酶制剂

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酶制剂(Zymin)

目录

什么是酶制剂[1]

  酶制剂是指从生物(包括动物、植物、微生物)中提取的具有生物催化能力的物质,辅以其他成分,用于加速食品加工过程和提高食品产品质量的制品。

酶制剂的分类及其作用[2]

  酶是一种由活细胞产生的生化反应的蛋白质催化剂,在动物体内参与消化与新陈代谢的过程,并起着非常重要的作用。生物体内生化代谢途径中的酶可分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和合成酶类共6类。工业上应用的酶制剂大多数为水解酶,按作用底物的不同,又可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、木聚糖酶、β − 葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶、核糖核酸酶等。动物能分泌到消化道内的酶主要属于蛋白酶、脂肪酶类和碳水化合物酶类。在消化酶的作用下,底物大分子物质(如蛋白质、脂肪、多糖等)降解为易被吸收的小分子物质,如寡肽、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖等。

酶制剂的应用[3]

  1.酶制剂在轻工业、食品工业方面的应用

  目前最广泛应用酶制剂的领域是在食品和轻工业。国内外大规模工业化生产的\alpha-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶、葡萄糖氧化酶等大部分都在轻工、食品方面应用。酶在轻工、食品方面的广泛使用,可促进新产品、新工艺和新技术的发展;可增加产品产量、提高产品质量、降低原材料消耗、改善劳动条件、减轻劳动强度。现着重介绍酶制剂在食品工业、医学等方面的应用。

  (1)酶在食品工业方面的应用

  食品工业是最早和最广泛应用酶制剂的部门之一,目前已有几十种酶制剂成功地用于食品工业。例如:葡萄糖、饴糖、果葡糖浆等的生产,蛋白制品加工,果蔬加工,食品保鲜以及改善食品的品质与风味等。

  ①酶法生产葡萄糖

  原始的葡萄糖生产都是用酸水解淀粉的方法。这种方法糖化率低,所需设备必须是耐酸的,设备投资费和维护费高,糖化液的纯度也不高,故酸法生产葡萄糖的成本很高。现在葡萄糖的生产采用酶法,即先用α-淀粉酶对淀粉进行液化,再用糖化型淀粉酶进行糖化来生产葡萄糖,可以完全避免酸法生产葡萄糖的缺点。因此,酶法生产葡萄糖,可节约粮食、节省投资降低成本

  ②酶法生产果糖和葡萄糖混合糖浆(又称异构糖)

  以淀粉为原料,通过淀粉酶和葡萄糖异构酶作用,制成果糖和葡萄糖混合糖浆,是酶制剂应用于食品工业的重大成果之一。食糖是食品工业的重要原料,是人民生活的必需品。如果仅仅局限于蔗糖和甜菜糖,产品是远远跟不上需求的。若以蔗糖的甜度为100,则葡萄的甜度约为74,果糖的甜度为173,而以淀粉原料制成的异构糖一般是45%的果糖和 55%的葡萄糖组成,其甜度相当于蔗糖。因此,用酶法生产异构糖为食品糖源开辟了新的途径。

  ③酶在果蔬加工中的应用

  a.果胶酶用于澄清果汗。在高等植物中,果胶物质的分布非常广泛。在苹果、葡萄等植物的果实中含量较高。将苹果汁置于 4- 5℃保存 24小时,其中所含的果胶便形成悬浮物而沉降出来。如果在果汁制备过程中应用了果胶酶制剂,对于压榨和提取汁液有很大帮助。在进行沉降、过滤和离心分离时,能促进凝聚沉淀物质的分离。所得果汁澄清效果好,比较稳定,不再发生混浊现象。

  b.花青素酶用于水果和果汁脱色。花青素是一种有色糖苷,是水果中色素的主要来源。花青素酶可以切断花青素中的葡萄糖,生成无色的化合物,所以,花青素酶制剂用在葡萄汁和桃子汁制造中脱色有很好的效果。

  ④酶在蛋白制品加工中的应用

  蛋白质是食品中主要营养成分之一,酶制剂在乳制品、蛋制品、鱼制品和肉制品等方面的应用也很广泛。

  ⑤酶在面包工业中的应用

  α-淀粉酶制剂的添加能加快酵母的发酵速度,能产生足够量的糖,使面包含糖增加。这对改善面包风味、面包皮的色泽及面包片的焙烤性能都有重要意义。因为\alpha-淀粉酶能降低面团的粘度,增加面包瓤柔软性,延缓在贮藏过程中变硬的速度等。蛋白酶制剂的添加能使谷朊形成较短的多肽链,降低面团粘度,提高持气能力,增加面包的体积,缩短揉混时间,增加延伸性,有利于面包成型,并使面包的纹理和质地良好。脂肪氧化酶和乳糖酶制剂的添加能除去面粉中的天然色素,使面瓤显得洁白。这是由于在脂肪氧化酶作用下胡萝卜素和不饱和脂肪酸被空气中的氧所偶合氧化的结果。脂肪氧化酶也能增加面团的弹性,增加面包的香气。

