酶與酶工程及其應用

酶與酶工程在理論上屬於生物化學範疇，但又是一門廣泛地涉及生物學領域及生物工程學領域的理論與實際密切聯繫的應用科學。酶是有催化功能的蛋白質，也叫生物催化劑，生物體內的一切化學反應幾乎都是在酶的催化下進行的。酶工程又稱酶技術，它是圍繞着酶所特有的催化性能使其在工業、農業、醫藥保健事業、環保及其他各方面發揮作用的應用技術。 ^[1] 

本書闡述酶、酶學及酶工程的一般概念及其發展和應用的基本理論與基本技術，尤其強調酶概念、酶技術及酶應用領域的拓展。具體內容包括：酶學、酶技術、酶的分離純化、酶的固定化、酶的生產、酶製劑、酶的應用、酶反應器、酶化工、酶的研究方法等。同時附錄有常用酶的檢測方法和工業化酶製劑的標準。

本書可作為相關專業科技工作者及有關行業技術人員的參考書，也可作為高等學校生物工程、食品工程等相關專業的教材。 ^[2-3] 

緒論1

一、酶與酶工程研究的目的1

二、酶與酶工程的研究內容與方法1

第一章酶學3

第一節酶學概念3

一、酶學的基本概念3

二、酶學研究的重要性5

三、酶的分類和命名6

第二節酶學性質及催化機理9

一、酶的催化特性9

二、酶的活性部位10

三、酶催化作用機理11

第三節酶催化反應動力學15

一、單底物酶反應動力學15

二、有抑制的酶催化反應動力學18

三、複雜的酶催化反應動力學23

四、酶的失活動力學25

第四節酶學研究的新進展27

一、酶與生物催化劑27

二、非水相中的生物催化28

三、極端微生物研究進展29

四、分子定向進化33

參考文獻33

第二章酶技術34

第一節酶技術的相關概念34

一、酶學及酶技術34

二、酶技術發展概況34

第二節酶分子的定向進化34

一、酶分子定向進化概述34

二、酶分子定向進化的歷史36

三、定向進化的策略38

四、定向進化的優勢、現狀和未來41

第三節人工模擬酶42

一、模擬酶的理論基礎和策略42

二、模擬酶的分類43

三、抗體酶44

四、印跡酶45

五、模擬酶的研究進展47

第四節非水介質中的酶學及酶催化47

一、非水介質中酶的催化反應及其特徵47

二、微水有機溶劑體系49

三、酶的選擇性49

四、“pH記憶”與“分子印跡”技術50

五、反向膠團的酶學研究50

六、水有機溶劑兩相體系52

七、非水介質酶催化反應在有機合成

中的應用52

參考文獻52

第三章酶的分離純化54

第一節酶的分離純化策略54

一、基本原則54

二、純化方法的選擇55

三、純化策略56

四、純度的檢定58

第二節酶液的製備和初分離59

一、發酵液的固液分離59

二、細胞破碎60

三、抽提61

四、脱鹽62

五、濃縮62

六、初分離63

第三節酶的分離純化方法63

一、根據溶解度不同建立的純化方法64

二、按照分子大小不同建立的純化方法68

三、依據電學解離性質不同建立的純化

方法73

四、利用親和作用進行純化的方法78

五、根據穩定性差別建立的純化方法82

第四節酶的結晶83

參考文獻84

第四章酶的固定化85

第一節固定化酶概述85

一、固定化酶的定義85

二、固定化酶的優缺點85

三、固定化酶的重要性86

第二節酶的固定化方法87

一、吸附法87

二、包埋法88

三、共價結合法89

四、交聯法92

五、各種固定化酶的特點比較93

第三節固定化酶的形態與性質94

一、固定化酶的形狀94

二、固定化酶的活力94

三、固定化酶的穩定性95

四、固定化酶的催化特徵95

第四節固定化酶的反應動力學96

一、影響固定化酶促反應的主要因素96

二、固定化酶促反應的過程分析97

參考文獻99

第五章酶的生產100

第一節天然植物酶和動物酶的生產100

一、植物細胞培養產酶100

二、動物細胞培養產酶101

第二節微生物酶的生產101

一、產酶菌的獲取103

二、產酶菌的培養104

三、微生物酶的生產流程110

第三節提高酶發酵產量的方法111

一、酶的合成調控機制111

二、通過條件控制提高酶產量114

三、通過基因突變提高酶產量115

四、通過體內基因重組提高酶產量117

五、通過體外基因重組提高酶產量119

六、其他提高酶產量的方法122

第四節酶製劑生產設備122

一、 微生物選育設備122

二、無菌空氣製備設備122

三、發酵設備123

四、提取設備124

第五節酶生產車間的設計與要求125

一、工藝設備平面佈置設計125

二、發酵罐設計125

三、培養基滅菌126

四、無菌空氣製備127

五、發酵過程的自動化控制128

參考文獻129

第六章酶製劑130

第一節酶製劑概述130

一、酶製劑的定義130

二、酶製劑的分類130

第二節酶的保存與酶製劑的生產技術131

一、酶的失活機理及穩定化技術131

二、酶製劑的生產技術133

第三節液體酶製劑136

一、液體酶生產工藝流程136

二、液體酶生產工藝136

第四節固體酶製劑139

一、固體酶生產工藝流程139

二、酶在制粒過程中的穩定性140

三、填料及載體的選擇140

四、固體酶製劑的乾燥方法141

參考文獻141

第七章酶的應用143

第一節酶在輕工方面的應用143

一、酶在紡織品加工中的應用143

