【正式版】酶的生成與改造及酶工程在食品中的應用課件文檔

酶的生成與改造及酶工程在食品中的應用海洋藻類活性多糖功效1.1抗腫瘤作用1.2抗病毒作用1.3抗輻射作用1.4降血脂作用1.5抗凝血作用1.6護膚作用

海藻多糖具有抗腫瘤的作用。綠藻中松藻科松藻冷水抽出物，對接種S-180實體肉瘤和艾氏腹水瘤20d的小鼠，以0.5mg/kg腹腔注射6d，抑瘤率達37%-42%；螺旋藻多糖蛋白提取物可顯著抑制小鼠體內(nèi)腹水中肝癌細胞的增殖；螺旋藻多糖以0.3-0.5g/L對B37乳腺癌細胞的抑制率可達68%，對K652白血病細胞抑制率為46%；裙帶菜多糖對615荷瘤小鼠抑瘤率為69.13%；施志儀等實驗證明海帶褐藻糖膠可通過抑制人肝癌細胞進入對數(shù)生長期來抑制腫瘤的生長，當劑量達到250μL/mL時，加樣24h后表現(xiàn)出殺傷作用，并且實驗組細胞生長緩慢，形態(tài)較小，多呈圓形，分布不均勻；肺癌細胞、胃癌細胞、白血病細胞HL-60在含有螺旋藻多糖的培養(yǎng)液中培養(yǎng)后，細胞形狀變得不規(guī)則，內(nèi)部出現(xiàn)空泡，并逐漸解體；紫菜多糖具有促進免疫功能活性而具抗癌的作用；羊棲菜多糖對荷瘤小鼠的紅細胞免疫功能有促進作用

1.1抗腫瘤作用1.2抗病毒作用

從海藻Gelidumcartilagenium中提取的多糖和卡拉膠對流感B病毒和腮腺炎病毒有對抗作用；紅藻多糖（RP1，RP2）對牛免疫缺陷病毒（BIV）有明顯的生長抑制作用，抑制率分別為85.96%和88.65%，與臨床批準使用的抗AIDS藥物疊脫氧胸腺嘧啶89.52%近似；Gonzale報道[13]從海藻中提取得到的多糖硫酸酯能阻斷病毒對細胞的吸附，以及抑制人類免疫缺陷病毒（HIV）的逆轉錄酶；從微紅藻中提取的多糖可以阻止病毒在寄主細胞中的復制，并有效地防止病毒侵入正常細胞[14]。研究表明，多糖的硫酸基含量與其抗病毒作用密切相關，可能是通過干擾病毒和宿主細胞之間的吸附來達到其抗病毒作用。

對自然酶的化學結構進行修飾以改善酶的性能的方法很多。例如，a一淀粉酶一般有Ca2+，Mg2+等金屬離子，屬于雜離子型，若通過離子置換法將其他離子都換成Ca2+

，則酶的活性提高3倍，穩(wěn)定性也大大增加；胰凝乳蛋白酶與水溶性大分子化合物右旋糖酐結合，酶的空間結構發(fā)生某些細微改變，使其催化活力提高4倍；還有對抗白血病藥物——天冬酰胺酶的游離氨基進行修飾后，該酶在血漿中的穩(wěn)定性也得到很大的提高。

酶進行化學修飾時，應注意：(1)修飾劑的要求(2)酶性質(zhì)的了解(3)反應條件的選擇大多數(shù)酶經(jīng)過修飾后性質(zhì)會發(fā)生一些變化，如酶的熱穩(wěn)定性、抗各類失活因子能力、抗原性、半衰期、最適PH值等酶學性質(zhì)，酶修飾中存在的問題是，隨著酶與修飾劑結合率提高，酶活回收率將下降?？朔姆椒ㄊ遣扇∫恍┍Ｗo措施，如添加酶的競爭性抑制劑，保護酶活性部位以及改進現(xiàn)有的修飾工藝，進一步完善酶的化學修飾。

制備修飾酶的目標:提高酶活力;改進酶的穩(wěn)定性允許酶在一個變化的環(huán)境中起作用最適PH值或溫度,改變酶的特異性使它能催化不同底物的轉化改變催化反應類型,提高催化過程的反應效率。生物酶工程法

隨著人們對酶的深入研究以及氨基酸一級結構的測定、基因重組技術的應用等，可以徹底地改造、合成并且模擬酶。這也就是生物酶工程的主要內(nèi)容。生物酶工程主要包括基因工程技術生產(chǎn)酶和蛋白質(zhì)工程技術改造酶兩方面內(nèi)容?；蚬こ碳夹g改造和生產(chǎn)酶

