第七章 酶制剂的应用

第七章酶制剂的应用酶为生活添姿彩第一节酶在食品加工方面的应用第二节酶在轻工、化工业方面的应用第三节酶在医学中的应用第四节酶在环境保护方面的应用第五节酶在分析检测方面的应用第六节酶在生物技术领域的应用第一节酶制剂在食品加工方面的应用一、酶在食品保鲜方面的应用1、除氧保鲜葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase，EC1.1.3.4）可以去除果汁、饮料、罐头制品和果蔬干制品中的氧气，防止产品氧化变质，抑制微生物生长，延长食品保质期。用葡萄糖氧化酶除去脱水蔬菜的糖分可防止贮藏过程中发生褐变。瓶装桔汁贮藏时因氧化而使色香味变劣，采用葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶去氧即可保持果汁原有的色香味。水果冷冻保藏时，由于果实自身的酶作用而发酵变质，也可用葡萄糖氧化酶保鲜。2、蛋类制品脱糖保鲜葡萄糖氧化酶3、食品灭菌保鲜溶菌酶（lysozyme，EC3.2.1.17）可以杀灭存在于食品中的细菌，以达到防腐保鲜的效果。在干酪、水产品、清酒、鲜奶、奶粉、奶油、生面条等生产中广泛应用。二、酶在食品生产方面的应用1、在淀粉类食品生产方面的应用（1）葡萄糖的生产以淀粉为原料，先经α-淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）催化生成葡萄糖。糖化酶糖化（2）果葡糖浆的生产果葡糖浆无色无嗅，常温下流动性好，使用方便，在饮料生产和食品加工中可以部分或全部取代蔗糖，而且，较其更具有醇厚的风味，应用于饮料中可以保持果汁饮料的原果香味。果葡糖浆的优点，主要来自于其成分组成中的果糖，并随果糖含量的增加更为明显。果糖代谢过程中对胰岛素依赖小，故糖尿病者，摄取果糖仍可进行正常的能量代谢,故不会引起血糖升高，这对糖尿病患者有利。在医药上，吡喃果糖可以加快乙醇的代谢作用，可用于治疗乙醇中毒。静脉注射500ml质量分数为40%的果糖溶液可达效果。美国果糖液也有取代葡萄糖大输液的迹象。果葡糖浆还能抑制体内蛋白质消耗，利于运动员和体力劳动者作营养补给。在体内与细胞的健结合能力强，能起到稳定地逐步释放能量的作用，故对能量消耗大的运动员，服用果糖饮料，可增加体能耐力，有利于运动员保持体力和迅速消除疲劳等。在体内代谢转化的肝糖生成量是葡萄糖的3倍，具有保肝的功效。果葡糖浆的生产淀粉液化液淀粉酶糖化酶糖化液喷雾干燥氢化还原结晶异构酶粉状葡萄糖山梨醇结晶葡萄糖果葡糖浆果糖42%葡萄糖55%低聚糖分离混合高果糖浆果糖浆果糖80-90%果糖55%葡萄糖39%低聚糖层析等精制固定化酶技术生产果葡糖浆的图示：酶类用途α-淀粉酶制造糊精、麦芽糊精α-淀粉酶+糖化酶生产葡萄糖、发酵原料处理α-淀粉酶+β-淀粉酶生产饴糖、麦芽糖、啤酒制造脱支酶生产直链淀粉α-淀粉酶+糖化酶生产纯葡萄糖+脱支酶β-淀粉酶、脱支酶生产麦芽糖、高麦芽糖浆α-淀粉酶、糖化酶生产果糖、高果糖浆葡萄糖异构酶（3）饴糖、麦芽糖的生产淀粉α-淀粉酶糊精麦芽糖β-淀粉酶（4）糊精、麦芽糊精的生产糊精广泛应用于食品增稠剂、填充剂和吸收剂。DE值在10~20之间的糊精称为麦芽糊精。（5）环糊精的生产淀粉环糊精葡萄糖苷转移酶α-淀粉酶β-环糊精环糊精能选择性地吸附小分子物质，起到稳定、乳化、缓释、提高溶解度和分散度等作用。(6)降低淀粉类食品高温产生丙烯酰胺含量自从2002年4月瑞典斯德哥尔摩大学MargaretaTornqvist教授首次发现，在油炸或焙烤的马铃薯和谷物类食品中存在具有神经毒性的潜在致癌物——丙烯酰胺，有关丙烯酰胺的问题立即引起了全世界的广泛关注。随后英国、美国、加拿大等发达国家也开展了相关研究。许多国家和国际性机构对丙烯酰胺在食品中形成机理、危害评估和消除方法等方面进行广泛而深入研究。–目前，淀粉类食品在加工中丙烯酰胺的生成机理的研究已有突破性进展；在食品贮藏和加工方法方面，欧美和日本等国对食物加工前的保存条件、加工温度对食品中丙烯酰胺含量的影响进行了研究，并提出减少丙烯酰胺的方法，如降低加工温度、体系pH值，减少原料中天门冬酰胺的含量等。瑞士科学家Vass等研究发现天门冬酰胺酶应用可降低薄脆饼干70％丙烯酰胺含量，但作用机理还有待于进一步深入分析和研究。