應用生物催化

目錄
前言
第1章　緒論　1
1.1　生物催化概況　1
1.2　生物催化技術(shù)的特點　1
1.3　生物催化的發(fā)展史　2
1.4　全球生物催化酶制劑市場規(guī)?！?
1.5　生物催化與可持續(xù)性　4
1.6　食品工業(yè)中的生物催化及其工藝強化　5
1.6.1　乳制品工業(yè)　6
1.6.2　烘焙工業(yè)　7
1.6.3　果蔬加工業(yè)　8
1.6.4　釀酒工業(yè)　9
1.6.5　油脂加工　10
1.6.6　肉制品工業(yè)　10
1.6.7　香精香料業(yè)　11
1.7　食品生物催化制造　12
1.8　生物催化的安全性評價　13
第2章　生物催化的微生物學基礎(chǔ)　15
2.1　用于生物催化的主要微生物　15
2.1.1　細菌　15
2.1.2　放線菌　16
2.1.3　霉菌　17
2.1.4　酵母菌　17
2.2　微生物酶的篩選和菌種選育　18
2.2.1　微生物菌種的分離　18
2.2.2　誘變育種　20
2.3　微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)　22
2.3.1　氧化還原酶　22
2.3.2　水解酶　24
2.3.3　裂合酶　32
2.4　微生物生物合成：重要天然產(chǎn)物的來源　33
2.4.1　氨基酸　34
2.4.2　嘌呤和嘧啶及其核苷酸　37
2.4.3　維生素　39
2.4.4　有機酸　40
2.4.5　乙醇及相關(guān)化合物　42
2.4.6　次生代謝物　43
參考文獻　45
第3章　生物催化的酶學基礎(chǔ)　48
3.1　酶的分類組成與結(jié)構(gòu)特性　48
3.1.1　酶的分子結(jié)構(gòu)與化學組成　48
3.1.2　酶的分類　50
3.1.3　酶的空間結(jié)構(gòu)及活性中心　51
3.2　酶的分離純化　52
3.2.1　酶的來源　52
3.2.2　酶的分離　53
3.2.3　酶的純化　55
3.3　酶的作用機制　58
3.4　酶的催化動力學　60
3.4.1　酶促反應初速度　60
3.4.2　米氏方程　60
3.4.3　影響酶促反應速率的因素　63
3.4.4　激活劑和抑制劑對酶促反應速率的影響　64
3.5　酶活性調(diào)節(jié)　65
3.5.1　酶原激活調(diào)節(jié)　66
3.5.2　酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)　66
3.5.3　酶分子的共價修飾　68
3.6　酶在食品領(lǐng)域的應用　68
參考文獻　71
第4章　生物催化的手性化學基礎(chǔ)　72
4.1　光學活性與手性　72
4.1.1　自然光和偏振光　72
4.1.2　旋光性與比旋光度　72
4.1.3　手性分子與旋光性　74
4.1.4　對映異構(gòu)體與非對映異構(gòu)體　74
4.2　構(gòu)型與構(gòu)象　78
4.2.1　分子構(gòu)型　78
4.2.2　分子構(gòu)象　80
4.3　生物催化反應的選擇性　80
4.3.1　化學選擇性　80
4.3.2　區(qū)域選擇性　82
4.3.3　立體選擇性　82
4.4　手性化合物外消旋體的生物催化去對稱化　83
4.4.1　脂肪酶催化的手性化合物去對稱化　84
4.4.2　氧化還原酶催化的手性化合物去對稱化　86
4.4.3　酰胺酶催化的手性化合物去對稱化　87
參考文獻　87
第5章　生物催化劑的分子改造　89
5.1　化學修飾技術(shù)　89
5.1.1　小分子修飾　89
5.1.2　定點突變與化學修飾結(jié)合　90
5.1.3　輔因子引入　90
5.1.4　交聯(lián)技術(shù)　90