  (2)酶在轻工业方面的应用

  酶在轻工业方面的应用,概括起来主要有以下三个方面:酶在原料处理方面的应用;酶在轻工产品制造方面的应用;用酶增强产品的使用效果。

  2.酶在生物工程方面的应用

  生物工程是当代世界新技术革命的主要内容之一,在国民经济的发展中起着重要作用,它主要包括发酵工程、基因工程、细胞工程和酶工程。现着重介绍酶制剂在发酵工程方面的应用。

  (1)酶在啤酒工业中的应用

  在啤酒工业中,应用外加的酶制剂,主要有两个方面:一是使用蛋白酶。蛋白酶在整个啤酒制造过程中对蛋白质的分解起着重要作用,分解产物影响着啤酒的风味和各项理化指标。例如:氨基酸的组成是影响发酵和决定啤酒风味的主要因素,中、高分子可溶性氮又是决定啤酒泡沫和非生物稳定性的关键成分。β-葡聚糖酶的作用是分解大麦β − 葡聚糖,使麦汁粘度降低,容易过滤。因此,蛋白酶制剂的使用可以提高啤酒的非生物稳定性,对于防止啤酒混浊、延长啤酒的保存期很有成效。二是以非发芽谷类原料加酶制剂取代部分麦芽来制造啤酒,可节约粮食,降低成本,节省建厂投资等。这类酶制剂是淀粉酶(α-淀粉酶、β-淀粉酶、R- 酶等),这些酶可使原料中淀粉降解,变成小分子的可发酶性糖,即麦芽糖。麦芽三糖、葡萄糖和低分子糊精。

  (2)酶在葡萄酒工业中的应用

  果胶酶是分解果胶生成半乳糖醛酸和果胶酸的一类酶。果胶酶用于葡萄酒制造,可以提高葡萄汁和葡萄酒的效率,增加葡萄酒的澄清效果,大大提高葡萄酒的过滤速度。蛋白酶制剂的添加可防止成品酒发生蛋白质混浊,提高葡萄酒的稳定性。

  因为蛋白酶制剂中的蛋白酶使酒中蛋白质水解,转变成不发生沉淀的分解产物,酒中就不再发生混浊沉淀现象。

  (3)酶在酒精工业中的应用

  酒精工业使用的酶制剂有两类:液化型细菌淀粉酶和糖化型霉菌淀粉酶。液化型细菌淀粉酶是使原料中具有复杂而且坚固的淀粉颗粒,经蒸煮、吸水膨胀、发生破裂而分散于水溶液中的淀粉分子液化为糊精。糖化型霉菌淀粉酶则是使糊精进一步分解成低分子的可发酵性糖,使发酵易于进行,酒精产量提高。

  (4)酶在黄酒酿造中的应用

  黄酒酿造中使用的酶制剂主要有淀粉酶和蛋白酶。淀粉酶主要有细菌淀粉酶和霉菌淀粉酶,在黄酒酿造中的作用是分解淀粉生成低分子可发性糖。蛋白酶在黄酒生产中的作用与在啤酒生产中的作用相同,分解蛋白质,促进相互凝聚而沉淀,便于过滤除去,增加黄酒的稳定性。

  3.酶在医药方面的应用

  酶在医药领域的应用很广泛,随着酶分子修饰和酶固定化等酶技术的发展,将不断扩大酶制剂在医药方面的应用。可归纳为下列三个方面:

  (1)用酶进行疾病的诊断

  疾病治疗效果的好坏,在很大程度上决定于诊断的准确性。疾病诊断的方法很多,其中酶学诊断发展较为迅速。由于酶的催化特点,使酶学诊断方法成为可靠、简便而又快捷的诊断方法。

  酶学诊断方法包括两个方面,一是根据体内原有酶活力的变化来诊断某些疾病,二是利用酶来测定体内某些物质的含量,从而诊断某些疾病。

  (2)用酶治疗各种疾病

  用酶作为药物可以治疗多种疾病,而且具有疗效显著,副作用小的特点,应用越来越广泛。用酶作为药品最早是用于帮助消化,现在已经扩大到消炎、抗凝、促凝、降压等方面。例如,利用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等助消化。

  (3)用酶制造各种药物

  酶在药物制造方面的应用是利用酶的催化作用将前体物质转变为药物,这方面的应用日益增多。例如:用青霉素酰化酶合成各种新型的β − 内酰胺抗生素,包括青霉素和头孢霉素;用β-酪氨酸酶生产多巴(DOPA);用蛋白酶生产各种氨基酸和蛋白质水解液;用核糖核酸酶生产核苷酸类物质等等。