基因工程改造酶分子主要包括三方面內(nèi)容：①用基因工程技術大量生產(chǎn)酶。②修飾酶基因，產(chǎn)生遺傳修飾。③設計出新酶基因，合成自然界從未有過的酶。

例如：凝乳蛋白酶是生產(chǎn)乳酪的必需用酶，其來源有限。從微生物中提取的凝乳蛋白酶常會引起乳酪苦味。因此，人們克隆了小牛凝乳酶基因在酵母系統(tǒng)中表達，得到的凝乳酶與從小牛胃中提取的天然酶性質(zhì)完全一致。蛋白質(zhì)工程改造和生產(chǎn)酶

酶的蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上發(fā)展起來的，而且仍需要應用基因工程的全套技術。所不同的是，酶的基因工程主要解決的是酶大量生產(chǎn)的問題，而蛋白質(zhì)工程則致力于天然蛋白質(zhì)的改造，制備各種定做的蛋白質(zhì)，但也要用到基因工程的技術手段。2.2.2.1合理設計

合理設計是蛋白質(zhì)工程最早使用的技術，而且現(xiàn)在也在廣泛的使用。要達到此目的要做好三個方面的工作。第一要用結晶學技術來獲得蛋白質(zhì)結晶體，然后利用x一射線技術對晶體進行測量、分析，確定蛋白質(zhì)的三維結構。第二借助計算機對蛋白質(zhì)進行選擇修飾，從氨基酸的化學結構預見空間結構，或通過人工智能等其它方法來確定蛋白質(zhì)和功能的關系，找到要修飾的位點。第三，通過對基因序列的了解，運用定點突變技術來進行堿基替換。通過此法來改變蛋白質(zhì)的功能，但要想獲得理想的蛋白質(zhì)工程產(chǎn)物往往要經(jīng)過多次分析，替換才能達到目的[2]定向進化是蛋白質(zhì)工程的新策略，它是在不需要事先了解蛋白質(zhì)的空間結構的情況下通過模擬自然進化機制，以改進的誘變技術結合確定進化方向的選擇方法。基因工程改造酶分子主要包括三方面內(nèi)容：①用基因工程技術大量生產(chǎn)酶。將增香黃油用于奶糖、糕點等食品，可節(jié)約黃油用量，提高風味（4）嬰兒奶粉人奶與牛奶區(qū)別之一在于溶菌酶含量的不同。幼動物的膠原蛋白中，不耐熱交聯(lián)鍵多，一經(jīng)加熱即行破裂，肉是得嫩；第三，通過對基因序列的了解，運用定點突變技術來進行堿基替換。桔子中的檸檬苦素是引起桔汁產(chǎn)生苦味的原因，利用球形節(jié)桿菌固定化細胞的檸檬酶處理即可消除苦味。乳品加工時添加適量的脂肪酶可增加干酪和黃油的香味。采用橙皮苷酶，可將橙皮苷水解成為水溶性的橙皮素，從而消除桔子罐頭的白濁現(xiàn)象?；蚬こ谈脑烀阜肿又饕ㄈ矫鎯?nèi)容：①用基因工程技術大量生產(chǎn)酶。例如：凝乳蛋白酶是生產(chǎn)乳酪的必需用酶，其來源有限。（1）水果罐頭加工酶分子設計可以采用定點突變和體外分子定向進化兩種方式對天然酶分子進行改造。65%，與臨床批準使用的抗AIDS藥物疊脫氧將牛奶用乳糖酶處理，使奶中乳糖水解為半乳糖和葡萄糖即可解決上述問題?，F(xiàn)在采用酶法合成新工藝，可用價格較低的DL—苯丙氨酸為原料，且產(chǎn)品都是α—型體（β—型體有苦味），使生產(chǎn)成本下降30%。干酪生產(chǎn)的第一步是將牛奶用乳酸菌發(fā)酵制成酸奶，然后加凝乳酶水解K-酪蛋白，在酸性條件下，鈣離子使酪蛋白凝固，再經(jīng)切塊加熱壓榨熟化而成。2.2.2.2定向進化

