1、第 6 章 酶的应用第一节 在医药方面的应用酶在医药方面的应用多种多样，可归纳为 3 个方面：用酶进行疾病的诊断、用酶治疗各种疾病、用酶制造各种药物。（一） 酶在疾病诊断方面的应用人类疾病的治疗效果好坏与否，在很大程度上决定于诊断的准确性。疾病诊断的方法很多，其中酶学诊断特别引人注目。酶学诊断方法包括两个方面，一是根据体内原有酶活力的变化来诊断某些疾病，二是利用酶来测定体内某些物质的含量，从而诊断某些疾病。一、根据体内酶活力的变化诊断疾病 一般健康人体内所含有的某些酶的量是恒定在某一范围的。当人们患上某些疾病时，则由于组织、细胞受到损伤或者代谢异常而引起体内的某种或某些酶的活力发生相应的变化。
2、因此，可以根据体内某些酶的活力变化情况，而诊断出某些疾病。1酸性磷酸酶：在酸性条件下催化磷酸单酯水解生成无机磷酸的水解酶。正常人血清中的酸性磷酸酶来源于骨、肝、肾、脾、胰等组织，含量大致相同，而前列腺癌患者，出现肝炎、甲状腺机能亢进、红血球病变等疾病时，患者血清中酸性磷酸酶的活力都会升高。2碱性磷酸酶：在碱性条件下催化磷酸单酯水解生成无机磷酸的水解酶。碱性磷酸酶在骨骼组织、牙齿、肾脏和小肠中含量较高，主要由造骨细胞产生，所以佝偻病、骨骼软化症、骨瘤、骨骼广泛性转移癌等骨骼疾病患者，以及甲状旁腺机能亢进、黄疸性肝炎疾病患者，血清中碱性磷酸酶活力升高。而软骨发育不全等疾病，引起患者血清中碱性磷酸酶
3、的活力下降。3转氨酶（氨基转移酶）：催化氨基从一个分子转移到另一个分子的转移酶类。在疾病诊断方面应用的主要有丙氨酸转氨酶（GPT，催化丙氨酸与 -酮戊二酸之间进行氨基转移反应，生成谷氨酸和丙酮酸）和天冬氨酸转氨酶（GOT，催化天冬氨酸与 -酮戊二酸之间进行氨基转移，生成谷氨酸和草酰乙酸） 。急性传染性肝炎、肝硬化和阻塞性黄疸肝炎的患者，其血清中 GOT 和 GPT 的活力明显升高，心肌梗塞患者， GOT 的活力升高尤为显著。 4乳酸脱氢酶：催化乳酸脱氢反应生成丙酮酸的一种氧化还原酶，广泛存在于各种组织及红细胞中，在正常情况下，血清中乳酸脱氢酶的含量很低，但是在肝癌、急性肝炎、心肌梗塞等疾病的患
4、者血清中，该酶活力显著升高。5乳酸脱氢酶同工酶：同工酶是指具有相同的底物特异性而结构不同的一群酶。乳酸脱氢酶有 5 种同工酶。心肌梗塞、恶性贫血患者，血清中 LDH1 增高；白血病、肌肉萎缩患者，LDH 2 增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌患者，LDH 3 增高；转移性肝癌、结肠癌患者，LDH4 增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外伤、骨折患者，LDH 5 增高。6葡萄糖磷酸异构酶：催化 6-磷酸葡萄糖异构化生成 6-磷酸果糖的异构酶。急性肝炎患者，血清中葡萄糖磷酸异构酶的活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎、脑溢血患者，该酶的活力明显升高。7淀粉酶：催化淀粉水解生成糊精、麦芽糖、葡萄糖等产物
5、的酶。急性胰腺炎、胰腺癌、胰腺外伤等胰脏疾病、肾脏疾病时，血清中淀粉酶活力升高；肝炎、肝癌等肝病以及甲状腺机能亢进等疾病患者，血清中淀粉酶活力则下降。8脂肪酶：催化脂肪水解释放出脂肪酸的水解酶。在正常情况下，血清中存在少量脂肪酶。而在急性胰腺炎时，血清中脂肪酶的活力明显增高；胰腺癌、胆管炎患者，活力升高。9胆碱酯酶：催化胆碱酯水解，生成胆碱和有机酸的水解酶。正常情况下，血清中胆碱酯酶的活力随个体的不同有较大的差异，但对于具体的某个个体来说，则基本上维持在一定的范围内。当出现传染性肝炎、肝硬化、风湿、营养不良等病症时，血清中胆碱酯酶的活力下降。10端粒酶：核糖核蛋白，包含蛋白质和 RNA 两种基
6、本成分。人的正常体细胞内有很长的端粒，却没有检测到端粒酶的活性，而在分化程度较低的癌细胞中却可明显地检测得到端粒酶的活性。因此可以通过测定细胞内的端粒酶活性，诊断细胞是否发生了癌变。11尿胃蛋白酶：尿液中存在的一种蛋白酶。胃溃疡、十二指肠溃疡、甲状腺机能亢进、肾上腺皮质机能亢进等疾病患者，尿液中该酶活力明显升高；而胃癌、恶性贫血、黏性水肿、肾上腺皮质机能低下者，尿中该酶活力下降。二、用酶测定体液中某些物质的变化诊断疾病人体在出现某些疾病时，由于代谢异常或者某些组织器官受到损伤，就会引起体内某些的量或者存在部位发生变化。通过测定体液中某些物质的变化，可以快速、准确地对疾行诊断。1利用葡萄糖氧化酶