二、酶在造紙工業中的應用144

三、酶製劑在製革中的應用147

四、酶在洗滌劑工業中的應用148

第二節酶在食品方面的應用150

一、在食品原料生產中的應用150

二、直接參與食品的生產過程151

三、用酶製劑改善食品風味、品質和

產量158

四、在食品保鮮和貯藏中的應用160

五、用於製備生物活性成分162

第三節酶在飼料方面的應用165

一、飼料的組成166

二、飼料中酶製劑的種類及主要作用167

三、適當選擇和合理使用飼用酶製劑169

第四節酶在醫藥方面的應用170

一、酶製劑按其臨牀應用分類171

二、主要治療酶的種類介紹172

第五節酶在環保與能源開發方面的

應用176

一、酶在環保方面的應用176

二、酶在能源方面的應用178

第六節酶在分析檢測方面的應用179

一、酶在食品檢測中的應用179

二、酶在醫藥診斷方面的應用179

參考文獻180

第八章酶反應器182

第一節酶的應用形式182

一、概述182

二、應用形式182

第二節酶反應器的分類與特點184

一、酶反應器簡介184

二、酶反應器的分類及特點184

第三節酶反應器的設計與選型187

一、酶反應器的設計187

二、酶反應器的性能評價187

三、與設計有關的參數187

四、選擇反應器時應考慮的因素188

第四節酶反應器的操作189

一、酶反應器中流動狀態的控制189

二、酶反應器恆定生產能力的控制190

三、酶反應器的穩定性190

四、酶反應器的微生物污染191

第五節酶反應器的應用與發展191

一、酶反應器的應用191

二、酶反應器的發展195

參考文獻197

第九章酶化工198

第一節酶與化學工業198

一、生物酶可催化生產的化學品198

二、生物酶催化合成手性化合物199

三、為化學合成新產品提供原料199

四、酶法生產生物柴油199

第二節化學工業中酶催化的反應過程及

特點200

一、酶催化氨基酸合成200

二、酶催化有機酸合成200

三、酶催化抗生素生產200

四、酶催化肽類藥物的合成200

五、酶催化芳香酯合成201

六、酶催化人造奶油的生產201

七、酶催化酯交換201

第三節非水介質中的酶催化反應201

一、酶在非水介質催化反應中的優點202

二、多液相體系酶催化反應202

三、反膠束體系酶催化反應204

四、非水相酶催化反應205

第四節超臨界介質中的酶催化206

一、超臨界流體的選擇206

二、載體的選擇207

三、工藝參數的影響208

四、超臨界流體中酶催化的應用前景209

第五節油脂工業中的酶催化209

一、油脂酶催化水解210

二、植物油脱臭餾分中提取維生素E210

三、酶促菜子油選擇性水解制取芥酸210

四、酶促酯交換210

五、生物精煉——酶促酯化211

六、脂肪酶的選擇及固定化212

七、固定化脂肪酶生物反應器213

第六節酶催化合成表面活性劑214

一、酶法合成甘油單酯類生物表面活

性劑215

二、酶法合成糖脂類生物表面活性劑215

三、酶法合成氨基酸類生物表面活

性劑218

四、酶法合成和修飾磷脂類生物表面活

性劑218

五、酶法合成異頭碳上構成單一的烷基

糖苷類生物表面活性劑218

第七節石油工業中的酶催化反應219

一、石油的生物催化脱硫219

二、生物柴油的合成221

第八節酶催化的有機合成224

一、酶催化的水解及合成反應225

二、酶催化的氧化還原反應233

三、酶催化的取代反應234

四、酶催化的加成與消除反應234

五、酶聚合反應235

參考文獻235

第十章酶工程的研究方法236

第一節酶活力測定236

一、影響酶活力的因素236

二、酶活力的測定原理237

三、酶活力的測定方法239

四、酶活力的單位241

第二節電泳檢測和分子量測定241

一、電泳檢測241

二、聚丙烯酰胺凝膠電泳243

三、酶的相對分子質量測定245

第三節酶蛋白的定量、組成和氨基酸

分析247

一、蛋白質的定量247

二、酶的氨基酸組成測定250

三、酶蛋白的一級結構測定251

四、酶的二級結構、三級結構測定255

五、酶的四級結構測定256

六、活性中心的測定257

第四節酶的免疫學方法257

一、非均相酶免疫測定法258

二、均相酶免疫測定法260

三、雙抗體酶免疫測定法261

四、其他類型和方法262

五、免疫分析中幾個主要的操作步驟262

六、測定實例263

參考文獻265

附錄1常用酶的檢測方法266

一、α澱粉酶活力測定266

二、糖化酶活力測定269

三、蛋白酶活力測定271

四、脂肪酶活力測定275

五、葡萄糖異構酶活力測定276

六、果膠酶活力測定278

七、鹼性磷酸酶活力測定280

八、葡萄糖氧化酶活力測定281

附錄2工業化酶製劑的標準283

一、工業用α澱粉酶製劑283

二、耐高温α澱粉酶製劑284

三、工業用糖化酶製劑284

四、工業用蛋白酶製劑286

五、洗滌劑用鹼性蛋白酶製劑288

六、工業用脂肪酶製劑289

七、食品添加劑固定化葡萄糖異構酶

製劑290

八、工業酶製劑通用試驗方法290

九、工業酶製劑通用檢驗規則和標誌、

包裝、運輸、貯運295 ^[1]