。 关键词：蛋白质工程酶工程应用 正文： 一、蛋白质工程的应用 1、在医药方面[2] 许多蛋白质工程的目标是设法提高蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长酶的半衰期或增强其热稳定性，也可以延长治疗用蛋白质的贮存寿命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。在这个领域已取得了一些重要研究成果。用蛋白质工程来改造特殊蛋白质为制造特效抗癌药物开辟了新途径。如人的β- 干扰素和白细胞- 2 是两种抗癌作用的蛋白质。但在它们的分子结构中，有一个不成对的基因，是游离的，因而很不稳定，会使蛋白质失去活性。当通过蛋白质工程修饰这种不稳定的结构就可以提高这两种抗癌物质的生物活性。美国的Cetus 公司成功地修饰了这两种治疗癌瘤的蛋白质，大大提高了它们的稳定性，已用于临床试验并取得了良好的效果。具有抗癌作用的蛋白质工程产品免疫球蛋白质是一种高效治癌药物，它能成为征服癌症的“生物导弹”，即具有对准目标杀死特定癌细胞而不伤害正常细胞的特效。近年来，澳大利亚医学科学研究所的一个微生物研究课题组经过多年的研究后发现了激发基因开始或停止产生癌细胞的蛋白质。这种蛋白质在癌细胞生长过程中对癌基因起着开通或关闭的作用。这个发现，对于通过蛋白质工程研制鉴别与控制多种类型的血液癌、固体癌的蛋白质有很好的作用，并为诊断和治疗癌症提供了新的方法。目前，应用蛋白质工程研究开发抗癌及抗艾滋病等重大疑难病症等方面，均取得了重大进展。 另据实验，蛋白质工程还可以改变α1 抗胰蛋白（ATT）。运用此工程技术在ATT 的Met358 和Ser359 之间切开后，可以与嗜中性白细胞弹性蛋白酶迅速结合而引发抑制作用。在病理学的氧化条件下可导致Met358变成蛋氨酸硫氧化物使ATT 不可能与弹性蛋白酶的弹性位点相结合。通过位点直接诱变，Met358 被Val 代替就成为抗氧化疗法的AAT 突变体。含AAT 突变体的血浆静脉替代疗法已经用于AAT 产物基因缺陷疾病患者的治疗，并已取得明显疗效。 2、在农业方面 蛋白质工程正在成为改造农业，大幅度提高粮食产量的新途径。如植物光合作用是利用白光能将二氧化碳转化成贮成能量淀粉，在植物叶片中普遍存在着一种重要的起催化作用的酶，它能固定住二氧化碳，这种酶叫核酮糖- 1.5- 二磷酸羧化酶。而这种酶具有双重性：它既能固定二氧化碳，又会使二氧化碳在光照条件下通过光呼吸作用损失一半，即光 合效率只有50%。现在。这种酶的三维结构已经搞清楚了。参与研究的工作人员认为，可以通过蛋白质工程改造这种酶，控制其不利于人需要的一面，从而大大提高其光合作用效率，增加粮食产量。近年来，美国坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，他们实施对微生物蛋白质结构进行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫率提高了10 倍。 3、在工业方面[3] 蛋白质工程在工业上的应用取得的成果亦是很多。现以改变酶的动力学特性研制出高效
毕业论文毕业设计论文 设计（论文）题目：酶在纺织工业中的应用 开始日期：2013 年9 月 1 日 完成日期：2013 年11 月11 日 指导教师：康北莉 学生专业：染整专业 班级：染整 1101 日期：2013-10-12 学生姓名：景永强 化工与纺织学院
酶在纺织工业中的应用 摘要 生物酶是一种天然的大分子量蛋白质,能有效催化化学反应的进程,具有作用条件温和以及操作安全的特点,被喻为"生物催化剂". 生物酶能完全生物降解,很小的用量就能发挥突出的效能,因而 已越来越多地被应用于纺织染整加工中,如酶退浆、酶精练、酶漂白和酶整理等。 酶制剂作为一种生物制剂,无毒无害,它的开发应用顺应了绿色 生产加工和可持续发展的要求,具有广阔的应用前景.文章以棉织物 为例,介绍生物酶在染整加工中的应用. 本文介绍了纺织印染工业所用生物酶制剂的种类,作用机理,选 择性以及生物酶在纺织印染工业中用。并且分析了国内外的研究现状,以及生物酶技术在纺织印染工业中的前景。 [关键字]: 生物酶，应用，纺织印染工业，前景
目录 摘要 (1) 目录 (2) 第一章纺织工业中染整工艺的介绍 (3) 1.染整工艺的简介 (3) (1)织物的精炼 (4) (2)织物的染色 (4) (3)织物的印花 (4) (4)织物的整理工作 (6) 第二章生物酶的特性和作用机理 (6) 1.生物酶的结构和特性 (6) 2.生物酶的作用机理 (6) 第三章纺织印染行业所用生物酶制剂的种类 (8) 1.纤维素酶 (8) 2.蛋白酶 (8) 3.淀粉酶 (9) 4.脂肪酶 (9) 5.果胶酶 (9) 6.过氧化氢酶 (9) 7.漆酶 (10) 8.葡萄糖氧化酶 (10) 第四章生物酶在纺织印染行业的具体应用 (11) 1.生物酶的广泛应用 (11) 2.棉纺织物的退浆和精练 (11) 3.棉纺织物生物酶整理 (11) 4.印花后处理用酶 (12) 5.生物酶制剂在其他方面的应用 (12) 第五章酶在漂白中的应用 (13) 第六章酶在退浆中的应用 (14) 第七章酶在染整加工中的具体应用 (15) 1.酶在染整加工中的最新应用成果 (16) 结论 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20)