第七章酶的應(yīng)用

第七章酶的應(yīng)用第一節(jié)概述

第二節(jié)酶在食品加工方面的應(yīng)用第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用第四節(jié)酶在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第五節(jié)酶在分析檢測(cè)方面的應(yīng)用第六節(jié)酶在生物工程中的應(yīng)用

第一節(jié)概述

一、工業(yè)用酶制劑的市場(chǎng)和發(fā)展歷史二、工業(yè)用酶制劑的來(lái)源一、工業(yè)用酶制劑的市場(chǎng)和發(fā)展歷史自20世紀(jì)中葉以來(lái)，工業(yè)用酶制劑的市場(chǎng)得到了蓬勃發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：

1981年工業(yè)酶制劑生產(chǎn)量約65000t，產(chǎn)值4億美元；

1985年工業(yè)酶制劑約生產(chǎn)75000t，產(chǎn)值約6億美元。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，市場(chǎng)對(duì)酶制劑的需求增強(qiáng)，以世界上最大的酶制劑生產(chǎn)商丹麥的NovoNordisk公司為例：

1993年酶制劑銷(xiāo)售為9億美元；

1998年產(chǎn)業(yè)用酶的銷(xiāo)售額為15.18億美元。目前在世界上最有影響的酶制劑廠主要有：丹麥的NovoNordisk公司(在全世界50個(gè)國(guó)家有13000個(gè)從業(yè)人員，在140個(gè)國(guó)家銷(xiāo)售其產(chǎn)品)荷蘭的Gist—Brocades公司美國(guó)的Genencor公司，其產(chǎn)品占市場(chǎng)的74.3%

下列的幾個(gè)圖表分別表示歐洲、日本酶制劑市場(chǎng)發(fā)展情況及酶制劑在各行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀。二、工業(yè)用酶制劑的來(lái)源

1.工業(yè)用酶制劑的數(shù)量及主要種類(lèi)：自然界發(fā)現(xiàn)的酶有數(shù)千種，但工業(yè)上常用的酶只有數(shù)十種，而目前大量生產(chǎn)的僅有十余種。其中80％的工業(yè)酶是水解酶，主要用于降解自然界中的高聚物，如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)。故蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工業(yè)應(yīng)用的3大主要酶制劑。蛋白酶可用于去污劑、奶制品業(yè)、皮革業(yè)等；淀粉酶用于烘焙、釀造、淀粉糖化和紡織業(yè)，脂肪酶用于去污劑、食品和精細(xì)化工工業(yè)等。

2.動(dòng)植物來(lái)源的酶：大多數(shù)生物都是有用酶的來(lái)源，但只有有限數(shù)量的植物和動(dòng)物是經(jīng)濟(jì)的酶源，多數(shù)酶是從微生物獲得的。植物和動(dòng)物來(lái)源的酶一般是食品工業(yè)的重要用酶。

植物來(lái)源的酶主要有：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶、麥芽淀粉水解酶、大豆脂肪氧合酶等。

動(dòng)物酶來(lái)源的酶主要有：豬胰蛋白酶和胃脂肪酶等。

3.微生物來(lái)源的酶：微生物是酶制劑的重要來(lái)源，這是因?yàn)槲⑸锞邆淙缦聝?yōu)勢(shì)：①微生物繁殖速度快細(xì)菌在合適的條件下20～30min就可以繁殖一代，其生長(zhǎng)速度為農(nóng)作物的500倍，為家畜的l000倍。②微生物種類(lèi)繁多，酶的品種全在不同環(huán)境下生存的微生物有不同的代謝途徑，可以產(chǎn)生適應(yīng)不同環(huán)境的酶分子，如高溫酶、中溫酶和低溫酶，耐高鹽酶，耐酸、堿酶等。③微生物培養(yǎng)方法簡(jiǎn)單微生物培養(yǎng)所用的原料大多為農(nóng)副產(chǎn)品，來(lái)源豐富，機(jī)械化程度高，易于大批量生產(chǎn)。連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)可以提供經(jīng)濟(jì)有效的酶制劑產(chǎn)品。④利用微生物可以生產(chǎn)一些極端酶由于酶在應(yīng)用過(guò)程中常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，尤其在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高滲等極端條件下更易失活，因此限制了酶在工業(yè)上的應(yīng)用。利用嗜極菌生產(chǎn)的極端酶可克服這一缺陷。第一個(gè)極端酶——嗜熱DNA聚合酶已成功地應(yīng)用于PCR技術(shù)。一些嗜極菌極端酶的應(yīng)用見(jiàn)下表：

第二節(jié)酶在食品加工方面的應(yīng)用

生物技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的代表就是酶的應(yīng)用，目前已經(jīng)有幾十種酶成功用于食品工業(yè)。如葡萄糖、飴糖、果葡糖漿的生產(chǎn)、蛋白質(zhì)制品加工、果蔬加工、食品保鮮以及改善食品品質(zhì)與風(fēng)味等。常用的酶制劑主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構(gòu)酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶葡萄糖氧化酶等。一、應(yīng)用于食品工業(yè)的酶制劑二、酶法生產(chǎn)葡萄糖三、果葡糖漿的生產(chǎn)四、飴糖的生產(chǎn)五、酶在蛋白制品加工中的應(yīng)用六、酶在果蔬加工中的應(yīng)用七、酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用一、應(yīng)用于食品工業(yè)的酶制劑

