酶工程 第七章課件

1、酶工程第七章 酶的應(yīng)用第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用多種多樣，可歸納為下列三個(gè)方面： (1)用酶進(jìn)行疾病的診斷； (2)用酶進(jìn)行疾病的治療； (3)用酶制造各種藥物。 在醫(yī)藥方面使用的酶具有種類(lèi)多、用量少、效率高等特點(diǎn)。主要的醫(yī)藥用酶有淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等等（表7-1）。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用表7-1主要的醫(yī)藥用酶 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 (1)酸性磷酸酶（acid pHospHatase,EC3.1.3.2） 酸性磷酸酶是一種在酸性條件下催化磷酸單酯水解生成無(wú)機(jī)磷酸的水解酶。人血清酸性磷酸酶的最適pH

2、值為5 6，最適作用溫度37。 正常人血清中的酸性磷酸酶來(lái)源于骨、肝、腎、脾、胰等組織，故不論男女老幼，其含量大致相同。而前列腺癌患者以及出現(xiàn)肝炎、甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)、紅血球病變等疾病時(shí)，血清中酸性磷酸酶的活力都會(huì)升高。為了鑒別血清中增加的酸性磷酸酶是來(lái)自前列腺還是來(lái)自其他組織器官，必須加以區(qū)別。為此可進(jìn)一步采用某些抑制劑進(jìn)行選擇性抑制作用。例如：乙醇和酒石酸對(duì)前列腺酸性磷酸酶有顯著的抑制作用，而對(duì)紅血球酸性磷酸酶的抑制作用較弱；相反，銅離子和甲醛對(duì)紅血球酸性磷酸酶的抑制作用顯著，對(duì)前列腺酸性磷酸酶的抑制作用微弱。這種鑒別有助于進(jìn)一步做出確切的診斷。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 (2)堿性磷酸酶（

3、alkaline pHospHatase,EC3.1.3.1）。堿性磷酸酶是一種在堿性條件下催化磷酸單酯水解生成無(wú)機(jī)磷酸的水解酶。人血清中堿性磷酸酶的最適pH值為9.510，最適作用溫度37。 堿性磷酸酶在體內(nèi)分布廣泛，特別是在骨骼組織、牙齒、腎和小腸中含量較高。該酶主要由造骨細(xì)胞產(chǎn)生，所以佝僂病、骨骼軟化癥、骨瘤、骨胳廣泛性轉(zhuǎn)移癌、甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)、黃疸性肝臟疾病等患者血清中堿性磷酸酶活性升高。在結(jié)合其他的物理、化學(xué)、酶學(xué)等診斷方法，可以進(jìn)一步確診是何種疾病。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 (4)乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase ，LDH；EC1.1.1.27） 乳酸脫氫酶

4、是催化乳酸脫氫反應(yīng)生成丙酮酸的一種氧化還原酶。 乳酸脫氫酶廣泛應(yīng)存在于各種組織以及紅細(xì)胞中，在正常情況下，血清中乳酸脫氫酶的含量很低。但是在肝癌、急性肝炎、心肌梗死等病的患者血清中，該酶活力顯著升高。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 (5) 乳酸脫氫酶同工酶。同工酶是指具有相同的底物特異性而結(jié)構(gòu)不同的一群酶。同工酶在代謝的調(diào)節(jié)控制方面有重要作用。當(dāng)人體代謝失常而出現(xiàn)某種疾病時(shí)，可能引起同工酶含量的改變。 乳酸脫氫酶有5種同工酶。心肌梗死、惡性貧血患者，血清中的LDH1增高；白血病、肌肉萎縮患者，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌患者，LDH3增高；轉(zhuǎn)移性肝癌、結(jié)腸癌患者，LDH4增高；肝炎、原發(fā)性

5、肝癌、脂肪肝、心肌梗死、外傷、骨折患者，LDH5增高。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 (6) 葡萄糖磷酸異構(gòu)酶（glucosepHospHate isoerase，EC5.3.1.9）。葡萄糖磷酸異構(gòu)酶是催化6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化生成6-磷酸果糖的異構(gòu)酶.急性肝炎患者,血清中葡萄糖磷酸異構(gòu)酶的活力極度升高；心肌梗塞、急性腎炎，腦溢血患者，該酶的活力明顯升高。 (7) 膽堿脂酶（cholinesterase，EC3.1.1.8）。膽堿脂酶是催化膽堿脂水解，生成膽堿和有機(jī)酸的水解酶。 在正常情況下,血清中膽堿脂酶的活力隨個(gè)體的不同有較大的差異，但對(duì)于具體的某個(gè)個(gè)體來(lái)說(shuō)，則基本上維持在一定的范圍內(nèi)（正常值

6、為3040單位）。當(dāng)出現(xiàn)傳染性肝炎、肝硬化、風(fēng)濕、營(yíng)養(yǎng)不良等病癥時(shí)，血清中膽堿脂酶的活力下降。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用表7-2用酶測(cè)定物質(zhì)的量的變化進(jìn)行疾病診斷第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 二、酶在疾病治療方面的應(yīng)用 酶作為藥物可以治療多種疾病，用于治療疾病的酶稱(chēng)為藥用酶。藥用酶具有療效顯著，副作用小的特點(diǎn)。因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛（表7-3）。 表7-3酶在疾病治療方面的應(yīng)用第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 1、蛋白酶 蛋白酶（proteinase）是一類(lèi)催化蛋白質(zhì)水解的的酶類(lèi)。蛋白酶可用于治療多種疾病，是在臨床上使用最早、用途最廣的藥用酶之一。 常用于治療消化不良和消炎等

7、疾病的蛋白酶主要有胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等。 （1）蛋白酶可作為消化劑，用于治療消化不良和食欲不振。使用時(shí)往往與淀粉酶、脂肪酶等制成復(fù)合制劑，以增加療效。例如，胰酶就是一種由胰蛋白酶、胰脂肪酶和胰淀粉酶等組成的復(fù)合酶制劑。作為消化劑使用時(shí)，蛋白酶一般制成片劑，以口服方式給藥。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 （2）蛋白酶可作為消炎劑，治療各種炎癥有很好的療效。常用的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶等。蛋白酶之所以有消炎作用，是由于它能分解一些蛋白質(zhì)的多肽，使炎癥部位的壞死組織溶解，增加組織的通透性，抑制浮腫，促進(jìn)病灶附近組織積液的排出并抑制肉芽的形成

8、。給藥方式可以口服、局部外敷或肌肉注射等。 （3）蛋白酶經(jīng)靜脈注射，可治療高血壓。這是由于蛋白酶催化運(yùn)動(dòng)遲緩素原及胰血管舒張素原水解，除去部分肽段，而生成運(yùn)動(dòng)遲緩素和胰血管舒張素，從而使血壓下降。 蛋白酶注射入人體后，可能引起抗原反應(yīng)。通過(guò)酶分子修飾技術(shù)，可使抗原性降低或消除。另外，蛋白酶在使用時(shí)還可能產(chǎn)生某些局部過(guò)敏反應(yīng)，要引起注意。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 2、-淀粉酶 -淀粉酶（-amylase）催化淀粉水解生成糊精的一種淀粉水解酶，在食品、輕工和醫(yī)藥領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。在疾病治療方面，-淀粉酶可以治療消化不良、食欲不振。當(dāng)人體消化系統(tǒng)缺少淀粉酶或者在短時(shí)內(nèi)進(jìn)食過(guò)量淀粉類(lèi)食物時(shí)