  4.酶在分析检测方面的应用

  利用酶催化作用的高度专一性对物质进行检测,已成为物质分析检测的重要手段。酶法检测是以酶的专一性为基础、以酶作用后物质的变化为依据来进行的。因此,进行酶法检测应具备两个条件:一是要有专一性高的酶,二是对酶作用后的物质变化要有可靠的检测方法。酶法检测发展很快,应用广泛。根据酶反应的不同,可以把酶法检测分成单酶反应检测、多酶反应检测和酶标免疫反应检测等三类。

  5.酶在环境保护方面的应用

  当前,环境污染已经成为制约人类社会发展的重要因素。我国每年排出的废水量是 416 亿吨,废气和烟尘 2000 万吨,固体废弃物 1000 亿吨,污染已达到相当严重的地步,用化学方法和物理方法已经很难达到完全清除污染的目的,这样就需要用一种高效的清除污染的办法,微生物可以担当起这一重任。

  利用各种微生物酶分解糖类、脂肪、蛋白质、纤维素、木质素、环烃、芳香烃、有机磷农药、氰化物及某些人工合成的聚合物等,来清除环境污染。如:处理食品工业废水用淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、脂肪酶、乳糖酶、果胶酶、几丁质酶等;处理造纸工业废水用木聚糖酶、纤维素酶、漆酶等。处理芳香族化合物用过氧化氢酶、萘双氧合酶;处理氰化物用氰化酶、腈水解酶、氰化物水合酶等;处理有机磷农药用对硫酸妥酶,甲胺磷降解酶等;处理重金属用的汞还原酶、磷酸酶等。

  随着酶学研究工作的不断深入,酶的应用会越来越广泛,加上固定化酶技术和酶分子修饰技术的发展,使酶的各种特性变得更加符合人们的愿望。酶必将在工业、医药、农业、化学分析、环境保护、能源开发和生命科学研究以及在食品、造纸、石油化工纺织、印染、冶金、制药、煤炭、采矿、电镀、校胶等各种工业废水以及生活污水的治理中发挥越来越大的作用。

酶制剂的发展前景[4]

  近年来,酶制剂的应用已取得了很大突破。酶学领域经历了前所未有的发展,除了继续对新的酶源进行筛选,研究其在加工中的适用性外,一些新技术如蛋白质工程、合成酶技术、非水相酶促反应等不断涌现,从而使人们在酶的研究、应用上做了大胆尝试。新的探索表明:即使在极端条件下,酶也可以进行催化反应,或者通过合成模拟酶的形式催化在一般生物条件下不能发生的酶反应,这些新探索将大大拓展酶在食品工业中的应用范围。

  1.蛋白质工程

  随着基因工程技术和蛋白质结晶衍射技术的不断发展,有可能通过合成决定蛋白质的基因来重新合成酶类或通过基因突变来剪辑和重新设计现在的酶类,这种新技术被称为蛋白质工程。近年来,蛋白质工程作为探测酶催化机制和改进酶作用方式的一种新手段得到了迅速发展。

  2.定点诱变技术

  利用基因工程技术,对所选择的DNA核苷酸序列重新编码,使其中的一个或几个氨基酸被导入或被取代,使决定蛋白质三维结构的分子内键得以加成或重排,改进酶的性能,提高酶的催化效率,改变酶对底物作用的结构方式,增加酶的热稳定性,从而拓宽酶作用的pH范围。

  3.模拟酶

  尽管开发模拟酶的构想已有很长时间,但近年来才有真正突破。模拟酶作为催化剂在催化自然界中未知酶的反应中显示出潜力。此外,经研究表明:制造“超极”催化剂也有可能性,这类酶与现今使用的酶相比所受的限制较少。

  4.非水相介质中的酶反应

  过去认为,酶只能在水相中发挥作用。近年的研究表明:如果在酶的周围保留一层水层,酶可以在有机溶剂中起作用,这一发现对甜味剂生产、木质素解聚等有积极作用。

  5.寻找新酶源

  长期以来,人们不断努力地从自然界中筛选出微生物和植物以获得新的或性能得到改进的酶源,现已成功地从嗜热微生物中筛选出耐高温的各种酶类,这对提高酶的反应温度和速度十分有利。在世界酶制剂工业中,丹麦NOVOzymes公司几十年来一直处于世界领先地位,该公司以产品齐全,质量优著称。美国Geneneor公司于1996年兼并Gist Broeade.S公司,于1997年兼并Salvay(原Miles公司)后跃居世界第二。随着科技的发展,会有更多、更适合的专用酶产生。

参考文献

  1. 正确认识食品添加剂.中国食品添加剂和配料协会
  2. 黄启亮.酶制剂的适当选择与使用[J].养殖技术顾问,2009(10)
  3. 丁斌.酶制剂的应用现状及发展趋势[J].广西轻工业,2011(7)
  4. 汪世华,白文钊,张俊,杨燕凌.我国酶制剂的现状及其发展前景[J].冷饮与速冻食品工业,2002(2)
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