酶制剂的生产及在食品工业中的应用

酶制剂的生产及在食品工业中的应用

谢玉锋生物工程学院学号：12909002

摘要：酶制剂由于其高效专一性的特点应用越来越广泛，微生物酶制剂的发酵生产也越来越引起了人们的关注。本文主要从酶制剂的发酵、纯化、稳定性进行了分析，并且对微生物酶制剂在食品工业生产中的主要应用做了论述。

关键词：酶制剂；发酵；纯化；应用

酶是一种生物催化剂，催化效率高、反应条件温和和专一性强等特点，已经日益受到人们的重视，应用也越来越广泛。生物界中已发现有多种生物酶，在生产中广泛应用的仅有淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶等十几种。利用微生物生产生物酶制剂要比从植物瓜果、种子、动物组织中获得更容易。因为动、植物来源有限，且受季节、气候和地域的限制，而微生物不仅不受这些因素的影响，而且种类繁多、生长速度快、加工提纯容易、加工成本相对比较低，充分显示了微生物生产酶制剂的优越性。现在除少数几种酶仍从动、植物中提取外，绝大部分是用微生物来生产的。

1 主要酶制剂及产酶微生物

酶制剂可以由细菌、酵母菌、霉菌、放线菌等微生物生产。微生物产生的各种酶以及它们在食品工业中的应用见下表

微生物酶制剂及其在食品工业中的应用

酶用途来源

淀粉酶

普鲁兰酶

蛋白酶

脂肪酶

纤维素酶

果胶酶

葡萄糖氧化酶乳糖酶

凝乳酶水解淀粉制造葡萄糖、麦芽糖、糊精

水解淀粉成直链低聚糖

软化肌肉纤维、啤酒果酒澄清、动植物蛋白质水解

营养液

用于制作干酪和奶油，大米、大豆、淀粉制造

用于大米、大豆、玉米脱皮，提高果汁澄清度等

用于柑桔脱囊衣，饮料、果酒澄清、防止食品褐变

制造转化糖，防止高浓度糖浆中蔗糖析出，防止糖

乳糖酶缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出

细菌、霉菌

细菌、霉菌

细菌、霉菌

酵母、霉菌

霉菌

霉菌

霉菌、细菌

霉菌

霉菌

1.1微生物酶制剂生产

1.1.1菌种选择

任何生物都能在一定的条件下合成某些酶。但并不是所有的细胞都能用于酶的发酵生产。一般说来，能用于酶发酵生产的细胞必须具备如下几个条件：酶的产量高。优良的产酶

细胞首先具有高产的特性，才有较好的开发应用价值。高产细胞可以通过筛选、诱变、或采用基因工程、细胞工程等技术而获得；容易培养和管理，要求产酶细胞容易生长繁殖，并且适应性较强，易于控制，便于管理；产酶稳定性好。在通常的生产条件下，能够稳定地用于生产，不易退化。一旦细胞退化，要经过复壮处理，使其恢复产酶性能；利于酶的分离纯化。发酵完成后，需经分离纯化过程，才能得到所需的酶，这就要求产酶细胞本身及其它杂质易于和酶分离；安全可靠。要使用的细胞及其代谢物安全无毒，不会影响生产人员和环境，也不会对酶的应用产生其它不良的影响。

1.1.2产酶培养

酶的发酵生产是以获得大量所需的酶为目的。为此，除了选择性能优良的产酶细胞以外，还必须满足细胞生长、繁殖和发酵产酶的各种工艺条件，并要根据发酵过程的变化进行优化控制。

1) 固体培养法

固体培养是以皮麸或米糠为主要原料，另外添加谷糠、豆饼等为辅助原料。经过对原料发酵前处理，在一定的培养条件下微生物进行生长繁殖代谢产酶。固体培养法比液体培养法产酶量高。同时还具有原料简单、不易污染、操作简便、酶提取容易、节省能源等优点。缺点是不便自动化和连续化作业，占地多、劳动强度大、生产周期长。