9、，往往引起消化不良、食欲不振的癥狀，服用含有淀粉酶的制劑，就可以達(dá)到幫助消化的效果。常用的有麥芽淀粉酶、胰淀粉酶、米曲霉淀粉酶（高峰淀粉酶）等，通常淀粉酶與蛋白酶、脂肪酶組成復(fù)合制劑使用。通常淀粉酶或者復(fù)合酶制劑都是制成片劑，以口服方式給藥。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 3、脂肪酶 脂肪酶（lipase）是催化脂肪水解的水解酶。當(dāng)消化系統(tǒng)缺少淀粉酶或者在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)食過(guò)量脂肪類(lèi)食物時(shí)，從食物中攝取的脂肪類(lèi)物質(zhì)就無(wú)法消化或者消化不完全，結(jié)果引起消化不良、食欲不振甚至腹脹、腹瀉等病癥。服用脂肪酶制劑具有治療消化不良、食欲不振的功效。常用的有胰脂肪酶、酵母脂肪酶等。通常脂肪酶與蛋白酶、淀粉酶組成復(fù)合酶

10、制劑，以口服方式給藥 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 4、溶菌酶 溶菌酶（lysozyme）也是一種應(yīng)用廣泛的藥用酶。具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛等作用。溶菌酶主要從蛋清、植物和微生物中分離得到。 溶菌酶作用于細(xì)胞的細(xì)胞壁，可使病原菌、腐敗性細(xì)菌等溶解死亡，對(duì)抗生素有耐藥性的細(xì)菌同樣起溶菌作用，具有顯著療效而對(duì)人體的不良反應(yīng)很小，是一種較為理想的藥用酶。臨床上主要用于治療各種炎癥。 溶菌酶與抗生素聯(lián)合使用，可顯著提高抗生素的療效。常用于難治的感染病癥的治療。 溶菌酶可以與帶負(fù)電荷的病毒蛋白、脫輔基蛋白、DNA、RNA等形成復(fù)合物，所以具有抗病毒作用，常用于帶狀皰癥、腮腺炎、水痘、肝炎、流感等病毒性疾病的治

11、療。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 6、尿激酶 尿激酶（urokinase UK）是一種具有溶解血栓功能的堿性蛋白酶。主要存在于人和其他哺乳類(lèi)動(dòng)物尿液中，人尿中平均含量為56IU/ml。可以從尿液中分離得到。 尿液中天然存在的尿激酶相對(duì)分子質(zhì)量約為54000，稱(chēng)為高分子質(zhì)量尿激酶（H-UK）；經(jīng)過(guò)尿液中尿蛋白酶（uropepsin）的作用，去除部分氨基酸殘基，可以生成相對(duì)分子質(zhì)量為33000低分子質(zhì)量的尿激酶（L-UK）。H-UK的溶血栓能力比L-UK強(qiáng)。前者對(duì)纖溶酶原的Km值為后者的50%。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 尿激酶給藥一般采用靜脈注射或者局部注射方式。在治療急性心肌梗死時(shí)，也可以采用冠

12、狀動(dòng)脈灌注的方式。由于尿激酶對(duì)多種凝血蛋白都能水解，專(zhuān)一性較低，使用時(shí)要控制好劑量，以免引起全身纖溶性出血。 7、L-天冬酰胺酶 L-天冬酰胺酶是第一種用于治療癌癥的酶。特別是對(duì)治療白血病有顯著療效。 L-天冬酰胺酶（L-asparaginase）催化天冬酰胺水解，生成L-天冬氨酸和氨。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 9.乳糖酶 乳糖酶（lactase）是一種催化乳糖水解生成葡萄糖和-半乳糖的水解酶。 通常人體小腸內(nèi)有一些乳糖酶，用于乳糖的消化吸收，但是其含量隨種族、年齡和生活習(xí)慣的不同而有所差別。有些人群，特別是部分嬰幼兒，由于遺傳上的原因缺乏乳糖酶，不能消化乳中的乳糖，致使飲奶后出現(xiàn)腹脹、腹瀉

13、等癥狀。服用乳糖酶或者在乳中添加乳糖酶可以消除或者減輕乳糖引起的腹脹、腹瀉等癥狀。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 10.核酸類(lèi)酶 核酸類(lèi)酶(ribozyme)是一類(lèi)具有生物催化功能的核糖核酸（RNA）分子。它可以催化本身RNA 的剪切或剪接作用，還可以催化其他RNA 、DNA、多糖、酯類(lèi)等分子進(jìn)行反應(yīng)。 核酸類(lèi)酶具有抑制人體細(xì)胞某些不良基因和某些病毒基因的復(fù)制和表達(dá)等功能。據(jù)報(bào)道，一種發(fā)夾型核酸類(lèi)酶，可使艾滋病毒（HIV）在受感染細(xì)胞中的復(fù)制率降低90%，在牛血清病毒（BLV）感染的蝙蝠肺細(xì)胞中也觀察到核酸類(lèi)酶抑制病毒復(fù)制的結(jié)果。這些結(jié)果表明，適宜的核酸類(lèi)酶或人工改造的核酸類(lèi)酶可以阻斷某些不良基因

14、的表達(dá)，從而用于基因治療或進(jìn)行艾滋病等病毒性疾病的治療。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 三、酶在藥物制造方面的應(yīng)用 酶在藥物制造方面的應(yīng)用是利用酶的催化作用將前體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗幬?。這方面的應(yīng)用日益增多。現(xiàn)已有不少藥物包括一些貴重藥物都是由酶法生產(chǎn)的（表7-4）?，F(xiàn)舉例說(shuō)明一些酶的應(yīng)用。 1. 青霉素酰化酶 青霉素?；甘窃诎牒铣煽股氐纳a(chǎn)上有重要作用的一種酶。它可催化青霉素或頭孢霉素水解生成6-氨基青霉烷酸（6-AIA）或7-氯基頭孢霉烷酸（7-ACA）。又可催化?；磻?yīng)，由6-APA合成新型青霉素或由7-ACA合成新型頭孢霉素。其化學(xué)反應(yīng)式如下： 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 青霉素 6-APA

15、第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用表7-4酶在藥物制造方面的應(yīng)用第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 青霉素和頭孢霉素同屬內(nèi)酰胺抗生素，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的抗生素。該類(lèi)抗生素可以通過(guò)青霉素酰化酶的作用，改變其側(cè)鏈基團(tuán)而獲得具有新的抗菌特性及有抗內(nèi)酰胺酶能力的新型抗生素。工業(yè)上已用固定化酶生產(chǎn)。 天然發(fā)酵生成的青霉素有兩種，一為青霉素G （R： ），另一為青霉素V（R： ），通過(guò)青霉素?；傅淖饔?，可以半合成得到： 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用氨芐青霉素（R： ），羥氨芐青（R： ）羧芐青霉素（R： ），磺芐青（R： ）氨環(huán)烷青霉素（R： ），鄰氯青霉（R： )雙氯青霉素（R： ),氟氯青（R： ）。 第一節(jié) 酶

16、在醫(yī)藥方面的應(yīng)用發(fā)酵生成的天然頭孢霉素是頭孢霉素C，其結(jié)構(gòu)如下： R2： R2： 通過(guò)青霉素?；傅淖饔?，頭孢霉素經(jīng)水解生成7-ACA后, 再與側(cè)鏈羧酸衍生物反應(yīng)，可半合成得到各種新型頭孢霉素。 例如：頭孢利定 （R1： R2： ），第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 頭孢金素 （R1： R2： ）， 頭孢力新 （R1： R2： ）， 頭孢苷氨酸 （R1： R2： ）， 頭孢環(huán)己二烯（R1： R2： ）等等。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 不同來(lái)源的青霉素酰化酶對(duì)溫度和pH的要求不同。同一來(lái)源的青霉素?；冈诖呋铣煞磻?yīng)是所要求的條件各不相同，尤其是pH條件相差較大，操作是要控制好。一般說(shuō)來(lái)，催化水解反應(yīng)