7、检测葡萄糖的含量，进行糖尿病诊断。葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应生成葡萄糖酸和双氧水。通过葡萄糖酸的量或氧的消耗量计算葡萄糖的量，作为糖尿病临床诊断的依据。2利用尿素酶测定尿素含量，从而诊断肝脏、肾脏病变。当肾机能障碍时，尿液中尿素含量减少而血液中尿素含量增加；当肝脏有实质性病变时，尿素的生成量减少，血液和尿液中尿素的含量均减少。所以，可以通过测定血液中和尿液中的尿素含量，从而诊断肝脏或者肾脏是否发生病变。3利用胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量，从而诊断高脂血症等疾病。胆固醇是血液中最主要的固醇类物质。动脉粥样硬化、严重糖尿病、胆道病、肾脏病等患者，血液中总胆固醇含量增高；肝脏有实质性病变
8、、恶性贫血等，总胆固醇含量减低。4利用谷氨酰胺酶测定脑脊液中谷氨酰胺含量，进行肝硬化、肝昏迷的诊断。肝硬化、肝昏迷病人由于脑氨增加，脑脊液中谷氨酰胺的含量明显升高，通过测定脑脊液中谷氨酰胺的含量，可以诊断肝硬化、肝昏迷等疾病。5利用酶标免疫检测法测定抗体或抗原的含量，诊断肠虫、毛线虫、血吸虫等寄生虫病以及疟疾、麻疹、疱疹、乙型肝炎等疾病。（二）酶在疾病治疗方面的应用酶可以作为药物治疗多种疾病。用于治疗疾病的酶称为药用酶，常用的药用酶有蛋白酶、-淀粉酶、脂肪酶、溶菌酶、超氧化物歧化酶、L-天冬酰胺酶、尿激酶、纳豆激酶、凝血酶、弹性蛋白酶、乳糖酶、核酸类酶等。1、蛋白酶：在临床上使用最早、用途最广
9、的药用酶之一。可作为消化剂（用于治疗消化不良和食欲不振） 、消炎剂（蛋白酶可分解一些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解，增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液的排出并抑制肉芽的形成） 、治疗高血压（蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原水解，除去部分肽段，而生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压下降） 。2、-淀粉酶：治疗消化不良，食欲不振。当人体消化系统缺少淀粉酶或短时间内进食过量淀粉类食物时，会引起消化不良，食欲不振，服用含有淀粉酶的制剂，可帮助消化。3、脂肪酶：治疗消化不良，食欲不振。当消化系统内缺乏脂肪酶或较短时间内进食过量脂肪类物质时，从食物中摄取的脂肪类物质就无法消
10、化或消化不完全，引起消化不良、食欲不振甚至腹胀、腹泻等病症，服用含有脂肪酶的制剂，可帮助消化。4、溶菌酶：溶菌酶具有抗菌、消炎、镇痛等作用，与抗生素联合使用时，可显著提高抗生素的疗效，常用于难治的感染病症的治疗。溶菌酶也可以与带负电荷的病毒蛋白、脱辅基蛋白、DNA、RNA 等形成复合物，具有抗病毒作用，常用于带状疱疹、腮腺炎、水痘、肝炎、流感等病毒性疾病的治疗。5、超氧化物歧化酶（SOD）：具有抗氧化、抗衰老、抗辐射作用，对红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎及氧中毒等疾病有显著疗效。6、L-天冬酰胺酶：第一种用于治疗癌症的酶，特别是白血病。当 L-天冬酰胺酶注射进入人体后，人体的正常细胞内由于有天冬酰胺
11、合成酶，可以合成 L-天冬酰胺而使蛋白质合成不受影响。而对于缺乏天冬酰胺合成酶的癌细胞来说，由于本身不能合成 L-天冬酰胺，外来的天冬酰胺又被 L-天冬酰胺酶分解掉，因此蛋白质合成受阻，从而导致癌细胞死亡。7、尿激酶：治疗各种血栓性疾病。如心肌梗塞、脑血栓、肺血栓、四肢动脉血栓症、视网膜血管闭塞症、风湿性关节炎等。8、纳豆激酶：纳豆激酶可催化血纤维蛋白水解，激活纤溶酶原成为纤溶酶，因此，具有显著的溶解血栓的功效。9、凝血酶：可促进血液的凝固，用于创伤性出血和消化道出血等的治疗。10、弹性蛋白酶：治疗高脂血症，预防脂肪肝和动脉粥样硬化等。弹性蛋白酶能水解结缔组织中的弹性蛋白，可活化磷脂酶 A，降
12、低血清中的胆固醇，增加胆固醇从粪便中的排泄量；还能增强血管弹性，具有降低血压、扩张血管、提高心肌血流量的作用。11、乳糖酶：因为乳糖酶能催化乳糖水解生成葡萄糖和 -半乳糖，因此服用乳糖酶或在乳中添加乳糖酶，可消除或者减轻乳糖引起的腹胀、腹泻等症状。12、核酸类酶：因为核酸类酶能抑制人体细胞某些不良基因和某些病毒基因的复制和表达，因此可用于基因治疗或进行艾滋病等病毒性疾病的治疗。（三）酶在药物制造方面的应用1、青霉素酰化酶制造半合成抗生素：青霉素和头孢霉素是最有发展前途的抗生素。青霉素酰化酶可催化青霉素或头孢霉素合成新型青霉素或新型头孢霉素。通过青霉素酰化酶的作用，可以半合成得到氨苄青霉素、羟氨
