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课 程 论 文论文题目：贝类中金属镉的风险评估学 院 ：食品科学与工程学院专 业 ：食品质量与安全班 级 ：食安1101姓 名 ：吴羡指导教师 ：陈晋明2014年6月食品酶学课程论文 论文题目：微生物来源的酶制剂的安全及发展学 院 ：食品科学与工程学院班 级 ：食安1101姓 名 ：吴羡学 号 ：20110707107评 分 ：2014年6月微生物来源的酶制剂的安全及发展摘 要：介绍用于生产食品酶制剂的微生物的安全性、潜在的产毒素性、潜在的致病性、工程酶原理及特征,说明建立食品酶制剂的安全评价的重要性,并对酶制剂在食品工业中的发展方向和安全问题进行了讨论。关键词:食品，酶制剂，基因工程，安全性，发展趋势，对策作为微生物来源的食品酶制剂,通常除了包括酶蛋白本身以外,还含有微生物的代谢产物,以及添加的保存剂和稳定剂。当然,添加物必须是食品级的原料,同时也要符合酶在使用时的相关规定。随着生物技术的发展,通过将部分微生物的基因改造,例如通过基因工程手段,从而将酶蛋白的基本结构改变,得到强化酶在某方面的功能特性的目的。这一做法已成为商业上成功的典范,然而,这种做法给食品酶的应用带来安全的隐患。1 食品用微生物酶制剂的安全问题随着生物技术，尤其是微生物发酵技术(包括菌种选育和发酵设备)的快速发展，酶制剂产品的生产成本迅速下降，加之广大用户对酶制剂产品使用效果的认同，使得越来越多的酶制剂应用于食品工业中。一些企业对酶制剂产品的作用宣传力度很大，过分强调酶制剂产品的有利方面，忽视了其安全性方面，给广大用户造成了认识上的误区。在国外食品用酶制剂是作为食品添加剂的，对其安全卫生规定很严。酶本身虽是生物产品，比化学制品安全，但酶制剂井非单纯制品，常含有培养基残留物、无机盐、防腐剂、稀释剂等。在生产过程中还可能受到沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的污染。酶制剂还可能含生物毒素，尤其是黄曲霉毒素，即使是黑曲霉，有些菌种也可能产生黄曲霉毒素。黄曲霉毒素或由于菌种本身产生或由于原料(霉变粮食原料) 所带入。此外培养基中都要使用无机盐，难免混入汞、铜、铅、砷等有毒重金属。为保证产品绝对安全，对原料、菌种、后处理等道道工序都要严格把关。酶制剂的生产场地要符合 GMP，即良好的生产规程要求。2 食品酶制剂的安全评价因素2.1 用于生产食品酶制剂的菌种的安全性食品酶制剂的安全因素：菌种产毒素的可能性和潜在的致病性、致过敏性和刺激性、致癌性和诱导突变性、影响生破和导致胎儿畸形,以及酶反应的产率、酶与其他食品成分之间的反应和酶对消费者的直接作用等。作为菌种必须具备基本的安全性,一般来说,菌种是否具有潜在的产毒素的特性,尤其是那些通过口服起作用的毒素作为重点考虑的因素。由于在食品酶制剂中不会含有活微生物,因此潜在的致病性不是重点考虑的因素,但是对酶制剂生产工厂的人来说,这一点要尤为注意。 潜在的产毒素性通常经口起作用的微生物毒素由特定的细菌和特定的放射菌产生,酵母一般不产生此类毒素。细菌产生的经口起作用的生物毒素可以引起食物中毒,此类毒素以蛋白质类物质的形式存在,能够引起快速的反应。通过实验可以确定这些毒素引起食物中毒的主要的细菌毒素已经被纯化,与产毒素性质相关的基因序列也已确定,那些产毒素的细菌和放射菌的特征也被充分的研究,这些研究的成果都为获得新的用于生产食品酶制剂菌种奠定了基础。放射菌产生的毒素一般是小分子量的有机分子,通常尺寸大小在I000Da以下,一般称作毒枝菌素。大多数毒枝菌素的毒性很强,而且它们中的多数毒素可以诱发慢性疾病(如癌症)。2.1.2 潜在的致病性一般来说,明显的人类致病菌不能在食品酶制剂工厂的生产中应用,同时微生物也不可能在成品的酶制剂中存活。即便如此,作为常规的工业化操作规范,还是要通过动物模型来确定未知微生物的潜在的致病危害。区分致病性和偶然的感染非常重要,许多微生物可以通过寄主的免疫系统到达一定位置就可以产生感染。研究表明,无论寄主健与否,真正的致病性细菌可以侵入免疫系统,从而产生疾病和感染。分清微生物自身作用和寄主对微生物的反应也是非常重要的。研究表明,给动物注射已死的细菌会导致代谢紊乱,最终死于败血病。因为注射的是已死的细菌不会产生病变,所以动物的死亡不是微生物的致病性引起的,人体自身的免疫系统释放的类荷尔蒙激素物质才是至死的主要原因。