應(yīng)用于食品工業(yè)中的酶制劑歸納于下表：二、酶法生產(chǎn)葡萄糖現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)α—淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。其生產(chǎn)步驟如下：

1.α-淀粉酶液化：

淀粉先加水配制成濃度為30～40％的淀粉漿，pH值調(diào)至6.0～6.5，加一定量的α—淀粉酶，85～90℃下保溫45min左右，淀粉液化成糊精。

注意：

當(dāng)采用高溫淀粉酶時(shí)，液化溫度可提高至106～115℃，可大大縮短淀粉液化時(shí)間，提高液化效率。為了保持α-淀粉酶的穩(wěn)定性，通常要在淀粉漿中添加一定量的氯化鈣和氯化鈉。液化反應(yīng)一般以碘反應(yīng)顏色正好消失時(shí)為終點(diǎn)。2.糖化酶糖化：液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55～60℃，pH調(diào)至4.5～5.0，加入適量的糖化酶，保溫糖化48h左右，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?.注意：

α—淀粉酶和糖化酶都要求達(dá)到一定的純度。尤其是糖化酶中應(yīng)不含或盡量少含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶．因?yàn)槠咸烟擒辙D(zhuǎn)移酶會(huì)催化葡萄糖生成異麥芽糖等雜質(zhì)，嚴(yán)重影響葡萄糖的收率。若糖化酶中含有葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶，則要在使用前進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚猿ァＨコ咸烟寝D(zhuǎn)苷酶的最簡(jiǎn)單的方法之一是將糖化酶配成酶液后，加酸調(diào)節(jié)pH值至2.0～2.5，室溫下靜置一段時(shí)間，可以選擇性地破壞葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。葡萄糖的生產(chǎn)除了使用游離酶分批進(jìn)行液化和糖化以外，可采用固定化糖化酶，將糊精連續(xù)水解成葡萄糖。三、果葡糖漿的生產(chǎn)

1.果葡糖漿：是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成部分果糖而得到的葡萄糖與果糖的混合糖漿。

1969年日本首先用游離葡萄糖異構(gòu)酶工業(yè)化生產(chǎn)果葡糖漿，1973年以后，國(guó)內(nèi)外紛紛采用固定化匍萄糖異構(gòu)酶進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。

2.葡萄糖液的獲得：果葡糖槳生產(chǎn)所使用的葡萄糖，一般是由淀粉經(jīng)α-淀粉酶液化，再經(jīng)糖化酶糖化，所得葡萄糖通過(guò)層析等方法分離純化，制成濃度為40～45％的精制葡萄糖液。3.果葡糖漿的獲得：將精制葡萄糖液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加入0.01mol/L的硫酸鎂，在60～70℃的溫度條件下，由葡萄糖異構(gòu)酶催化生成果葡糖漿。異構(gòu)化率一般為42～45％，

4.注意：①鈣離子對(duì)淀粉酶有保護(hù)作用，在淀粉液化時(shí)需要添加，但它對(duì)葡萄糖異構(gòu)酶卻有抑制作用，所以葡萄糖溶液需用層析等方法精制，以除去其中所含的鈣離子。②鈷鎂離子是葡萄糖異構(gòu)酶的激活劑，所以葡萄糖液中需加入0.01mol／L左右的硫酸鎂。而Co2+的需要量極微量，一般自來(lái)水中已含有，故不必另外添加。若水中完全沒(méi)有Co2+的，則可加進(jìn)微量的氯化鈷。③葡萄糖異構(gòu)酶的最適pH值，根據(jù)其來(lái)源不同而有所差別。一般放線菌產(chǎn)生的葡萄糖異構(gòu)酶，其最適pH值在6.5～8.5的范圍內(nèi)。但在堿性范圍內(nèi)，葡萄糖容易分解而使糖漿的色澤加深，為此，生產(chǎn)時(shí)pH值一般控制在6.5～7.0。④葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的異構(gòu)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。隨著反應(yīng)溫度的升高，有利于果糖的生成?？紤]到酶的穩(wěn)定性，一般控制反應(yīng)溫度在60~70℃。

四、飴糖的生產(chǎn)1.飴糖：飴糖是我國(guó)傳統(tǒng)的淀粉糖制品。是以大米或糯米為原料，加進(jìn)大麥芽，利用麥芽中的α-淀粉酶和β—淀粉酶，將淀粉糖化而成的麥芽糖漿。其中含麥芽糖30～40％，糊精80～70％。2.飴糖的生產(chǎn)：除了用麥芽生產(chǎn)以外，也可用酶法生產(chǎn)。飴糖的酶法生產(chǎn)是將大米或糯米磨成粉漿，加入一定量的a-淀粉酶，在85～90℃反應(yīng)一段時(shí)間，以碘反應(yīng)顏色正好消失時(shí)為終點(diǎn)。液化結(jié)束后，冷卻至62℃左右，加入一定量的β—淀粉酶，保溫反應(yīng)一段時(shí)間，使糊精生成麥芽糖。酶法生產(chǎn)的飴糖中，麥芽糖的含量可達(dá)60～70％。

