固定化酶在现代工业中的应用5篇

第一篇：固定化酶在现代工业中的应用

固定化酶在现代工业中的应用

姓名：胡艳芬 学号：2008132106 指导教师：张孟

摘要

酶是一类有催化功能的蛋白质,具有反应条件温和, 底物专一性强, 可在水溶液和中性pH 下操作等优点。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又克服了游离酶的不足之处。本文简要介绍了固定化酶的概念、制备方法及其在生物、医药、环境保护等方面的广泛应用。重点介绍一些固定化酶在现代工业中的应用，并对其应用前景进行了展望。

关键词

固定化酶 制备 工业 应用 前景

酶是一类由活细胞产生的具有生物催化功能的分子量适中的蛋白质,具有极高的催化效率、高度的特异性及控制的灵敏性。大多数酶是水溶性的。由于酶催化反应具有底物专一性、催化高效性、反应条件温和等优点,符合绿色化学的要求,从而被大家高度重视,已在许多领域得到广泛的应用。酶的最大缺点是其不稳定性,在酸、碱、热及有机溶剂中易发生变性,活性降低或丧失;而且酶反应后,会在溶液中残留,造成酶反应难以连续化、自动化,同时也不利于终产品的分离提纯,这些都大大阻碍了酶工业的发展,所以有必要采取酶工程技术改善这些缺点。酶工程技术措施较多,其中酶的固定化技术是重要举措之一。酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联,酶被限定在一定区域内,但仍保持原有高效、专

一、条件温和的催化功能。

已固定化的酶像化学反应所用的固体催化剂那样, 既能发挥它们的催化特性, 又能回收, 并能多次反复使用, 使整个生产工艺可以连续化、自动化。近年来, 国内外科技工作者在固定化酶在工业生产中的应用做了大量研究，并得到了广泛的发展，本文将对这些成就做具体介绍。固定化酶的概念

1916 年Nelson 和Griffin 最先发现了酶的固定化现象后, 科学家就开始了固定化酶的研究工作。1969 年日本一家制药公司第1 次将固定化的酰化氨基酸水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸, 开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联,酶被限定在一定区域内,但仍保持原有高效、专

一、条件温和的催化功能。通常酶是游离的,而经过固定化以后,酶被束缚在一定区域内,因而这样的酶被称为固定化酶

[ 3, 4 ]

[2][1]

。与游离酶相比, 固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时, 又克服了游离酶的不足, 呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。固定化酶的制备

酶的固定化(enzyme immob ilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrier or support),将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中, 使其仍具有催化活性, 并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。

2.1 传统的酶固定化方法

传统的酶固定化方法大致可分为4 类: 吸附法、交联法、包埋法、共价结合法。吸附法是最早出现的酶固定化方法, 包括物理吸附和离子交换吸附。该法条件温和, 酶的构象变化较小或基本不变, 因此对酶的催化活性影响小, 但酶和载体之间结合力弱, 在不适pH、高盐浓度、高温等条件下, 酶易从载体脱落并污染催化反应产物等。交联法是利用双功能或多功能交联试剂, 在酶分子和交联试剂之间形成共价键, 采用不同的交联条件和在交联体系中添加不同的材料, 可以产生物理性质各异的固定化酶。交联法一般作为其它固定化方法的辅助手段。包埋法的基本原理是载体与酶溶液混合后, 借助引发剂进行聚合反应, 通过物理作用将酶限定在载体的网格中, 从而实现酶固定化的方法。该法不涉及酶的构象及酶分子的化学变化, 反应条件温和, 因而酶活力回收率较高。包埋法固定化酶易漏失, 常存在扩散限制等问题, 催化反应受传质阻力的影响, 不宜催化大分子底物的反应。载体偶联法是指酶分子的非必须基团与载体表面的活性功能基团通过形成化学共价健实现不可逆结合的酶固定方法, 又称共价结合法。载体偶联法所得的固定化酶与载体连接牢固, 有良好的稳定性及重复使用性,成为目前研究最为活跃的一类酶固定化方法。但该法较其它固定方法反应剧烈, 固定化酶活性损失更加严重。2.2 传统固定化技术的改进

保持各种传统固定化方法的优点并改进其不足一直是固定化酶方面研究的重要内容。改善酶固定化效果的途径有: 改善表面积以及孔径等物理结构,如采用分子筛或纳米纤维微孔膜;改善化学交联的反应及方式, 如辐照, 引发剂引发等;改善结合的方向选择性, 如采用定向固定化的方法;其他手段, 如利用长臂使酶远离载体表面, 使载体-酶体系的溶解度随温度、pH 值等条件的改变而改变, 以便于产物的分离及酶的回收。针对不同的酶有不[5]同的策略, 对于某些酶可能取向很重要, 而对于其他酶可能载体造成的环境重要一些, 因此, 每种酶固定的最佳条件目前还是特异的, 没有统一的理论, 其原因可能是相互间的影响因素太多, 而酶又多由具有复杂组成和空间构型的蛋白质构成, 不存在明显的因果联系。今后可望建立起适用的模型, 使用计算机得到最优的固定策略。2.3 新型酶固定化方法