2、在蛋白质类食品生产方面的应用（1）酶应用于豆酱的生产（2）酶应用于甜面酱的生产（3）酶应用于酱油的制造（4）酶应用于食醋的生产（5）酶应用于食醋的生产3、在果蔬类食品生产方面的应用（1）柑橘制品去除苦味柑桔类脱苦问题历来是果品加工中的一大问题。桔子中的柠檬苦素是引起桔汁产生苦味的原因，利用球形节杆菌固定化细胞的柠檬酶处理即可消除苦味。柚苷酶用于分解柑桔类果实果肉和果汁中的柚皮苷，脱苦效果良好。（2）柑橘罐头防止白色浑浊橙皮苷酶分解橙皮苷，有效地防止柑桔类罐头出现白色浑浊.（3）果蔬制品的脱色花青素酶用于分解花青素，防止果蔬制品的变色等。（4）在果汁生产中的应用果胶酶用于果汁提取——利于压榨、提高出汁率，利于果汁澄清。果胶酶主要包括：果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶、聚甲基半乳糖醛酸酶、聚半乳糖醛酸裂合酶、聚甲基半乳糖醛酸裂合酶。（5）在果酒生产中的应用果胶酶利于果汁和果酒的澄清，效果很好。1.保持混浊果汁稳定性（番茄汁、番茄酱）2.生产澄清果汁3.提高果汁榨汁率4.加工水果罐头5.防止果汁混浊1.破坏果胶酶2.应用果胶酶3.应用果胶酶4.破坏果胶酶5.应用果胶酶果胶酶的应用：4、酶在烘烤食品中的应用1、淀粉酶在面包中的应用2、淀粉酶在面粉中的应用5、酶在啤酒工业中的应用1、制浆过程中蛋白酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶降解麦芽中的多糖和蛋白质。2、发酵结束后，蛋白酶和糖化酶降解蛋白和糊精。三、酶在食品添加剂生产方面的应用1、酸味剂（1）采用乳酸脱氢酶，催化丙酮酸还原为乳酸（2）采用2-卤代酸脱卤酶，催化2-氯丙酸水解生成乳酸。（3）采用延胡索酸酶催化反丁烯二酸水合，生成苹果酸。2、增味剂（1）L-谷氨酸、L-天冬氨酸的生产（2）呈味核苷酸的生产5`-肌苷酸、5`-鸟苷酸5`-磷酸二酯化酶3、甜味剂嗜热菌蛋白酶催化L-天冬氨酸与L-苯丙氨酸甲酯缩合生成天苯肽（阿斯巴甜）。葡萄糖基转移酶可催化蔗糖转化为帕拉金糖。4、乳化剂利用脂肪酶的作用，将甘油三酯水解生成甘油单酯（单甘酯）。5、营养强化剂SOD水果和蔬菜中的风味物，一些是由风味酶作用于风味前体，然后转化生成的。蒜氨酸蒜素芥子苷异硫氰酸酯亚麻酸黄瓜醛香菇酸香菇精蒜氨酸酶葡萄糖硫苷酶脂肪氧合酶S-烷基-L-半胱氨酸亚砜断裂酶（1）风味酶四、酶在改善食品品质和风味方面的应用酶不仅广泛用于食品的制造与加工，而且在改善食品的品质和风味方面大有用场。风味酶的发现和应用，在食品风味的再现、强化和改变方面有广阔应用前景。例如：用洋葱风味酶处理甘蓝等蔬菜，可使被处理的蔬菜呈现出洋葱的风味；用奶油风味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使这些食品增强奶油的风味。一些食品在加工或保藏过程中，可能会使原有的风味减弱或失去，若在这些食品中添加各自特有的风味酶，则可使它们恢复甚至强化原来的天然风味。（2）面包生产α-淀粉酶、蛋白酶、面粉中添加α-淀粉酶可调节麦芽糖的生成量，使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡。添加蛋白酶可促进面筋软化，增加延伸性，减少揉面时间和动力，改善发酵效果。面包制作中适当添加脂肪酶可增进面包的香味，这是因为脂肪酶可使乳脂中微量的醇酸或酮酸的甘油酯分解，从而生成δ-内脂或甲酮等香味物质。（3）糕点、饮料用β-淀粉酶强化面粉可防止糕点老化。糕点馅心常以淀粉为填料，添加β-淀粉酶可以改善馅心风味。糕点制作使用转化酶可使蔗糖水解为转化糖，从而防止糖浆析晶。（4）乳制品乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。在乳制品工厂中，脂肪酶被广泛的使用来水解牛奶脂肪。近来的应用包括奶酪风味的增强、加速奶酪的成熟、生产类似奶酪的产品以及对奶油脂肪和奶油进行脂解作用。加入脂肪酶可以释放出短链的脂肪酸（4～6个碳），这种短链的脂肪酸可以导致酸味及浓烈味道的产生，而中等长链脂肪酸的释放会对产品的味道具有有害的影响，此外，游离的脂肪酸还参与简单的化学反应，而这些反应可以发动其他香味成分的合成。水解牛乳中的乳糖——低乳糖奶的生产–牛奶中所含的乳糖是一种双糖，因为分子太大，要在小肠中消化成较小的葡萄糖及半乳糖才能穿过肠壁进入血管中被吸收。