工業(yè)酶制劑使用技術(shù)

1、酶制劑的應(yīng)用生工081郝建雄080302132酶制劑是指從生物中提取的具有酶特性的一類物質(zhì)，主要作用是催化食品加 工過(guò)程中各種化學(xué)反應(yīng)，改進(jìn)食品加工方法。中國(guó)已批準(zhǔn)的有木瓜蛋白酶、a 淀粉酶制劑、精制果膠酶、6葡萄糖酶等6種。酶制劑來(lái)源于生物，一般地說(shuō) 較為安全，可按生產(chǎn)需要適量使用。其應(yīng)用領(lǐng)域遍及輕工、食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)以及能源、環(huán)境保護(hù)等方 面。酶制劑行業(yè)是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它的特點(diǎn)是用量少、催化效率高、專一性強(qiáng)，是 為其他相關(guān)行業(yè)服務(wù)的工業(yè)。中國(guó)酶制劑自1965年建立的第一個(gè)專業(yè)酶制劑生 產(chǎn)廠 無(wú)錫市酶制劑廠至今已有45個(gè)年頭。目前全國(guó)共有100余家生產(chǎn)企 業(yè)，年生產(chǎn)能力超過(guò)40萬(wàn)噸，產(chǎn)量

2、達(dá)到32萬(wàn)噸，產(chǎn)品品種達(dá)到20余種，近 20年間年產(chǎn)量的平均增長(zhǎng)率超過(guò)20%。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2001年各種酶制劑產(chǎn) 品的出口量為4812噸，出口額為2807萬(wàn)美元。但整體而言與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家先 進(jìn)水平相比仍存在很大的差距和問(wèn)題，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品品種少，結(jié)構(gòu)不合理；生 產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)水平低，產(chǎn)品質(zhì)量差；開(kāi)發(fā)能力差，精細(xì)化程度低。在今后的發(fā) 展中需要注重“生產(chǎn)集中，應(yīng)用廣泛”，要多品種，規(guī)模化生產(chǎn)。生產(chǎn)的微生物。 將酶加工成不同純度和劑型（包括固定化酶和固定化細(xì)胞）的生物制劑是酶制劑。 動(dòng)、植物和微生物產(chǎn)生的許多酶都能制成酶制劑。植物由于生長(zhǎng)地域、季節(jié)、 氣候等的影響，生產(chǎn)酶制劑的產(chǎn)、質(zhì)量都不穩(wěn)定。

3、動(dòng)物產(chǎn)生的酶主要從屠宰牲畜 的腺體中提取，來(lái)源有限；只有微生物生產(chǎn)的酶，可滿足任何規(guī)模的需求，產(chǎn)率 高、質(zhì)量穩(wěn)定。微生物酶制劑既可取代性能相同的動(dòng)、植物主要酶制劑種類，又 能生產(chǎn)出在100C起催化作用的高 溫-淀粉酶和在pH1012起作用的洗滌劑蛋 白酶等品種。20世紀(jì)40年代，微生物酶制劑工業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)在酶制劑的 生產(chǎn)是以深層發(fā)酵為主，以半固體發(fā)酵為輔，菌株產(chǎn)酶的能力也有很大的提高。 6070年代發(fā)展起來(lái)的固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)使酶可反復(fù)使用和連續(xù)反應(yīng) 進(jìn)行，其應(yīng)用的范圍也更加擴(kuò)大。目前，除食品、輕紡工業(yè)外，微生物酶制劑還 用于日用化學(xué)、化工、制藥、飼料、造紙、建材、生物化學(xué)、臨床分

4、析等方面， 成為發(fā)酵工業(yè)的重要部門。幾種主要工業(yè)酶的菌種和使用情況如下:淀粉酶類-淀粉酶水解淀粉生成糊狀麥芽低聚糖和麥芽糖。以芽孢桿菌屬的枯草芽孢桿菌和地衣形芽孢 桿菌深層發(fā)酵生產(chǎn)為主，后者產(chǎn)生耐高溫酶。另外也用曲霉屬和根霉屬的菌 株深層和半固體發(fā)酵生產(chǎn)，適用于食品加工。-淀粉酶主要用于制糖、紡織品 退漿、發(fā)酵原料處理和食品加工等。葡糖淀粉酶能將淀粉水解成葡萄糖， 現(xiàn)在幾乎全由黑曲霉深層發(fā)酵生產(chǎn)，用于制糖、酒精生產(chǎn)、發(fā)酵原料處理等。蛋白酶 使用菌種和生產(chǎn)品種最多。用地衣形芽孢桿菌、短小芽孢桿菌 和枯草芽孢桿菌以深層發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌蛋白酶；用鏈霉菌、曲霉深層發(fā)酵生 產(chǎn)中性蛋白酶和曲霉酸性蛋白酶，用于

