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生物工程专题讲座结课论文题目：酶制剂在食品工业中的应用学号：姓名：酶制剂在食品工业中的应用摘要：论述了酶制剂在食品工业中的重要作用和实际应用中所出现的具体问题及注意事项关键词：微生物 酶制剂 食品工业 添加剂 加工工艺 注意事项前言：食品用酶，从早期的酿造、发酵食品开始，至今已广泛应用到各种食品上，是重要的食品添加剂。随着生物科技进展，不断研究、开发出新的酶制剂，已成为当今新的食品原料开发、品质改良、工艺改造的重要环节。我国的酶制剂工业，自1965年在无锡建立我国第一个酶制剂厂以来，经过三十多年努力，已成为我国酶制剂科研、生产、应用的综合基地。从上世纪九十年代开始在江苏、河南、山东、河北等地逐渐建立酶制剂厂，经过改革、发展，至今已有30多家工厂，形成了我国酶制剂行业，为国民经济作出了很大的贡献。在上世纪末的二十年内，产量以较高速度增长（平均递增率约为35%），国内生产的糖化酶产品质量已达到国际先进水平，在国际市场上有较高竞争能力。应用领域扩大了，应用面由酿酒扩大到淀粉糖、味精、食品、皮革等行业。2006年中国酶制剂总产量约53万吨，目前作为食品添加剂的酶制剂品种已有26种，包括糖化酶、-淀粉酶、蛋白酶、木瓜蛋白酶、葡萄糖异构酶、真菌淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、乳糖酶、纤维素酶、-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等，已被广泛应用于食品加工工业，在提高产品质量、降低成本、节约原料和能源、保护环境等方面发挥着重要作用。我国酶制剂生产主要采用微生物发酵法，少量酶的生产采用生物提取法。目前中国酶制剂生产企业有数十家。一、微生物酶制剂的应用及发展食品工业是酶制剂的应用大户，作为一种高效的生物催化剂，在食品添加剂的生产中获得广泛应用，20世纪40年代，微生物酶制剂工业迅速发展起来，以其种类繁多，生长速度快、加工提纯容易、加工成本相对较低等优越性成为酶制剂生产的主要来源，是现代酶工程中获取酶制剂的主要途径。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。 二、什么是微生物酶制剂？ 酶制剂是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质，酶制剂主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应，改进食品加工方法。是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。微生物酶制剂就是从微生物中提取的蛋白质。 三、微生物酶制剂的应用 在食品工业中酶有着广泛的应用，主要用于淀粉、酿造、果汁、饮料、调味品、油脂加工的领域。-淀粉酶是分布最为广泛的酶制剂，遍及微生物至高等动物。焙烤工业中的-淀粉酶一直是从大麦麦芽和细菌、真菌叶中提取的。自从1955年以及1963年在英国经过GRAS级验证后，真菌淀粉酶一直作为面包的添加剂。现在他们应用于不同领域。现代化连续焙烤过程中，在面粉中添加-淀粉酶不仅可以增加发酵率，降低生面团粘度（改进产品的体积和质地），增加生面团中糖的含量，改良面包的口感、外皮颜色和焙烤质量，还可以延长焙烤食品的保鲜时间。 在食品工业中酶制剂不只是作为一种添加剂，在食品工业的其他方面也有很大的应用。 酶制剂在食品行业中的应用主要体现在以下几个方面：1)有利于食品的保藏，防止食品腐败变质。例如：目前与甘氨酸配合使用的溶菌酶制剂，应用于面食、水产、熟食及冰淇淋等食品的防腐。如溶菌酶用于pH6.0-7.5的饮料和果汁的防腐。乳制品保鲜新鲜牛乳中含有13毫克100毫升的溶菌酶，人乳中含量为40毫克毫升。在鲜乳或奶粉中加入一定量溶菌酶，不但可起到防腐作用，而且有强化作用，增进婴儿健康。2)改善食品色香味形态和质地。如，花青素酶用于葡萄酒生产，起到脱色作用；复合蛋白酶嫩化肌肉，使肉食品鲜嫩可口；在肉类香精生产中常用的风味酶就是一种复合酶，使最终反应达到风味化要求。3）保持或提高食品的营养价值。