第十章-酶制剂

EnzymeEngineering酶工程第十章酶制剂第一节酶制剂的定义及分类一、定义及分类1定义：从生物中提取的具有生物催化能力的酶，辅以其他成分，用于加速加工过程和提高产品质量的产品。2.分类（1）形态上分:固体液体固体酶制剂：体积小，易运输、保存，比较稳定缺点：杂质含量高、酶活性低，生产过程需要沉淀和干燥，酶活以损失。液体酶制剂：生产简单，成本低，使用方便缺点：生产过程稳定性较差，运输和保存较固体困难。2.分类（2）用途：工业酶制剂、饲料酶制剂、食品酶制剂、医药酶制剂和洗涤酶制剂碳水化合物酶、蛋白酶、脂肪酶、其他酶（3）组成：单一酶制剂和复合酶制剂（4）含量：普通酶制剂和浓缩酶制剂2.分类（5）来源：植物酶制剂、动物酶制剂、微生物酶制剂（6）生产加工方法：游离酶制剂、固定化酶制剂、酶试纸、酶电极等二、工业酶制剂的要求1.减少不必要的副反应，有利生物催化的专一性2.能够适应所催化反应的条件3.稳定性好，操作稳定性和储存稳定性4.批次之间的实验稳定性好5.能够反复使用（固定化酶）三、酶的保存（一）失活机理（酶空间结构改变）1.蛋白酶水解水解肽链2.pH值改变3.氧化作用变性剂、去污剂、巯基试剂4.热5.金属离子及其他基团6.水活度非常干燥情况，结构比较稳定7.制作方式颗粒状（二）酶活性的保护1.加入稳定剂无机盐（硫酸铵、氯化钠）、糖（蔗糖、乳糖、黄原胶、淀粉等）、多元醇（山梨醇、甘油等）或高分子聚合物（聚乙二醇）。2.加入防腐剂（苯甲酸、山梨酸等，抑制微生物）、惰性蛋白（BSA,牛血清蛋白）3.加入金属螯合剂4.抗氧化剂巯基乙醇5.低温保存四、商品酶的剂型1、液体酶制剂如稀酶液和浓缩酶液浓缩方法：超滤2.固体粗酶制剂3.纯酶制剂分析试剂和医疗用酶4.固定化酶制剂五、酶制剂的生产工艺过程（一）液体酶制剂（胞外酶）酶发酵液絮凝板框过滤滤液滤饼超滤浓缩防腐和标准化处理成品年产万吨工业酶制剂工程主要技术1、产酶微生物的高通量筛选和评价技术：基于基因组信息的高通量筛选技术、基于分子标记的微生物快速鉴定技术、酶功能基因发掘和分子改造的技术、安全性评估技术。2、高产菌株的构建及表达技术：芽孢杆菌、酵母及丝状真菌表达系统构建技术、生理适应性进化技术、高效分泌表达技术、规模化表达与制备技术。3、工业酶的智能化、自动化生产技术：精细液化控制技术、生产工艺优化及规模化放大技术、全厂生产过程检测与智能控制技术、酶复配及应用评价技术。4、低能耗、高得率的高效分离技术：高产重组菌发酵液的絮凝新工艺、固液分离新装备与工艺技术、废物资源化利用技术、分离装备优化集成技术、精制废水处理和回用新技术。（二）固体酶制剂（胞外酶）酶发酵液絮凝板框过滤滤液浓缩酶液填料吸附固体酶制剂粗酶第二节几种重要的工业酶制剂一、碳水化合物酶（一）淀粉酶1.α-淀粉酶（EC3.2.1.1）淀粉内切酶，能随机水解直链或支链淀粉分子α-1,4-糖苷键生成不同长度的寡糖，液化淀粉速度快，最终产物为α-极限糊精和少量的葡萄糖及麦芽糖。细菌α-淀粉酶热稳定性高，主要用于淀粉高温液化，作用条件一般为85℃，pH5.5～7.0。α-淀粉酶的工业生产固态发酵法(真菌)：液态发酵法(细菌);2.β-淀粉酶（EC3.2.1.2）一种淀粉外切酶，在淀粉链非还原性末端水解α-1,4-糖苷键，产生麦芽糖。与α-淀粉酶相同，β-淀粉酶也不能水解α-1,6-糖苷键，形成β-极限糊精，麦芽糖的含量仅为60%。如果将β-淀粉酶与脱支酶联合应用可将淀粉水解成麦芽糖。β-淀粉酶较佳作用条件为pH6.5～7.0，温度50℃。3.葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3）也称糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的α-1,4-糖苷键水解，从分子的非还原性末端释放出β-葡萄糖分子。