五、酶在蛋白制品加工中的應(yīng)用1.蛋白制品：蛋白質(zhì)是食品中的主要營(yíng)養(yǎng)成分之一，以蛋白質(zhì)為主要成分的制品稱(chēng)為蛋白制品，如乳制品，蛋制品，魚(yú)制品和肉制品等，酶在蛋白制品加工方面的應(yīng)用也很廣泛。2.在乳制品的加工方面的應(yīng)用：使用凝乳蛋白酶制造奶酪；用乳糖酶水解乳中的乳糖，生產(chǎn)低乳糖奶，1977年后已可用固定化乳糖酶連續(xù)生產(chǎn)；用過(guò)氧化氫酶除去殺菌處理后殘存在牛奶或奶酪中的過(guò)氧化氫；用蛋白酶生產(chǎn)乳蛋白(酪蛋白)水解物等。

3.在蛋制品加工方面的應(yīng)用：用葡萄糖氧化酶除去全蛋粉、蛋黃粉或蛋白片中存在的少量葡萄糖，以防止褐變，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4.在魚(yú)制品加工方面的應(yīng)用：利用蛋白酶生產(chǎn)可溶性的魚(yú)蛋白粉，魚(yú)露等；用三甲基胺氧化酶使魚(yú)制品脫除腥味等，5.在肉制品加工方面的應(yīng)用：用蛋白酶制造肉類(lèi)水解蛋白；用木瓜蛋白酶制成嫩肉粉，使肉食嫩滑可口；用蛋白酶生產(chǎn)明膠；用溶菌酶進(jìn)行肉類(lèi)制品的保鮮防腐等。六、酶在果蔬加工中的應(yīng)用1.果膠酶：用于果汁和果酒的澄清方面效果極佳；2.柚苷酶：用于分解柑桔類(lèi)果肉和果汁中的柚皮苷，以脫除苦味；3.橙皮苷酶：可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔類(lèi)罐頭制品出現(xiàn)白色渾濁；4.葡萄糖氧化酶：可去除果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防上微生物生長(zhǎng)，以延長(zhǎng)食品保存期；5.溶菌酶：可防止細(xì)菌污染，起食品保鮮作用等。七、酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用

酶不僅廣泛用于食品的制造與加工，而且在改善食品的品質(zhì)和風(fēng)味方面大有用場(chǎng)。風(fēng)味酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，在食品風(fēng)味的再現(xiàn)、強(qiáng)化和改變方面有廣闊應(yīng)用前景。例如：用洋蔥風(fēng)味酶處理甘藍(lán)等蔬菜，可使被處理的蔬菜呈現(xiàn)出洋蔥的風(fēng)味；用奶油風(fēng)味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使這些食品增強(qiáng)奶油的風(fēng)味。一些食品在加工或保藏過(guò)程中，可能會(huì)使原有的風(fēng)味減弱或失去，若在這些食品中添加各自特有的風(fēng)味酶，則可使它們恢復(fù)甚至強(qiáng)化原來(lái)的天然風(fēng)味。

第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用

輕工業(yè)與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，酶在輕工業(yè)方面的廣泛應(yīng)用可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低原材料消耗，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用主要有3個(gè)方面：一、用酶進(jìn)行原料處理二、用酶生產(chǎn)各種產(chǎn)品三、用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果一、用酶進(jìn)行原料處理

許多輕工原料在應(yīng)用或加工之前都需要經(jīng)過(guò)原料處理。其中有不少原料可以用酶進(jìn)行處理，以縮短原料處理時(shí)間，提高處理效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵工業(yè)多以淀粉為主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，無(wú)法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過(guò)原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。例如：酒精、酒類(lèi)、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵所使用的酵母或細(xì)菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵，故必需在發(fā)酵前對(duì)淀粉原料進(jìn)行處理。

淀粉原料的處理：一般是采用α-淀粉酶進(jìn)行液化，然后再經(jīng)糖化酶進(jìn)行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?/p>

纖維素原料處理：含纖維素的發(fā)酵原料可用纖維素酶處理，使纖維素水解為可發(fā)酵的葡萄糖。纖維素酶的研究和應(yīng)用在國(guó)際上普遍受到關(guān)注，巳取得顯著成果，但仍有不少問(wèn)題有待研究解決．

含戊聚糖的植物原料的處理：可用各種戊聚糖酶處理，將戊聚糖水解為各種戊糖后用于發(fā)酵。2.紡織原料的處理：在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和光滑性，便于紡織，需要先上漿，然后在漂白、印染之前又需退漿。

上漿：將淀粉用α-淀粉酶處理一段時(shí)間，使粘度達(dá)到一定程度以用作上漿的漿料。

退漿：紡織品在漂白、印染之前，需將附著在其上的漿料除去，利用α-淀粉酶使?jié){料水解，就可使?jié){料退盡，這稱(chēng)為退漿。有些紡織品上漿時(shí)用的是動(dòng)物膠作膠漿，可用蛋白酶使之退漿．3.造紙?jiān)系闹茲{：造紙?jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會(huì)嚴(yán)重影響紙的質(zhì)量．采用堿法制漿除去木質(zhì)素，易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而用木質(zhì)素酶可以使木質(zhì)素水解而除去，不但可提高紙的質(zhì)量，而且使環(huán)境污染程度大為減輕；