定向進化是蛋白質(zhì)工程的新策略，它是在不需要事先了解蛋白質(zhì)的空間結構的情況下通過模擬自然進化機制，以改進的誘變技術結合確定進化方向的選擇方法。因此它能解決合理設計所不能解決的問題，在生產(chǎn)中的應用越來越受到重視。定向進化是在待進化蛋白質(zhì)基因的PCR擴增反應中，利用TaqDNA多聚酶不具有3‘-5’校對功能的性質(zhì)，配合適當條件，以很低的比率向目的基因中引人突變，構建突變庫，憑借定向選擇方法，選出所需性質(zhì)的蛋白質(zhì)。定向進化實際就是隨機突變加上選擇，它與自然進化不同，整個過程都是在人為控制下進行的，并且還可以模擬真核細胞中DNA隨機拼接這一蛋白質(zhì)進化過程來加速蛋白質(zhì)的優(yōu)化。2.3酶分子的定向改造和進化

酶分子設計可以采用定點突變和體外分子定向進化兩種方式對天然酶分子進行改造。定點突變

定點突變需要知道酶蛋白的一級結構及編碼序列，并根據(jù)蛋白質(zhì)空間結構知識來設計突變位點。定點突變技術可以隨心所欲地在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定長度的核苷酸片段[6]。該方法與使用化學因素、自然因素導致突變的方法相比，具有突變率高、簡單易行、重復性好的特點。2.3.2體外分子定向進化

體外定向進化是近幾年新興起來的一種蛋白質(zhì)改造新策略，它可以在尚不知道蛋白質(zhì)的空間結構，或者根據(jù)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)結構知識尚不能進行有效的定點突變時，借鑒實驗室手段在體外模擬自然進化的過程(隨機突變、重組和選擇)，使基因發(fā)生大量變異，并定向選擇出所需性質(zhì)或功能，從而使幾百萬年的自然進化過程在短期內(nèi)得以實現(xiàn)。具體的在上面已經(jīng)詳述過。酶在食品工業(yè)中的應用1、酶用于淀粉糖的生產(chǎn)