13、苄青霉素、羧苄青霉素、磺苄青霉素、氨基环烷青霉素、邻氯青霉素、双氯青霉素等。通过青霉素酰化酶的作用，可以半合成得到头孢利定、头孢金素、头孢氨苄、头孢拉定、头孢力新、头孢甘氨酸、头孢环己二烯等。2、-酪氨酸酶制造多巴：-酪氨酸酶可催化 L-酪氨酸氧化，生成二羟苯丙氨酸（多巴） 。多巴是治疗帕金森氏综合症（主要症状为手指颤抖，肌肉僵直，行动不便）的重要药物。3、核苷磷酸化酶制造阿糖腺苷：阿糖腺苷具有抗癌和抗病毒的作用，是令人注目的药物。4、-D-葡萄糖苷酶制造抗肿瘤人参皂苷：人参是一种传统名贵中药，具有补气、生津、安神、益智的功效。研究表明，人参药用功效主要来自人参皂苷。人参皂苷能够抑制癌细胞生长
14、和增殖，具有抗肿瘤的功效。第二节 在食品方面的应用本节简要介绍酶在食品保鲜、食品加工和食品添加剂生产等方面的应用。酶在食品工业中的应用酶名 来源 主要用途-淀粉酶 枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉 淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆-淀粉酶 麦芽、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌啤酒酿造，制造麦芽糖化酶 根霉、黑曲霉、红曲霉、内孢霉 淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖异淀粉酶 气杆菌、假单胞杆菌 制造直链淀粉、麦芽糖蛋白酶 胰脏、木瓜、枯草杆菌、霉菌 啤酒澄清，水解蛋白、多肽、氨基酸右旋糖酐酶 霉菌 糖果生产果胶酶 霉菌 果汁、果酒的澄清葡萄糖异构酶 放线菌、细菌 制造果葡糖、果糖葡萄糖氧化酶 黑曲霉、青
15、霉 蛋白加工、食品保鲜柑苷酶 黑曲霉 水果加工，去除橘汁苦味橙皮苷酶 黑曲霉 防止柑橘罐头及橘汁出现浑浊磷酸二酯酶 橘青霉、米曲霉 降解RNA，生产单核苷酸用作食品增味剂纤维素酶 木霉、青霉 生产葡萄糖溶菌酶 蛋清、微生物 食品杀菌保鲜（一）酶在食品保鲜方面的应用食品保鲜是食品加工、食品运输、食品保藏中的重要课题。在食品工业生产的整个过程中，由于受到微生物、氧气、温度、湿度、光线等因素的影响，会发生一系列物理、化学和生物学的变化，使食品的色泽、香气、味道、营养、卫生和组织结构等发生变化。例如，变色、变味、软化、发黏、甚至酸败、发臭等，为了尽可能地保持食品原有的优良品质和风味特色，人们经过长期的
16、研究和实践，掌握了一系列行之有效的保鲜技术。常用的方法有冷冻、加热、干燥、密封、腌制、烟熏、添加保鲜剂或防腐剂等。随着人们对食品各方面的要求越来越高和科学技术的不断进步，一种崭新酶法保鲜技术越来越受到人们的关注和欢迎。酶法保鲜技术是通过各种酶的处理，利用酶的催化作用，防止或者消除各种外界因素对食品产生的不良影响，从而保持食品的优良品质和风味特色的技术。1、食品除氧保鲜：氧气是影响食品质量的主要因素之一。氧的存在容易引起花生、奶粉、冰淇淋、奶油、饼干、油炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂酸败，产生不良的味道和气味，降低营养价值，甚至产生有毒物质；氧化还会使去皮的马铃薯、苹果等水果及果汁
17、、果酱等果蔬制品变色；氧化也会使肉类褐变。解决氧化问题的根本方法是除氧。葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应生成葡萄糖酸和双氧水，通过葡萄糖氧化酶的作用，可以除去氧气，达到食品保鲜的目的。具体实施过程是：葡萄糖氧化酶和葡萄糖混合在一起，包装于不透水但可以透气的保鲜薄膜袋中，封闭后，置于装有需要保鲜食品的密闭容器中，密闭容器中的氧气透过薄膜进入保鲜袋，与葡萄糖反应，由此除去密闭容器中的氧，防止氧化作用的发生，达到食品保鲜的目的。葡萄糖氧化酶也可以直接加到罐装果汁、水果罐头等含有葡萄糖的食品中，起到防止食品氧化变质的效果，同时也可以有效地防止容器的氧化作用。2、蛋类制品脱糖保鲜：蛋类制品如蛋白粉、蛋白
18、片、全蛋粉等，由于蛋白中含有0.5%0.6%葡萄糖，会与蛋白质反应生成小黑点，并影响其溶解性，从而影响产品质量。为了尽可能地保持蛋类制品的色泽和溶解性，必需进行脱糖处理，将蛋白中含有的葡萄糖除去。应用葡萄糖氧化酶进行蛋白的脱糖处理，是将适量的葡萄糖氧化酶加到蛋白液或全蛋液中，采用适当的方法通进适量的氧气，通过葡萄糖氧化酶作用，使所含的葡萄糖完全氧化，从而保持蛋品的色泽和溶解性。3、食品灭菌保鲜：微生物的污染会引起食品的变质、腐败，防止微生物的污染是食品保鲜的主要任务。杀灭微生物污染的方法很多，如加热、添加防腐剂等，但这些方法可能引起食品品质的改变，防腐剂的添加还可能对人体健康带来某些不良的影响