开发新型酶固定化方法的原则是: 实现在较为温和的条件下进行酶的固定化, 尽量减少或避免酶活力的损失。通过辐射、光、等离子体、电子等新方法均可制备高活性固定化酶。Mohy 等[ 6] 以137 Cs 为辐射源,通过C2射线引发将甲基丙烯酸甲酯接枝共聚于尼龙膜表面, 经进一步活化, 用于青霉素酰化酶的固定。光偶联法是以光敏性单体聚合物包埋固定化酶或带光敏性基团的载体共价固定化酶, 由于条件温和, 可获得酶活力较高的固定化酶。Li等 利用含芳香叠氮基的光活性酯, 在远紫外光辐照下, 叠氮基光解生成氮烯与PES 膜表面的C-H 键间发生插入反应形成仲胺, 将脲酶共价键合到PES 膜的表面。等离子体是高度激发的原子、分子、离子以及自由基的聚集体, 大量的等离子体常在室温下存在。载体材料表面可以由等离子体进行有用修饰

[ 8, 9]

[ 7]

, 从而引入活性基团。Puleo 等将钛合金T i26Al24V 表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基, 然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面, 或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理, 再用含碳硝化甘油接枝, 进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定, 实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。固定化酶在现代工业中的应用

3.1 酶蛋白工程在工业酶中的应用

目前酶蛋白质工程主要集中在工业用酶的改造, 因为工业用酶有较好的酶学和晶体学研究基础, 酶的发酵技术(包括诱变技术和筛选方法)也比较成熟, 而且其微生物的遗传工程发展较好, 其次工业酶无须进行医学鉴定, 能很快地投入使用.如用作洗衣粉添加酶的枯草杆菌蛋白酶, 是一种天然的丝氨酸蛋白酶, 它能够分解蛋白质, 使衣服上的血迹和汗渍等很容易洗掉.但这种酶一般比较脆弱, 在漂白剂的作用下容易被破坏而失去活性, 原因是222位的甲硫氨酸容易被氧化成砜或亚砜.现在利用蛋白质工程技术, 用丝氨酸或丙氨酸替代后, 酶的抗氧化能力大大提高, 可在0.5mol/L 的过氧化氢溶液中停留1小时而活性丝毫未损, 这样便可与漂白剂混合使用.可以预见生物工程技术的发展和酶固定化技术可以相互补充, 共同发展对酶在工业领域的应用必将起到更大的推动作用。3.2 固定化酶在食品工业中的应用

酶固定化在食品工业中的应用是早期发展起来的一个传统领域.其中最有名的, 也是规模最大的过程, 就是采用固定化葡萄糖异构酶, 从葡萄糖生产高果糖浆.其它还包括采用固定化乳糖酶去除牛乳中的乳糖、采用固定化脂肪酶通过转酶反应生产可可油替代品、采用固定化耐热蛋白酶制造甜味剂2天冬甜精, 以及应用固定化L2天冬酶从富马酸铵生产天冬氨酸等[ 7]。1973 年,日本用聚丙烯酸酰胺为载体,用包埋法制成固定化天冬氨酸酶,用于工业化生产。固定化乳糖酶和固定化天门冬氨酸-β-脱羧酶分别于1977 年和1982 年用于工业化生产。

3.2.1 固定化酶在乳制品生产中的应用

牛奶中含有一定量的乳糖,有些人体内缺乏乳糖酶,在饮用牛奶后常出现腹泻、腹胀等症状;另外,由于乳糖难溶于水,常在炼乳、冰淇淋中呈沙样结晶析出,影响风味。乳糖酶可将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖,如将牛奶用乳糖酶处理则可解决上述问题。Fernandes等[ 6 ]研究用琼脂糖作载体,固定来源于南极的冷适应菌Pseudoalterom onas sp的β-半乳糖苷酶,并应用于牛奶中乳糖的降解,生产低乳糖牛奶;Caterina等[ 7 ]运用固定化技术,研究牛奶中碱性磷酸酶的耐热性;Mona等[ 8 ]研究用离子吸附法固定来源于B acillus licheniform is 5A1的牛奶凝结酶,并用于干酪生产。

3.2.2 固定化酶在啤酒生产中应用

在啤酒生产中,需添加外源性的淀粉酶来补充天然酶的不足。此外,长期放置的啤酒会由于多肽和多酚物质发生聚合反应而变得混浊,为防止出现混浊,目前主要采用添加蛋白酶来水解啤酒中的蛋白质和多肽。温燕梅等以化学共沉淀法制得的磁性聚乙二醇胶体粒子为载体,固定胰蛋白酶,该磁性酶对啤酒澄清、防止冷浑浊有明显效果;Stepanova等研究用DEAE-纤维素固定β-葡萄糖苷酶和多聚半乳糖醛酸酶,用于樱桃、李子的果酒生产。3.2.3 固定化酶在茶饮料生产中的应用

将固定化酶法应用于茶饮料生产中,可去除异味,提高适口性,提高营养价值。李平等

[ 9 ]

研究从黑曲霉(Aspergillus niger)发酵液中提取β-葡萄糖苷酶酶液,用丝素蛋白将其固定,此固定化酶可应用于茶汁的风味改良;苏二正

[10 ]

