第五章 酶工程
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第五章酶工程技术【典型案例】图1 啤酒生产线图2 石油泄漏污染海湾案例1:酶制剂在啤酒生产中的应用酶制剂在啤酒生产中的应用较为广泛,酶制剂的使用,能降低啤酒生产成本,在液化、糖化、啤酒澄清、防腐以及防止老化过程中应用效果明显。
辅料淀粉的液化一般选用a-淀粉酶,a-淀粉酶可将淀粉液化成可溶于水的糊精、低聚糖、麦芽糖以及葡萄糖。
糖化过程中,辅料的糊化醪(液化)和麦芽中淀粉受到麦芽中水解酶及外加酶制剂作用,形成以麦芽糖为主的可发酵性糖。
这一过程添加的酶有:β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、半纤维素酶等。
啤酒在贮存过程中,由于环境条件的作用,如光照、氧气、震动等,会产生浑浊、沉淀等现象。
此类浑浊的形成,和啤酒中残留的蛋白质关系密切,严重影响啤酒的质量和在市场上的竞争力。
添加蛋白酶可分解啤酒中的大分子蛋白质,有效去除啤酒中的沉淀物,澄清过程中主要用到的酶有木瓜蛋白酶、、生姜蛋白酶和中性蛋白酶。
超氧化物歧化酶和葡萄糖氧化酶可防止啤酒中风味老化物质的前提被氧自由基氧化而造成啤酒老化。
同时,为了啤酒防腐保鲜,可在啤酒生产的发酵期、包装过程中添加少量溶菌酶,溶菌酶可作用于革兰氏阳性菌细胞胞壁的N-乙酰胞壁酸与N-脱氢基葡萄糖之间β-1,4糖苷键,从而破坏细菌细胞壁,使细菌溶解死死亡,但对啤酒酵母不起作用。
案例2:酶制剂在石油废水处理中的应用石油是含有多种烃类(正烷烃、支链烷烃、芳烃、环烃)及少量其他有机物(硫化物、氮化物、酸类)的复杂混合物。
2013年底发生的黄岛石油管道爆炸事件导致胶州湾近1万平方米海域受到石油污染,每年因油轮失事、油田漏油、喷井等事故流入海洋的石油污染物约有1千万吨。
目前针对石油生物降解主要集中于具有较强降解能力的菌株的筛选上,然而这些微生物在海水中的繁殖受各种环境条件的影响,繁殖率很低。
石油烃降解酶的分离纯化不仅是石油降解工程菌构建的基础,还可直接用于石油的生物降解,提高石油生物降解的效率。
目前常用的石油烃降解酶包括甲烷单加氧酶、环羟基化双加氧酶、邻苯二酚双加氧酶、萘双加氧酶等。
第五章 非水介质中的酶催化作用5.1 非水介质中的酶促反应概述5.1.1 非水介质酶反应的历史1966年,普莱斯(Price)等发现胰凝乳蛋白酶与黄嘌呤氧化酶可在有机溶剂中保持催化活性1977年,克立巴诺夫(Kilbanov)等利用胰凝乳蛋白酶在有机溶剂中催化乙醇与N-乙酰基-L-色氨酸反应合成N-乙酰基-L-色氨酸乙酯 1984年,克立巴诺夫在Science上发表了关于非水介质脂肪酶催化行为和热稳定性的研究报告——非水介质酶催化研究的里程碑非水介质的组成:有机介质超临界流体气相介质离子液介质热点:介质工程、溶剂工程改变反应介质来改变酶催化反应的选择性,从而达到人为改变和控制酶的立体专一性。
5.1.2 非水介质酶反应的优点1、有利于疏水性底物的反应2、可提高酶的热稳定性和储存稳定性3、可改变反应平衡移动方向4、可控制底物的特异性、区域选择性和立体选择性5、可防止由水引起的副反应6、酶易于回收和重复利用7、可避免微生物污染5.1.3 非水介质酶反应具备条件1、保证必需水含量。
2、选择合适的酶及酶形式。
3、选择合适的溶剂及反应体系。
4、选择合适pH值和离子强度5.1.4 非水介质酶反应的研究进展1、超临界流体中的酶反应(1)超临界流体的概念:指温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体,具有和液体同样的凝聚力、溶解力,而其扩散系数又接近于气体,是通常液体的近百倍。
(2)超临界流体的有关性质: 超临界流体的P-V-T 性质超临界CO 2:是指纯净的CO 2被加热或压缩到高于其临界点(临界温度31.1℃,临界压力7.28Mpa)时的状态。
其密度和液体相近,粘度和气体相近,自扩散系数比液体大100倍左右。
(3)超临界流体中的酶反应超临界流体对多数酶都能适用: 酯化、转酯、醇解、水解、羟化、脱氢 Tsitsimpikon C. 研究了在超临界CO 2中酶催化葡萄糖的酰化,结果表明反应速率与酶的浓度成线性关系。
第五章第四节酶工程简介教学目标1.知识方面(1)酶工程的概念以及酶制剂的生产和应用的基础知识(知道)。
(2)使学生了解酶工程发展的概况。
(3)一些酶工程与基因工程,细胞工程和发酵工程之间具有相互交叉渗透的关系(知道)。
2.态度观念方面(1)通过酶制剂在人们社会生活中的应用的学习,激发学生学习兴趣,培养学生理论联系实际的科学态度。
(2)通过了解生物工程在世界经济中的重要地位及未来发展前景,增强学生科技是第一生产力的认识。
3.能力方面通过收集有关酶制剂在社会生活中的应用情况的资料、信息,培养学生获取信息的能力。
重点、难点分析1.重点:(1)通过学习使学生了解酶制剂生产中,酶的产生、提取和分离纯化,加工等生产过程及其简单原理是本节教学的重点之一。
(2)通过讨论引导学生了解酶工程与基因工程、细胞工程、发酵工程之间,具有相互交叉渗透的关系也是本节的教学重点内容。
2.难点:(1)酶制剂生产中诸如酶的提取、固定化等原理,由于涉及到很多其他学科的知识,学生较难理解。
因此,生产酶制剂的原理是本节的教学难点。
(2)酶制剂的应用中诸如尿糖试纸、酶传感器等的原理比较抽象,学生也很难理解,因此,酶制剂的应用及其原理也是教学难点。
教学模式启发讲解与学生讨论相结合。
教学手段酶制剂的标本,投影片等。
课时安排一课时。
设计思路1.前期知识准备:(1)酶的概念及特性。
(2)酶的种类:胞内酶、胞外酶、组成酶、诱导酶。
2.通过对酶在生活中应用实例的讨论使学生了解酶工程的概念。
3.通过教师启发讲解使学生了解酶制剂的生产、提取和分离纯化以及固定化酶的相关知识。
4.通过事例分析总结出社会生活中酶制剂的用途。
5.通过讨论使学生了解生物工程各分支领域之间的关系。
6. 通过对生物工程未来的畅想使学生加深科学技术是第一生产力的认识。
重点提示1.有关酶工程的资料学生接触的不是很多,可以让学生通过网络下载一些有关酶生产、运用方面的资料,经筛选后印发给大家。