19、。而溶菌酶是一种催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶，他可以专一地作用于肽多糖分子中 N-乙酰胞壁酸和 N-乙酰氨基葡萄糖之间的 -1,4糖苷键，破坏细菌的细胞壁，使细菌溶解死亡。因此，用溶菌酶处理食品，可以杀灭存在于食品中的细菌，不但效果好，而且不存在食品安全问题，在干酪、水产品、啤酒、清酒、鲜奶、奶粉、奶油、生面条等生产中广泛应用。（二）酶在淀粉类食品生产方面的应用淀粉类食品是指含有大量淀粉或者以淀粉为主要原料加工制成的食品，是世界上产量最大的一类食品。淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，只含有 -1,4糖苷键的称为直链淀粉，同时含有 -1,4糖苷键和 -1,6糖苷键的有分枝的淀粉称为支链淀粉。1
20、、葡萄糖的生产-a-淀粉酶：在葡萄糖的生产过程中，淀粉先加水配制成 30%40%的淀粉浆，pH 值调至 6.06.5，添加一定量的 -淀粉酶，在 8590下保温 45min 左右，使淀粉液化成糊精，以碘反应颜色正好消失时为终点。液化完成后，将液化淀粉液冷却至5560，pH 值调至 4.55.0，加入适量的糖化酶，保温糖化 48h 左右，使糊精转变为葡萄糖。2、果葡糖浆的生产-葡萄糖异构酶：葡萄糖异构酶是一种催化 D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为酮糖的异构酶。淀粉浆经 -淀粉酶液化，再经糖化酶糖化得到的葡萄糖，通层析等方法分离纯化，制成精制葡萄糖液，调节 pH 值为 6.57.0
21、，加入 0.01 N 硫酸镁，在 6070温度下，由葡萄糖异构酶催化生成果葡糖浆。3、饴糖、麦芽糖的生产-淀粉酶和 -淀粉酶：饴糖的酶法生产是将大米或糯米磨成粉浆，加入一定量的 -淀粉酶，在 8590反应一段时间，以碘反应颜色正好消失时为终点。液化结束后，冷却至 62左右，加入一定量的 -淀粉酶，保温反应一段时间，使糊精生成麦芽糖。4、糊精、麦芽糊精的生产-淀粉酶：酶法生产糊精和麦芽糊精的工艺流程：先将淀粉配制成 30%35%的淀粉浆，调节 pH 值至 6.2 左右，加入 0.5%1.0%的氯化钙溶液，以提高 -淀粉酶的活力和稳定性，再加入一定量的 -淀粉酶，在 8590反应一段时间，得到含有
22、一定量葡萄糖和麦芽糖的糊精液，再经过滤、脱色、离子交换、喷雾干燥等工序，获得白色粉状的糊精或麦芽糊精产品。5、环状糊精的生产-环状糊精葡萄糖苷转移酶 ：淀粉浆配制成 5的浓度，100糊化 15 min，冷却至 55，每克淀粉加入环状糊精葡萄糖苷转移酶 400600 U，在温度 5055，pH6.0，转化 1620 h。转化结束后，升温至 100加热 15min，使环状糊精葡萄糖苷转移酶失活，以终止反应。由于反应液中还含有未转化的淀粉和界限糊精，在每克淀粉中加入 -淀粉酶 110 U，pH 6.06.5，温度 8590，液化 30120 min。然后经脱色、过滤、浓缩、结晶、离心分离、真空干燥等
23、工序，获得 -环状糊精产品。（三）酶在蛋白质类食品生产方面的应用蛋白质是食品中的主要营养成分之一。以蛋白质为主要成分或以蛋白质为主要原料加工而成的食品称为蛋白质类食品，如乳制品、蛋制品、鱼制品和肉制品等。1、水解蛋白的生产：蛋白质在蛋白酶的作用下，水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等水解产物，统称为水解蛋白。如用各种肉类生产肉类水解蛋白，用于保健食品、营养食品、调味品等；用鱼类生产鱼粉、可溶性鱼蛋白粉和鱼露等，用于营养食品和调味品等。2、氨基酸的生产：蛋白质在蛋白酶的催化作用下，可以完全水解生成 20 种氨基酸，水解完成后，是 20 种氨基酸的混合液，可以直接应用，也可以通过各种生化分离技术，将不同
24、的氨基酸分开，得到单一的氨基酸产品。3、明胶的生产：明胶是一种可溶于热水中的蛋白质凝胶，以富含胶原蛋白的动物的皮或骨等为原料，在蛋白酶的作用下，不溶于水的天然胶原蛋白的三股螺旋结构解体成为单链，生成溶解于热水的明胶。明胶溶液冷却至 35以下，即成为凝胶，经过干燥得到明胶产品。4、干酪的生产：干酪又称为奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一种营养价值高、容易消化吸收的食品，主要成分是蛋白质和乳脂，还含有丰富的维生素和少量无机盐。采用凝乳蛋白酶生产干酪，首先选用符合要求的原料乳，进行灭菌处理，以除去原料乳中存在的微生物，通常采用巴氏灭菌法，即在 6065条件下灭菌 30 min。然后将灭菌后的原料乳降温