等以海藻酸钠为载体,采用交联-包埋-交联的方法共固定化了单宁酶和β-葡萄糖苷酶,可应用于茶饮料的除浑和增香处理。3.3 固定化酶在化工领域中的应用。

水解蛋白酶固定化后可用于肽及有机化合物的酶促合成,如硅藻土固定化木瓜蛋白酶可在乙酸乙酯介质中催化合成LeuPhe-LeuLL231 [ 3 ] 彭志英1 食品酶学导论[M ] 1 北京: 中国轻工业出版社, 20021 [ 4 ] 罗贵民,曹淑桂,张今1酶工程[M ] 1北京:化学工业出版社, 2002 [ 5 ] 杨昌英, 潘家荣, 钟珩等.醋酸纤维素固定化脂肪酶催化猪油合成单甘酯[ J ].湖北化工, 2002,(6): 20 21.[ 6 ] Mohy M Y, Ben civenga U, Rossi S, et al.Charact erizat ion theact ivity of pen icillin G acyl as e immobilized on to nylon membranesgraft ed with different acrylic monomers by means of C2radiation[ J].J ou rnal of Molecular Cat alysis B: E nzymat ic, 2000: 2332 244.[ 7 ]吴国琪,凌达仁,王忱,等.固定化谷氨酸脱羧酶性能的研究[J ].离子交换与吸 附,1999 ,15(1):71.[ 8 ] Mona A E, Yannick C B1 Immobilization of Bacilluslicheniformis 5A1 milk-clotting enzyme and characterization of itsenzyme p roperties [ J ] 1 World Journal of Microbiology andBiotechnology, 2006, 22(3): 197～2001 [ 9 ] Kalia V , Goyal L , Pundir C S.烷基胺玻璃固定化葡萄糖氧化酶测定血糖[J ].生物工程学报, 1998 , 14(3): 336.[ 10 ] 徐晖,王燕,魏密苏.环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用[J ].沧州师范专科学校学报,2002 ,18(3):42.[ 11 ] Dinelli D.Process Biochem [ J ].Process Bio chem, 1972, 7(8): 9 14.[ 12 ] 岳振峰, 彭志英, 徐建祥等.壳聚糖固定化葡萄糖苷酶的研究[ J ].食品与发酵工业, 2001, 27(4): 20 24.[ 13 ] 陈雄.固定化糖化酶的研究[ J ].中国酿造, 2001,(2):19 20.[ 14 ] 唐芳琼, 孟宪伟, 陈东, 冉均国, 苟立, 郑昌琼.纳米颗粒增强的葡萄糖生物传感器[ J ] , 中国科学B 辑, 2000,30(2): 119 124.[ 15 ] 马秀玲,陈盛,黄丽梅,等.磁性固定化酶处理含酚废水的研究[J ].广州化学，2003,28(1):17

Immobilized in the modern industrial application

Name: Hu Yanfen

Instructor: ZhangMeng

Abstract Enzymes are a class of proteins with catalytic function, with mild reaction conditions, substrate specificity, and can be in aqueous solution and neutral pH operation, etc..Compared with free enzyme, immobilized enzyme while maintaining its high specificity and moderate catalytic properties of enzymes, they also overcome the inadequacies of the free enzyme.This paper introduces the concept of the immobilized enzyme, preparation methods and in biology, medicine, environmental protection and other aspects of the wide range of applications.Highlights some of the immobilized enzyme applications in modern industry, and its application prospect.Key words

Immobilized Preparation Industry Application foreground

第二篇：压缩空气在现代工业中的应用

压缩空气在现代工业中的应用

不看不知道，一看吓一跳！真的，知道空压机的用途，但不知道空压机这么有作用的大有人在，相当惊人，不得不整理分享给大家。

总体来说，空气压缩机可以：吹气充气、控制仪表、驱动设备、表面喷涂、粉尘输送、加压、化学反应、清洁吹扫、通风等等。

一、就吹气充气，咱们看看有哪些轮胎加气、吹塑、吹管、吹瓶、食品灌装等。还不明白？就是我们喝的饮料，如：矿泉水瓶、塑料瓶。我们用的：灯泡、汽车轮胎，水杯、玻璃器皿、包装带等等都是由空压机制作的，具体怎么做？我们会有专门的几节深入分析它，这里浅析一下。

二、控制仪表：在一些大中小型的企业，都需要控制器控制该厂的某些设备，控制某些机械的生产时间，控制制动闸如：食品加工中心、数控机床、印刷机械、电厂的辅机设备控制、列车的制动闸、铁轨的变道装置、控制阀门、仪表动力等，可谓应接

不暇！

三、驱动设备，如气枪、射钉枪、机械手、风钻、风镐等

四、表面喷涂，如金属表面喷砂、表面喷漆等

五、粉尘输送，如电厂冶炼厂煤粉输送、水泥厂粉尘输送

六、加压，如金属铸造、锻造等加压

七、化学反应，如化工厂化学反应，制氧、制氮等

八、清洁吹扫，如电厂管道清洁，冶炼厂、机加厂铁屑、粉尘吹扫，工作台清洁等

九、通风，如隧道、矿井井下通风

从他们的应用领域考虑，又有很多种。

1、工厂维护

喷气清洁 驱动工具（汽锤、混凝土震动器、钻头、砂轮机、起重机、铺路碎石机、铆枪、去氧化皮、卷管机、板手）喷砂 喷涂金属（修理用）喷漆 喷水系统

2、飞机制造

喷洗机器 退模子 驱动装配工具 钻机 汽锤 起吊葫芦 组合刀具 铰刀 铆枪 螺丝刀 驱动夹紧装置 锻锤 金属成型压机 喷砂 喷漆

3、汽车制造

喷洗机器 驱动装配工具 驱动车身起吊葫芦 气动控制 测试油箱和散热器 见锻造车 铸造车间 钣金车间

4、水泥制造

贮藏通气 水泥袋清洗封口 原料搅拌 翻斗车 清洗设备 熟料冷却 燃烧器 输送水和煤 水泥浆过滤 水泥窑清洗 车船装卸 升降和起吊器 气动控制

5、化工厂

通气和搅拌 分离塔用气 清洗设备 燃烧用气 输送 低温冷冻用途 提升液体 真空或压力过滤 喷雾 驱动配量泵 通过钻孔和吹气清洗管道 气动控制 工艺气 传输液体 见酸厂 橡胶厂 油漆厂 药品制造 工厂维护 塑料厂