17、時(shí)，pH為7.08.0，而催化合成反應(yīng)時(shí)，pH降低到5.07.0。 在催化合成反應(yīng)時(shí)，除了要控制好pH、溫度和酶濃度外，還要注意反應(yīng)液中6-APA（或7-ACA）與側(cè)鏈羧酸衍生物（R-COOH）的比例。理論上的比例是11，但在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)液中6-APA（或7-ACA）：R-COOH應(yīng)為1（24）為宜。反應(yīng)液中適當(dāng)加入一些表面活性劑或異丁醇等，有利于提高轉(zhuǎn)化率。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 2. 酪氨酸酶 酪氨酸酶可催化L-酪氨酸或鄰苯二酚生成二羥苯丙氨酸（DOPA，多巴）。其化學(xué)反應(yīng)式如下： 酪氨酸 多巴（DOPA） 酪氨酸酶也可以催化鄰苯二酚與丙酮酸和氨反應(yīng)，生成多巴

18、： 第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用鄰苯二酚 丙酮酸 氨 多巴（DOPA） 多巴是治療帕金森氏（Parkinson）綜合癥的一種重要藥物。所謂帕金森氏綜合癥是1817年英國(guó)醫(yī)師Parkinson所描述的一種大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生病變的老年性疾病。其主要癥狀為手指顫抖，肌肉僵直，行動(dòng)不便。病因是由于遺傳原因或人體代謝失調(diào)，不能由酪氨酸生成多巴或多巴胺（一種神經(jīng)傳遞介質(zhì)）所致。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 酪氨酸酶在pH3.56.0，溫度為3055的條件下，可催化酪氨酸氧化生成多巴。其中黃曲霉酪氨酸酶的最適pH為3.5，而其他 來(lái)源的酪氨酸酶的最適pH為6.0左右。轉(zhuǎn)化溫度隨所使用的抗氧化劑的不同而有差別。

19、當(dāng)用維生素C時(shí)，以5055為宜；而用硫酸肼時(shí)，以3035較好。之所以要添加維生素C或硫酸肼等抗氧化劑，是為了控制氧化進(jìn)程，使酪氨酸氧化生成多巴后不要再繼續(xù)氧化。 酪氨酸酶已經(jīng)制成固定化酶使用。第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 3.核苷磷酸化酶 核苷中的核糖被阿拉伯糖取代可以形成阿糖苷。阿糖苷具有抗癌和抗病毒的作用，是令人注目的藥物。其中阿糖腺苷療效顯著。 阿糖腺苷（腺嘌呤阿拉伯糖苷）可由核苷磷酸化酶催化阿糖尿苷（阿拉伯糖苷）轉(zhuǎn)化而成。而阿糖尿苷由尿苷（尿嘧啶核苷）通過(guò)化學(xué)方法轉(zhuǎn)化而成。 由阿糖尿苷生成阿糖腺苷的反應(yīng)分兩步完成。首先阿糖尿苷在尿苷磷酸化酶的作用下生成阿拉伯糖-1-磷酸：第一節(jié) 酶在醫(yī)藥

20、方面的應(yīng)用 然后阿糖-1-磷酸再在嘌呤核苷磷酸化酶的作用下生成阿糖腺苷： 阿拉伯糖-1-磷酸 腺嘌呤 阿糖腺苷第一節(jié) 酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 4. 無(wú)色桿菌蛋白酶 無(wú)色桿菌（Achromobacter lydicus）蛋白酶可以特異性地催化胰島素B鏈羧基末端（第30位）上的氨基酸置換反應(yīng)，由豬胰島素（Ala-30）轉(zhuǎn)變?yōu)槿艘葝u素（Thr-30），以增加療效。 人胰島素和豬胰島素只有在B鏈第30位的氨基酸不同。在無(wú)色桿菌蛋白酶的作用下，首先將豬胰島素第30位的丙氨酸（Ala-30）水解除去，生成去丙氨酸-B30的豬胰島素，再在同一酶的作用下使之與蘇氨酸丁酯偶聯(lián)。然后用三氟乙酸（TEA）和苯甲醚除去丁

21、醇，即得到人胰島素。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用表7-5酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 一、酶在淀粉類(lèi)食品工業(yè)中的應(yīng)用 淀粉類(lèi)食品是指含有大量淀粉或者以淀粉為主要原料加工制成的食品，是世界上產(chǎn)量最大的一類(lèi)食品。在淀粉類(lèi)食品加工中使用的酶主要有淀粉酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄糖異構(gòu)酶和脫枝酶等（表7-6）。它們的作用特點(diǎn)各不相同，當(dāng)對(duì)淀粉、糖原和多糖衍生物起作用時(shí)，淀粉酶是從底物分子內(nèi)部將1，4糖苷鍵裂開(kāi)，從而使龐大的葡萄糖分子鏈迅速斷開(kāi)，變小、變短；淀粉酶是從底物的非還原端將麥芽糖單位水解下來(lái)；糖化酶是從底物的非還原端將葡萄糖單位水解下來(lái)；葡萄糖異構(gòu)

22、酶則可使木糖、葡萄糖異構(gòu)化成木酮糖和果糖；脫枝酶是水解支鏈淀粉的1，6糖苷鍵，使整個(gè)側(cè)枝切下而生成直鏈糊精。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 淀粉糖加工的第一步是用淀粉酶將淀粉液化，再通過(guò)其它各種糖酶的作用生成各種淀粉糖漿，各種淀粉糖漿由于DE值（葡萄糖當(dāng)量值）不同，糖的成分不同，其性質(zhì)也各不相同，風(fēng)味各異，從而適合于不同的用途。隨著人們對(duì)食品要求的提高，食品工業(yè)廣泛使用各種糖漿來(lái)改善食品的風(fēng)味、組織結(jié)構(gòu)和其他性質(zhì)，例如，水果罐頭加入葡萄糖與果糖漿后，可保持果實(shí)原有的色香味且甜度適中；在制造糕點(diǎn)與膠姆糖時(shí)，加入飴糖可增加稠度，且可減輕淀粉老化，保持糕點(diǎn)的柔韌性；淀粉糖漿用于蜜餞制造可防止蔗糖析晶；

23、果葡糖漿以其滲透壓高，防腐性好，在低溫下甜度突出等特點(diǎn)，適合于蜜餞、冷飲等制造，又因吸濕性強(qiáng)，故可用于制造面包和其他糕點(diǎn)，保鮮期也得到延長(zhǎng)；低DE麥芽糊精用于糖果制造可沖淡甜度，使之更接近于天然風(fēng)味，用于飲料在增稠和穩(wěn)定泡沫方面益處很大。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用表7-6酶在淀粉類(lèi)食品生產(chǎn)中的應(yīng)用 第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 1.酶法生產(chǎn)葡萄糖 葡萄糖是淀粉糖工業(yè)中產(chǎn)量最大的一個(gè)部門(mén)，品種多、形式也多，既有各種不同DE值的淀粉糖漿和各種不同規(guī)格的結(jié)晶葡萄糖，又有許多以淀粉為原料的發(fā)酵工業(yè)的水解糖液。此外，果葡糖漿、山梨醇等產(chǎn)品的生產(chǎn)，也都是以葡萄糖為基礎(chǔ)原料的。所以，葡萄糖的制造是上述工業(yè)

24、的基礎(chǔ)。 利用酶水解生產(chǎn)葡萄糖是酶催化工業(yè)的一項(xiàng)重大成就，由日本在20世紀(jì) 50年代末研究成功，現(xiàn)已在全世界普遍采用。與酸水解法相比，酶法生產(chǎn)葡萄糖具有使用原料不需精制、投料濃度和水解率高，設(shè)備不需耐酸耐壓、產(chǎn)品收率高、品質(zhì)好等諸多優(yōu)點(diǎn)。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 糖化酶主要由黑曲霉所生產(chǎn)，而淀粉酶若采用不太耐熱的細(xì)菌淀粉酶，則需向淀粉乳中添加 和NaCl以提高耐熱性，且在80以上不穩(wěn)定。所以，一般改用最適溫度90的地衣芽孢桿菌耐熱性淀粉酶，即使在120用噴射瞬間液化也不需添加 ，從而可使糖品精制大為省力。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶法生產(chǎn)葡萄糖的工藝流程如下：第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