25、至 30，置于干酪槽中，按照每 100 L 乳加入 2030 g 的比例加进氯化钙和少量可溶性磷酸盐，再加入一定量的凝乳蛋白酶，在 35保温反应 2060 min，直至蛋白质完全凝固。将上述蛋白质凝块切成 1 cm 左右的小方块，以利于乳清的排出。然后升温至 3738，以加快凝块的脱水。用不锈钢筛网过滤排出乳清，然后将凝块装入模器，在 1015下压榨，进一步排出乳清，并将奶酪压成一定的形状。将成形的奶酪浸入20的食盐水中，以改善干酪的风味。再将生干酪置于成熟室，成熟室的温度保持在515，相对湿度保持 8590 %，经过半年左右的成熟期，在此期间，生干酪中的蛋白质和糖类缓慢分解，生成游离氨基酸和
26、某些挥发酸等风味物质，而得到干酪。5、肉类的嫩化：老龄动物的肉类，由于胶原蛋白的交联作用，形成粗糙、坚韧的结缔组织，严重影响肉的质量和食用，为此必须进行嫩化处理。1）浸渍法：常用的肉类嫩化方法。首先将需要嫩化的肉类切成肉片或肉块，然后浸入含有蛋白酶的嫩化液中，于 60左右浸渍适当时间，达到嫩化目的。2）宰前注射法：在动物宰杀之前 510 min，按照每 1 kg 肉注射 25 mg 木瓜蛋白酶的比例，将所需的酶配制成一定浓度的酶液，通过颈静脉注射到动物体内，以达到肉的嫩化效果。6、低乳糖奶的生产：乳中含有乳糖，乳糖是由葡萄糖和半乳糖组成的二糖，本身没有甜味，溶解度低，不能直接被小肠吸收。当它解
27、被乳糖酶水生成葡萄糖和半乳糖后，其甜度为蔗糖甜度的 0.8 倍，容易被小肠吸收。有些人，特别是汉族人群中的部分婴幼儿，由于遗传上的原因，缺乏乳糖酶，不能消化乳中的乳糖，致使饮奶后出现腹胀、腹泻等症状。这些婴幼儿和体内乳糖酶活力低下者需要饮用低乳糖奶。酶法生产低乳糖奶，首先将鲜奶经过巴氏灭菌（6365，30 min）或连续灭菌（7375 ，15 s） ，然后将温度降低到乳糖酶的最适作用温度，加进一定量的乳糖酶，反应 148 h。至乳中 80以上的乳糖被水解即为反应终点。（四）酶在果蔬类食品生产方面的应用果蔬类食品是指以各种水果或蔬菜为主要原料加工而成的食品。在果蔬加工过程中，可以加入各种酶，以提
28、高果蔬类食品加工生产产量和质量。果蔬类食品主要包括果汁、果酒、果酱和果蔬罐头等。1、柑橘制品去除苦昧：柑橘果实制品，如柑橘罐头、橘子汁、橘子酱等，由于柑橘果实中含有柚苷，而具有苦味。柚苷可以在柚苷酶的作用下，水解生成鼠李糖和无苦味的普鲁宁，普鲁宁还可以在 -葡萄糖苷酶的作用下，进一步水解生成葡萄糖和柚配质。在柑橘果汁的生产过程中，往果汁中加进一定量的柚苷酶，在 3040左右处理 12 h，即可脱去苦味。用于柑橘罐头生产时，将柑橘和含有一定量柚苷酶的糖水一起装罐，密封后升温至柚苷酶适宜的温度范围内，保温一段时间，然后再升温至灭菌温度。经过柚苷酶作用，使柚苷水解脱出鼠李糖，即可除去苦味。2、柑橘罐
29、头防止白色浑浊：柑橘中含有橙皮苷，会使汁液中出现白色浑浊而影响产品质量。橙皮苷溶解度小，所以容易生成白色浑浊。橙皮苷酶可催化橙皮苷分子中鼠李糖苷键水解，生成鼠李糖和橙皮素-7-葡萄糖苷，能有效地防止柑橘类罐头制品出现白色浑浊。在使用时，将去皮的柑橘浸在一定浓度的酶液中，在 60左右保温 3040 min，即可以防止白色浑浊出现。3、果蔬制品的脱色：许多果蔬含有花青素，在不同的 pH 值条件下呈现不同的颜色，在光照或高温下变为褐色，与金属离子反应则呈灰紫色，对果蔬制品的外观质量有一定的影响。为此，含花青素的果蔬制品如葡萄汁、草莓酱、桃子罐头、芹菜汁等须经脱色处理。如果采用一定浓度的花青素酶处理水
30、果、蔬菜，可使花青素水解，以防止变色，从而保证产品质量。在实际应用过程中，只需要将果蔬制品加入一定浓度的花青素酶，于40条件下保温 2030 min，即可达到脱色效果。4、酶在果汁生产中的应用：水果中含有大量果胶，在果汁和果酒生产过程中会造成压榨困难、出汁率低、果汁浑浊等不良影响。为了达到利于压榨，提高出汁率，使果汁澄清的目的，在果汁的生产过程中，广泛使用果胶酶。在果汁生产过程中，通过果胶酶处理，有利于压榨，提高出汁率，在沉降、过滤、离心分离过程中，有利于沉淀分离，达到果汁澄清效果。经过果胶酶处理的果汁稳定性好，可以防止在存放过程中产生浑浊。已经广泛应用于苹果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生产。使用时
31、直接将果胶酶加到苹果汁中，处理后经过加热杀菌、灭酶，过滤得到澄清的果汁。在葡萄汁的生产过程中，将果胶酶直接加到葡萄浆中，在 4050条件下，搅拌处理 30 min 左右，使果胶水解。然后升温至6090 ，保温 30 min 灭酶，经过压榨、灭菌，得到清澈透亮的葡萄原汁。在柑橘汁的生产过程中，柑橘果实经过剥皮、破碎、压榨、分离得到浑浊的果汁，需要加入一定量的含有果胶酶和半纤维素酶等的复合酶制剂进行处理，才能得到澄清的柑橘汁。5、酶在果酒生产中的应用：果酒是以各种果汁为原料，通过微生物发酵而成的含酒精饮料，主要是指葡萄酒，此外还有桃酒、梨酒、荔枝酒等。葡萄酒以葡萄汁为原料酿造而成，含酒精 1012