6、火电厂

吹气清洁管道 吹除烟垢 清洗锅炉及冷凝器管道 喷气清洗 传输煤粉 清除污水 驱动断路器 气动控制 修理炉壁和挡板

7、水电厂

发动机制动 船闸保养 航行警笛 驱动控制器 驱动润滑泵 驱动船闸 驱动溢洪闸 起动控制 防止冰对水坝的损坏

清洗垃圾网

8、钢铁厂

搅拌溶液 除氧用气 高，平，转炉用气 料车定位 沉渣室钻孔 卸料包平炉烟道清洁 驱动离合器和制动器 驱动炉门 驱动装料及输送装置 驱动润滑系统 驱动风动工具 风镐 砂轮机 起吊葫芦和升降机 起动控制 喷砂 高炉出炉 真空除气

8、食品工业（一般应用）

搅拌液体 发酵箱用气（氧）带喷嘴的清洗设备 带喷嘴的清洗容器 传送原料

食品脱水 过滤

9、饮料厂

洗瓶机 罐装机 洒捅内部喷涂 见食品工业

10、锻造车间

吹氧化皮 主动健 退模 炉门气幕 起吊葫芦和升降机 风镐 夯实机 钢丝刷 喷砂 筛沙 喷泥芯

11、钣金车间

搅拌溶液 零件起动测量 运输切屑 喷气清洗 驱动包装压机 驱动压板，夹头，离合器定位器 风动工具 精整锤 风镐 钻头 砂轮机 起吊机和升降机 组合工具 铆机 螺丝刀 扳手 气动控制 压机和冲模退出喷头 喷砂（硬化）喷润滑剂 喷涂修理用金属 喷漆 容器探漏

11、矿山

通风用气 钻大孔 用气除水 过滤细屑 驱动车载定心钻 气动葫芦和补浆机 驱动泵 驱动岩钻机 供气 风钻 吹孔 手持工具 钢筋鞘管打桩机 伸缩式凿岩机 驱动矿顶螺栓扳手

12、玻璃厂

吹瓶和玻璃器皿 吹灯管和电子管 燃烧气 传输原料

玻璃蚀刻，消光和钻孔 输送玻璃 驱动模子 驱动燃油器 气动控制 真空吊板

13、木材加工

踞木机托架气夹头 防止水池结冰的起泡机 喷气清洗 传输踞屑 起吊机和升降机 浸渍木制品 驱动修边机，减振器和粘屑机 起动控制

14、家俱厂

喷射清洁 气吊 浸染木材 折弯。拉直 装卡，夹紧 气动工具 雕刻工具 钻机 起子 抛光机 打磨机 螺丝刀 喷砂 喷漆 喷水设置

15、炼油厂

燃烧气 排空和清洗油路 起重和升降机 驱动控制系统 催化剂再循环 喷砂 喷漆

16、矿石处理

熔炼用气 搅拌溶液 输送原料 过滤浆水 浮选处理 起重 团矿压制设备

17、造纸厂

喷气清洁设备 起重和升降机 水池防结冰 轧辊上料 压制纸品 驱动离合器 驱动断纸机 送纸通过机器

气动控制 头箱拆除 去除废纸 真空干燥 改良长网印刷机真空

18、药品制造

搅拌液体 抗生素发酵用气（氧）传输原料 混合和搅拌原料 驱动离心机 气动控制 喷气粉化 喷干

传输液体 真空干燥和汽化

18、制塑

喷射式设备清洁 铸件出坯 制塑空气物体的充气 挤压过程中充成管形 真空或压力制塑 汽缸动作

19、采石场

起吊，搬运材料 运行岩石钻机 供气 钻爆破机 凿岩机 手钻 水泵 20、铁路

铁路填料 运沙 一般性运用 喷砂 喷漆 输液 运行气闸 运行矿车减速器 运行开关和信号系统 硺石锤 钻机 研磨机 气吊 锯机 钉锤 枕本捣固器 扳手 研磨机 气吊 铰刀 压柳机 锯机 管路清洁器，压路机 扳手

21、橡胶厂

清洁模子和机械装置 气吊 脱模 开模 气动控制 喷涂 测试成型产品

总而言之，压缩空气已经在我们的各行业中都得到了广泛的运用，可以这么说，没有空压机就没有工业的现代化，就很难造出各式各样丰富的物资，现代生活离不开空气压缩机。

第三篇：食品业固定化酶作用论文

1.固定化酶的定义与特点

固定化酶技术是将酶用人工方法固定在特定载体上,进行催化、生产,因而固定化酶一般可以被认为是不溶性酶。与水溶性酶相比,其优点如下:易于将固定化酶与底物、产物分高,便于后续的分离和纯化;可以在较长时间内连续生产;酶的稳定性和最适温度提高;酶反应条件容易控制;可以增加产物的收率,提高产物质量;酶的使用效率高,使用成本低;适于产业化、连续化、自动化生产。与此同时,由于酶的分离、固定化处理等原因,固定化酶也具有一些难以避免的缺点:在固定化过程中,酶活力会损失;生产成本提高,工厂初期投资大;只能用于水溶性底物,适合于小分子;不适宜于多酶反应,还需要需要辅助因子的协助才可以有效反应。