4.生絲的脫膠處理：天然蠶絲的主要成分是不溶于水的有光澤的絲蛋白。絲蛋白的表面有一層絲膠包裹著。在繅絲過(guò)程中，必須進(jìn)行脫膠處理，即將表面的絲膠除去，以提高絲的質(zhì)量。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理，可在比較溫和的條件下催化絲膠蛋白水解，進(jìn)行生絲脫膠。5.羊毛的除垢：羊毛在染色之前需經(jīng)預(yù)處理，以除去羊毛表面的鱗垢。利用蛋白酶除垢，可提高羊毛的著色率，并保持羊毛的特點(diǎn)，提高羊毛制品的質(zhì)量。二、用酶生產(chǎn)各種產(chǎn)品

利用酶的催化作用可將原料轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧漠a(chǎn)品，也可利用酶的作用除去某些不需要的物質(zhì)而得到所需的產(chǎn)品。

1.酶法生產(chǎn)L-氨基酸：酶法生產(chǎn)L-氨基酸是利用酶或固定化酶的催化作用，將各種底物轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-氨基酸，或?qū)L-氨基酸拆分而生產(chǎn)L-氨基酸。有多種酶可用于L-氨基酸的生產(chǎn)，其中有些巳采用固定化酶進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

例如：用L-氨基酸?；腹鈱W(xué)拆分DL-?；被嵘蒐-氨基酸。將化學(xué)合成的N-?；?DL-氨基酸經(jīng)L-氨基酸?；高M(jìn)行不對(duì)稱(chēng)水解，L—酰基氨基酸被水解生成L-氨基酸，余下的N-?；?D-氨基酸經(jīng)化學(xué)消旋再生成DL-?；被?，重新進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)水解。反復(fù)進(jìn)行，可將DL-?；被釒缀醵甲兂蒐-氨基酸。工業(yè)上已用固定化L-氨基?；高B續(xù)生產(chǎn)L-苯丙氨酸和L-色氨酸。用天門(mén)冬氨酸酶將延胡索酸(反丁烯二酸)氨基化生成L-天門(mén)冬氨酸。工業(yè)上已用固定化大腸桿菌菌體的天門(mén)冬氨酸酶連續(xù)生產(chǎn)L-天門(mén)冬氨酸。

2.酶法生產(chǎn)核苷酸：核苷酸在食品和醫(yī)藥等方面有重要用途，可利用多種酶進(jìn)行生產(chǎn)。

例如：用桔青霉或產(chǎn)黃青霉產(chǎn)生的5’-磷酸二酯酶水解核糖核酸(RNA)，生產(chǎn)各種5'-核苷酸。

用腺苷酸脫氨酶水解AMP，脫氨基生成肌苷酸(IMP)。

用核苷磷酸化酶，可催化肌苷進(jìn)行磷酸化生成5'-肌苷酸，催化鳥(niǎo)苷生成5'-鳥(niǎo)苷酸等。

用核苷酸磷酸化酶，催化AMP生成ADP和ATP等．

3.酶法生產(chǎn)有機(jī)酸：通過(guò)酶的催化作用可以生產(chǎn)有機(jī)酸．

例如：用延胡索酸酶生產(chǎn)L—蘋(píng)果酸。延胡索酸通過(guò)延胡索酸酶的催化作用，生成L—蘋(píng)果酸。工業(yè)上巳采用固定化黃色短桿菌或產(chǎn)氨短桿菌的延胡索酸酶連續(xù)生產(chǎn)L—蘋(píng)果酸。用環(huán)氧琥珀酸水解酶催化環(huán)氧疏珀酸水解生成L—酒石酸。4.酶法制醬：在醬油或豆醬的生產(chǎn)中，利用蛋白酶催化大豆蛋白質(zhì)水解，可以大大縮短生產(chǎn)周期，提高蛋白質(zhì)的利用率．用蛋白酶還可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)低鹽醬油或無(wú)鹽醬油。此外，在醬油釀造過(guò)程中，添加一些纖維素酶等可以提高原料利用率。

5.酶法制革：在制革工業(yè)中，利用蛋白酶使原料皮脫毛，可以提高皮革產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境。采用酸性蛋白酶和少量脂肪酶進(jìn)行皮革軟化，可以很好地除去污垢，使皮質(zhì)松軟透氣，提高皮革質(zhì)量。在某些輕工產(chǎn)品中添加一定量的酶，可顯著增強(qiáng)使用效果。

1.加酶洗滌劑：在洗滌劑中添加適當(dāng)?shù)拿缚梢源蟠罂s短洗滌時(shí)間，提高洗滌效果。根據(jù)洗滌對(duì)象的不同，添加的酶有所差異。其中最廣泛使用的是堿性蛋白酶。目前全世界所生產(chǎn)的酶之中，總產(chǎn)量的三分之一左右是堿性蛋白酶．堿性蛋白酶的大部分用于加酶洗滌劑。蛋白酶的添加量一般為洗滌劑的0.1～1％。為了使酶與固體洗滌劑能夠混合均勻，可將酶制劑加工成一定形狀，一定相對(duì)密度的顆粒，已有多種型號(hào)的造粒機(jī)可供選擇使用。酶也可以加到肥皂中制成加酶肥皂等。除了堿性蛋白酶之外，固體和液體洗滌劑中還可視需要添加淀粉酶、脂肪酶、果膠酶和纖維素酶等。