32、。果胶酶用于葡萄酒生产，利于压榨和澄清，提高葡萄汁和葡萄酒的产量，还可以提高产品质量。例如，使用果胶酶处理以后，葡萄中单宁的抽出率降低，使酿制的白葡萄酒风味更佳；在红葡萄酒的酿制过程中，葡萄浆经过果胶酶处理后可以提高色素的抽出率，还有助于葡萄酒的老熟，增加酒香。在各种果酒的生产过程中，还可以通过添加蛋白酶，使酒中存在的蛋白质水解，以防止出现蛋白质浑浊，使酒体清澈透明。（五）酶在食品添加剂生产方面的应用食品添加剂是指为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐和加工工艺需要而加入食品中的化学合成或天然物质，包括酸味剂、增味剂、甜味剂、乳化剂、增稠剂、强化剂等。1、酶在酸味剂生产中的应用：以赋予食品酸味
33、为主要目的的食品添加剂称为酸味剂。在食品中添加一定量的酸味剂，可以给人们一种爽快的刺激，起到增加食欲的效果，有利于钙的吸收，有一定的防止微生物污染的作用。采用酶法生产的酸味剂主要有乳酸和苹果酸。2、酶在增味剂生产中的应用：食品增味剂或称食品风味增强剂，是指补充或增强食品原有风味的一类物质。通常又称为鲜味剂。鲜味是由鲜味物质刺激人们的味觉器官而产生的一种鲜美感觉。能够刺激味觉器官产生鲜美感觉的物质称为鲜味剂。鲜味剂除了本身具有鲜味以外，还可以补充或者增强食品原有的风味，所以又称为风味增强剂，简称增味剂。酶在食品增味剂生产中主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生产。3、酶在甜昧剂生产中的应用：食品甜味剂能
34、够改进食品的可口性和其他食用性质，满足一部分人群的爱好，在食品中广泛应用。甜味剂的生产主要有提取分离法、淀粉水解法、化学合成法和酶催化法等。如葡萄糖基转移酶生产帕拉金糖、果聚糖蔗糖酶生产低聚果糖、-葡萄糖醛酸苷酶生产单葡萄糖醛酸基甘草皂苷等。4、酶在乳化剂生产中的应用：食品乳化剂是使食品中互不相溶的液体形成稳定的乳浊液的一类食品添加剂。目前国内外最普遍使用的乳化剂是甘油单酯及其衍生物和大豆磷脂等。利用脂肪酶的作用，将甘油三酯水解生成的甘油单酯，简称为单甘酯，是一种广泛应用的食品乳化剂。（六） 酶在改善食品的品质与风味方面的应用酶不仅广泛用于食品的制造和加工，而且在改善食品的品质和风味方面大有用
35、场。1、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。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、在面包制造过程中，在面团中添加适量的 -淀粉酶（催化部分淀粉水解生成麦芽糖和葡萄糖） 、蛋白酶（催化部分蛋白质水解成氨基酸） 、-淀粉酶、乳糖酶、脂肪酸氧化酶等，有利于酵母的生长和二氧化碳的产生，有利于面筋软化，增强其延伸性，使二氧化碳在
36、面团中保持时间较长；缩短面团发酵时间，使制成的面包更加松软可口，色香味俱佳，而且可以防止面包老化，延长保鲜期。3、在含有蔗糖的糕点、饮料等的生产过程中，添加适量的蔗糖酶，可以催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖。果糖具有类似蜜糖的风味，从而使产品风味大为改善，同时还可以防止蔗糖析出结晶。4、在可溶性鱼蛋白水解物的生产过程中，往往会产生苦味肽，使产品带有苦味。为了去除或者减轻产品的苦味，可以添加适量的羧肽酶或者氨肽酶，催化苦味肽水解生成氨基酸，从而改善鱼蛋白水解物的风味。5、乳制品的特有香味主要是由脂肪酸及其分解物产生的。在乳制品生产过程中，添加适量脂肪酶或酯酶，可以催化乳中脂肪的水解，生成脂肪酸和甘油
37、二酯或甘油单酯等。从而显著增加干酪、奶油等乳制品的香味，同时增强乳化性。第三节 在轻工、化工方面的应用酶在轻工业和化学工业方面有多种用途，概括起来主要有 3 个方面：用酶进行原料处理， 用酶生产各种轻工、化工产品， 用酶增强产品的使用效果。一、酶在原料处理方面的应用用酶法对原料进行处理，可以缩短处理时间，增强处理效果，提高产品质量，改善劳动条件，减轻劳动强度。1发酵原料的处理：淀粉原料的处理，一般是采用 -淀粉酶进行液化，然后再经糖化酶进行糖化，将淀粉转变为葡萄糖。含纤维素的发酵原料可用纤维素酶处理，使纤维素水解为可发酵的葡萄糖。纤维素纤维糊精纤维二糖葡萄糖。含戊聚糖（如木聚糖、阿拉伯聚糖等）