2.固定化酶在食品工业上的应用

2.1固定化酶在柑橘汁加工中的应用

柑桔加工产品出现过度苦味是柑桔加工业中较重要的问题,苦味物质主要由2类物质组成:一类为柠檬苦素的二萜烯二内酯化合物(A和D环);另一类为果实中多种黄酮苷,其中柚皮苷为葡萄柚和苦橙等柑桔类果汁中的主要黄酮苷,柚皮苷的苦味与鼠李糖和葡萄糖连接键的分子构象有关。主要是利用不同的酶分别作用于柠檬苦素和柚皮苷生成不含苦味的物质。Manjon等使用空心玻璃床作为载体,分别使DEAE-Sephadex和单宁-氨基乙基纤维(tanninaminoethy1cellulose)作为载体;Puri等使用海藻糖;Soures等使用醋酸纤维和三醋酸纤维制成膜固定酶,其试验结果都表明用固定化酶处理后的果汁苦味明显降低。

2.2固定化酶在啤酒澄清中的应用

啤酒以其清晰度高、泡沫适中、营养丰富和口感好成为人们的最佳选择。但是,由于啤酒中含有一定量的蛋白质,它与游离于啤酒中的多酚、单宁等结合产生不溶性胶体或沉淀,造成啤酒混浊,从而严重影响了啤酒的质量。

2.3固定化酶在乳制品中的应用

乳糖酶亦称为β-半乳糖苷酶,是工业中应用相当广泛的一种酶,较多地应用于乳制品加工中。很多人小肠黏膜内的乳糖酶活性严重降低,导致乳糖不耐受症。用乳糖酶处理部分乳糖,分解为葡萄糖和半乳糖,可以减少这种症状。

2.4固定化酶在制糖中的应用

在制备低聚果糖中,Hayashi等用多孔硅石吸附Aureo-basidiumsp.的果糖基转移酶,并用戊二醛交联后装柱可保留较高的酶活力。Hayashi等用DEAE-纤维素固定果糖基转移酶,酶活力可保留95%。Yun等将果糖基转移酶固定在苯乙烯衍生的多孔离子交换剂上填入玻璃柱内,初始固定化酶的活性仅丧失8%。Chiang等将Aspergillusniger和Aspergillusjapoicus的果糖基转移酶纯化后共价结合在甲基丙烯酰胺高分子颗粒上,可保留酶活力达100%。固定化葡萄糖异构酶可以用来催化玉米糖浆和淀粉生产高甜度的高果糖糖浆。用淀粉生产高果糖浆包含3步:一是用淀粉酶液化淀粉;二是用糖化酶将其转化为葡萄糖,即糖化;三是用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构为果糖。由此可得到含高果糖浆与蔗糖同等甜度时,其价格低10%~20%,具有经济推动力。该固定化酶常用的制备技术是热处理法,将含葡萄糖异构酶的放线菌、芽孢杆菌或链霉菌等细胞用60~65℃热处理15min,该酶就固定在菌体上制成固定化酶。

2.5固定化酶在茶叶加工中的应用

在茶叶中含有种类繁多的酶,如多酚氧化酶、过氧化酶、单宁酶、果胶酶等,其对茶叶的加工或深加工有重要的意义。对重要酶类的固定化研究,可有效地改善茶叶的品质、拓展茶叶深加工的领域和应用范围。

2.6固定化酶在烟叶中的应用

在烤烟初烤和复烤后尚残留淀粉,淀粉在燃吸时影响燃烧速度和燃烧完全性,并产生糊焦气味,影响吸食品质。在一定条件下淀粉能水解为水溶性糖,使烟质改善。但这些反应并不充分,处理后的烟叶中淀粉含量仍很高,特别是低次烟叶中较高的淀粉含量影响了该类烟叶的可用性。加酶处理能加速淀粉水解,能将直链淀粉迅速降解为糊精和麦芽糖等,糖化酶能将直链淀粉和支链淀粉降解为葡萄糖。

2.7固定化酶在食品检测以及传感器中的应用

生物传感器被认为是一种由受体、抗体或酶构成的生物感应层于换能器紧密连接而能提供环境组成信息的感应器。如:测量电流以及电位的酶电极,酶热敏电阻装置,以场效应管为基础的生物传感器,以及生物发光及化学发光为基础的纤维—光学传感器等,不同的传感器都应用不同类型的固定化酶。食品中的农药残留分析越来越受到人们的关注,蔬菜中有机磷农药残留的快速检测已成为目前人们研究的热点。应用有机磷农药对胆碱酯酶特异性抑制的酶化学比色分析法已被广泛应用于有机磷农药的定性、定量检测。