5、皮革脫毛、毛皮軟化、制藥、食品工 業(yè)；用毛霉屬的一些菌進(jìn)行半固體發(fā)酵生產(chǎn)凝 乳酶，在制造干酪中取代原 來(lái)從牛犢胃提取的凝乳酶。葡糖異構(gòu)酶70年代迅速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)品種。先用深層發(fā)酵取得鏈霉 菌細(xì)胞，待固定化后，將葡萄糖液轉(zhuǎn)化成約含果糖50%的糖漿，這種糖漿可 代替蔗糖用于食品工業(yè)。用淀粉酶、葡糖淀粉酶和葡糖異構(gòu)酶等將玉米淀粉 制成果糖漿已成為新興的制糖工業(yè)之一。其他重要工業(yè)用酶還有：用曲霉、木霉半固體發(fā)酵生產(chǎn)的纖維素酶;用曲 霉生產(chǎn)的果膠酶、半纖維素酶;曲霉和青霉深層發(fā)酵生產(chǎn)的葡糖氧化酶和過(guò) 氧化氫酶；用假絲酵母、曲霉深層發(fā)酵生產(chǎn)的脂肪酶等；用黑曲霉深層或半 固體發(fā)酵生產(chǎn)的葡糖淀粉酶、葡糖氧化

6、 酶、過(guò)氧化氫酶、脂肪酶、乳糖酶 等；用米曲霉生產(chǎn)的淀粉酶、蛋白酶、核糖核酸酶；用芽孢桿菌生產(chǎn)的蛋白 酶、-淀粉酶。（）中國(guó)從1964年開(kāi)始生產(chǎn)細(xì)菌一淀粉酶。至今除有一淀粉酶（枯草芽孢 桿菌），蛋白酶（芽孢桿菌、曲霉、鏈霉菌），葡糖淀粉酶（黑曲霉）等主要 酶制劑品種外，還有 脂肪酶（假絲酵母）、葡糖氧化酶（青霉）、天冬酰氨 酶（大腸桿菌）及用固定化技術(shù)生產(chǎn)的葡糖異構(gòu)酶（鏈霉菌）、青霉素?；?酶、天冬氨酸酶、多核苷酸磷酸化酸化酶（大腸桿菌）、富馬酸酶（假絲酵 母）等多種酶制劑品種。酶在工業(yè)中的新用途:功能性低聚糖的制造。近20年來(lái),以雙歧桿菌、 乳酸菌為主的益生菌和以低聚果糖、異麥芽糖、低聚半乳

7、糖為首的益生原作 為新一代保健食品在世界各國(guó)廣泛流行。通過(guò)酶法轉(zhuǎn)化的各種功能性低聚糖 年銷售量已超過(guò)10萬(wàn)噸。功能性低聚糖是指那些人體不消化或難消化吸收 的低聚糖，攝取后直入大腸，選擇性地被人體自身的有益菌（雙歧桿菌等）所優(yōu) 先利用。使體內(nèi)雙歧桿菌成倍、上百倍地增殖而促進(jìn)宿主的健康,故也稱為雙 歧因子。這些低聚糖也不被齲齒病源突變鏈球菌所利用，食之不會(huì)引起蛀牙。 每天攝取310 g功能性低聚糖，可改善胃腸功能,防止便泌和輕度腹瀉，減少 腸內(nèi)毒素生成和吸收，提高機(jī)體抗病免疫功能。功能性低聚糖正在成為21世 紀(jì)流行的健康糖源。（1）異麥芽低聚糖:是難消化低聚糖,不被唾液、胰液所分解，但在小腸可 部