38、的植物原料可用各种戊聚糖酶处理，将戊聚糖水解为各种戊糖后用于发酵。2纺织原料的处理：纺织品在漂白、印染之前，需要将附着在其上的淀粉浆料等除去，利用 -淀粉酶使淀粉浆料水解，可使浆料退尽。有些纤维原料的表面上附着有一些短小的纤维，用这种纤维制成的纺织制品，外观质量受到一定的影响。采用纤维素酶处理，使表面的短小纤维水解除去，可以使纤维表面柔和、光滑、有光泽，显著提高制品质量。3制浆、造纸原料的处理：造纸原料的纤维中含有大量木质素，用木质素酶处理，可以使木质素水解而除去，不但可提高纸的质量，而且使环境污染程度大为减轻。采用木聚糖酶、半纤维素酶、木质素过氧化物酶等对纸浆进行漂白，不仅减轻了环境污染程度
39、，而且使纸的强度和光泽得以改善。回收利用的纸张上，油墨等污迹难以完全除去，影响纸的光洁度，应用纤维素酶对再生纸进行处理，可显著降低成本。4生丝的脱胶处理：天然蚕丝的主要成分是不溶于水的有光泽的丝蛋白。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶处理，可在比较温和的条件下催化丝胶蛋白水解，进行生丝脱胶，从而使生丝的质量显著提高。5羊毛的除垢处理：羊毛表面的鳞垢是由一些蛋白质堆积而成的聚合体，利用枯草杆菌蛋白酶或其他适宜的蛋白酶处理，通过蛋白酶的催化作用，可以去除羊毛表面上存在的鳞垢，提高羊毛的着色率，并保持羊毛的特点，显著提高羊毛制品的质量。6皮革的脱毛处理：皮革是由牛、羊、猪等动物的皮，经过脱毛处理
40、后鞣制而成。采用细菌、霉菌、放线菌等微生物产生的碱性或中性蛋白酶，将毛与真皮连接的毛囊中的蛋白质水解除去，从而使毛脱落。脱毛处理后得到的原料皮，加进适量的蛋白酶和脂肪酶进行处理，以除去原料皮上黏附的油脂和污垢，使皮革松软、光滑，从而提高皮革制品的质量。7烟草原料的处理：烟草原料处理是烟草工业的一个重要环节。烟草原料的处理主要包括烟梗和烟末的处理，烟草的增香处理和烟草的低害化处理等。1）烟梗、烟末的处理：对烟梗和烟末的处理方法通常有膨化、压切、烟草薄片等。在烟草薄片的调制过程中，首先烟梗研成粉末，按照 1：1 的比例将烟梗粉末与烟末混合，调制成固形物含量 15左右的稠浆，加入混合烟末质量 0.5
41、 %左右的纤维素酶，用乙酸或者柠檬酸调节 pH 值至 4.5，于室温下处理 1012 h，然后制成烟草薄片，有利于烟梗的软化。2）烟草的增香处理：烟叶切成烟丝之前，在温度 3040、湿度 80100的条件下，添加一定量的硝酸还原酶和蔗糖转化酶进行处理，10 d 后烟叶出现甜香，12 d 后甜香更浓，并带有香豆素的香气。烟叶在发酵过程中，添加一定量的 -淀粉酶、蛋白酶等进行处理，可以促进烟叶内部有机物质的分解与转化，使各组分的比例趋向协调和平衡。具有缩短发酵周期，协调烟草香气，减轻刺激性气味，提高香气质量的作用。8甜菜糖蜜的处理：甜菜是一种制糖原料。甜菜中含有 0.050.15的棉子糖，棉子糖的
42、存在会影响蔗糖结晶，从而影响蔗糖的收得率。棉子糖是由半乳糖、葡萄糖和果糖组成的三糖，可以看作由半乳糖和蔗糖组成，也可以看成由蜜二糖和果糖组成。在pH5.2，温度 4550的条件下，蜜二糖酶可以催化棉子糖水解生成半乳糖和蔗糖。所以在甜菜制糖的过程中用蜜二糖酶进行处理，一则可以提高蔗糖的含量，二则可以减少棉子糖对蔗糖结晶的影响，显著地提高蔗糖的回收率。二、酶在轻工、化工产品制造方面的应用利用酶的催化作用可将原料转变为所需的轻工、化工产品，也可利用酶的催化作用除去某些不需要的物质而得到所需的产品。1酶法生产 L-氨基酸：利用天冬氨酸酶将延胡索酸氨基化生成 L-天冬氨酸、L-天冬氨酸-4-脱羧酶生产
43、L-丙氨酸、己内酰胺水解酶生产 L-赖氨酸、噻唑啉羧酸水解酶合成 L-半胱氨酸。2酶法生产核苷酸：核苷酸在食品和医药等方面有重要用途，可利用多种酶进行生产。用腺苷酸脱氨酶催化腺苷酸(AMP)水解，脱氨基生成肌苷酸(IMP) ；用核苷磷酸化酶催化肌苷进行磷酸化生成 5-肌苷酸，催化鸟苷生成 5-鸟苷酸。3酶法制酱：酱油和豆酱等酱类食品是我国传统食品，与人民生活密切相关。在酱油或豆酱的生产中，通过添加酶的方法，可以达到缩短生产周期，提高劳动生产率的效果。蛋白质和淀粉是生产酱类食品原料中的主要成分。通过添加蛋白酶催化大豆蛋白质水解，添加淀粉酶催化淀粉水解，就可以大大缩短生产周期，提高原料中蛋白质和淀
44、粉的利用率。此外，由于生产时间缩短，酶解条件容易控制，就不必通过添加大量的盐进行防腐，所以可以生产出优质低盐或无盐的酱油等酱类制品。在酱油酿造过程中，添加一些纤维素酶，催化纤维素水解生成葡萄糖，可以提高原料利用率。4酶法制革：在制革工业中，首先要把牛皮、羊皮、猪皮等的毛去除。利用碱性蛋白酶或中性蛋白酶使原料皮脱毛，效果很好，可以提高皮革产品质量，改善劳动环境。可利用酸性蛋白酶和少量脂肪酶进行皮革软化处理，可以很好地除去污垢，使皮革松软透气，提高皮革质量。三、加酶增强产品的使用效果在某些轻工产品中添加一定量的酶，可以显著地增强产品的使用效果。1加酶洗涤剂：最广泛最大量使用的是碱性蛋白酶。除了碱性