3.固定化技术在食品工业中应用的前景和发展

固定化技术在食品工业中的应用还很多,如固定化氨基酰化酶生产L-谷氨酸;固定淀粉酶和葡萄糖淀粉酶以淀粉为原料生产葡萄糖;固定化酶法酿造调味品等,但用于食品工业的酶远远大于固定化酶。还有很多固定化酶和固定化细胞处于中试阶段,固定化原生质克服了固定化细胞的一些缺陷,但固定原生质体还处于研究之中,未用于生产。人们清楚地看到了固定化技术的一些优点,虽然很多还处于研究和开发中,但已经给人们指明发展方向。随着固定化技术的发展,将会有更多的固定化酶、细胞、原生质体应用于生产中,充分显示出固定化技术的优越性,开启固定化技术的新局面。

第四篇：计算机仿真在现代工业中的应用

姓名：郝

麟

学号：201050616210

计算机仿真在现代工业中的应用

近年来，随着仿真技术的发展，中国仿真市场增长异常迅猛，在某些方面达到了国际先进水平。但总体技术水平，特别是应用水平与发达国家相比还有差距。以美国为代表的发达国家高度重视仿真技术的发展和应用。

计算机仿真是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境, 其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备, 即可进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的, 它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。

仿真技术的优良特性和巨大效益，可能将成为今后人们特别重视和大力发展的综合技术。仿真系统将应用于人类生产实践的全过程，这样可以避免决策失误，可以预测可能发生的问题，达到避免故障、安全控制的目的。有关专家预言，在2l世纪，仿真技术的发展必将对经济、社会以及人们的观念产生巨大影响。

计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛的应用于电力电子电路（或系统）的分析和设计中[1]。计 算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，而且还可以与实物试制和 调试相互补充，最大限度的降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程。

计算机仿真技术及其应用。电气工程电路及其组成的系统主要功能是能源变换、传递过程的控制。要变换的是电力形态，控制方法靠电子线路。电力与电子结合形成了电力电子学科，它 是一个较为年轻的学科，也是多学科的边缘学科。电力本质是能源，有相当惯性，控制它的是电子线路，有相当快速性，两者构成系统，尤其形成闭环系统时，用自 动控制术语来说属病态系统，意即有不易解决的稳定性方面的问题。这样的系统品质在80年代中、后期有了飞速的提高。究其原因是借助于计算机仿真技术。

在使用计算机来进行仿真时，选择合适电路设计软件会使该问题得到一定的姓名：郝

麟

学号：201050616210 解决，前些时候的软件多解决线性、连续工作的稳态电路。本文介绍的软件，既可 解决线性电路，也适合非线性电路；既可解决模拟电路，也适合数字电路；既可解决连续状态工作问题，也适合不连续状态工作的问题；既可解决连续稳定工作电 路，也适合开关调节的启动工作电路。总之，电气工程电路均可仿真。仿真时，要读取电路中任何一点电流、任何两点间的电压都很容易，还可以进行频率响应、频 谱分析、温度分析、参数变化分析、蒙特卡罗分析、最坏情况分析、噪声分析等等。可以说，后面几种分析在面包板实验中是无法模拟进行的，加之，仿真软件是在 计算机上运行，所以有使用方便、简单的优点[2]．

电力电子学科近年发展形成了能源电子学科。所谓能源电子学科，除电力电子学科内容外，还应考虑材料、环境、可靠性、管理等方面的问题，才能解决好能源转换问题[3]。由此可见，如此复杂的系统工程，只有充分利用计算机，处理综合信息才能迅速得到成效。仿真的必要性、有效性可见一斑。

计算机仿真在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了仿真软件课程。主要是让学生了解仿真的基本概念和基本原理、掌握逻辑综合的理论和算 法、使用仿真软件进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具如PSPICE和MATLAB，为今后工作打下基础。

科研方面主要利用电路仿真工具（MATLAB或PSPICE或SABER）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。

在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的仿真软件的应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的仿真技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等。

从应用领域来看，仿真技术已经渗透到各行各业，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有仿真技术的应用。另外，仿真软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新姓名：郝

麟

学号：201050616210 用途，进而使得仿真软件更加完善。

仿真软件PSPICE简介

PSPICE是由美国Microsim公司在SPICE 2G版本的基础上升级并用于PC机上的SPICE版本，其中采用自由格式语言的5.0版本自80年代以来在我国得到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图 形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE产品正式并入 ORCAD公司的商业EDA系统中。

现在使用较多的是PSPICE9.1，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组 成，使用时是一个整体，但各个部分都各有各的窗口。与传统的SPICE软件相比，PSPICE在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交 流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行，而且能够 对数字电路、数/模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果[4]。

PSPICE的应用范围很广，电力电子电路的动态仿真仅仅是其应用之一。PSPICE的电路元件模型反映实际型号元件的特性，通过对电路方程运算求 解，能够仿真电路的细节，特别适合于对电力电子电路中开关暂态过程的描述。它的仿真波形与试验电路的测试结果相近，在模拟实际电路的波形方面比较准确，对 电路设计有着重要指导意义[3]。

传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。

模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系 ；在某些输入条件下系统的输出响应等。根姓名：郝

麟

学号：201050616210 据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的 ；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。

