食品百科全书 - 酶制剂

酶制剂

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  [中文]: 酶制剂

  [英文]: enzyme preparations

  [说明]: 从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剂。酶是生物细胞原生质合成的具有高度催化活性的蛋白质,因其来源于生物体,通常被称为“生物催化剂”。又由于酶具有催化的高效性、专一性和作用条件温和等优点,而被广泛应用于食品加工。在提高产品质量、降低成本、节约原料和能源、保护环境等方面起了很大作用。它虽来源于生物,但通常使用的不是酶的纯品,制品中的一些组分有可能随着食品一起被摄入,从而影响人体健康,因此,必须对酶制剂包括生产酶制剂的菌种进行安全评价。已应用于食品工业的酶制剂有α-淀粉酶、高温α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、改性蛋白酶、细菌中性蛋白酶、β-葡聚糖酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等几种。还用于医学、工业、农业等方面。随着发酵工业的发展酶制剂的原料来源已几乎全为微生物所取代,其特点是种类多、繁殖快、质量稳定、成本低。

  

  酶制剂是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质,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。中国已批准的有木瓜蛋白酶、α—淀粉酶制剂、精制果胶酶、β—葡萄糖酶等54种。酶制剂来源于生物,一般地说较为安全,可按生产需要适量使用。

  简介

  酶制剂,(英文:enzyme)是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质,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。

  我国已批准的有木瓜蛋白酶、α—淀粉酶制剂、精制果胶酶、β—葡萄糖酶等54种。酶制剂来源于生物,一般地说较为安全 ,可按生产需要适量使用。

  酶制剂是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。具有高效性,专一性,在适宜条件(pH和温度)下具有活性。

  详细介绍

  酶制剂在谷物食品行业中的应用来源于西方对面包的改良。从1991年淀粉酶被用于烘焙行业至今,国外酶制剂公司先后开发并上市了脂肪酶、木聚糖酶及麦芽糖淀粉酶等多种酶制剂用于谷物食品加工的各个应用领域。酶制剂的应用已经从面包烘焙拓展到面粉改良、馒头加工及其他面食制品领域,并因其天然、安全性及明显的使用效果而被更多的业内生产者使用。酶制剂在中国面制品市场中应用起步较晚,国内面食制品改良剂生产厂家才刚刚开始认识到要应用生物酶制剂,因此市场潜力巨大。小麦中含有小麦面筋蛋白质,约占面筋干重的85%以上,其中主要是麦胶蛋白和麦谷蛋白。当面粉加水和成面团的时候,麦胶蛋白和麦谷蛋白按一定规律相结合,构成像海绵一样的网络结构,组成面筋的骨架,其他成分如脂肪、糖类、淀粉和水都包藏在面筋骨架的网络之中,这就使得面筋具有弹性和可塑性。麦胶蛋白的二硫键主要是在分子内部形成,通过分子内二硫键或次级键作用形成绳索状结构,为面团提供延伸性和流动性,但筋力不足。麦谷蛋白的二硫键主要是在分子间形成,其亚基通过分子间二硫键的交叉联结,形成的纤维网状大分子聚合物,即面筋复合体,为面团提供弹性,筋力强,面筋结构牢固,但延伸性差。蛋白酶不仅能使蛋白质降解,缩短面筋形成时间,而且能够增进香味。