45、蛋白酶以外，固体和液体洗涤剂中还可视需要添加淀粉酶、脂肪酶、果胶酶和纤维素酶等。2加酶牙膏、牙粉和漱口水：将适当的酶添加到牙膏、牙粉或漱口水中，可以利用酶的催化作用，增加洁齿效果，减少牙垢并防止龋齿的发生。可添加到洁齿用品中的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和右旋糖酐酶等。其中右旋糖酐酶对预防龋齿有显著功效。3加酶饲料：在家禽、家畜的饲料中添加淀粉酶、蛋白酶、植酸酶、纤维素酶和半纤维素酶等，可以增加饲料的可消化性，促进家禽、家畜的生长，提高家禽的产卵率等。饲料中含有纤维素、果胶、木聚糖、-葡聚糖等非淀粉多糖，禽、畜体内缺乏分解这些多糖的酶系，在饲料中适量添加纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、p 葡聚糖酶等
46、，可以将这些非淀粉多糖水解，使包裹在其中的营养成分释出，容易被消化吸收，从而提高饲料的利用率 和转化率，促进禽、畜生长，提高家禽产卵率。饲料中的磷，70左右以植酸( 肌醇六磷酸)形式存在，由于大多数单胃动物体内的植酸酶活力很低，所以大多数植酸磷无法利用。这不但使禽畜不能获得足够的磷，而且磷从粪便中排出，还会造成环境污染。为此需在饲料中添加适量的植酸酶。4加酶护肤用品：超氧化物歧化酶有抗氧化、抗衰老、抗辐射的功效。加进各种护肤品中，涂布在皮肤表面，可以有效地防护紫外线对人体的伤害；消除自由基的影响，减少色素沉着。添加溶菌酶的护肤品，可以有效消除皮肤表面黏附的细菌，起到杀菌消炎的作用。加到护肤品中
47、的弹性蛋白酶，可以水解皮肤表面老化、死亡细胞的蛋白质，达到皮肤表面光洁、有弹性的效果。第四节 在环保、能源方面的应用人类的生产和生活与自然环境密切相关，地球环境由于受到各方面因素的影响，正在不断恶化；人们的生产和生活都离不开能源，目前作为主要能源的石油和煤炭属于不可再生能源，随着大规模的开采利用，其蕴藏量越来越少。故此，环境和能源问题已经成为举世瞩目的重大问题。如何保护和改善环境质量，寻找、开发新的能源，是人类面临的重大课题。随着生物科学和生物工程的迅速发展，生物技术在环境保护、能源开发等领域的研究、开发方面已经展示了巨大的威力。一、酶在环境监测方面的应用环境监测是了解环境情况、掌握环境质量变
48、化，进行环境保护的一个重要环节。酶在环境监测方面的应用越来越广泛，已经在农药污染的监测、重金属污染的监测、微生物污染的监测等方面取得重要成果。1利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染：为了防治农作物的病虫害，大量使用各种农药，这对农作物产量的提高起了一定的作用，然而由于农药，特别是有机磷农药的滥用，结果造成了严重的环境污染，破坏了生态环境。为了监测农药的污染，人们研究了多种方法，其中采用胆碱酯酶监测有机磷农药的污染就是一种具有良好前景的检测方法。胆碱脂酶是一种催化胆碱酯水解生成胆碱和有机酸的水解酶。有机磷农药是胆碱酯酶的一种抑制剂，所以可以通过检测胆碱酯酶的活性变化，来判定是否受到有机磷农药的污染。2
49、利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染：乳酸脱氢酶有五种同工酶。通过检测家鱼血清乳酸同工酶的活性变化，可以检测水中重金属污染的情况及其危害程度。镉和铅的存在可以使 SLDH5 活性升高；汞污染使 SLDH1 活性升高；铜的存在引起 SLDH4 的活性降低。3通过 -葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染：将 4-甲基香豆素基-葡聚糖苷酸掺入选择性培养基中，样品中如果有大肠杆菌存在，大肠杆菌中的 -葡聚糖苷酸酶就会将其水解，生成甲基香豆素。甲基香豆素在紫外光的照射下发出荧光。由此可以监测水或者食品中是否有大肠杆菌污染。二、酶在废水处理方面的应用不同的废水，含有各种不同的物质，要根据所含物质的不同，采用不同的酶进行处理。 有的废水中含有淀粉、蛋白质、脂肪等各种有机物质，可以在有氧和无氧的条件下用微生物处理，也可以通过固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等进行处理。冶金工业产生的含酚废水，可以采用固定化酚氧化酶进行处理。含有硝酸盐、亚硝酸盐的地下水或废水，可以采用固定化硝酸还