此酶还可缓慢水解α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键，水解后生成DE值为97～98，葡萄糖含量为95%～97%(w／w)的葡萄糖浆。生成的葡萄糖浆也可以脱水得到结晶葡萄糖，或用作高果糖浆的原料。在pH4.5、35～60℃时，可将α-淀粉酶生成的糊精转变成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶对α-1,6糖苷键活性较低，这样达到所需要的水解程度，要加大酶用量或延长保温时间，或将该酶与脱支酶联用。糖化酶生产企业的实例：生产能力用途工艺流程：发酵（黑曲霉），絮凝，盐析，过滤，粉碎，干燥，包装主要设备4.脱支酶异淀粉酶（EC3.2.1.68）:能够专一作用于支链淀粉中的α-1,6-糖苷键，对于链结构中的α-1,6-糖苷键不能水解。将这种酶同葡萄糖淀粉酶一起使用，可以产生DE＞96的葡萄糖浆；与β-淀粉酶一起使用，可将液化后的淀粉浆转化成麦芽糖浆，麦芽糖的产量比β-淀粉酶单独作用时显著增加。5.葡萄糖异构酶（EC5.3.1.5）能够将葡萄糖转化成果糖，它是加工果糖和高果糖浆（HFCS）的重要酶类。能产生葡萄糖异构酶的微生物主要有芽孢杆菌、链霉菌、密苏里游动放线菌等。在pH7.5～8.0、55～60℃下作用效果良好。Mg2+是葡萄糖异构酶的稳定剂和激活剂，木糖可用于这种酶的诱导。二、碳水化合物酶（二）1、纤维素酶EC3.2.1.4由多种水解酶组成的一个复杂酶系，自然界中很多真菌都能分泌纤维素酶。纤维素酶分成三类：C1酶、Cx酶和β葡糖苷酶。C1酶是对纤维素最初起作用的酶，破坏纤维素链的结晶结构。Cx酶是作用于经C1酶活化的纤维素、分解β-1，4-糖苷键的纤维素酶。β葡糖苷酶可以将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。生产菌种：绿色木霉木10、绿色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15、黑曲霉XX-15A纤维素酶的生产工艺主要有两种：固体发酵和液体发酵由于纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。2、果胶酶通常包括原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶。通过它们的联合作用使果胶质得以完全分解。天然的果胶质在原果胶酶作用下，转化成水可溶性的果胶；果胶被果胶甲酯水解酶催化去掉甲酯基团，生成果胶酸；果胶酸经果胶酸水解酶类和果胶酸裂合酶类降解生成半乳糖醛酸。3、乳糖酶也称为β-D-半乳糖苷酶，广泛存在于桃、杏、苹果等植物及大肠杆菌、乳酸杆菌、酵母菌和霉菌等微生物中，其作用是将乳糖分解形成葡萄糖和半乳糖。二、蛋白酶酸性、中性、碱性蛋白酶木瓜蛋白酶（植物提取）三、脂肪酶编号：3.1.3.3。催化脂肪水解为甘油和脂肪酸的酶。脂肪酶是重要的工业酶制剂品种之一，可以催化解脂、酯交换、酯合成等反应，广泛应用于油脂加工、食品、医药、日化等工业。不同来源的脂肪酶具有不同的催化特点和催化活力。其中用于有机相合成的具有转酯化或酯化功能的脂肪酶的规模化生产对于酶催化合成精细化学品和手性化合物有重要意义。商品化脂肪酶主要来源于各种细菌、酵母和真菌等微生物的发酵，有些霉菌可通过固态发酵及液体深层发酵两种方法进行发酵。通过传统诱变育种以及优化发酵条件提高了脂肪酶的产量，使得许多脂肪酶实现了产业化生产，尤其是基因工程的引入，大大提高了脂肪酶的产量。四、其他酶1.氨基酸酰化酶编号：3.5.1.14。拆分酰化-DL-氨基酸，L-生产氨基酸2.天冬氨酸酶编号：4.3.1.1。以反丁烯二酸和铵盐为底物生产L-天冬氨酸生产糖化酶的一家工厂介绍：考试题型及分值：一、填空题（30*1＝30分）二、简答题（5*6＝30分）三、问答题（3个题，40分）