  成分: 淀粉是面粉中的主要成分,占70%—75%,在面团中是填充在面筋网络中,使面团具有稳定的流变特性,在成品中起到支撑食品体系作用,形成不同食品的感官特性和不同的保鲜性。淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。淀粉酶的主要底物是破损淀粉和可溶性直链淀粉,由于破损淀粉吸附着面团中相当数量的水,破损淀粉的水解在保持面团的流变学特性方面有着重要作用。淀粉水解将导致结合水损失,当结合水损失较少时,面团变软,这被认为是正效应;如果结合水损失过多,将生成大量的糊精而使得面团变黏。α——淀粉酶水解淀粉产生糊精,β——淀粉酶水解淀粉产生麦芽糖,而β——淀粉酶作用产生的麦芽糖主要取决于α——淀粉酶对破损淀粉的作用,葡萄糖淀粉酶水解淀粉产生葡萄糖,麦芽糖和葡萄糖对于酵母代谢非常重要,加入适量的淀粉酶,可以促进发酵过程并缩短发酵时间。其次,α——淀粉酶使糊化淀粉水解为糊精,糊精会干扰淀粉的结晶,降低由淀粉和蛋白质的交联作用所引起的固化,对面包的保鲜有积极的影响。另外,淀粉酶水解淀粉产生的低聚糖,在面包烘焙过程中可以和蛋白质发生美拉德反应,导致面包褐变,使面包具有好的颜色。木聚糖虽然在小麦粉中的含量一般为1.5%—2.5%,但对小麦粉的性质却影响很大。原因在于木聚糖的主链是D——吡喃木糖以β—1,4键相结合形成的木聚糖高分子长链。大部分木聚糖是异型多糖,主链含有不同的替代糖残基或者在侧链上有多种替代糖基。木聚糖由于本身的结构特性,使得不溶性木聚糖具有强吸水性,水溶性木聚糖的强持水力和氧化形成凝胶等。在面团形成和发酵过程中,木聚糖和蛋白质、淀粉等高分子物质一起形成包含气泡的稳定面团结构。木聚糖酶能水解高分子木聚糖长链的糖苷键,使其长链变短,其水解率达65%,从而使不溶性木聚糖的吸水率下降,改善面团的操作性能。木聚糖酶用于提高面食制品的品质在欧美国家已经广泛应用于生产面包。面粉中的脂肪含量较少,通常为2%左右。由于小麦中脂肪主要分布在胚芽及糊粉层中,因此面粉精度高脂肪含量较低,加工精度低脂肪含量较高。面粉中所含的微量脂肪在改善面粉筋力方面有着密切的关系,面粉在储藏过程中脂肪受脂肪酶的作用产生的不饱和脂肪酸可使面筋弹性增大,延伸性和比延伸性变小,筋力增强。脂肪酶酶解面团中的油脂成分生成单甘酯等乳化剂,对面包的体积、组织结构、保鲜等都有积极的作用。

  小麦品种高达6000多种,但面粉品质不高,用于专用粉生产的面粉大多需要进口小麦进行复配。如果仅从小麦品种遗传育种方面达到面粉改良的目的话,由于受到气候条件限制太多,稳定供应还不太现实,因而添加改良剂对面粉改良是目前最好的捷径。年消费面粉约9000万吨,大部分用于加工主食馒头等,加上现在面包的消费量也在逐渐加大,因此研究用生物酶产品提高馒头、面包品质有着广阔的市场前景。

  应用领域

  其应用领域遍及轻工、食品、化工、医药、农业以及能源、环境保护等方面。酶制剂行业是高技术产业,它的特点是用量少、催化效率高、专一性强,是为其他相关行业服务的工业。中国酶制剂自1965年建立的第一个专业酶制剂生产厂 ——无锡市酶制剂厂至今已有45个年头。目前全国共有100余家生产企业,年生产能力超过40万吨,产量达到32万吨,产品品种达到20余种,近20年间年产量的平均增长率超过20%。据有关部门统计,2001年各种酶制剂产品的出口量为4812吨,出口额为2807万美元。但整体而言与国外发达国家先进水平相比仍存在很大的差距和问题,主要表现在产品品种少,结构不合理;生产规模小,生产水平低,产品质量差;开发能力差,精细化程度低。在今后的发展中需要注重“生产集中,应用广泛”,要多品种,规模化生产。

  生产的微生物。将酶加工成不同纯度和剂型(包括固定化酶和固定化细胞)的生物制剂是酶制剂。动、植物和微生物产生的许多酶都能制成酶制剂。

  植物由于生长地域、季节、气候等的影响,生产酶制剂的产、质量都不稳定。动物产生的酶主要从屠宰牲畜的腺体中提取,来源有限;只有微生物生产的酶,可满足任何规模的需求,产率高、质量稳定。微生物酶制剂既可取代性能相同的动、植物主要酶制剂种类,又能生产出在100℃起催化作用的高 温-淀粉酶和在pH10——12起作用的洗涤剂蛋白酶等品种。20世纪40年代,微生物酶制剂工业迅速发展起来。现在酶制剂的生产是以深层发酵为主,以半固体发酵为辅,菌株产酶的能力也有很大的提高。60——70年代发展起来的固定化酶和固定化细胞技术使酶可反复使用和连续反应进行,其应用的范围也更加扩大。目前,除食品、轻纺工业外,微生物酶制剂还用于日用化学、化工、制药、饲料、造纸、建材、生物化学、临床分析等方面,成为发酵工业的重要部门。