以淀粉為原料，經(jīng)α—淀粉酶和葡萄糖淀粉酶催化水解，得D—葡萄糖，將它通過固定化D—葡萄糖異構酶柱完成由D—葡萄糖至D—果糖的轉化，再通過精制、濃縮等手段，即可得到不同種類的高果糖漿。2、酶用于甜味劑的生產(chǎn)淀粉糖均以淀粉為原料進行生產(chǎn)，其甜度增加有限，所以從根本上解決食糖短缺問題應生產(chǎn)甜度高而又不以淀粉為原料的甜味劑。國外大量生產(chǎn)的阿期巴甜（APM）就是一種高甜度的甜味劑。阿期巴甜（天門冬酰丙氨酸甲酯）是二肽甜味劑，其甜度是蔗糖的200倍。過去是以L—天冬氨酸與L—苯丙氨酸為原料用化學法合成?，F(xiàn)在采用酶法合成新工藝，可用價格較低的DL—苯丙氨酸為原料，且產(chǎn)品都是α—型體（β—型體有苦味），使生產(chǎn)成本下降30%。3、酶用于乳品加工（1）干酪生產(chǎn)全世界生產(chǎn)干酪所耗牛奶達1億多噸，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，然后加凝乳酶水解K-酪蛋白，在酸性條件下，鈣離子使酪蛋白凝固，再經(jīng)切塊加熱壓榨熟化而成。（2）分解乳糖牛奶中含有4.5%的乳糖。乳糖是一種缺乏甜味且溶解度很低的雙糖，難于消化。有些人飲奶后常發(fā)生腹瀉、腹痛等病，其原因即在于此。而且由于乳糖難溶于水，常在煉乳、冰淇琳中呈砂狀結晶析出，從而影響食品風味。將牛奶用乳糖酶處理，使奶中乳糖水解為半乳糖和葡萄糖即可解決上述問題。（3）黃油增香乳制品特有香味主要是加工時所產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺類等）所致。乳品加工時添加適量的脂肪酶可增加干酪和黃油的香味。將增香黃油用于奶糖、糕點等食品，可節(jié)約黃油用量，提高風味（4）嬰兒奶粉人奶與牛奶區(qū)別之一在于溶菌酶含量的不同。奶粉中添加卵清溶菌酶可防止嬰兒腸道感染。4、酶用于肉類和魚類加工（1）改善組織、嫩化肉類酶技術可以促使肉類嫩化。牛肉及其他質(zhì)地較差的肉（如老動物肉），結締組織和肌纖維中的膠原蛋白質(zhì)及彈性蛋白質(zhì)含量高且結構復雜。膠原蛋白質(zhì)是纖維蛋白，同副鍵連接成為具有很強機械強度的組成，這種交聯(lián)鍵可分成耐熱的和不耐熱的兩種。幼動物的膠原蛋白中，不耐熱交聯(lián)鍵多，一經(jīng)加熱即行破裂，肉是得嫩；而老動物的肉因耐熱鍵多，烹煮時軟化較難，因而肉質(zhì)顯得粗糙，難以烹調(diào)，口感亦差。采用蛋白酶可以將肌肉結締組織中膠原蛋白分解，從而使肉質(zhì)嫩化。作為嫩化劑的蛋白酶可以分為兩類：最常用的一類是植物蛋白酶，另一類是微生物蛋白酶。（2）轉化廢棄蛋白將廢棄的蛋白、如雜魚、動物血、碎肉等用蛋白酶水解，抽提其中蛋白質(zhì)以供食用或用作飼料，是增加人類蛋白質(zhì)資源的一項有效措施。其中以雜魚及魚廠廢棄物的利用最為矚目。海洋中許多魚類因其色澤、外觀或味道欠佳等原因，都不能食用，而這類水產(chǎn)卻高達海洋水產(chǎn)的80%左右。采用這項生物技術新成果，使其中絕大部分蛋白質(zhì)溶解，經(jīng)濃縮干燥可制成含氮量高、富含各種水溶性維生素的產(chǎn)品，其營養(yǎng)不低于奶粉，可摻入面包、面條中等食用，或用作飼料，其經(jīng)濟效益十分顯著。（3）其他方面的應用用酸性蛋白酶在pH值呈中性條件下處理解凍魚類，可以脫腥?，F(xiàn)今開發(fā)利用堿性蛋白酶水解動物脫色來制造無色血粉，作為廉價而安全的補充蛋白資源，這一技術已用于工業(yè)化生產(chǎn)。肺癌細胞、胃癌細胞、白血病細胞HL-60在含有螺旋藻多糖的培養(yǎng)液中培養(yǎng)后，細胞形狀變得不規(guī)則，內(nèi)部出現(xiàn)空泡，并逐漸解體；干酪生產(chǎn)的第一步是將牛奶用乳酸菌發(fā)酵制成酸奶，然后加凝乳酶水解K-酪蛋白，在酸性條件下，鈣離子使酪蛋白凝固，再經(jīng)切塊加熱壓榨熟化而成。以淀粉為原料，經(jīng)α—淀粉酶和葡萄糖淀粉酶催化水解，得D—葡萄糖，將它通過固定化D—葡萄糖異構酶柱完成由D—葡萄糖至D—果糖的轉化，再通過精制、濃縮等手段，即可得到不同種類的高果糖漿。國外大量生產(chǎn)的阿期巴甜（APM）就是一種高甜度的甜味劑。例如：凝乳蛋白酶是生產(chǎn)乳酪的必需用酶，其來源有限。定向進化實際就是隨機突變加上選擇，它與自然進化不同，整個過程都是在人為控制下進行的，并且還可以模擬真核細胞中DNA隨機拼接這一蛋白質(zhì)進化過程來加速蛋白質(zhì)的優(yōu)化。桔子中的檸檬苦素是引起桔汁產(chǎn)生苦味的原因，利用球形節(jié)桿菌固定化細胞的檸檬酶處理即可消除苦味。制備修飾酶的目標:提高酶活力;改進酶的穩(wěn)定性允許酶在一個變化的環(huán)境中起作用最適PH值或溫度,改變酶的特異性使它能催化不同底物的轉化改變催化反應類型,提高催化過程的反應效率。（1）改善組織、嫩化肉類海藻多糖具有抗腫瘤的作用。綠藻中松藻科松藻冷水抽出物，對接種S-180實體肉瘤和艾氏腹水瘤20d的小鼠，以0.所不同的是，酶的基因工程主要解決的是酶大量生產(chǎn)的問題，而蛋白質(zhì)工程則致力于天然蛋白質(zhì)的改造，制備各種定做的蛋白質(zhì)，但也要用到基因工程的技術手段。疫缺陷病毒（BIV）有明顯的生長抑制作用，抑制率分別為幼動物的膠原蛋白中，不耐熱交聯(lián)鍵多，一經(jīng)加熱即行破裂，肉是得嫩；生物酶工程主要包括基因工程技術生產(chǎn)酶和蛋白質(zhì)工程技術改造酶兩方面內(nèi)容。桔子中的檸檬苦素是引起桔汁產(chǎn)生苦味的原因，利用球形節(jié)桿菌固定化細胞的檸檬酶處理即可消除苦味。其中以雜魚及魚廠廢棄物的利用