酶制剂在乳制品生产方面的应用及研究现状.doc

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。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。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。食品用酶的国际市场动向据推测，现在工业用酶的世界市场约为13亿美元。如果将全球按地域分，欧洲占45，北美为35，南美5，亚洲15。如按用途领域分，则洗涤剂用为5.5亿美元；谷物处理用1.50亿美元；饲料用 2亿美元，纤维用21亿美元；其他为4.50亿美元，其中用于食品的酶包含在淀粉糖化的谷物处理领域内，而脂肪酶和凝乳酶等处于谷物处理领域以外的食品用酶，则包含在其他项目中。据推测，食品用酶的市场规模将包括油脂用酶0.23亿美元；面包用酶1亿美元；果汁用酶0.26亿美元；酿造用酶0.42亿美元；蛋白分解用酶（包括制造风味用酶）约1亿美元。世界上主要酶制剂生产公司是丹麦的诺维信公司和美国的国际杰耐考阿公司两大公司。与10年前诺维信公司一枝独秀相比，现在已经处于包括杰耐考阿公司在内的中等规模公司分享市场的诸侯割据 状态。但是最近几年间的几度统一变合，杰耐考阿公司已经正式成为第二大酶制剂公司。现在世界酶制剂市场大约由诺维信公司占有40的份额，而杰耐考阿公司约享有20的份额。日本的酶制剂市场工业用酶可占世界酶制剂市场的10%，用于医药和诊断用酶的市场规模大概可以达到200亿日元，食品用酶的市场规模约为100亿日元。其中虽然以用于异构糖生产的酶为主，但是日本异构糖市场已经进入成熟期，今后难以有更大的发展和增长。近年来排位第二的蛋白质分解酶市场增长较快，主要是用于食品软化、调味品生产以及多肽等保健功能性材料生产。除此以外，同样寄以厚望的还有在巧克力生产中得到重用的可可白脱制造所需的脂肪酶；为制造供乳糖不耐症患者使用的预先分解乳糖的牛乳以及在生产无砂糖酸奶时，为调制甜味所必须的乳糖酶以及奶酪生产中使用的凝乳酶和澄清果汁用酶类等。日本最大的食品添加剂公司味之素公司在1993年开发成功和上市的谷氨酰胺转胺酶（TGase）制剂阿库替巴，迄今为止被利用在畜肉加工、火腿、香肠加工、水产品加工、面条加工以及豆腐加工中。在日本市场的年销售金额达45亿日元，是目前食品加工用酶中市场销售金额最高的一种酶。此外，该产品已销售到以欧洲为中心的海外市场。在日本销售金额中的2/3是海外市场销售所得。我国食品用酶的发展现状我国的酶制剂工业，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。我国酶制剂发展和应用经历了几个不同的发展阶段，1965年无锡酶制剂厂生产BF-7658淀粉酶在淀粉加工和纺织退浆上的应用，可以作为中国现代酶制剂工业的起点；1979年的黑曲UV-11糖化酶首先在白酒、酒精行业推广应用，提高了出酒率；1992年1398中性蛋白酶、166中性蛋白酶在毛皮制革行业上得到推广应用；1995年无锡酶制剂厂首先引进了耐高温-淀粉酶和高转化率液体糖化酶（双酶法）项目，并在酒精、味精、制糖、啤酒等行业进行了推广，从此双酶法技术在全国迅速得以发展；1998年，诺维信公司首次在中国合资并在天津建立工厂，标志外资进入中国；美国最大的酶制剂公司-杰能科国际公司和中国最大的酶制剂公司无锡酶制剂厂合资。 30多年来，我国酶制剂工业取得了不小成绩，但与世界发达国家比，与诺和诺德、杰能科等世界著名公司比，还存在很大差距，主要表现是在以下几个方面，1）科研开发投入不足。国外一般开发费投入占总销售额的10%以上，高的达15%以上，而我国不到1%；2）提取工艺和装备落后，绝大多数工厂沿用硫酸铵(硫酸钠)盐析工艺或发酵液直接喷干燥工艺，造成产品粗糙、杂质多、质量差，不仅影响下游产业产品质量的提高，应用面扩大，也影响了自身的环境保护；3）产品结构极不合理，影响酶制剂行业发展及应用领域开拓。1998年酶制剂总产量22.1万吨，其中-淀粉酶占17.19%，糖化酶占60.18%，碱性蛋白酶18.10%。三个酶产量占总产量的95.47%，其它的十几个酶制剂产品产量仅占4.53%。4）酶制剂行业效益低下，主要是由于起点低、重复建设严重，据不完全统计，1998年的生产能力达40万吨，但40-50%生产力闲置，再加上粗放经营，无序价格竞争，使酶制剂行业生产成本与销售价70-80%，而国外仅占30-35%，造成效益低下，使行业停滞不前。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阮蛋白，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