8、分被分解和吸收。熱值約為蔗糖和麥芽糖的70 %80 %。對(duì)腸道直接刺 激性較小。小鼠急性毒性試驗(yàn)LD50為44g/ kg以上,安全性不遜于蔗糖和麥 芽糖。人體最大無(wú)作用量1. 5 g/ kg（攝取后24小時(shí)不發(fā)生腹瀉之上限量）, 而其它難消化低聚糖或糖醇的最大無(wú)作用量只有0. 10.4 g/ kg。攝取異麥 芽糖16g，一周后腸道中雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌明顯增加，而擬桿菌、梭 狀桿菌等有害菌受到抑制，便秘改善，糞便pH下降,有機(jī)酸增加,腐敗物減少。 小鼠試驗(yàn)表明，攝取異麥芽糖后免疫力增強(qiáng)，血脂改善。異麥芽糖在高溫、微 酸性和酸性環(huán)境下穩(wěn)定，可以添加于各種食品和飲料中。異麥芽低聚糖是淀粉經(jīng)a-

9、淀粉酶液化，。-淀粉酶糖化和a-葡萄糖苷酶 轉(zhuǎn)苷反應(yīng)而生成的包括含a- 1 ,6鍵的異麥芽糖，潘糖，異麥芽三糖等分枝低聚 糖的糖漿。市場(chǎng)上的異麥芽糖分含量50 %與90 %兩種,后者是將含量50 %的 異麥芽糖用離子交換法或酵母發(fā)酵法去除葡萄糖而成。粉狀糖是糖漿經(jīng)噴霧 干燥而成。生產(chǎn)異麥芽糖的a-葡萄糖苷酶是黑曲霉生產(chǎn)糖化酶之副產(chǎn)品，將糖化 酶發(fā)酵液經(jīng)離子交換吸附去除所含a-葡萄糖苷酶經(jīng)洗脫濃縮而成。雖然發(fā) 表過(guò)不少培養(yǎng)黑曲霉生產(chǎn)a-葡萄糖苷酶的研究的報(bào)道,但未見(jiàn)用于商品生 產(chǎn)。用a-葡萄糖苷酶轉(zhuǎn)化麥芽糖生產(chǎn)異麥芽低聚糖，其生成量一般僅50 %左 右，另外還含有20 %40 %的麥芽糖與葡萄糖

10、。為了提高異麥芽低聚糖產(chǎn)量, 曾有不少研究報(bào)導(dǎo)，例如使用臭曲霉a-葡萄糖苷酶,產(chǎn)品中潘糖產(chǎn)量可達(dá) 30 %葡萄糖量可降至20 %。高崎發(fā)現(xiàn)脂肪嗜熱芽孢桿菌所產(chǎn)普魯蘭酶在高 濃度麥芽三糖存在下有轉(zhuǎn)苷作用。將其結(jié)構(gòu)基因?qū)肟莶輻U菌NA - 1 ,生產(chǎn) 的新普魯蘭酶，與枯草桿菌糖化型a-淀粉酶（可產(chǎn)生麥芽三糖）一起作用于 淀粉，異麥芽低聚糖的產(chǎn)率可達(dá)60 %，而葡萄糖含量由40 %降至20 %。為了 提高黑曲霉a-葡萄糖苷酶的活力，東京大學(xué)生物工程系將a-葡萄糖苷酶基 因AGLA導(dǎo)入黑曲霉GN - 3 ,得到轉(zhuǎn)化子GIZ 155 - A3 - 4 ,產(chǎn)酶能力提高了 11倍。目前我國(guó)生產(chǎn)異麥芽糖的企業(yè)

11、多達(dá)5060家，生產(chǎn)能力約5萬(wàn)噸以 上,a-葡萄糖苷酶的用量以0. 1 %計(jì)，需50噸,消耗外匯甚巨（以每噸75萬(wàn)元 計(jì)，就需3750萬(wàn)元人民幣）。有必要立足自給。（2）海藻糖:是二分子葡萄糖以a.a-1. 1鍵連結(jié)而成的非還原性低聚糖。 廣泛存在于動(dòng)植物和微生物（如菌覃、海藻、蝦、啤酒酵母、面包酵母）中, 是昆蟲主要血糖，作為飛翔時(shí)之能源來(lái)利用。海藻糖能保護(hù)某些動(dòng)植物適應(yīng)干 燥和冰凍的環(huán)境。海藻糖是一種很好的糖源，因非還原性，故耐酸耐熱性好,不 易同蛋白質(zhì)、氨基酸發(fā)生反應(yīng)。對(duì)淀粉老化，蛋白質(zhì)變性，脂肪氧化有較強(qiáng)抑 制作用。此外還可消除某些食物之苦澀味、肉類之腥臭。海藻糖不被齲齒突 變鏈球菌利