2) 液体培养法

液体培养法的优点是：占地少、生产量大、适合机械化作业、发酵条件容易控制、不易污染，还可大大减轻劳动强度。其培养方法有分批培养、流加培养和连续培养三种，其中前两种培养法广为应用，后者因污染和变异等关键性技术问题尚未解决，应用受到限制。在深层液体培养中，pH值、通气量、温度、基质组成、生长速率、生长期及代谢产物等都对酶的形成和产量有影响，要严加控制。深层培养的时间通过监测培养过程的酶活来确定，一般较固体培养周期(1~7d)短，仅需1~5d。与固体培养法相比，

3) 产酶条件的控制

提高微生物酶活性和产率的途径是多方面的，其中控制营养和培养条件是最基本也是最重要的途径。改变培养基成分，常常能提高酶活性，改变培养基的氢离子浓度和通气等条件，可以调节酶系的比例，改变代谢调节或遗传型，可以使酶的微生物合成产生成千倍的变化。上述的这些措施，对于微生物产酶的影响并非孤立的，而是相互联系、相互制约的。所谓最佳培养条件与培养基的最佳组成，都是保证酶合成达到最高产率的控制条件。通常，菌种的生长与产酶未必是同步的，产酶量也并不是完全与微生物生长旺盛程度成正比。为了使菌体最大限度地产酶，除了根据菌种特性或生产条件选择恰当的产酶培养基外，还应当为菌种在各个生理时期创造不同的培养条件。

①培养基

a 碳源

碳水化合物是微生物细胞的重要组成材料、能源和酶的组成部分，也是多种诱导酶的诱导物。不同微生物要求的碳源不同，是由菌种自身的酶系（组成酶或诱导酶）所决定。

综合起来有如下几点值得注意：葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，对促进细胞的呼吸与生长有利。高浓度下，对产酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等就是如此，也有与此相反的情况；有些微生物不能利用复杂的碳水化合物，必须使用葡萄糖等简单的碳水化合物时，可采用流加法等避免出现"葡萄糖效应"现象；有时近似的碳源，也会因某些原因，出现不同的产酶情况，如黄青霉（葡萄糖氧化酶产生菌）在甜菜糖蜜作碳源时不产酶，以甘蔗糖蜜作碳源时产酶量显著增高。此外，碳源类型除了影响产酶外，还能影响微生物胞内酶与胞外酶的比例。

b 氮源

氮源是蛋白质的组成成分，它能起到诱导和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生产中，蛋白质能诱导酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用变化很大，有的有利，有的抑制。

氮源对于微生物生长与产酶有几方面影响：既促进微生物生长，又促进产酶；只促进微生物生长，不促进产酶；只促进产酶，不促进微生物生长；既不促进微生物生长，又不促进产酶。

在严格选定氮源类型之后，还应当注意碳源浓度，即碳氮比、无机氮与有机氮的浓度比例、无机氮的种类等。在曲霉淀粉酶的生产过程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌丝体对于氮源的消耗显著降低，影响淀粉酶的合成。

c 无机盐

有些金属离子本身就是酶的组成部分。盐对产酶的效应比较复杂，现分述如下：

磷：多数情况对产酶有促进作用，在蛋白酶中比较明显；

钙：Ca2+对蛋白酶有明显的保护和稳定作用。Ca2+对α-淀粉酶的作用更为明显，纯化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但有大Ca2+存在时，酶的热稳性增加。不同的菌种热稳性提高到65℃至90℃。pH的稳定范围也从5~7扩展至5~11。

Na+、Cl-对提高枯草杆菌液化型α-淀粉酶的耐热性的作用尤为显著。

添加适量的Mg2+，Zn2+，Mn2+，Co2+，Fe2+等能提高蛋白酶和α-淀粉酶等的产酶量。在一种情况下，一种离子可能是活化剂，在另一种情况下却成了抑制剂。不同的酶往往需要不同的离子作它的活化剂。

d 生长因子

多种氨基酸维生素是微生物生长与产酶的必要成分，有些维生素甚至就是酶的组成部分。麦芽根、酵母膏、玉米浆、米糠、曲汁、麦芽汁、玉米废醪中均含有不同程度的微量生长因素，对促进产酶有显著效应。磷酸酰环己六醇也是微生物的重要生长因素之一。