但当小肠中的乳糖酶未能发挥作用时，乳糖就在大肠内发酵，大约半小时至2小时内出现胀气、腹痛、呕吐或拉肚子等症状。乳糖不耐症是一种相当普遍的现象，特别是亚洲人的乳糖酶缺乏发生率高达90%以上。酶法低乳糖牛乳的生产工艺水解14-16h，水解率达50%以上（5）去除食品中的抗营养因子–植酸以钙、镁和钾盐的形式存在于豆类和谷类中，易于同膳食中的铁、锌和其他金属离子形成难溶的络合物，因而使人体吸收这些元素变得困难。–植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇，显著降低植酸和寡糖的含量。–近年植酸酶还用于酿造和饲料工业，以改善原料中磷的利用，以及用于去钾大豆蛋白食物的生产，成为肾脏病人蛋白质的来源。一、酶在原料处理方面的应用1、发酵原料的处理α-淀粉酶、纤维素酶、戊聚糖酶第二节酶在轻工、化工方面的应用2、纺织原料的处理α-淀粉酶——上浆、退浆纤维素酶在牛仔布返旧整理、棉织物的生物抛光、麻织物的风格改性、减量处理等方面有广泛的应用。3、制浆、造纸原料的处理木质素酶——提高纸的质量木聚糖酶、半纤维素酶、木质过氧化物素酶——漂白纤维素酶——再生纸处理脱皮（酶法）碎屑化学法纸浆（生物酶纸浆）•机械法纸浆•漂白（生物法用木质素氧化酶）造纸机（酶法脱墨）4、生丝的脱胶处理胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶——生丝脱胶5、羊毛的除垢处理枯草杆菌蛋白酶——去除羊毛表面上存在的鳞垢，提高着色率。6、皮革的脱毛处理碱性或中性蛋白酶——除去毛囊中的蛋白质蛋白酶、脂肪酶——除去去毛后的原料皮上的油脂和污垢7、甜菜糖蜜的处理蜜二糖酶——催化棉子糖水解生成半乳糖和蔗糖8、烟草原料的处理纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶——处理烟梗和烟末α-淀粉酶、蛋白酶——有机物的分解与转化硝酸还原酶、蔗糖转化酶——增香二、酶在轻工、化工产品制造方面的应用1、酶法生产L-氨基酸天冬氨酸的生产HOOCCCCOOHHH天冬氨酸酶NH3HOOCCH2CHCOOHNH2HOOCCH2CHCOOHNH2天冬氨酸-p-脱羧酶CH3CHCOOHNH2丙氨酸的生产3、酶法制造化工原料2、酶法生产有机酸HOOCCCCOOHHH延胡索酸酶H2OHOOCCH2CHCOOHOH苹果酸的生产CH2CHCN丙烯腈水合酶CH2CHCONH2丙烯酰胺的生产4、在发酵工业上的应用5、在洗涤剂中的应用6、在造纸工业的应用7、在制革业中的应用三、在饲料加工中的应用1、酶制剂在饲料中飞添加效应补充动物消化酶的不足消除饲料中的抗营养因子2、常用饲料酶制剂的种类及来源（1）内源性消化酶类淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶。（2）外源性分解酶类纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸酶、β-葡聚糖酶、复合酶。一、酶在疾病诊断方面的应用（一）根据体内酶活力的变化来诊断疾病第三节酶在医药方面的应用酶疾病与酶活力变化淀粉酶胰、肾病变时活力升高；肝病时活力下降胆碱酯酶肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等，活力下降酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎、红血球病变时，活力升高碱性磷酸酶佝偻病、软骨化病、骨瘤、甲状旁腺功能亢进时，活力升高；软骨发育不全等，活力下降谷丙转氨酶肝病、心肌梗死等，活力升高谷草转氨酶肝病、心肌梗死等，活力升高醛缩酶急性传染性肝炎、心肌梗死，活力显著升高胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指肠溃疡，活力下降碳酸酐酶坏血病、贫血等，活力升高1、酸性磷酸酶前列腺癌患者以及出现肝炎、甲状旁腺功能亢进、红血球病变时，患者血清中酸性磷酸酶活力都会升高。为了鉴别血清中增加的酸性磷酸酶是来源于前列腺还是其他组织器官，可采用某些抑制剂。乙醇和酒石酸对前列腺酸性磷酸酶有显著的抑制作用。铜离子和甲醛对红细胞的酸性磷酸酶抑制作用显著。测定方法：定磷法、测酚法、磷酸麝香草酚呋法、硝基酚磷酸法2、碱性磷酸酶佝偻病、软骨化病、骨瘤、甲状旁腺功