  种类

  国外:在饲料中使用的酶制剂主要有淀粉酶、β——葡聚糖酶、糖化酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、脂肪酶、植酸酶、角蛋白酶、木聚糖酶等。

  国内:市场主要的酶制剂有淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、β——葡聚糖酶、植酸酶等。目前除植酸酶有单一产品外,其余饲用酶制剂大多是包含多种酶的复合制剂。

  生产工艺

  生产酶制剂的微生物有丝状真菌、酵母、细菌3大类群,主要是用好气菌。几种主要工业酶的菌种和使用情况如下:

  淀粉酶类

  淀粉酶水解淀粉生成糊状麦芽低聚糖和麦芽糖。以芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌和地衣形芽孢杆菌深层发酵生产为主,后者产生耐高温酶。另外也用曲霉属和根霉属的菌株深层和半固体发酵生产,适用于食品加工。-淀粉酶主要用于制糖、纺织品退浆、发酵原料处理和食品加工等。葡糖淀粉酶能将淀粉水解成葡萄糖,现在几乎全由黑曲霉深层发酵生产,用于制糖、酒精生产、发酵原料处理等。

  蛋白酶

  使用菌种和生产品种最多。用地衣形芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌以深层发酵生产细菌蛋白酶;用链霉菌、曲霉深层发酵生产中性蛋白酶和曲霉酸性蛋白酶,用于皮革脱毛、毛皮软化、制药、食品工业;用毛霉属的一些菌进行半固体发酵生产凝乳酶,在制造干酪中取代原来从牛犊胃提取的凝乳酶。

  葡糖异构酶

  70年代迅速发展起来的一个品种。先用深层发酵取得链霉菌细胞,待固定化后,将葡萄糖液转化成约含果糖50%的糖浆,这种糖浆可代替蔗糖用于食品工业。用淀粉酶、葡糖淀粉酶和葡糖异构酶等将玉米淀粉制成果糖浆已成为新兴的制糖工业之一。

  工业用酶

  用曲霉、木霉半固体发酵生产的纤维素酶;用曲霉生产的果胶酶、半纤维素酶;曲霉和青霉深层发酵生产的葡糖氧化酶和过氧化氢酶;用假丝酵母、曲霉深层发酵生产的脂肪酶等;用黑曲霉深层或半固体发酵生产的葡糖淀粉酶、葡糖氧化酶、过氧化氢酶、脂肪酶、乳糖酶等;用米曲霉生产的淀粉酶、蛋白酶、核糖核酸酶;用芽孢杆菌生产的蛋白酶、-淀粉酶。

  中国从 1964年开始生产细菌——淀粉酶。至今除有——淀粉酶(枯草芽孢杆菌),蛋白酶(芽孢杆菌、曲霉、链霉菌),葡糖淀粉酶(黑曲霉)等主要酶制剂品种外,还有脂肪酶(假丝酵母)、葡糖氧化酶(青霉)、天冬酰氨酶(大肠杆菌)及用固定化技术生产的葡糖异构酶(链霉菌)、青霉素酰化酶、天冬氨酸酶、多核苷酸磷酸化酸化酶(大肠杆菌)、富马酸酶(假丝酵母)等多种酶制剂品种。

  遵守条件

  工业酶制剂生产菌种除要不断进行选育外,还应遵守以下条件:①尽可能多生产所需要的胞外酶;②菌种特性要稳定,如产酶能力、半固体发酵用菌株的生孢子能力等不能减退或波动;③用廉价的工业原料;④不产生干扰生产或影响产品的副产物(如胶状物、色素等);⑤不能使用产毒素的菌种和它们的近缘种。

  每个微生物细胞有产生2500种以上酶的能力。现在开发的只是以水解酶类为主的很小一部分,而且在生产上使用的菌种数也很有限。因此,在酶的种类和剂型上都很有开发的潜力。在技术上,除诱变育种外,已开始采用融合、杂交等细胞工程和基因工程等技术来培育性能更优良的新型菌种。

  存在问题

  缺乏沟通

  饲用酶制剂生产和应用之间缺乏沟通饲用酶制剂的生产属于发酵工业。酶制剂工业过去主要是生产工业用酶制剂,如用于食品、纺织、洗涤剂等的酶制剂,而对饲用酶制剂的应用和市场特点不甚了解。另一方面,饲用酶制剂应用方面对酶制剂工业产品的种类及特点也缺乏了解。例如酶制剂工业能提供哪些适合于饲用的单酶或复合酶品种,产品对饲料高温制粒的稳定性及对胃酸的稳定性如何,等等。

