酶製劑

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酶製劑(Zymin)

目錄

什麼是酶製劑[1]

  酶製劑是指從生物(包括動物、植物、微生物)中提取的具有生物催化能力的物質,輔以其他成分,用於加速食品加工過程和提高食品產品質量的製品。

酶製劑的分類及其作用[2]

  酶是一種由活細胞產生的生化反應的蛋白質催化劑,在動物體內參與消化與新陳代謝的過程,並起著非常重要的作用。生物體內生化代謝途徑中的酶可分為氧化還原酶類、轉移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構酶類和合成酶類共6類。工業上應用的酶製劑大多數為水解酶,按作用底物的不同,又可分為澱粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、木聚糖酶、β − 葡聚糖酶、纖維素酶、植酸酶、核糖核酸酶等。動物能分泌到消化道內的酶主要屬於蛋白酶、脂肪酶類和碳水化合物酶類。在消化酶的作用下,底物大分子物質(如蛋白質、脂肪、多糖等)降解為易被吸收的小分子物質,如寡肽、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖等。

酶製劑的應用[3]

  1.酶製劑在輕工業、食品工業方面的應用

  目前最廣泛應用酶製劑的領域是在食品和輕工業。國內外大規模工業化生產的\alpha-澱粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖氧化酶等大部分都在輕工、食品方面應用。酶在輕工、食品方面的廣泛使用,可促進新產品、新工藝和新技術的發展;可增加產品產量、提高產品質量、降低原材料消耗、改善勞動條件、減輕勞動強度。現著重介紹酶製劑在食品工業、醫學等方面的應用。

  (1)酶在食品工業方面的應用

  食品工業是最早和最廣泛應用酶製劑的部門之一,目前已有幾十種酶製劑成功地用於食品工業。例如:葡萄糖、飴糖、果葡糖漿等的生產,蛋白製品加工,果蔬加工,食品保鮮以及改善食品的品質與風味等。

  ①酶法生產葡萄糖

  原始的葡萄糖生產都是用酸水解澱粉的方法。這種方法糖化率低,所需設備必須是耐酸的,設備投資費和維護費高,糖化液的純度也不高,故酸法生產葡萄糖的成本很高。現在葡萄糖的生產採用酶法,即先用α-澱粉酶對澱粉進行液化,再用糖化型澱粉酶進行糖化來生產葡萄糖,可以完全避免酸法生產葡萄糖的缺點。因此,酶法生產葡萄糖,可節約糧食、節省投資降低成本

  ②酶法生產果糖和葡萄糖混合糖漿(又稱異構糖)

  以澱粉為原料,通過澱粉酶和葡萄糖異構酶作用,製成果糖和葡萄糖混合糖漿,是酶製劑應用於食品工業的重大成果之一。食糖是食品工業的重要原料,是人民生活的必需品。如果僅僅局限於蔗糖和甜菜糖,產品是遠遠跟不上需求的。若以蔗糖的甜度為100,則葡萄的甜度約為74,果糖的甜度為173,而以澱粉原料製成的異構糖一般是45%的果糖和 55%的葡萄糖組成,其甜度相當於蔗糖。因此,用酶法生產異構糖為食品糖源開闢了新的途徑。

  ③酶在果蔬加工中的應用

  a.果膠酶用於澄清果汗。在高等植物中,果膠物質的分佈非常廣泛。在蘋果、葡萄等植物的果實中含量較高。將蘋果汁置於 4- 5℃保存 24小時,其中所含的果膠便形成懸浮物而沉降出來。如果在果汁製備過程中應用了果膠酶製劑,對於壓榨和提取汁液有很大幫助。在進行沉降、過濾和離心分離時,能促進凝聚沉澱物質的分離。所得果汁澄清效果好,比較穩定,不再發生混濁現象。

  b.花青素酶用於水果和果汁脫色。花青素是一種有色糖苷,是水果中色素的主要來源。花青素酶可以切斷花青素中的葡萄糖,生成無色的化合物,所以,花青素酶製劑用在葡萄汁和桃子汁製造中脫色有很好的效果。

  ④酶在蛋白製品加工中的應用

  蛋白質是食品中主要營養成分之一,酶製劑在乳製品、蛋製品、魚製品和肉製品等方面的應用也很廣泛。

  ⑤酶在麵包工業中的應用

  α-澱粉酶製劑的添加能加快酵母的發酵速度,能產生足夠量的糖,使麵包含糖增加。這對改善麵包風味、麵包皮的色澤及麵包片的焙烤性能都有重要意義。因為\alpha-澱粉酶能降低麵團的粘度,增加麵包瓤柔軟性,延緩在貯藏過程中變硬的速度等。蛋白酶製劑的添加能使谷朊形成較短的多肽鏈,降低麵團粘度,提高持氣能力,增加麵包的體積,縮短揉混時間,增加延伸性,有利於麵包成型,並使麵包的紋理和質地良好。脂肪氧化酶和乳糖酶製劑的添加能除去麵粉中的天然色素,使面瓤顯得潔白。這是由於在脂肪氧化酶作用下胡蘿蔔素和不飽和脂肪酸被空氣中的氧所偶合氧化的結果。脂肪氧化酶也能增加麵團的彈性,增加麵包的香氣。