12、用，食之不會(huì)引起蛀牙。活性干酵母的活存率全賴酵母細(xì)胞中海藻 糖含量所決定。過(guò)去海藻糖系從酵母中提?。ㄗ畲蠛恳仓挥?0 %），成本甚 高，每公斤高達(dá)23萬(wàn)日元?，F(xiàn)在可以用酶或發(fā)酵法生產(chǎn)，成本大大下降。久 保田等從節(jié)桿菌、小球菌、黃桿菌、硫化葉菌等土壤細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)一組海藻糖 生成酶（海藻糖合成酶MTSASE與麥芽低聚糖海藻糖水解酶MTHASE），當(dāng) 將其同異淀粉酶、環(huán)糊精生成酶、a-淀粉酶、糖化酶一起作用于液化淀粉時(shí), 可得到85 %收率的海藻糖。（3）帕拉金糖:以蔗糖為原料,經(jīng)產(chǎn)骯桿菌或普利茅斯沙雷氏菌的a-葡 萄糖基轉(zhuǎn)移酶的作用，蔗糖分子的葡萄糖和果糖由a- 1 ,2鍵結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)閍- 1 ,6

13、鍵結(jié)合而成。由于結(jié)構(gòu)的改變,其甜度減少到蔗糖之42 %，吸濕性較低, 對(duì)酸的穩(wěn)定性增加，耐熱性略為降低,生物學(xué)、生理學(xué)特性發(fā)生改變,不能為多 數(shù)細(xì)菌、真菌所利用。食后不被口腔、胃中的酶所分解,直到小腸才可被酶水 解成為葡萄糖和果糖而進(jìn)入代謝。帕拉金糖不為口腔齲齒突變鏈球菌所利用, 食之不易發(fā)生蛀牙，食后血糖也不會(huì)迅速升高，故可為糖尿病人使用。帕拉金糖在低水份和低pH下便會(huì)失水而縮合成為24個(gè)分子的低聚 帕拉金糖,甜度為蔗糖之30 % ,不為腸道消化酶所消化，食后可直達(dá)大腸而為 雙歧桿菌選擇性利用，起到雙歧因子的保健作用。將帕拉金糖在高溫高壓下， 用雷尼爾竦為催化劑氧化便生成帕拉金糖醇。這種糖醇

14、甜度為蔗糖的45 60 %，熱值為蔗糖的二分之一。食后不易消化吸收,不會(huì)引起血糖和胰島素升 高,不會(huì)引起蛀牙,適合糖尿病人、老人、肥胖者作甜味劑。因其物理性質(zhì)酷 似蔗糖，可用其制作低熱值糖果，是國(guó)際上流行的新一代甜味劑。上述三種糖 在歐美、日本等已經(jīng)大量生產(chǎn)，并被廣泛利用;而在國(guó)內(nèi)雖已研究成功,但在生 產(chǎn)和應(yīng)用上尚存在不少阻力。(4)低聚果糖:是以蔗糖為原料經(jīng)黑曲霉P2果糖基轉(zhuǎn)移酶的作用，將蔗糖 分子的D2果糖以P22 ,1鏈連接123個(gè)果糖分子而成的蔗果三糖、蔗果四糖 以及蔗果五糖與蔗糖、葡萄糖以及果糖的混合物，甜度為蔗糖的60 %。用離 子交換樹脂將其中葡萄糖與果糖除去后，可得到含低聚果糖95 %以上的產(chǎn)品, 甜度為蔗糖的30 %。低聚果糖的主要成份蔗果三糖與蔗果四糖在人體中完全 不被唾液、消化道、肝臟、腎臟中的a2葡萄糖苷酶水解，本身是一種膳食纖 維，食后可直達(dá)大腸，為大腸中的有益細(xì)菌優(yōu)先利用。食低聚果糖不會(huì)引起血 糖、胰島素水平的升高，熱值為1. 5kCal/ g，通過(guò)雙歧桿菌的增殖，腸道得以凈 化，肌體免疫力增強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)改善，血脂降低。以年齡5090歲老人進(jìn)行試驗(yàn)，日 食低聚果糖8g ,8天后腸道雙歧桿菌可由5 %增加到25 %。便秘者食用低聚 果糖每天56g ,4天后80 %便秘者癥狀改善