  方法不规范

  饲用酶制剂生物学评价试验方法不够规范

  如有的企业,饲用酶制剂产品饲养效果试验不仅试验动物数量少,而且不设重复组,显然不符合饮料生物学评价原则,其试验结果也就缺乏说服力。

  解决方法

  一、加大科技投入,发酵、生物技术和饲料、营养方面的专家进一步加强合作,不断研制出适合于饲料原料和市场特点的饲用酶制剂新产品,以推动饲用酶制剂的生产和广泛应用。

  二、制订饲用酶制剂检测方法标准。

  三、规范饲用酶制剂生物学评价试验方法。通过以上努力,使酶谱优化、酶活稳定、饲喂效果好、价格合理的饲用酶制剂优质产品在市场竞争中能够等到更大的推广。

  注意事项

  成本计算

  1、酶制剂应纳入配方成本计算

  生物工程生产的微生物植酸酶,可以降解植酸盐,释放可利用的磷、钙、能量和蛋白质等,释放的磷、钙和其他养分的数量,在推荐水平下呈线性增加。植酸酶添加水平超过500FTU/kg的添加量时,养分的释放会持续提高,但单位植酸盐的释放量趋于下降。因此超推荐水平添加植酸酶,在经济上是不合算的。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶能有效地降解饲料中某些原料所含有的β-葡聚糖和戊聚糖。这2种水溶性非淀粉多糖是抗营养因子。这些抗营养因子能结合大量的水分,使消化道流体的粘度增加。降低营养底物与消化道内源酶的作用,致使营养成分的有效性下降。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶添加在玉米-豆粕型含抗营养因子较少的日粮中,对动物的生产性能改善作用不明显;添加在黑麦、大麦、小麦为主的日粮中和含非常规饲料原料较多的日粮中,对动物的生产性能改善作用较大。同一添加量随日粮中非常规饲料含量的增加,改善作用更趋明显;同一日粮随酶的添加量的增加,改善作用也更趋明显,但单位酶的改善作用效果下降。无论何种饲料原料,超量添加β-葡聚糖酶和戊聚糖酶经济上也都是不合算的。总之,配制最低成本日粮和计算效益时,应将酶制剂纳入配方成本计算。

  影响因素

  2、应考虑影响酶制剂活性的因素

  酶制剂本身是一类蛋白质,影响蛋白质的任何因素都会影响酶制剂的活性。酶制剂的活性随温度的升高而增加,但当温度高到一定程度时,又使酶变性而丧失活性。一般酶活性的最适温度为30——45℃,超过60℃时酶会变性,丧失活性。pH对酶活性也有影响,在其他条件不变时,酶在一定的pH范围内活性最高。一般酶活性的最适pH接近于中性(6.5——8.0)。但也有例外,如胃蛋白酶的最适pH为1.5。一碘醋酸、高铁氰化物和重金属离子等可与酶的必需基团结合或发生反应,从而使酶丧失活性。因此在饲料生产过程中一定要注意温度、酸碱性、重金属离子等因素对酶制剂的影响,以求达到酶制剂的最佳使用效果。

  含量及价格

  3、购买酶制剂应考虑有效含量及价格

  市场上酶制剂的种类很多,用户在购买酶制剂时,一定要选择既能保证有效含量,又较便宜的酶制剂,不应只考虑价格便宜,不考虑有效含量。

  喂养对象

  4、使用酶制剂应考虑饲喂对象

  单胃动物应用酶制剂效果明显,草食动物效果不明显。因此草食动物饲料中可不考虑添加酶制剂。

  质量检验

  5、应重视酶制剂的质量检验

  现在很多饲料检测部门都可检验酶制剂的有效含量。用户在选购时,可把样品送到有关部门检验,以确保购买的酶制剂质量可靠。

  不能适用测定

  现有酶测定方法不能完全适用于饲用酶制剂酶活的测定

  工业酶活检测方法规定的检测温度、pH不一定是动物体内酶发挥作用的环境温度和pH。如工业用木聚糖酶活检测温度规定为50℃和pH为5.3,而动物体温为40℃左右,酶在体内起催化作用的部位——小肠pH为6.0左右。因此,如用现行工业酶的测定方法检测饲用酶,就可能影响不同品牌饲用酶制剂酶活的横向比较。即用工业酶检测方法检测具有最大酶活的产品,不一定在畜禽消化道内具有最大酶活。

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