  (2)酶在輕工業方面的應用

  酶在輕工業方面的應用,概括起來主要有以下三個方面:酶在原料處理方面的應用;酶在輕工產品製造方面的應用;用酶增強產品的使用效果。

  2.酶在生物工程方面的應用

  生物工程是當代世界新技術革命的主要內容之一,在國民經濟的發展中起著重要作用,它主要包括發酵工程、基因工程、細胞工程和酶工程。現著重介紹酶製劑在發酵工程方面的應用。

  (1)酶在啤酒工業中的應用

  在啤酒工業中,應用外加的酶製劑,主要有兩個方面:一是使用蛋白酶。蛋白酶在整個啤酒製造過程中對蛋白質的分解起著重要作用,分解產物影響著啤酒的風味和各項理化指標。例如:氨基酸的組成是影響發酵和決定啤酒風味的主要因素,中、高分子可溶性氮又是決定啤酒泡沫和非生物穩定性的關鍵成分。β-葡聚糖酶的作用是分解大麥β − 葡聚糖,使麥汁粘度降低,容易過濾。因此,蛋白酶製劑的使用可以提高啤酒的非生物穩定性,對於防止啤酒混濁、延長啤酒的保存期很有成效。二是以非發芽穀類原料加酶製劑取代部分麥芽來製造啤酒,可節約糧食,降低成本,節省建廠投資等。這類酶製劑是澱粉酶(α-澱粉酶、β-澱粉酶、R- 酶等),這些酶可使原料中澱粉降解,變成小分子的可發酶性糖,即麥芽糖。麥芽三糖、葡萄糖和低分子糊精。

  (2)酶在葡萄酒工業中的應用

  果膠酶是分解果膠生成半乳糖醛酸和果膠酸的一類酶。果膠酶用於葡萄酒製造,可以提高葡萄汁和葡萄酒的效率,增加葡萄酒的澄清效果,大大提高葡萄酒的過濾速度。蛋白酶製劑的添加可防止成品酒發生蛋白質混濁,提高葡萄酒的穩定性。

  因為蛋白酶製劑中的蛋白酶使酒中蛋白質水解,轉變成不發生沉澱的分解產物,酒中就不再發生混濁沉澱現象。

  (3)酶在酒精工業中的應用

  酒精工業使用的酶製劑有兩類:液化型細菌澱粉酶和糖化型黴菌澱粉酶。液化型細菌澱粉酶是使原料中具有複雜而且堅固的澱粉顆粒,經蒸煮、吸水膨脹、發生破裂而分散於水溶液中的澱粉分子液化為糊精。糖化型黴菌澱粉酶則是使糊精進一步分解成低分子的可發酵性糖,使發酵易於進行,酒精產量提高。

  (4)酶在黃酒釀造中的應用

  黃酒釀造中使用的酶製劑主要有澱粉酶和蛋白酶。澱粉酶主要有細菌澱粉酶和黴菌澱粉酶,在黃酒釀造中的作用是分解澱粉生成低分子可發性糖。蛋白酶在黃酒生產中的作用與在啤酒生產中的作用相同,分解蛋白質,促進相互凝聚而沉澱,便於過濾除去,增加黃酒的穩定性。

  3.酶在醫葯方面的應用

  酶在醫葯領域的應用很廣泛,隨著酶分子修飾和酶固定化等酶技術的發展,將不斷擴大酶製劑在醫葯方面的應用。可歸納為下列三個方面:

  (1)用酶進行疾病的診斷

  疾病治療效果的好壞,在很大程度上決定於診斷的準確性。疾病診斷的方法很多,其中酶學診斷發展較為迅速。由於酶的催化特點,使酶學診斷方法成為可靠、簡便而又快捷的診斷方法。

  酶學診斷方法包括兩個方面,一是根據體內原有酶活力的變化來診斷某些疾病,二是利用酶來測定體內某些物質的含量,從而診斷某些疾病。

  (2)用酶治療各種疾病

  用酶作為藥物可以治療多種疾病,而且具有療效顯著,副作用小的特點,應用越來越廣泛。用酶作為藥品最早是用於幫助消化,現在已經擴大到消炎、抗凝、促凝、降壓等方面。例如,利用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰澱粉酶等助消化。

  (3)用酶製造各種藥物

  酶在藥物製造方面的應用是利用酶的催化作用將前體物質轉變為藥物,這方面的應用日益增多。例如:用青黴素酰化酶合成各種新型的β − 內酰胺抗生素,包括青黴素和頭孢黴素;用β-酪氨酸酶生產多巴(DOPA);用蛋白酶生產各種氨基酸和蛋白質水解液;用核糖核酸酶生產核苷酸類物質等等。