三、用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果2.加酶牙膏、牙粉和嗽口水：

將適當(dāng)?shù)拿柑砑拥窖栏?、牙粉或嗽口水巾，可以利用酶的催化作用，增加潔齒效果，減少牙垢并可防止齲齒的發(fā)生。可添加到潔齒用品中的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和右旋糖酐酶等．其中右旋糖酐酶對(duì)預(yù)防齲齒有顯著功效。3.加酶飼料：

在家禽、家畜的飼料中添加淀粉酶、蛋白酶，纖維素酶和半纖維素酶等，可以增加飼料的可消化性，促進(jìn)家禽家畜的生長(zhǎng)，增加家禽的產(chǎn)卵率等。

4.加酶護(hù)膚用品：

在各種護(hù)膚品及化妝品中添加超氧物歧化酶(SOD)，堿性磷酸酶，尿酸酶、彈性蛋白酶等，可有效地提高護(hù)膚效果。

第四節(jié)酶在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用酶在醫(yī)藥領(lǐng)域的用途很廣，隨著酶分子修飾和酶固定化等酶技術(shù)的發(fā)展，將不斷擴(kuò)大酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用。一、主要的醫(yī)藥用酶二、用酶進(jìn)行疾病的診斷三、用酶治療各種疾病

四、用酶制造各種藥物

一、主要的醫(yī)藥用酶

巳在醫(yī)藥方面應(yīng)用的酶不少（見(jiàn)下表）。由于酶具有專(zhuān)一性和高效率的特點(diǎn)，所以在醫(yī)藥方面使用的酶具有種類(lèi)多、用量少、純度高的特點(diǎn)。二、用酶進(jìn)行疾病的診斷酶學(xué)診斷方法是可靠、簡(jiǎn)便又快捷的診斷方法。酶學(xué)診斷方法包括兩個(gè)方面，一是根據(jù)體內(nèi)原有酶活力的變化來(lái)診斷某些疾病，二是利用酶來(lái)測(cè)定體內(nèi)某些物質(zhì)的含量，從而診斷某些疾病。

1．根據(jù)體液內(nèi)酶活力的變化診斷疾病一般健康人體液內(nèi)所含有的某些酶的量是恒定在某一范圍的，若出現(xiàn)某些疾病，則體液內(nèi)的某種或某些酶的活力將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。故此，可以根據(jù)體液內(nèi)某些酶的活力變化情況，而診斷出某些疾病。（見(jiàn)下表）

2．用酶測(cè)定體液中某些物質(zhì)的量診斷疾病酶具有專(zhuān)一性強(qiáng)、催化效率高等特點(diǎn)，可以利用酶來(lái)測(cè)定體液中某些物質(zhì)的含量，從而診斷某些疾病。

例如：利用葡萄糖氧化酶和過(guò)氧化氫酶的聯(lián)合作用，檢測(cè)血液或尿液中葡萄糖的含量，從而作為糖尿病臨床診斷的依據(jù)，這兩種酶都可以固定化后制成酶試紙或酶電極，從而十分方便地用于臨床檢測(cè)。利用尿酸酶測(cè)定血液中尿酸的含量，從而診斷痛風(fēng)病。固定化尿酸酶巳在臨床診斷中使用。利用膽堿酯酶或膽固醇氧化酶測(cè)定血液中膽固醇的含量，從而診斷心血管疾病和高血壓等．這兩種酶都經(jīng)固定化制成酶電極使用。

酶標(biāo)免疫測(cè)定：先把酶與某種抗體或抗原結(jié)合，制成酶標(biāo)記的抗體或抗原．然后利用酶標(biāo)抗體(或酶標(biāo)抗原)與待測(cè)定的抗原(或抗體)結(jié)合，再借助于酶的催化特性進(jìn)行定量測(cè)定，測(cè)出酶—抗體—抗原結(jié)合物中的酶的含量，就可計(jì)算出欲測(cè)定的抗體或抗原的含量。通過(guò)抗體或抗原的量就可診斷某種疾病。常用的標(biāo)記酶有堿性磷酸酶和過(guò)氧化物酶等。通過(guò)酶標(biāo)免疫測(cè)定，可以診斷腸蟲(chóng)、毛線蟲(chóng)、血吸蟲(chóng)等寄生蟲(chóng)病以及瘧疾、麻疹、皰疹、乙型肝炎等疾病。隨著細(xì)胞工程的發(fā)展，巳生產(chǎn)出各種單克隆抗體，為酶標(biāo)免疫測(cè)定帶來(lái)極大的方便和廣闊的應(yīng)用前景。三、用酶治療各種疾病酶作為藥物可以治療多種疾病。而且具有療效顯著，副作用小的特點(diǎn)。應(yīng)用日益廣泛。

1．蛋白酶：蛋白酶可用于治療多種疾病，是在臨床上使用最早，最廣的藥用酶之一。

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。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．蛋白酶可作為消炎劑，治療各種炎癥有很好的療效。蛋白酶之所以有消炎作用，是由于它能分解一些蛋白質(zhì)和多肽，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井抑制肉芽的形成。給藥方式可以口服、局部外敷或肌肉注射等。