25、 2. 酶法生產(chǎn)果葡糖漿 果葡糖漿以其許多優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用，占淀粉糖產(chǎn)量的很大部分。果葡糖漿又稱(chēng)異構(gòu)糖漿，是以淀粉為原料，先用酶將其水解為葡萄糖，再通過(guò)異構(gòu)酶的作用，使一部分葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖而成的混合糖漿，由于葡萄糖的甜度只有蔗糖的70%，而果糖的甜度是蔗糖的1.51.7倍，故當(dāng)糖漿中的果糖含量達(dá)到42%時(shí)，其甜度與蔗糖相同，在食品工業(yè)中可廣泛代替蔗糖，特別是因果糖在低溫下甜度更為突出，因而最適合于冷飲。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 生產(chǎn)果葡糖漿也是酶工程在工業(yè)生產(chǎn)中最成功、規(guī)模最大的應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高酶的使用效果，異構(gòu)酶是制成固定化酶柱后進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)的。固定化酶的制法基本上有二種

26、，一種是將含酶細(xì)胞在加熱后以殼聚糖處理及戊二醛交聯(lián)的方法而制成固定化細(xì)胞，也可將細(xì)胞包埋在醋酸纖維或蛋白質(zhì)中，再交聯(lián)而固定；另一種是將細(xì)胞中異構(gòu)酶提取后，稍加凈化，再用多孔氧化鋁或陰離子交換樹(shù)脂吸附，制成活性很高的固定化酶。通常用1000g固定化細(xì)胞可生產(chǎn)20003000kg果葡糖漿（以干物質(zhì)計(jì)），高活性的酶生產(chǎn)能力達(dá)60008000kg。 第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用生產(chǎn)果葡糖漿的工藝流程如下： 第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 飴糖是我國(guó)的傳統(tǒng)成品，將米飯與富含淀粉酶和淀粉酶的谷芽一起保溫，米淀粉在這二種酶的作用下被水解而成為麥芽糖、糊精與低聚糖等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已改用碎米粉等為原料先用細(xì)菌淀粉

27、酶液化，再加入少量麥芽漿進(jìn)行糖化，這種新工藝使麥芽用量由10%減少為1%，且生產(chǎn)也可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與管道化，大大提高了效率，節(jié)約了糧食。 麥芽糖的生產(chǎn)則是將淀粉原料用淀粉酶輕度液化（DE2以下），加熱使淀粉酶失活；再加淀粉酶與脫枝酶，在pH5.06.0，4060反應(yīng)2428h，使淀粉幾乎完全水解，進(jìn)而濃縮析出結(jié)晶麥芽糖。 第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 高麥芽糖漿是含麥芽糖為主的淀粉糖漿，僅含少量葡萄糖，由于麥芽糖不易吸濕，因而國(guó)外糖果工業(yè)常用它代替酸水解淀粉糖漿。其制法是以含固形物35%，DE10左右的淀粉進(jìn)行液化，加入霉菌淀粉酶（Fungamyl 800L）0.8%左右，于pH5.5，55水解4

28、8 h再加以脫色精制濃縮而成。4. 糊精、麥芽糊精的生產(chǎn) 糊精是淀粉低程度水解的產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于食品增稠劑、填充劑和吸收劑。其中，DE值在1020之間的糊精稱(chēng)為麥芽糊精。淀粉在淀粉酶的作用下生成糊精?？刂泼阜磻?yīng)的DE值，可以得到含有一定量麥芽糖的麥芽糊精。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 5. 環(huán)狀糊精的生產(chǎn) 環(huán)狀糊精是由612個(gè)葡萄糖單位以1，4糖苷鍵連接而成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一類(lèi)化合物。能選擇性地吸附各種小分子物質(zhì)，起到穩(wěn)定、乳化、緩釋、提高溶解度和分散度等作用，在食品工業(yè)中有廣泛用途。其中，應(yīng)用最多的是環(huán)狀糊精（含6個(gè)葡萄糖單位），又稱(chēng)為環(huán)己直鏈淀粉；環(huán)狀糊精（含7個(gè)葡萄糖單位），又稱(chēng)為環(huán)庚直

29、鏈淀粉；環(huán)狀糊精（含8個(gè)葡萄糖單位），又稱(chēng)為環(huán)辛直鏈淀粉。其中環(huán)狀糊精的溶解度大，制備較為困難；環(huán)狀糊精的生成量較少；所以目前大量生產(chǎn)的是環(huán)狀糊精。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 環(huán)狀糊精通常以淀粉為原料，采用環(huán)狀糊精葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶為催化劑進(jìn)行生產(chǎn)。環(huán)狀糊精葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶（cyclodextrin glycosyl transferase,CGT），又稱(chēng)為環(huán)狀糊精生成酶。 由于反應(yīng)液中還含有未轉(zhuǎn)化的淀粉和界限糊精，需要加入淀粉酶進(jìn)行液化，然后經(jīng)過(guò)脫色、過(guò)濾、濃縮、結(jié)晶、離心分離、真空干燥等工序獲得環(huán)狀糊精產(chǎn)品。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 二、酶在乳品工業(yè)中的應(yīng)用 在乳品工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所用的酶主

30、要有凝乳酶（制造干酪）、乳糖酶（分解乳糖）、脂肪酶（黃油增香）等。 凝乳酶在乳品工業(yè)中的應(yīng)用最為常見(jiàn)。全世界每年生產(chǎn)干酪所用牛奶達(dá)一億多噸，占牛奶總產(chǎn)量的1/4。干酪生產(chǎn)的第一步是將牛奶用乳酸菌發(fā)酵制成酸奶，在加凝乳酶水解-酪蛋白，在酸性環(huán)境下，Ca2+使酪蛋白凝固，再切塊加熱壓榨熟化而成。以前所用凝乳酶均取自小牛，現(xiàn)在絕大部分的動(dòng)物酶已由微生物酶所代替。凝乳酶已成為僅次于淀粉酶的大宗產(chǎn)品，凝乳酶的本質(zhì)是酸性蛋白酶，只是凝乳作用強(qiáng)而蛋白分解作用弱，在一定程度上使酪蛋白分解形成苦味，現(xiàn)在用基因工程的方法將牛凝乳酶原生成基因植入大腸桿菌，已經(jīng)表達(dá)成功用發(fā)酵法已可生產(chǎn)凝乳酶。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的

31、應(yīng)用 乳糖酶可分解乳糖生成半乳糖和葡萄糖，乳糖是缺乏甜味而溶解度低的雙塘，牛奶中含有4.5%的乳糖，有些人由于體內(nèi)缺乏乳糖酶，因而在飲牛奶后常發(fā)生腹瀉、腹脹等；另外，由于乳糖難溶于水，常在煉乳、冰淇淋中呈沙樣結(jié)晶而析出，影響風(fēng)味，如將牛奶用乳糖酶處理，即可解決上述問(wèn)題。國(guó)外已用固定化黑曲霉乳糖酶處理牛奶生產(chǎn)脫乳糖牛奶。另外，可利用乳糖酶處理乳清從中回收有用的糖類(lèi)。 脂肪酶在乳制品的增香過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。乳制品的特有香味主要是加工時(shí)所產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺類(lèi)），乳品加工時(shí)添加適量脂肪酶可增強(qiáng)干酪和黃油的香味，將增香黃油用于奶糖、糕點(diǎn)等可節(jié)約用量。第二節(jié) 酶在食品工