5.1.5　單功能聚合物　91
5.2　定點突變技術(shù)　91
5.2.1　寡核苷酸引物介導的定點突變　92
5.2.2　PCR介導的定點突變法及其改進——大引物突變法　92
5.2.3　盒式突變　93
5.3　DNA改組技術(shù)　94
5.4　酶的化學糖基化　96
5.4.1　用于酶化學糖基化修飾的分子種類　96
5.4.2　常用的化學糖基化修飾　96
5.5　酶的定向進化　99
5.5.1　酶的分子定向進化的概念——物種進化與酶定向進化　100
5.5.2　酶定向進化技術(shù)的發(fā)展歷程　100
5.5.3　酶定向進化的主要方法　101
5.6　結(jié)合定點突變的酶理性設(shè)計改善酶特性的具體應用　103
5.6.1　重塑活性中心提高酶的底物特異性　103
5.6.2　重塑活性中心改變酶促反應類型　104
5.7　基于DNA改組和酶定向進化非理性設(shè)計改善酶特性的具體應用　105
5.7.1　改善酶的底物特異性　105
5.7.2　提高酶的對映體選擇性　105
5.7.3　改善酶反應活性　106
5.7.4　定向進化改善酶穩(wěn)定性　106
5.7.5　改善酶的溶解性和異源表達　109
5.7.6　創(chuàng)造新的活性　109
5.7.7　增加微生物酶的抗性　109
5.8　酶定向進化的優(yōu)勢和前景　110
參考文獻　110
第6章　生物催化劑的固定化　112
6.1　傳統(tǒng)酶固定化技術(shù)　112
6.1.1　物理吸附法　112
6.1.2　物理包埋法　113
6.1.3　共價結(jié)合法　113
6.1.4　化學交聯(lián)法　113
6.1.5　不同傳統(tǒng)酶固定化技術(shù)的優(yōu)缺點　114
6.1.6　傳統(tǒng)固定化酶的載體材料　114
6.2　新型酶固定化技術(shù)　117
6.2.1　新型固定化載體材料　117
6.2.2　新型酶固定化方法　127
6.3　酶定向固定化技術(shù)　129
6.3.1　生物酶介導的定向固定化技術(shù)　129
6.3.2　化學修飾介導的酶定向固定化技術(shù)　130
6.3.3　界面聚合微囊固定化技術(shù)　130
6.3.4　基于表面展示技術(shù)的酶固定化　130
6.4　多酶共固定化　131
6.4.1　多酶的非特異性共價共固定化　131
6.4.2　多酶的非特異性非共價共固定化　132
6.4.3　多酶的非共價包埋共固定化　132
6.4.4　多酶位點特異性共固定化　133
6.5　其他新型固定化技術(shù)　134
6.5.1　輻射處理　134
6.5.2　等離子體處理　134
6.5.3　納米技術(shù)處理　135
6.5.4　超聲波處理　135
6.5.5　磁處理　135
參考文獻　135
第7章　非水相生物催化　136
7.1　非水相中酶學基礎(chǔ)及非水相機理　136
7.1.1　非水相中酶學基礎(chǔ)　136
7.1.2　非水相機理　138
7.2　提高非水相中酶的耐受性　140
7.2.1　非水溶劑對酶催化的影響　142
7.2.2　體系含水量對酶催化的影響　143
7.2.3　pH和離子強度　144
7.2.4　溫度　144
7.3　非水相生物催化及其特點　145
7.4　非水相生物催化的影響因素　147
7.4.1　反應溫度的影響　147
7.4.2　非水相介質(zhì)的影響　147
7.4.3　底物濃度和摩爾比的影響　148
7.4.4　催化劑的影響　148
7.4.5　有機溶劑對酶催化反應的影響　148
7.4.6　非水相體系中微量水對酶催化性能的影響　149
7.5　生物催化反應體系的分類　150
7.5.1　有機相體系　150