因此,通过简单的注射微生物进人动物体内来评价微生物致病性的方一法是不可取的。2.1.3 安全菌株建立一个安全的菌种还需彻底搞清楚寄主机体的特征,确保所有导人寄主机体的DNA的安全,保证整个改造寄主机体的过程适合食品生产的应用。DNA扩增技术和微生物基因序列的确定让我们更加了解微生物的分类学、发展史和致病性,DNA序列的数据可以帮助我们准确的评价用于工业化生产的微生物种类的安全性。2.2 工程化酶蛋白质工程是通过改变蛋白质肤链内在的氨基酸的排列顺序从而影响蛋白质功能阴,可以通过化学诱变、紫外线辐射、菌种突变等诱导和随机诱变技术实现。另外,也可采用定点突变技术,该法是针对确定蛋白质功能的基因片断直接突变,从而获得所需的蛋白质功能。最近又出现基因重组技术,亦即将与蛋白质功能相关联的基因片断或基因功能模块进行重组,从而得到所需的蛋白质。无论如何,必修建立一个高效的筛选方法,通过这个方法来评价发生改变的蛋白质。蛋白质工程可以改变酶本身的很多特性,如可以改变酶的最适pH,增强热稳定性、化学氧化性,减少如金属离子等辅助因子。蛋白质分子修饰是否会对酶的安全性造成影响,要说明这个问题,我们首先得搞清酶结构和功能的自然变化。基因核营酸的排列顺序决定酶蛋白的氨基酸排列顺序,从而决定酶的功能特性,同时还决定了酶蛋白的三维空间结构。这有利于搞清楚酶在改进后相互之间的关系,也更进一步的为搞清楚结构与功能之间的关系提供了帮助。同一类或同一大类的微生物来源的酶维持原有的三级结构和酶的特征,但在稳定性、专一性等方面的特定功能有所不同。目前并无直接证据表明,酶的这种变化致使酶产毒素。通过口服起作用的生物毒素相对数以千计的食物蛋白来说非常少,同时我们也了解生物毒素的结构和作为商品的食品酶在结构上差异很大。有进一步的研究表明,同一类和同一大类的酶通过上述所有的技术改造,它们仍然保持原有的特征三维结构和催化功能。因此,工程酶表现出的不同与自然界中观察到的情况非常相似。酶的结构和功能实验表明,通过改造酶而获得某种功能不致使酶具有产毒性。正是如此,对于仅在理沦上推测有危险的工程酶进行毒理学的测试要非常慎重,对一于那些通过同一系统向同一寄主导人基因的方法获得系列产品的制造商会认为对一些附加产品作进一步的测试是多余的。3 中国酶制剂产业的发展趋势及对策中国酶制剂产业的下一步的快速发展需要技术创新，只有形成自主强有力的技术创新体系，才可能取得酶制剂产业的长足发展。在酶制剂生产菌种的构建方面，应采用基于组学的酶编码基因挖掘技术。通过对不同样品的采集，建立生产多种不同性质酶的微生物库。在建立的微生物库中，寻找合适的酶。对合适酶学性质的，采用分子生物学和基因组学等手段，破译酶编码基因，进行序列比对。通过基因及其编码蛋白序列的比对，寻找基因序列与功能之间的规律。根据表达酶的来源、性质及应用，选择合适载体与宿主，构建高效表达酶的重组菌株。对构建获得的高效表达的重组菌株，采用发酵过程优化控制策略进行优化，获得可以高效表达性质合适的酶。在工业酶高效表达系统构建方面，采用基于DNA重组技术的工业酶高效分泌型表达系统的构建技术。通过筛选的方式，获得高效分泌信号肽。将高效分泌信号肽与酶目的基因序列及载体重组，获得带有高效分泌信号肽和目的基因序列的重组载体。通过分子生物学手段，改造分子伴侣系统及分泌表达元件，提高表达分泌系统的分泌能力。对酶调控途径进行分析，改造酶调控途径，提高酶合成效率。在工业酶分泌发酵调控方面，采用基于跨膜转运理论的工业酶分泌发酵调控技术。通过分子生物学手段，转录翻译合成酶蛋白。通过对酶蛋白分子及细胞膜的研究，确定酶蛋白分子跨膜运输机理，构建细胞膜透性与酶分子分泌机制模型。采用共表达等策略，在分子水平改善细胞膜通透性，强化酶蛋白分子转运途径，提高酶分泌效率。在酶制剂复配方面，应采用基于反应作用机理的酶复配及应用评价技术。通过研究酶与底物的作用机理，分析底物微观结构变化。采用产单一酶多菌种产多种酶单一菌种混合发酵策略，应用数学模型模拟获得最佳复配方案。同时，应注重挖掘新型酶助剂，进一步提高酶制剂的性能和应用效率。加快酶制剂后处理，推进膜分离技术、颗粒酶造粒技术及发酵废液后处理技术的研发、推广和应用。 此外，要通过争取国家在酶制剂行业的立项支持，尽快建立起一些具有一定规模和一定研究水平的酶制剂研发基地，并形成科研生产一条龙体系加快科研成果的产业化。技术创新基地的建设当以企业为主体，在国家政府支持的同时融入包括高校在内的多方力量