计算机仿真技术和用于仿真的计算机（简称仿真机）都应充分反映上述的仿真的特点及满足仿真工作者的需求。

系统仿真是建立系统模型，并在模型上进行试验的技术、方法和过程。随着仿真技术的不断发展，诞生了许多仿真实验室，许多机构也参与到了仿真技术的研发和应用中，积累了大量的仿真资源。本文介绍了 MATLAB 及其数据采集工具箱，利用声 卡的 A/ D、D/ A 技术和 MATLAB 的方便编程及可视化功能，提出了一种基于声卡的数据 采集与分析方案，该方案具有实现简单、性价比和灵活度高的优点。用 MATLAB 语言编制 了相应软件，实现了该系统。该软件有着简洁的人机交互工作界面，操作方便，并且可以根 据用户的需求进行功能扩充。

结

论：

由以上分析我们可以看到，系统仿真软件确实是一个优秀的模拟实验平台，利用它可以方便、快捷地完成许多电路的实验和测试，在高校的科研和实 验教学改革中，我们可以采用实际实验与仿真实验相结合、相对比的方式，使二者的长处都得到充分应用，对科研人员而言，计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁 琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，而且还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度的降低设计 成本，缩短系统研制周期。

姓名：郝

麟

学号：201050616210 主要参考文献： 张明宇.谈谈虚拟实验技术.电脑与网络, 2003(1): 90～91.2 李纪武,韦群.计算机辅助物理教学的构想与探索.< < 国际物理教育通讯> > , NTPE 专辑。霍剑青,王晓蒲.大学物理仿真实验和实验教学的新模式.工科物理, 1998 年增刊： 118～120。单美贤.虚拟实验室的发展方向.开放教育研究，2002(2)。Lim C S,Eng P,Lin S C.Rapid Prototyping and Tooling of Custom-Made Tracheobronchial Stenets.[J].The International Journal of A dvanced Manufacturing Technology,2002,20.6 The RP&T

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Laminated

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Manufactuer http://www.warwick.ac.uk[Z].

第五篇：酶处理在果蔬汁加工中的应用

1.豆奶的主要质量问题是什么？如何控制？ 2.酶处理在果蔬汁加工中的应用

3.举例说明稳定剂的作用原理及在果蔬汁饮料中的应用 4.举例说明乳化剂的乳化原理及在豆乳饮料中的应用 2.酶处理在果蔬汁加工中的应用

摘要：多酚氧化酶带来的酶促褐变是水果、蔬菜加工成果蔬汁过程中引起营养价值、外观品质等降低的主要原因之一，直接导致巨大的经济损失。就酶促褐变的机理、条件以及抑制方法作一综述，通过物理、化学以及生物的处理方法可以有效地抑制果蔬汁加工过程中的酶促褐变。

褐变在果蔬汁加工、储藏过程中会经常发生，严重影响商品的外观和营养品质。褐变一般可以分为两类：一类是有酶参与催化多酚类物质氧化的酶促褐变；一类是如美拉德反应、焦糖化作用产生的褐变，称为非酶褐变。果蔬汁加工过程中的褐变主要是由酶引起的酶促褐变，而且以多酚氧化酶引起的酶促褐变最为明显。本文就酶促褐变的机理、条件以及抑制方法作一综述，旨在为果蔬汁加工、储藏过程中酶促褐变的控制提供依据。酶促褐变的机理酶促褐变是果蔬中的多酚类物质在多酚氧化酶的作用下被氧化形成醌及其聚合物的反应过程。一般认为，果蔬的酶促褐变主要是由于果蔬中富含的多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，简称PPO）催化酚类物质的氧化反应引起的。PPO 能催化果蔬中游离酚酸的羟基化反应以及羟基酚到醌的脱氢反应，醌在果蔬体内自身缩合或与细胞内的蛋白质反应，产生褐色色素或黑色素。在果蔬体内，PPO 主要存在于完整的细胞质体和微体中，而PPO 的底物主要存在于液泡中，处于潜伏状态，在完整的细胞中作为呼吸传递物质，在酚-醌之间保持着动态平衡，不发生酶促褐变。当新鲜的果蔬在加工过程中组织被损伤，氧大量侵入，酶原被激活，酚类物质经酶的催化作用氧化为醌类物质，从而引起褐变反应[1]。酶促褐变的控制2.1 酶促褐变的条件

从酶促褐变的反应机理中可以看出，酶促褐变必须具备4 个条件：①氧的存在；②酶的作用；③含Cu2+辅基的参与；④酶与底物的结合[2]。因此对酶促褐变的抑制就是通过采用物理的、化学的以及生化手段等方法来切断或控制其任何一个环节。

2.2 褐变的控制方法 2.2.1 二氧化硫及亚硫酸盐

二氧化硫及亚硫酸盐对果蔬的酶促褐变的抑制效果很好，而且持续时间长。它们既可以直接作用于酶本身，降低对单酚和二酚类的催化反应活性，又可与反应中生成的醌类物质结合形成无色物质。同时，亚硫酸还有漂白和抑制微生物生长的作用[3]。虽然二氧化硫和亚硫酸盐对果蔬中的褐变有高效的抑制作用，但是亚硫酸盐用于食品中会对人的健康产生影响，已经被限制使用，所以人们都致力于研究亚硫酸盐的替代品。2.2.2 抗坏血酸

抗坏血酸是近年来食品工业中应用最多的褐变抑制剂，它在酶反应体系中的作用是相当复杂的。它既是还原剂可以还原醌类物质，而且还可以作为铜离子的螯合剂，通过-OH 与多酚氧化酶的辅基Cu2+螯和，也可以直接被多酚氧化酶氧化，起到竞争性抑制作用。抗坏血酸的添加量十分关键，添加量过少，不仅不能抑制褐变，反而易与