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部分肽段而生成運(yùn)動(dòng)遲緩素和胰血管舒張素，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。目前臨床上使用的蛋白酶大部分來(lái)自動(dòng)物和植物酶，胃蛋白酶和菠蘿蛋白酶等．2．溶菌酶溶苗酶也是一種應(yīng)用廣泛的藥用酶，具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛等作用．

溶菌酶作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，可使病原菌，腐敗性細(xì)菌等溶解死滅，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)人體的副作用很小，是一種較為理想的藥用酶，溶菌酶與抗生素聯(lián)合使用，可顯著提高抗生素的療效。四、用酶制造各種藥物

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)樗幬铩，F(xiàn)已有不少藥物包括一些貴重藥物都是由酶法生產(chǎn)的。

例如：用青霉素酰化酶合成各種新型的β—內(nèi)酰胺抗生素，包括青霉素和頭孢霉素；用β—酪氨酸酶生產(chǎn)多巴(DOPA)；用蛋白酶生產(chǎn)各種氨基酸和蛋白質(zhì)水解液；用核糖核酸酶生產(chǎn)核苷酸類(lèi)物質(zhì)；用核苷磷酸化酶生產(chǎn)阿拉伯糖腺嘌呤核苷(阿糖腺苷)；用多核苷酸磷酸化酶生產(chǎn)聚肌苷酸·聚胞苷酸(聚肌胞)；用蛋白酶和羧肽酶將豬胰島素轉(zhuǎn)化為人胰島素。

第五節(jié)酶在分析檢測(cè)方面的應(yīng)用

利用酶催化作用的高度專(zhuān)一性對(duì)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，巳成為物質(zhì)分析檢測(cè)的重要手段。一、概述二、單酶反應(yīng)檢測(cè)三、多酶偶聯(lián)反應(yīng)檢測(cè)四、酶標(biāo)記免疫反應(yīng)檢測(cè)

一、概述1.酶法檢測(cè)：用酶進(jìn)行物質(zhì)分析檢測(cè)的方法統(tǒng)稱(chēng)為酶法檢測(cè)或酶法分析。酶法檢測(cè)是以酶的專(zhuān)一性為基礎(chǔ)．以酶作用后物質(zhì)的變化為依據(jù)來(lái)進(jìn)行的。2.酶法檢測(cè)的基本條件：要進(jìn)行酶法檢測(cè)必須具備兩個(gè)基本條件：一是要有專(zhuān)一性高的酶，二是對(duì)酶作用后的物質(zhì)變化要有可靠的檢出方法．3.酶法檢測(cè)步驟：酶法檢測(cè)一般包括兩個(gè)步驟，第一步是酶反應(yīng)。即將酶與樣品接觸，在適宜的條件下(包括溫度，pH值、抑制劑和激活劑濃度等)進(jìn)行催化反應(yīng)。第二步是檢測(cè)。即測(cè)定反應(yīng)前后物質(zhì)的變化情況，可以測(cè)定底物的減少，產(chǎn)物的增加或輔酶的變化等。4.檢測(cè)方法：

可采用化學(xué)檢測(cè)法，光學(xué)檢測(cè)法，氣體檢測(cè)法等。特別是當(dāng)前迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的各種酶?jìng)鞲衅?，將反?yīng)與檢測(cè)兩個(gè)步驟密切結(jié)合起來(lái)，具有快速、方便、靈敏、精確的特點(diǎn)，在酶法檢測(cè)中發(fā)揮了巨大的作用，且更進(jìn)一步推動(dòng)了酶法檢測(cè)的發(fā)展。

5.酶法檢測(cè)的種類(lèi)：可用酶法檢測(cè)的物質(zhì)很多，可用于酶法檢測(cè)的酶和檢測(cè)手段也不少。根據(jù)酶反應(yīng)的不同，把酶法檢測(cè)分成單酶反應(yīng)，多酶偶聯(lián)反應(yīng)和酶標(biāo)免疫反應(yīng)等3類(lèi)。

二、單酶反應(yīng)檢測(cè)

利用單一種酶與底物反應(yīng)，然后用各種方法測(cè)出反應(yīng)前后物質(zhì)的變化，從而確定底物的量。這是最簡(jiǎn)單的酶法檢測(cè)技術(shù)。使用的酶可以是游離酶，也可以是固定化酶或單酶電極等。

1．L—谷氨酸脫羧酶

L-谷氨酸脫羧酶專(zhuān)一地催化L-谷氨酸脫羧生成Y—氨基丁酸和二氧化碳，生成的二氧化碳可以用氣體檢測(cè)法測(cè)定。該酶巳廣泛地用于L—谷氨酸的定量分析?？墒褂糜坞x酶、固定化酶或酶電極。檢測(cè)二氧化碳可以用華勃氏呼吸儀或二氧化碳電極等。

2.脲酶脲酶能專(zhuān)一地催化尿素水解生成氨和二氧化碳。通過(guò)氣體檢測(cè)或者使用氨電極、二氧化碳電極、NH4+電極等，測(cè)出氨或二氧化碳的量，就可確定尿素的量。3．葡萄糖氧化酶該酶催化葡萄糖與氧反應(yīng)生成葡萄糖酸和雙氧水。