32、業(yè)中的應(yīng)用 三、酶在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用 釀酒工業(yè)使用酶較為常見(jiàn)的是在啤酒的生產(chǎn)中。啤酒是以麥芽為主要原料，經(jīng)糖化和發(fā)酵而成的含酒精飲料，麥芽中含有降解原料生成可發(fā)酵性物質(zhì)所必需的各種酶類(lèi)，主要為淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶、纖維素酶等。當(dāng)麥芽質(zhì)量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時(shí)，由于酶的活力不足，使糖化不能充分，蛋白質(zhì)降解不足，從而影響啤酒的風(fēng)味與收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶等酶制劑，可補(bǔ)充麥芽中酶活力不足的缺陷。特別是在用大麥作輔料或麥芽發(fā)芽不良時(shí)，其中因含葡聚糖（一種黏性分枝多糖），而使麥芽汁的過(guò)濾發(fā)生困難，特別是由于葡聚糖不溶于酒精，啤酒生成沉淀而不易濾清，用葡聚糖酶

33、處理可使其分解而改善過(guò)濾操作，從而可以穩(wěn)定啤酒的質(zhì)量。另外，使用木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶或霉菌酸性蛋白酶，可以用于啤酒澄清并防止渾濁，從而延長(zhǎng)啤酒的保存期。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 酶在果酒釀造中也廣泛使用。果酒是以各種果汁為原料，通過(guò)微生物發(fā)酵而成的含酒精飲料。主要是指葡萄酒，此外還有桃酒、梨酒、荔枝酒等。在葡萄酒等果酒的生產(chǎn)過(guò)程中，已經(jīng)廣泛使用果膠酶和蛋白酶等酶制劑。果膠酶用于葡萄酒生產(chǎn)，除了在葡萄汁的壓榨過(guò)程中應(yīng)用，以利于壓榨和澄清，提高葡萄汁和葡萄酒的產(chǎn)量以外，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如，使用果膠酶處理以后，葡萄中單寧的抽出率降低，使釀制的白葡萄酒風(fēng)味更佳；在紅葡萄酒的釀制過(guò)程中，葡萄

34、漿經(jīng)過(guò)果膠酶處理后可以提高色素的抽出率，還有助于葡萄酒的老熟，增加酒香。 在各種果酒的生產(chǎn)過(guò)程中，還可以通過(guò)添加蛋白酶，使酒中存在的蛋白質(zhì)水解，以防止出現(xiàn)蛋白質(zhì)渾濁，使酒體清澈透明。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 四、酶在果蔬類(lèi)食品加工中的應(yīng)用 果蔬類(lèi)食品是指以各種水果或蔬菜為主要原料加工而成的食品。在果蔬加工過(guò)程中，可以加入各種酶，以提高果蔬類(lèi)食品加工生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量。 1. 柑橘制品去除苦味 柑橘果實(shí)制品，如柑橘罐頭、橘子汁、橘子醬等，柑橘果實(shí)中由于含有柚苷，而具有苦味。柚苷又稱(chēng)為柚配質(zhì)-7-蕓香糖苷?？梢栽阼周彰傅淖饔孟拢馍墒罄钐呛蜔o(wú)苦味的普魯寧（柚配質(zhì)-7-葡萄糖苷）。普魯寧還可以在

35、葡萄糖苷酶的作用下，進(jìn)一步水解生成葡萄糖和柚配質(zhì)。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 柚苷酶又稱(chēng)為鼠李糖苷酶，它催化鼠李糖苷分子中非還原端的鼠李糖苷鍵水解，釋放出鼠李糖。柚苷酶可由黑曲霉、米曲霉、青霉等微生物生產(chǎn)，鼠李糖和各種鼠李糖苷對(duì)該酶的生物合成有誘導(dǎo)作用。 在柑橘制品的生產(chǎn)過(guò)程中，加入一定量的柚苷酶，在3040左右處理12h，即可脫去苦味。 2.柑橘罐頭防止白色混濁 柑橘中含有橙皮苷，會(huì)使汁液中出現(xiàn)白色混濁而影響質(zhì)量。橙皮苷又稱(chēng)為橙皮素-7-蕓香糖苷，其溶解度小，所以容易生成白色混濁。橙皮苷在橙皮苷酶作用下，水解生成溶解度較大的鼠李糖和橙皮素-7-葡萄糖苷，能有效地防止柑橘類(lèi)罐頭制品出現(xiàn)白色混

36、濁。 橙皮苷酶也是一種鼠李糖苷酶，它催化橙皮苷分子中鼠李糖苷鍵水解，生成鼠李糖和橙皮素-7-葡萄糖苷。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 3. 果蔬制品的脫色 許多果蔬含有花青素，在不同的pH條件下呈現(xiàn)不同的顏色，在光照或高溫下變?yōu)楹稚?，與金屬離子反應(yīng)則成灰紫色，對(duì)果蔬制品的外觀質(zhì)量有一定的影響。如果采用一定濃度的花青素酶處理水果、蔬菜，可使花青素水解，以防止變色，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。 花青素酶是催化花青素水解生成在葡萄糖和它的配基的一種葡萄糖苷酶。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，只需要將果蔬制品加入一定濃度的花青素酶，于40條件下保溫2030min，即可達(dá)到脫色效果。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 4. 酶在果汁生

37、產(chǎn)中的應(yīng)用 水果中含有大量果膠，在果汁和果酒生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)造成壓榨困難、出汁率低、果汁渾濁等不良影響。為了達(dá)到利于壓榨，提高出汁率，使果汁澄清的目的，在果汁的生產(chǎn)過(guò)程中，廣泛使用果膠酶。 果膠酶是催化果膠質(zhì)分解的一類(lèi)酶的總稱(chēng)。主要包括果膠酯酶（PE）、聚半乳糖醛酸酶（PG）、聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG）、聚半乳糖醛酸裂合酶（PGL）和聚甲基半乳糖醛酸裂合酶（PMGL）等。其中PE和PG最為常見(jiàn)。 果膠酯酶（PE）是一種催化果膠甲酯分子水解，生成果膠酸和甲醇的一種果膠水解酶。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 聚半乳糖醛酸酶（PG）是催化聚半乳糖醛酸水解的一種果膠酶。根據(jù)其作用方式的不同，可以分為內(nèi)切聚

38、半乳糖醛酸酶和外切聚半乳糖醛酸酶。內(nèi)切聚半乳糖醛酸酶隨機(jī)水解果膠酸和其他聚半乳糖醛酸分子內(nèi)部的糖苷鍵，生成分子質(zhì)量較小的寡聚半乳糖醛酸。外切聚半乳糖醛酸酶從聚半乳糖醛酸鏈的非還原端開(kāi)始，逐個(gè)水解1，4-糖苷鍵，生成D-半乳糖醛酸和每次少一個(gè)半乳糖醛酸單位的聚半乳糖醛酸。 在果汁生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)果膠酶處理，有利于壓榨，提高出汁率，在沉降、過(guò)濾、離心分離過(guò)程中，有利于沉淀分離，達(dá)到果汁澄清效果。經(jīng)過(guò)果膠酶處理的果汁穩(wěn)定性好，可以防止在存放過(guò)程中產(chǎn)生渾濁。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘋(píng)果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生產(chǎn)。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 五、酶在肉類(lèi)食品和魚(yú)類(lèi)食品加工中的應(yīng)用 酶在肉類(lèi)食品和魚(yú)類(lèi)食品加工中的