通过多种蛋白酶的作用生产多功能肽及各种氨基酸已经是营养保健行业常见的加工方法。4）增加食品的品种和方便性。如用纤维素酶及果胶酶处理过的槟榔，使硬组织软化，方便食用，提高适口性，更便于咀嚼。为儿童提供各种酶解后的动植物天然食品，通过纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等多种酶作用，去除不易吸收的成分，提高营养价值，更适合婴幼儿的营养吸收。5）有利于食品加工操作，适应生产的机械化和自动化。丹宁酶消除多酚类物质，去除涩味并消除其形成的沉淀。蛋白酶用于饼干减筋，生产酥性饼干。纤维素酶、果胶酶常用于榨果汁、豆油等对于原料的前处理，通过对果胶和纤维素的降解来解决加工难度，提高出油、出汁率。6)专一性生产加工需求。最典型的就是成熟的酶法淀粉深加工、酶法肉类提取物及酶法酵母提取物的大规模生产。由淀粉酶、蛋白酶、各种转化酶等组成的专一性酶解技术使这些农副产品深加工得于实现，并产生高付加值的食品原料。7) 去除食品中的不利成分。双乙酰还原酶去除啤酒中的双乙酰。过氧化氢酶去除牛乳中的过氧化氢。柚苷酶用于柑橘汁的脱苦。8)保护食品中的有效成分，稳定食品体系。过氧化氢酶、葡萄糖氧化酶合用，用于稳定柑橘萜烯类物质。-半乳糖苷酶用于牛乳中，预防粒状结构；冷冻时稳定蛋白质；提高炼乳稳定性。9）提高食品的价值。酯酶用于交酯化反应，从低价值的原料中制造高价值的三酰甘油酯。 因为酶催化反应的专一性与高效性，在食品加工中酶的应用相当广泛，用得最多的是水解酶，其中主要是碳水化合物的水解酶；其次是蛋白酶和脂肪酶；少量的氧化还原酶类在食品加上中也有应用。日前，食品加工中只有少数几种酶得到应用。四、酶制剂产品在食品加工中的应用举例1、制糖工业酶法生产葡萄糖：利用酶水解淀粉生产葡萄糖是酶催化工业的一项重大成就，由日本在20世纪50年代末研究成功，现已在全世界普遍采用。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经。一淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。如北京房山酶制剂总厂的产品耐高温a-淀粉酶采用地衣芽孢杆菌深层培养、提炼等工序精制而成；能随机水解淀粉、糖原及降解物内部的 a-1.4 葡萄糖苷键使得胶状淀粉溶液的黏度迅速下降，产生可溶性糊精和寡聚糖，过度的水解则可产生葡萄糖和麦芽糖。低聚糖的制备：低聚糖是由3-9个单糖昔键连接而成的低度聚合糖。它之所以具有生理功效，是因为他能促进人体肠道内固有的有益细菌一双歧杆菌的增殖，从而抑制肠道内腐败菌的生长，减少有毒发酵产物的形成。目前，微生物糖昔水解酶在生产中应用较多，而且技术都比较成熟。如利用-葡萄糖苷酶生产的低聚异麦芽糖，利用节杆菌产生的一呋喃果糖苷酶合成的低聚乳果糖、低聚半乳果糖等，利用-半乳糖昔酶生产的棉子糖和密二糖等。2、饮料工业酿酒：啤酒是最早利用酶的酿造产品之一，酶制剂在啤酒酿造上用于降低麦汁黏度，改善过滤性能，提高麦芽溶出率，防止啤酒浑浊，稳定啤酒质量。用于啤酒工业的酶制剂，国内有北京房山酶制剂总厂的有-葡聚糖酶和肇东市日成酶制剂有限公司生产的啤酒复合酶（为淀粉酶、-葡聚糖酶、木聚糖酶、酸性蛋白酶优化组合而成）。此外，酶制剂也广泛应用于果酒、白酒等的酿造，既可提高出酒率又能消除浑浊等。果汁：果胶酶是水果加工中最重要的酶，应用果胶酶处理破碎果实，可加速果汁过滤，促进澄清等。北京房山的果胶酶是黑曲霉变异菌株经发酵，精炼而成的固体、液体酶制剂，可将果汁、蔬菜汁中的果胶水解，降低其黏度，提高出汁率，缩短提取时间，同时达到提高产品档次的目的。诺维信果浆酶XXL专门设计用于处理果浆和蔬菜浆和植物组织的浸渍，也能有效地降解可溶性和不可溶性的果胶以及导致混浊的多糖。符合果汁加工中的果浆处理环节的所有质量规格。应用于果浆和蔬菜浆和或果渣的诺维信果浆酶XXL（Pectinex SMASH XXL）能大大增加固态液态分离（即压榨和倾析）的能力和提高水果的出汁率。 其他饮料：如茶饮料加工中主要用到的酶有过氧化酶、多酚酶及单宁酶，其主要功能是控制茶的颜色和风味及提高茶的溶解性能。3、乳品工业：乳制品是除母乳以外营养最为丰富和均衡的全价食品，含有人体所必需的全部营养成分。由于乳的营养全面性和均衡性，使其在婴儿营养和成年膳食中占有极其重要的地位。