  4.酶在分析檢測方面的應用

  利用酶催化作用的高度專一性對物質進行檢測,已成為物質分析檢測的重要手段。酶法檢測是以酶的專一性為基礎、以酶作用後物質的變化為依據來進行的。因此,進行酶法檢測應具備兩個條件:一是要有專一性高的酶,二是對酶作用後的物質變化要有可靠的檢測方法。酶法檢測發展很快,應用廣泛。根據酶反應的不同,可以把酶法檢測分成單酶反應檢測、多酶反應檢測和酶標免疫反應檢測等三類。

  5.酶在環境保護方面的應用

  當前,環境污染已經成為制約人類社會發展的重要因素。我國每年排出的廢水量是 416 億噸,廢氣和煙塵 2000 萬噸,固體廢棄物 1000 億噸,污染已達到相當嚴重的地步,用化學方法和物理方法已經很難達到完全清除污染的目的,這樣就需要用一種高效的清除污染的辦法,微生物可以擔當起這一重任。

  利用各種微生物酶分解糖類、脂肪、蛋白質、纖維素、木質素、環烴、芳香烴、有機磷農藥、氰化物及某些人工合成的聚合物等,來清除環境污染。如:處理食品工業廢水用澱粉酶、糖化酶、蛋白酶、脂肪酶、乳糖酶、果膠酶、幾丁質酶等;處理造紙工業廢水用木聚糖酶、纖維素酶、漆酶等。處理芳香族化合物用過氧化氫酶、萘雙氧合酶;處理氰化物用氰化酶、腈水解酶、氰化物水合酶等;處理有機磷農藥用對硫酸妥酶,甲胺磷降解酶等;處理重金屬用的汞還原酶、磷酸酶等。

  隨著酶學研究工作的不斷深入,酶的應用會越來越廣泛,加上固定化酶技術和酶分子修飾技術的發展,使酶的各種特性變得更加符合人們的願望。酶必將在工業、醫葯、農業、化學分析、環境保護、能源開發和生命科學研究以及在食品、造紙、石油化工紡織、印染、冶金、製藥、煤炭、採礦、電鍍、校膠等各種工業廢水以及生活污水的治理中發揮越來越大的作用。

酶製劑的發展前景[4]

  近年來,酶製劑的應用已取得了很大突破。酶學領域經歷了前所未有的發展,除了繼續對新的酶源進行篩選,研究其在加工中的適用性外,一些新技術如蛋白質工程、合成酶技術、非水相酶促反應等不斷涌現,從而使人們在酶的研究、應用上做了大膽嘗試。新的探索表明:即使在極端條件下,酶也可以進行催化反應,或者通過合成模擬酶的形式催化在一般生物條件下不能發生的酶反應,這些新探索將大大拓展酶在食品工業中的應用範圍。

  1.蛋白質工程

  隨著基因工程技術和蛋白質結晶衍射技術的不斷發展,有可能通過合成決定蛋白質的基因來重新合成酶類或通過基因突變來剪輯和重新設計現在的酶類,這種新技術被稱為蛋白質工程。近年來,蛋白質工程作為探測酶催化機制和改進酶作用方式的一種新手段得到了迅速發展。

  2.定點誘變技術

  利用基因工程技術,對所選擇的DNA核苷酸序列重新編碼,使其中的一個或幾個氨基酸被導入或被取代,使決定蛋白質三維結構的分子內鍵得以加成或重排,改進酶的性能,提高酶的催化效率,改變酶對底物作用的結構方式,增加酶的熱穩定性,從而拓寬酶作用的pH範圍。

  3.模擬酶

  儘管開發模擬酶的構想已有很長時間,但近年來才有真正突破。模擬酶作為催化劑在催化自然界中未知酶的反應中顯示出潛力。此外,經研究表明:製造“超極”催化劑也有可能性,這類酶與現今使用的酶相比所受的限制較少。

  4.非水相介質中的酶反應

  過去認為,酶只能在水相中發揮作用。近年的研究表明:如果在酶的周圍保留一層水層,酶可以在有機溶劑中起作用,這一發現對甜味劑生產、木質素解聚等有積極作用。

  5.尋找新酶源

  長期以來,人們不斷努力地從自然界中篩選出微生物和植物以獲得新的或性能得到改進的酶源,現已成功地從嗜熱微生物中篩選出耐高溫的各種酶類,這對提高酶的反應溫度和速度十分有利。在世界酶製劑工業中,丹麥NOVOzymes公司幾十年來一直處於世界領先地位,該公司以產品齊全,質量優著稱。美國Geneneor公司於1996年兼併Gist Broeade.S公司,於1997年兼併Salvay(原Miles公司)後躍居世界第二。隨著科技的發展,會有更多、更適合的專用酶產生。

參考文獻

  1. 正確認識食品添加劑.中國食品添加劑和配料協會
  2. 黃啟亮.酶製劑的適當選擇與使用[J].養殖技術顧問,2009(10)
  3. 丁斌.酶製劑的應用現狀及發展趨勢[J].廣西輕工業,2011(7)
  4. 汪世華,白文釗,張俊,楊燕凌.我國酶製劑的現狀及其發展前景[J].冷飲與速凍食品工業,2002(2)
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