39、重要作用是改善組織、嫩化肉類(lèi)，以及轉(zhuǎn)化廢棄蛋白成為供人類(lèi)使用或作為飼料的蛋白濃縮物。 用酶對(duì)牛肉等肉類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行嫩化處理，過(guò)去使用木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶，最近已有米曲霉等微生物蛋白酶用于肉類(lèi)產(chǎn)品的嫩化。蛋白酶軟化肉類(lèi)的主要作用是分解肌肉結(jié)締組織的膠原蛋白，從而促進(jìn)肉類(lèi)嫩化。 近年來(lái)，將酶水解過(guò)程應(yīng)用于含蛋白質(zhì)的食品原料是食品工業(yè)的重要課題。利用廢棄蛋白如雜魚(yú)、動(dòng)物血、碎肉等用酶水解，抽提其中蛋白質(zhì)以供食用或做飼料，是增加人類(lèi)蛋白資源的有效措施，其中以雜魚(yú)和魚(yú)廠廢棄物的利用最為引人注目。蛋白酶還可用于生產(chǎn)牛肉汁、雞汁等以提高產(chǎn)品收率。此外將酸性蛋白酶在中性pH時(shí)處理解凍魚(yú)類(lèi)，可以脫除魚(yú)腥味。第二節(jié)

40、 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 六、酶在焙烤食品中的應(yīng)用 在制造面包等糕點(diǎn)時(shí)，面團(tuán)中的酵母依靠面粉本身的淀粉酶和蛋白酶的作用所生成的麥芽糖和氨基酸來(lái)進(jìn)行繁殖和發(fā)酵。當(dāng)使用酶活力不足或陳舊面粉來(lái)制造面包時(shí)，由于發(fā)酵力差，烤制的面包體積小，色澤差，雖向面包中補(bǔ)加葡萄糖或蔗糖，效果也不理想。如果使用酶活力高的面粉來(lái)發(fā)酵制造面包，則氣孔細(xì)而分布均勻，體積大、彈性好、色澤佳，因此歐美各國(guó)都把淀粉酶活力作為面粉質(zhì)量指標(biāo)之一。為了保證面團(tuán)的質(zhì)量，常需添加酶進(jìn)行強(qiáng)化，一般添加淀粉酶來(lái)調(diào)節(jié)麥芽糖生成量，使二氧化碳產(chǎn)生和面團(tuán)氣體保持力相平衡。蛋白酶可促進(jìn)面筋軟化，增強(qiáng)伸延性，減少揉面時(shí)間和動(dòng)力，從而改善發(fā)酵效果。而用淀粉

41、酶強(qiáng)化面粉可防止糕點(diǎn)老化。 在面包糕點(diǎn)等制造中，還廣泛使用脂肪氧化酶，使面包中不飽和脂肪同胡蘿卜素等發(fā)生共軛氧化作用而將面包漂白。此外這種酶由于氧化面粉中不飽和脂肪酸，生成芳香的羧基化合物而增加面包風(fēng)味，改善面團(tuán)結(jié)構(gòu)。乳糖酶也用于添加脫脂奶粉的面包制造，乳糖酶分解乳糖生成發(fā)酵性糖，促進(jìn)酵母發(fā)酵，改善面包色澤。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 七、酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品添加劑是指為改善食品品質(zhì)和色、香、味，以及為防腐和加工工藝需要而加入食品中的化學(xué)合成或天然物質(zhì)。按照添加劑的功能不同，食品添加劑可以分為酸味劑、增味劑、甜味劑、乳化劑、增稠劑、強(qiáng)化劑等。 隨著酶工程的發(fā)展，作為高效、安全的生

42、物催化劑，酶在食品添加劑的生產(chǎn)中已經(jīng)較為廣泛地得到應(yīng)用。 1. 酶在酸味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 以賦予食品酸味為主要目的的食品添加劑稱(chēng)為酸味劑。在食品中添加一定量的酸味劑，可以給人一種爽快的刺激，起到增加食欲的效果，有利于鈣的吸收，有一定的防止微生物污染的作用。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （1）采用乳酸脫氫酶，催化丙酮酸還原為乳酸：乳酸又稱(chēng)為羥基丙酸，是一種無(wú)色或淺黃色漿狀液體，無(wú)臭，略有脂肪酸味，可以與水、乙醇、乙醚、丙酮等混溶。乳酸分子中含有一個(gè)不對(duì)稱(chēng)碳原子，故具有旋光性。天然存在于肌肉中的乳酸是右旋體，而在酸奶中存在的乳酸為外消旋體。 乳酸具有兩種不同的構(gòu)型，D型乳酸和L型乳酸，兩者互為對(duì)映體

43、。D型乳酸和L型乳酸的等量混合物為外消旋乳酸。 D型乳酸由D乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原而成，L型乳酸由L乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原而成。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （2）采用2鹵代酸脫鹵酶，催化2氯丙酸水解生成乳酸：以L2氯丙酸為底物，通過(guò)L2鹵代酸脫鹵酶（L-2-haloacd dehalogenase，EC3.8.1.2）的催化作用，將L2氯丙酸水解生成D型乳酸。 （3）采用延胡索酸酶催化反丁烯二酸水合，生成蘋(píng)果酸：蘋(píng)果酸（malate）又稱(chēng)為羥基丁二酸，在蘋(píng)果中含量最高并且最早從蘋(píng)果中分離得到，故名蘋(píng)果酸。蘋(píng)果酸由于構(gòu)型不同，可以分為L(zhǎng)蘋(píng)果酸 和D蘋(píng)果酸?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的都是L蘋(píng)果酸。第二

44、節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 蘋(píng)果酸的酸味柔和、持久，可以掩蓋蔗糖以外的一些甜味劑的味道，有效提高食品中的水果風(fēng)味，已在食品生成中廣泛應(yīng)用。 隨著酶工程的發(fā)展，特別是固定化技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)在酶法生產(chǎn)已經(jīng)成為生產(chǎn)L蘋(píng)果酸的主要方法。 L蘋(píng)果酸的酶法生產(chǎn)可以用延胡索酸（反丁烯二酸）為底物，通過(guò)延胡索酸酶的催化作用，水合生成L蘋(píng)果酸。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 酶在食品增味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品增味劑或稱(chēng)食品風(fēng)味增強(qiáng)劑（flavour enhancers），是指補(bǔ)充或增強(qiáng)食品原有風(fēng)味的一類(lèi)物質(zhì)。通常又稱(chēng)為鮮味劑。 鮮味是由鮮味物質(zhì)刺激人們的味覺(jué)器官而產(chǎn)生的一種鮮美感覺(jué)。能夠刺激味覺(jué)器官產(chǎn)生鮮美感覺(jué)的物質(zhì)稱(chēng)

45、為鮮味劑。已知的鮮味物質(zhì)有40多種。如味精、肌苷酸鈉等。 鮮味劑除了本身具有鮮味以外，還可以補(bǔ)充或者增強(qiáng)食品原有的風(fēng)味，所以又稱(chēng)為風(fēng)味增強(qiáng)劑，簡(jiǎn)稱(chēng)增味劑。 酶在食品增味劑生產(chǎn)中主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生產(chǎn)。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （1）L氨基酸的酶法生產(chǎn)：L氨基酸是組成蛋白質(zhì)的主要成分。有些氨基酸，如L谷氨酸、L天冬氨酸等具有鮮味，稱(chēng)為氨基酸類(lèi)增味劑。 氨基酸類(lèi)增味劑是當(dāng)今世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的一類(lèi)食品增味劑。目前我國(guó)許可使用的氨基酸類(lèi)增味劑只有L谷氨酸鈉一種。國(guó)際上一些國(guó)家許可使用的氨基酸類(lèi)增味劑還有L谷氨酸、L谷氨酸銨、L谷氨酸鉀、L谷氨酸鈣、L天冬氨酸鈉等。 通過(guò)酶的催化作