7.5.2　超臨界流體體系　150
7.5.3　離子液體體系　151
7.5.4　反膠束體系　152
7.5.5　全細胞體系　153
7.6　物理場強化非水相生物催化　154
7.6.1　超聲波強化非水相生物催化　154
7.6.2　微波強化非水相生物催化　155
7.6.3　磁場強化非水相生物催化　156
7.6.4　熱等靜壓技術(shù)強化非水相生物催化　156
參考文獻　157
第8章　生物催化反應器　158
8.1　生物催化反應器概述　158
8.2　酶反應器基本設(shè)計　159
8.2.1　設(shè)計基本原理　159
8.2.2　理想條件下酶反應器的基本設(shè)計　160
8.3　多相體系中擴散限制對生物催化反應器設(shè)計和性能的影響　171
8.4　熱失活對酶反應器設(shè)計和性能的影響　173
8.5　脂肪酶催化連續(xù)反應器的構(gòu)建及操作穩(wěn)定性　175
8.5.1　反應器構(gòu)建的流程　175
8.5.2　應用——膜反應器中脂肪酶動態(tài)拆分萘普生甲酯　177
8.6　酶反應器操作方式對拆分產(chǎn)物光學活性的影響　179
參考文獻　181
第9章　蛋白酶　182
9.1　蛋白酶的種類　182
9.2　蛋白酶活性檢測方法　183
9.2.1　均相檢測蛋白酶活性　183
9.2.2　基于分離的活性檢測試驗　186
9.2.3　改進型蛋白酶活性的測定方法　187
9.3　重要蛋白酶的結(jié)構(gòu)與功能　187
9.3.1　絲氨酸蛋白酶　187
9.3.2　天冬氨酸蛋白酶　189
9.3.3　堿性蛋白酶　191
9.3.4　風味蛋白酶　191
9.4　蛋白水解酶催化機制　192
9.4.1　蛋白酶催化底物的基本機制　192
9.4.2　蛋白酶水解底物的特異性作用機制　193
9.4.3　酶與底物的結(jié)合部位蛋白酶的位點專一性　194
9.4.4　酶分子表面電荷作用　194
9.5　蛋白酶催化蛋白質(zhì)酶解法合成多肽　195
9.6　固載化酶催化合成多肽　196
9.6.1　溶劑對固定化酶催化合成多肽的影響　196
9.6.2　載體與固定化方法　196
9.6.3　pH及溫度　197
9.7　酶催化拼接合成多肽　197
9.7.1　轉(zhuǎn)肽酶　197
9.7.2　連接酶　198
9.7.3　氧化還原酶　198
9.8　蛋白酶在食品領(lǐng)域的應用進展　199
9.8.1　蛋白酶在食品中的作用機理　199
9.8.2　蛋白酶在食品工業(yè)中的應用研究　200
參考文獻　202
第10章　青霉素酰化酶　206
10.1　β-內(nèi)酰胺類抗生素簡介　206
10.1.1　酶促一鍋合成法　206
10.1.2　原位產(chǎn)物排出法　207
10.1.3　反應介質(zhì)體系與酶促合成　207
10.1.4　水兩相體系　207
10.1.5　水-有機溶劑混合體系　207
10.1.6　懸濁液-懸濁液體系　208
10.1.7　冰凍介質(zhì)　208
10.1.8　酶固定化新方法與酶促合成　208
10.2　半合成β-內(nèi)酰胺類抗生素化學法與酶催化法合成比較　208
10.3　生物催化合成的策略　209
10.3.1　生物催化　209
10.3.2　生物催化的應用　210
10.3.3　固定化酶　210
10.3.4　青霉素?；父攀觥?11
10.3.5　青霉素酰化酶的固定化　211
10.3.6　青霉素?；复呋铣煽股亍?14
10.4　青霉素?；干锎呋瘎?14
10.4.1　青霉素?；傅姆N類　215
10.4.2　青霉素G和青霉素V　216
10.4.3　催化反應條件　217
10.4.4　青霉素酰化酶的催化應用　217
10.5　均相和非均相水-