可通過(guò)測(cè)定酸的生成或氧的減少來(lái)確定葡萄糖的量，也可用PH電極、氧電極等測(cè)出葡萄糖的量。該酶巳廣泛用于食品，發(fā)酵工業(yè)和臨床診斷等方面。三、多酶偶聯(lián)反應(yīng)檢測(cè)

多酶偶聯(lián)反應(yīng)檢測(cè)是利用兩種或兩種以上的酶的聯(lián)合作用，使底物通過(guò)兩步或多步反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為易于檢測(cè)的產(chǎn)物，從而測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的量。多酶偶聯(lián)反應(yīng)檢測(cè)可克服單酶檢測(cè)易出現(xiàn)的其他物質(zhì)干擾，或檢測(cè)的靈敏度不高等缺點(diǎn)，使酶法檢測(cè)易于進(jìn)行并達(dá)到較理想的結(jié)果。1．葡萄糖氧化酶與過(guò)氧化物酶偶聯(lián)通過(guò)這兩種酶的聯(lián)合作用以檢測(cè)葡萄糖的含量。使用時(shí)先將葡萄糖氧化酶，過(guò)氧化物酶與還原型鄰聯(lián)甲苯胺一起用明膠共固定在濾紙條上制成酶試紙。測(cè)試時(shí)將酶試紙與樣品溶液接觸，在10～60s的時(shí)間內(nèi)試紙即顯色。從顏色的深淺判定樣品液中葡萄糖的含量。

其原理是：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖與氧反應(yīng)生成葡萄糖酸和雙氧水，生成的雙氧水在過(guò)氧化物酶的作用下分解為水和原子氧，新生態(tài)的原子氧將無(wú)色的還原型鄰聯(lián)苯甲胺氧化成藍(lán)色物質(zhì)。顏色的深淺與樣品中葡萄糖濃度成正比。隨著樣品中葡萄糖濃度的增加，酶試紙的顏色由粉紅一紫紅一紫色一藍(lán)色，不斷加深。其反應(yīng)過(guò)程如下：

此酶試紙已在臨床中用以測(cè)定血液或尿液中的葡萄糖含量，以診斷糖尿病。四、酶標(biāo)記免疫反應(yīng)檢測(cè)

用于測(cè)定樣品液中抗體或抗原含量的技術(shù)。簡(jiǎn)稱(chēng)為酶標(biāo)免疫檢測(cè)。酶標(biāo)記免疫反應(yīng)檢測(cè)：先將適宜的酶與抗原或抗體結(jié)合在一起。若要測(cè)定樣品中抗原含量，就將酶與欲測(cè)定抗原的對(duì)應(yīng)抗體結(jié)合，制成酶標(biāo)抗體，反之，若要測(cè)定抗體，則需先制成酶標(biāo)抗原。然后將酶標(biāo)抗體(或酶標(biāo)抗原)與樣品液中待測(cè)抗原(或抗體)，通過(guò)免疫反應(yīng)結(jié)合在一起，形成酶—抗體—抗原復(fù)合物，通過(guò)測(cè)定復(fù)合物中酶的含量就可得出欲測(cè)抗原或抗體的量。常用于酶標(biāo)免疫測(cè)定的酶有堿性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶等。堿性磷酸酶將堿性磷酸酶與抗體(或抗原)結(jié)合，制成堿性磷酸酶標(biāo)記抗體(或堿性磷酸酶標(biāo)記抗原)。該酶標(biāo)記抗體(或酶標(biāo)抗原)與樣品液中的對(duì)應(yīng)抗原(或抗體)，通過(guò)免疫反應(yīng)結(jié)合成堿性磷酸酶—抗體—抗原復(fù)合物。將該復(fù)合物與硝基酚磷酸(NPP)反應(yīng)。堿性磷酸酶催化NPP水解生成硝基酚和磷酸。硝基酚呈黃色，黃色的深淺與堿性磷酸酶的含量呈正比。故此．通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)定420nm波長(zhǎng)下的光吸收率(A420)，就可測(cè)出復(fù)合物中堿性磷酸酶的量，從而計(jì)算出欲測(cè)抗原(或抗體)的含量。酶標(biāo)免疫測(cè)定技術(shù)還可以應(yīng)用于某些具有親和力的生物分子對(duì)之間的測(cè)定。如用酶標(biāo)抗胰島素蛋白測(cè)定胰島素的含量，酶標(biāo)抗生物素蛋白測(cè)定生物素含量等。這類(lèi)檢測(cè)的原理與酶標(biāo)免疫測(cè)定相類(lèi)似，但由于不是抗體抗原間的免疫結(jié)合，只是分子對(duì)之間的親和結(jié)合，故稱(chēng)為酶標(biāo)親和檢測(cè)。

第六節(jié)酶在生物工程中的應(yīng)用

生物工程主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程等4個(gè)方面。酶在生物工程中有著極為重要的作用，尤其在基因工程及細(xì)胞工程中，酶的應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：一、酶在除去細(xì)胞壁方面的應(yīng)用二、酶在大分子切割方面的應(yīng)用三、酶在大分子拚接方面的應(yīng)用一、酶在除去細(xì)胞壁方面的應(yīng)用根據(jù)不同細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁的組分不同，除去細(xì)胞壁所使用的酶也各異。