46、用生產(chǎn)L氨基酸類(lèi)增味劑主要有：蛋白酶催化蛋白質(zhì)水解生成L氨基酸混合液，再?gòu)闹蟹蛛x得到鮮味氨基酸；谷氨酸脫酶催化酮戊二酸加氨還原，生成L谷氨酸；轉(zhuǎn)氨酶催化酮酸與氨基酸進(jìn)行轉(zhuǎn)氨反應(yīng)，生成所需的L氨基酸；谷氨酸合酶催化酮戊二酸與谷氨酰胺反應(yīng)，生成L谷氨酸；天冬氨酸酶催化延胡索酸（反丁烯二酸）氨基化，生成L天冬氨酸等。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （2）呈味核苷酸的酶法生產(chǎn)：呈味核苷酸都是5嘌呤核苷酸，主要有鳥(niǎo)苷酸和肌苷酸等。 通過(guò)酶的催化作用生產(chǎn)的核苷酸類(lèi)增味劑主要有5磷酸二酯酶催化RNA水解，生成呈味核苷酸（4種5單核苷酸，即腺苷酸、鳥(niǎo)苷酸、尿苷酸和胞苷酸的混合物）；腺苷酸脫氨酶催化AMP脫氨，生

47、成肌苷酸等。 GMP和IMP是高效食品增味劑，一般以鳥(niǎo)苷酸二鈉和肌苷酸二鈉的形式使用。由于呈味核苷酸與谷氨酸鈉的呈味效果有疊加效應(yīng)，即兩者混合使用時(shí)，鮮味大大增強(qiáng)。所以核苷酸類(lèi)食品增味劑在使用時(shí)通常與谷氨酸鈉混合使用，即在味精中加入5%10%的呈味核苷酸，可大大增加鮮味。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 酶在甜味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品甜味劑能夠改進(jìn)食品的可口性和其他食用性質(zhì)，滿(mǎn)足一部分人群的愛(ài)好，在食品中廣泛應(yīng)用。 通過(guò)酶的催化作用可以生成各種甜味劑。 （1）嗜熱菌蛋白酶催化天冬氨酸和苯丙氨酸反應(yīng)生成天苯肽：天苯肽（as-partein）是由L天冬氨酸和L苯丙氨酸甲脂縮合而成的二肽甲脂。是一種常用的

48、甜味劑。其性質(zhì)接近蔗糖，甜味純正，甜度約為蔗糖的150200倍，可以與蔗糖等一起使用。其甜度高而熱量低，在甜度相同的情況下，天苯肽的熱量?jī)H為蔗糖的1/200，所以在食品、飲料等方面廣泛應(yīng)用。天苯肽在pH25的酸性范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，特別適合在微酸性或偏酸性的食品中使用。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 天苯肽可以通過(guò)嗜熱菌蛋白酶在有機(jī)介質(zhì)中催化合成。 嗜熱菌蛋白酶酶 嗜熱菌蛋白酶（thermolysin thermophilic-proteinase）是從一種嗜熱細(xì)菌中分離得到的一種蛋白酶。它可以在有機(jī)介質(zhì)中催化L天冬氨酸（L-Asp）與L苯丙氨酸甲脂（L-Phe-OMe）反應(yīng)縮合生成天苯肽（L-As

49、p- L-Phe-OMe）。其反應(yīng)式為： L-Asp + L-Phe-OMe 嗜熱菌蛋白 L-Asp- L-Phe-OMe L-天冬氨酸 L-苯丙氨酸甲脂 天苯肽 第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 在反應(yīng)過(guò)程中，苯丙氨酸的羥基必需酯化，而天冬氨酸的氨基也必須采用苯酯化加以保護(hù)。以免其他副產(chǎn)物，如Asp Asp、PHe- PHe、PHe-Asp等二肽或多肽的生成。 在生產(chǎn)中通常采用化學(xué)合成法得到的消旋化DL-苯丙氨酸甲脂為底物，反應(yīng)后剩下未反應(yīng)的D-苯丙氨酸甲脂可以分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)外消旋化后重新使用。 （2）葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)帕拉金糖：帕拉金糖是一種低熱值甜味劑，是蔗糖的一種異構(gòu)體，甜味與蔗糖近似，但

50、甜度較低。 帕拉金糖（D吡喃葡萄糖苷1，6呋喃果糖）可以通過(guò)葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的催化作用，由蔗糖轉(zhuǎn)化而成。其反應(yīng)式為：第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （2）葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)帕拉金糖：帕拉金糖是一種低熱值甜味劑，是蔗糖的一種異構(gòu)體，甜味與蔗糖近似，但甜度較低。 帕拉金糖（D吡喃葡萄糖苷1，6呋喃果糖）可以通過(guò)葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的催化作用，由蔗糖轉(zhuǎn)化而成。其反應(yīng)式為：-D-吡喃葡萄糖苷-1,2-呋喃果糖 -D-吡喃葡萄糖苷-1,6-呋喃果糖 蔗糖 帕拉金糖葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （3）果聚糖蔗糖酶生產(chǎn)低聚果糖：低聚果糖是指在蔗糖的果糖基上結(jié)合13個(gè)果糖分子而成的非還原性糖。低聚果糖存在

51、于洋蔥、香蕉等果蔬之中，但含量很低。其甜度約為蔗糖甜度的60%。 低聚果糖的生產(chǎn)可以采用蔗糖為原料，通過(guò)果聚糖蔗糖酶（levansucrase，EC2.4.1.10）的催化作用生成。 果聚糖蔗糖酶可以通過(guò)黑曲霉發(fā)酵得到。在低聚果糖的生產(chǎn)過(guò)程中，可以在55%60%蔗糖溶液中，加入含有果聚糖蔗糖酶的黑曲霉菌體，在60條件下，反應(yīng)24h，而得到低聚果糖。也可以采用固定化含酶菌體進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。 （4）葡萄糖醛酸苷酶生產(chǎn)單葡萄糖醛酸基甘草皂甙：葡萄糖醛酸苷酶（-glucuronidase，EC3.2.1.31）是一種催化葡萄糖醛酸苷水解，釋放出葡萄糖醛酸的水解酶。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 甘草皂甙

52、（glycyrrhizin）是一種三萜皂甙，由甘草皂甙元與兩分子D葡萄糖醛酸組成，D葡萄糖醛酸之間通過(guò)1，4葡萄糖醛酸苷鍵相連。 甘草皂甙是甘草的主要有效成分，具有免疫調(diào)節(jié)和抗病毒等功能；甘草皂甙及其鈉鹽是一種低熱值的甜味劑，其甜度約為蔗糖甜度的170200倍；甘草皂甙還可以用作乳制品、蛋制品、可可制品以及羊肉除膻增香等香味增強(qiáng)劑。 甘草皂甙的生物活性與其分子中的葡萄糖醛酸基有密切關(guān)系。 通過(guò)葡萄糖醛酸苷酶的的作用，去除甘草皂甙末端的一個(gè)D葡萄糖醛酸殘基，得到單葡萄糖醛酸基的甘草皂甙，其甜度約為蔗糖甜度的1000倍，比甘草皂甙的甜度提高56倍。是一種高甜度、低熱值的新型甜味劑。第二節(jié) 酶在食品

53、工業(yè)中的應(yīng)用 4. 酶在乳化劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品乳化劑是使食品中互不相溶的液體形成穩(wěn)定的乳濁液的一類(lèi)食品添加劑。目前國(guó)內(nèi)外最普遍使用的乳化劑是甘油單脂及其衍生物和大豆磷脂等。 利用脂肪酶的作用，將甘油三脂水解生成的甘油單脂，簡(jiǎn)稱(chēng)為單甘脂，是一種廣泛應(yīng)用的食品乳化劑。目前工業(yè)產(chǎn)品主要是經(jīng)過(guò)分子蒸餾含量達(dá)90%以上的單甘脂，以及單甘脂含量為40%50%的單雙脂混合物。第二節(jié) 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 酶除了在食品工業(yè)中的應(yīng)用之外，在其他輕工業(yè)方面的應(yīng)用也十分廣泛，另外酶在化學(xué)工業(yè)方面也有廣泛的用途。概括起來(lái)酶在輕工和化工中主要有4個(gè)方面的用途： 酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用； 酶在洗滌劑工業(yè)中的應(yīng)用； 酶在有