诺维信奶酪香精脂肪酶（Palatase 20,000L）提供生产奶油香精的脂肪酶。干酪生产：全世界干酪生产所耗牛奶达1亿多吨，占牛奶总产量的25%。凝乳酶是干酪生产的主要用酶，干酪通过凝乳酶水解k一酪蛋白，在酸性环境下，钙离子使酪蛋白凝固，再经切块加热压榨后熟化而成。乳糖分解：由于人体内缺乏乳糖酶故有些人饮奶后常发生腹泻、腹痛等不良症状。于是乳糖酶便显示了他独特的作用，他可水解乳糖为半乳糖与葡萄糖。此外，常作为废水排除的乳清经乳糖酶处理后，可供食用或作为饲料。其他：乳制品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。牛奶保藏时可用过氧化氢杀菌，其优点是不会大量损失牛奶的酶和有益细菌。4、焙烤工业焙烤中淀粉酶的主要应用是在面包的制作过程中，利用淀粉酶能够改善或控制面粉的处理品质和产品质量(如面包的体积、颜色、货架寿命)，在面粉中添加-淀粉酶，可调节麦芽糖生成量，使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡，添加淀粉酶可改善糕点馅心风味，还可防止糕点老化。蛋白酶可促进面筋软化，增加延伸性，减少揉面时间与动力，改善发酵效果。国内产品有肇东市日成公司生产的酸性蛋白酶。5、肉制品加工酶在肉制品加工中主要用来嫩化肉类。蛋白酶嫩化肉类的主要作用是分解肌肉结缔组织的胶原蛋白，促进嫩化。工业上软化肉的方式有两种:一是将酶涂抹在肉的表面或用酶液浸肉，另一种较好的方法是肌肉注射，酶的软化作用发生在贮罐特别是烹煮加热时。此外，蛋白酶还可用于生产牛肉汁、鸡汁等以提高产品回收率。将酸性蛋白酶在中性pH值时处理解冻鱼类，可驱除腥味。主要有诺维信复合蛋白酶（Protamex）诺维信风味蛋白酶（Flavourzyme 500MG）这两种酶制剂对原料肉、肉渣、骨、血等动物加工副产品进行水解，保证原料较彻底的水解及最终产品较高蛋白质利用率，产品风味醇厚自然，毫无苦味之干扰。6、油脂加工脂肪酶可以催化油脂的水解反应和脂交换反应，主要用于脂肪酸及甘油的改性，利用廉价的、稳定性不好的油脂制取价值较高的、特殊性油脂。酶制剂还可用于精制油脂，生产可可脂等专用油脂。五、微生物酶制剂的加工工艺 随着人们对健康、环保要求的增高，微生物生产的酶制剂将更需发展，酶制剂工业大有可为。由于酶作用的特异性强、反应条件温和、安全性大、污染环境小，因此其生产过程是大规模生产技术应用过程，由三大工序组成：发酵、提取、造粒。 发酵微生物经过DNA技术的重组，变成高效的特定酶制剂的生产菌，生产菌在丹麦批量生产并冷藏，使用前，首先要经过实验室的扩大培养，然后接入发酵车间内的种子罐进行再次扩大培养，最后扩大培养后的生产菌进入发酵罐开始酶制剂的人工化生产。生产菌在大型的不锈钢发酵罐内得到充分的养分和空气，在最适合的环境中迅速成长，同时产出大量的生物酶。整个发酵过程都是由计算机自动控制完成的，发酵所用的原料主要是农产品，发酵的整个过程完全符合GMP的要求。 提取提取过程的主要任务是从发酵液中提取酶。这是由许多过滤和浓缩步骤完成的。首先发酵液经初步过滤后，变成澄清的含有酶的滤液，此时的滤液经进一步过滤，去除大量的水份和小分子物质后变成酶的浓缩液。如果需要，酶的浓缩液可被进一步浓缩。对于以液体出售的酶产品，提取的最后步骤是标准化和稳定化。整个提取的生产过程完全符合GMP的要求。 六、微生物酶制剂加工需要注意的几个问题 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。 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。例如细菌淀粉酶生产采取低浓度发酵，高浓度补料，蛋白酶生产采取提高前期培养温度等不同措施，提高了产酶水平。 分离提纯微生物酶的提取方法，因酶的结合状态与稳定性的不同，应用部门对产品的纯度要求不同，而有一定的区别。如果提取到的酶是一种可溶于水的复杂混合物，则需要进一步加以纯化。适用于大生产的提纯方法总是以降低成本、提高效能而同时又提高产品纯度和质量为前提，事先应当经小试验规模充分对比，从中加以选择。理想的提纯方法应满足二个条件，即比活性的提高与总活性的回收高，但实际上往往难以兼得。主要的方法有盐析法、有