1．除去細(xì)菌細(xì)胞壁細(xì)菌的細(xì)胞壁主要成分是肽多糖。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁除了肽多糖以外，還有一層脂多糖。

除去革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁：采用從蛋清中分離得到的溶菌酶。該酶專(zhuān)一地作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的a-1，4鍵。

除去革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁：需由溶菌酶和EDTA共同作用才能達(dá)到較好的除去細(xì)胞壁的效果。這是由于EDTA可作用于脂多糖的緣故。

2．除去酵母細(xì)胞壁酵母的細(xì)胞壁分為兩層，外層由磷酸甘露糖和蛋白質(zhì)組成，內(nèi)層由β—葡聚糖構(gòu)成細(xì)胞壁的骨架。

除去酵母細(xì)胞壁：主要采用β-1，3-葡聚糖酶。該酶作用于細(xì)胞壁內(nèi)層的β-葡聚糖分子中β-1，3-糖苷鍵，使作為細(xì)胞壁骨架的β-葡聚糖水解，而使細(xì)胞壁破壞。蝸牛的消化液中含有較多的β-1，3-葡聚糖酶，故常用于酵母的破壁。若β-葡聚糖酶與磷酸甘露糖酶及蛋白酶聯(lián)合作用，則可使細(xì)胞壁的內(nèi)外兩層同時(shí)被破壞，而顯著提高破壁效果。

3．除去霉菌細(xì)胞壁霉菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。不同種屬的霉菌。其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組分有較大差別。因此，若要除去霉菌的細(xì)胞壁，需要弄清屬于什么霉菌，再選用適宜的幾種酶共同作用，才能達(dá)到較好的破壁效果。

毛霉，根霉等藻菌綱霉菌的細(xì)胞壁主要由幾丁質(zhì)(N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-1，4-鍵結(jié)合而成)和殼多糖(氨基葡萄糖以β-1，4-鍵結(jié)合而成)等多種物質(zhì)組成。破壁時(shí)主要采用放線菌或細(xì)菌產(chǎn)生的殼多糖酶、幾丁質(zhì)酶及蛋白酶等多種酶的混合物。這些混合多酶制劑一般稱(chēng)之為細(xì)胞壁溶解酶(Lytic

Enzym)．

米曲霉、黑曲霉和青霉等半知菌綱霉菌的細(xì)胞壁的主要組分是幾丁質(zhì)和6-葡聚糖等。破壁時(shí)主要使用β–1，3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶的混合物。4．植物細(xì)胞壁的破除植物細(xì)胞壁主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等組成。

破除植物細(xì)胞壁主要采用纖維素酶、半纖維素酶和果膠酶組成的混合酶。這幾種酶大多數(shù)是由霉菌發(fā)酵產(chǎn)生。利用酶除去細(xì)胞壁，除了要根據(jù)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用適宜的酶之外，還必須控制好酶作用條件和時(shí)間。此外，若用酶除去細(xì)胞壁以制備原生質(zhì)體時(shí)，必須在反應(yīng)系統(tǒng)中添加滲透壓穩(wěn)定劑，維持高滲狀態(tài)而使制備得到的原生質(zhì)體不至破裂。二、酶在大分子切割方面的應(yīng)用生物工程中經(jīng)常需要把生物大分子切割成較小的分子成片斷，以便使用。在生物大分子的切割過(guò)程中往往要求在特定的位點(diǎn)上進(jìn)行，這就只能借助于具有專(zhuān)一性的各種水解酶或其他酶類(lèi)才能做到。下面僅介紹在基因工程方面常用的幾種水解酶。

1．限制性核酸內(nèi)切酶

限制性核酸內(nèi)切酶：是一類(lèi)在特定的位點(diǎn)上，催化雙鏈DNA水解的磷酸二酯酶。是在1968年由Meselson和Yuan在大腸桿菌細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)的。至今為止巳發(fā)現(xiàn)的核酸內(nèi)切酶有300多種，巳成為基因工程中必不可缺的常用工具酶。

限制性核酸內(nèi)切酶具有高度的專(zhuān)一性：它能夠識(shí)別雙鏈DNA中的某段堿基的排列順序，并且只能在某個(gè)特定位點(diǎn)上將DNA分子切開(kāi)。

限制性核酸內(nèi)切酶的堿基識(shí)別順序：一般由4～6個(gè)核苷酸組成。這個(gè)識(shí)別順序呈二元對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，即從二條鏈的5’末端向3’末端閱讀時(shí)，這個(gè)識(shí)別順序完全相同。

限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn)：一般在識(shí)別順序內(nèi)，而有的也在識(shí)別順序之外，甚至有的切點(diǎn)遠(yuǎn)離堿基識(shí)別順序幾百個(gè)堿基對(duì)以外。在基因工程中使用的限制性核酸內(nèi)切酶，其切割位點(diǎn)一般都在其識(shí)別順序之內(nèi)。

限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子：在切割DNA分子時(shí)，有些酶在兩條鏈上的切點(diǎn)是錯(cuò)開(kāi)的，切割后形