54、機(jī)酸工業(yè)中的應(yīng)用； 酶在紡織、皮革、造紙工業(yè)中的應(yīng)用。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 一、酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用 動(dòng)物飼料主要組分是淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪以及其它復(fù)雜的碳水化合物，包括-葡聚糖、木聚糖、戊聚糖、纖維素及半纖維素等組成。前三種組分可在動(dòng)物胃腸內(nèi)體內(nèi)酶的作用下進(jìn)行代謝分解，轉(zhuǎn)化為能直接吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。對(duì)于另一些組分纖維素和半纖維素等物質(zhì)，基本上無(wú)法代謝和吸收。利用飼料酶的功能，加快催化，可促使非淀粉質(zhì)多糖迅速降解，從而提高飼料的轉(zhuǎn)化效率。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 飼料用酶的作用 酶制劑在飼料養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用是基于如下因素考慮的： （1）補(bǔ)充同源酶的不足，促進(jìn)動(dòng)物的消化吸收，提高飼

55、料的利用率； 動(dòng)物飼料是以淀粉、蛋白質(zhì)等大分子化合物作為營(yíng)養(yǎng)源的，由于動(dòng)物生理上的差異，不同動(dòng)物消化道中的酶系不同，數(shù)量也很有限，再加上飼料在消化道中停留的時(shí)間一般都很短，如雞、魚(yú)、蝦僅34h，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，酶的催化作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，飼料未被充分消化吸收而隨糞便排出體外，造成部分浪費(fèi)。據(jù)研究，不少動(dòng)物對(duì)飼料的消化吸收率僅為50%左右。在飼料中添加酶制劑就可以與動(dòng)物內(nèi)源酶發(fā)揮協(xié)同作用，將難消化吸收的蛋白質(zhì)、淀粉等大分子化合物降解為氨基酸、肽、胨、單糖、寡糖等小分子物質(zhì)，增加飼料中的有效成分，提高動(dòng)物的消化吸收利用率。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 （2）摧毀植物細(xì)胞壁，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更好地

56、被利用； 由于植物細(xì)胞壁中含有的大量纖維素組成微纖維，埋在木質(zhì)素、半纖維素和果膠中間，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且復(fù)雜的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。加工粉碎只能打碎部分細(xì)胞壁，有很多植物細(xì)胞仍完整無(wú)損，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包在其中難以被動(dòng)物消化吸收。如果利用纖維素酶、半纖維素酶和果膠酶等來(lái)破壞其細(xì)胞壁，使其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出來(lái)，就可增加動(dòng)物對(duì)植物原料的利用率。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 （3）消除抗?fàn)I養(yǎng)因素，釋放礦物元素和其他微量元素來(lái)提高飼料利用率，促進(jìn)動(dòng)物健康生長(zhǎng)； 纖維素是一種纖維二糖的高聚體，是單胃動(dòng)物不能利用的，這種大分子物質(zhì)較難溶解并對(duì)單胃動(dòng)物的消化有阻礙作用。半纖維素和果膠部分溶于水后，會(huì)產(chǎn)生粘性溶液，增加消化物的

57、粘度，因而使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)源酶難以擴(kuò)散，同時(shí)還縮短了飼料在腸道內(nèi)的停留時(shí)間，降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同化作用，從而影響了動(dòng)物的消化吸收。利用酶制劑可以將纖維素、半纖維素、果膠以及糖、蛋白質(zhì)等降解為單糖或寡糖，減少了此類(lèi)物質(zhì)對(duì)動(dòng)物消化、吸收和利用的障礙作用。與此同時(shí)，結(jié)合著的礦物元素和一些微量元素在酶的作用下被水接出來(lái)，為動(dòng)物所吸收，提高了動(dòng)物的健康水平。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 （4）酶制劑的選擇和優(yōu)化組合 生物體是一個(gè)多酶系統(tǒng)，因此選用的飼用酶制劑也應(yīng)有多種酶組成，以發(fā)揮整體效應(yīng)。大量實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合酶的效果均優(yōu)于單一酶。也應(yīng)當(dāng)注意到，酶與酶之間既存在著互補(bǔ)的促進(jìn)效應(yīng)（或叫疊加效應(yīng)），又存在著某

58、些拮抗作用，因此選擇不同酶制劑的結(jié)合是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。在這里既要考慮到酶作用的發(fā)揮，又要考慮到復(fù)合酶的穩(wěn)定性，還要考慮在動(dòng)物體內(nèi)真正發(fā)揮外源酶的作用。應(yīng)根據(jù)不同動(dòng)物與不同生長(zhǎng)期的生理特性和日糧的組成等因素綜合考慮，選擇與組合添加酶制劑的種類(lèi)及其適宜的添加量。應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，避免盲目性。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 飼料用酶的種類(lèi) 目前世界上研制和生產(chǎn)的飼料用酶品種很多，但大致可分為消化酶和非消化酶兩大類(lèi)。 消化酶包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等。這類(lèi)酶動(dòng)物自身能合成并分泌到消化道中消化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但因某種原因需要強(qiáng)化這類(lèi)內(nèi)源酶的作用，就需要添加幫助動(dòng)物消化的外源酶。在喂養(yǎng)豬仔、雞仔的飼料用

59、酶配方中，常以-淀粉酶、蛋白酶為主，可以補(bǔ)充一些糖化酶、果膠酶和纖維素酶。 非消化酶是指動(dòng)物自身不能合成和缺乏的酶。這類(lèi)酶能消化動(dòng)物自身不能消化的物質(zhì)或降解抗?fàn)I養(yǎng)因子和有害物質(zhì)。主要包括纖維素酶、半纖維素酶、植酸酶、果膠酶和消炎酶等。 第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 飼料用酶的要求 對(duì)飼料用酶要求具有安全性和穩(wěn)定性。 （1）安全性 用于飼料工業(yè)的酶制劑應(yīng)首先考慮安全性。來(lái)源于微生物的酶制劑，應(yīng)采用安全菌株。美國(guó)食品及藥物管理局（F.D.A）規(guī)定：枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，米曲霉(Asp.oryzae)，黑曲霉(Asp. niger)，啤酒酵母(Sacch. cere

60、visiae)和脆壁酵母(Sacch. fragilis)為不需要經(jīng)過(guò)毒素鑒定的安全菌株。這一規(guī)定可以借鑒。采用其他菌株，要有認(rèn)可部門(mén)提供菌株產(chǎn)毒試驗(yàn)報(bào)告，證明為安全菌，方可用于飼用酶制劑的生產(chǎn)。來(lái)源于動(dòng)物和植物的酶制劑，動(dòng)物組織應(yīng)根據(jù)肉品衛(wèi)生檢驗(yàn)試行規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)，必須符合肉與肉制品衛(wèi)生管理辦法中肉類(lèi)檢疫要求。植物組織應(yīng)不霉?fàn)€、不變質(zhì)。第三節(jié) 酶在輕工、化工方面的應(yīng)用 在生產(chǎn)飼用酶制劑的過(guò)程中，為確保產(chǎn)品的安全、衛(wèi)生，一切不能用于飼料的物質(zhì)，禁止加入飼用酶制劑中，如非食用的填充料、殺菌劑、防腐劑等。 （2）穩(wěn)定性 酶制劑作用的發(fā)揮受多種因素的影響，酶是蛋白質(zhì)，很容易在熱、酸、堿、重金屬和其他氧