氨基酸反应促进羰氨反应造成非酶褐变；添加量过多，成品在贮存期间，特别是在较高温度下，由于氧化后所形成的酮化合物与氨化合物发生非酶促褐变反应，从而加剧成品的变色[4]。近年来对抗坏血酸和其他抑制剂联合使用效果的研究比较多。2.2.3 L-半胱氨酸

L-半胱氨酸也是一种强效抑制剂，其抑制褐变的机制归纳起来为：一是醌类物质能与半胱氨酸形成无色的复合物，阻止了醌类物质聚合而不能形成的色素物质；二是半胱氨酸可通过与PPO活性位点的铜离子不可逆结合而抑制酶活性，或者替代PPO 活性位点的组氨酸残基；三是半胱氨酸并非阻止PPO 氧化酚类，而是阻止酚类的聚合[5]。但是L-半胱氨酸会产生令人不愉快的气味，破坏产品风味，所以近年来致力于研究L-半胱氨酸与其他抑制剂联合使用的效果。2.2.4 曲酸

曲酸及其衍生物对酪氨酸酶（或称多酚氧化酶PPO）有强烈抑制作用，20μg/ml 浓度的曲酸就可抑制不同来源的酪氨酸酶的70%~80%的活力。另外曲酸具有抗氧化性，它的酚羟基可以被还原；它还可与Fe、Cu、Mn 等金属离子发生螯合反应。刘波[6]发现曲酸在苹果汁褐变中的抑制率可以达到70%~80%。2.2.5 酸化剂

引起酶促褐变最适宜的pH 范围在4~7 之间。降低介质中的pH，可以控制酚酶的活性，抑制其催化作用。一般通过添加酸控制pH 在3 以下，酚酶的活性就几乎可以完全丧失。常用的酸有柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸及其它有机酸混合溶液。2.2.6 4-乙基间苯二酚（4-HR）

4-己基间苯二酚（4-HR）是一种新型抗氧化剂，是酪氨酸酶的有效抑制剂，其化学稳定性相当好，安全性高，对酚酶抑制力强，已被推荐用于防治果蔬产品的酶促褐变，具有良好的应用前景。Luo等报道，0.005% 4-己基间苯二酚（4-HR）对苹果片的褐变已有明显的抑制作用[7]。谢绍萍等报道，当4HR 添加量≥0.1%时，对香蕉浆液的护色有较好的效果[8]。4-己基间苯二酚也被证实能够有效地抑制蘑菇、鲜切梨、马铃薯的酶促褐变。2.2.7 复合抑制剂

近年来研究最多的就是各种褐变抑制剂的联合作用，许多报导都显示了复合抑制剂的效果远好于单一抑制剂。H.Ozoglu 等报道了0.49mM 的抗坏血酸、0.42mM 的L-半胱氨酸和0.05mM 的肉桂酸的抑制剂组合在苹果汁中的褐变抑制效果远好于单一抑制剂的效果[9]。2.2.8 杜仲叶提取物

杜仲作为一味中药，在我国应用很广泛。杜仲叶也有很好的保健效果，如镇静、镇痛、降压、抗炎等作用。Min-Kyung Lee 等报导了杜仲叶提取物在许多果蔬汁中都有很好的抑制褐变的效果，而且耐酸耐碱，是一种很好的褐变抑制剂[10]。杜仲 叶提取物抑制褐变的机理还未明确，实验中杜仲叶提取物经过透析以后褐变抑制效果大大降低，表明其中抑制褐变的主要成分应该是一些小分子物质。2.2.9 洋葱提取物

洋葱作为一种蔬菜在我国食用也很广泛，具有抗氧化、降血糖、杀菌、抗癌等保健效果。Mi-Jeong Kim 等报导了洋葱提取液在梨果汁中具有不错的抑制效果[11]。但是洋葱的褐变抑制机理还不明确。洋葱中含有微量元素硒，是一种很强的抗氧化剂，除此外还含有L-半胱氨酸和类黄酮物质，洋葱提取物中的这些成分可能是褐变抑制效果的主要成分。但是洋葱提取物有强烈的刺激气味，用于果汁中会对风味造成很大的影响。2.2.10 桑树皮和桑树枝提取物

中药中的桑白皮具有降血糖、利尿、抗人艾滋病毒、降血压、抗菌等作用。李海涛等报导了桑白皮和桑树枝条提取物在浑浊苹果汁中具有很好的抑制效果[12]。从桑白皮中分离提取的桑皮苷A和氧化白藜芦醇也具有很好的抑制褐变效果，很可能是桑白皮和桑树枝条提取物抑制褐变的主要成分。但是桑白皮和桑树枝条提取物的褐变抑制 机理还不明确。展望

控制果蔬汁在加工、储藏过程中的酶促褐变，提高果蔬汁产品的营养价值和外观品质是人们长期关注的问题。目前，人们已经从原料选择、酶活性和酶促反应的抑制、反应产物的改变、氧气的控制等多方面入手，找到了多种控制果蔬汁中酶促褐变的有效方法。但是因为果蔬中的PPO 具有特异性，根据果蔬品种的不同，各种褐变抑制剂的抑制效果也不尽相同，都存在着一定的局限性。同时，由于过氧化物也会引起酶促褐变，还应结合过氧化物引起的酶促褐变以及非酶褐变一同加以研究，才能找到控制果蔬汁褐变的理想方法。