酶製劑

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酶製劑是指從生物中提取的具有酶特性的一類物質,主要作用是催化食品加工過程中各種化學反應,改進食品加工方法。中國已批准的有木瓜蛋白酶、α—澱粉酶製劑、精製果膠酶、β—葡萄糖酶等6種。酶製劑來源於生物,一般地說較為安全,可按生產需要適量使用

簡介

  酶製劑是指從生物中提取的具有酶特性的一類物質,主要

酶製劑

作用是催化食品加工過程中各種化學反應,改進食品加工方法。   我國已批准的有木瓜蛋白酶、α—澱粉酶製劑、精製果膠酶、β—葡萄糖酶等6種。酶製劑來源於生物,一般地說較為安全 ,可按生產需要適量使用。   酶製劑是一類從動物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白質。具有高效性,專一性,在適宜條件下具有活性。

詳細介紹

  酶製劑在穀物食品行業中的應用來源於西方對麵包的改良。從1991年澱粉

酶製劑

酶被用於烘焙行業至今,國外酶製劑公司先後開發並上市了脂肪酶、木聚糖酶及麥芽糖澱粉酶等多種酶製劑用於穀物食品加工的各個應用領域。酶製劑的應用已經從麵包烘焙拓展到麵粉改良、饅頭加工及其他麵食製品領域,並因其天然、安全性及明顯的使用效果而被更多的業內生產者使用。酶製劑在中國面製品市場中應用起步較晚,國內麵食製品改良劑生產廠家才剛剛開始認識到要應用生物酶製劑,因此市場潛力巨大。小麥中含有小麥麵筋蛋白質,約占麵筋干重的85%以上,其中主要是麥膠蛋白和麥谷蛋白。當麵粉加水和成麵團的時候,麥膠蛋白和麥谷蛋白按一定規律相結合,構成像海綿一樣的網路結構,組成麵筋的骨架,其他成分如脂肪、糖類、澱粉和水都包藏在麵筋骨架的網路之中,這就使得麵筋具有彈性和可塑性。麥膠蛋白的二硫鍵主要是在分子內部形成,通過分子內二硫鍵或次級鍵作用形成繩索狀結構,為麵團提供延伸性和流動性,但筋力不足。麥谷蛋白的二硫鍵主要是在分子間形成,其亞基通過分子間二硫鍵的交叉聯結,形成的纖維網狀大分子聚合物,即麵筋複合體,為麵團提供彈性,筋力強,麵筋結構牢固,但延伸性差。蛋白酶不僅能使蛋白質降解,縮短麵筋形成時間,而且能夠增進香味。   成分: 澱粉是麵粉中的主要成分,占70%—75%,在麵團中是填充在麵筋網路中,使面

酶製劑分子結構

團具有穩定的流變特性,在成品中起到支撐食品體系作用,形成不同食品的感官特性和不同的保鮮性。澱粉分為直鏈澱粉支鏈澱粉。澱粉酶的主要底物是破損澱粉和可溶性直鏈澱粉,由於破損澱粉吸附著麵團中相當數量的水,破損澱粉的水解在保持麵團的流變學特性方面有著重要作用。澱粉水解將導致結合水損失,當結合水損失較少時,麵團變軟,這被認為是正效應;如果結合水損失過多,將生成大量的糊精而使得麵團變黏。α-澱粉酶水解澱粉產生糊精,β-澱粉酶水解澱粉產生麥芽糖,而β-澱粉酶作用產生的麥芽糖主要取決於α-澱粉酶對破損澱粉的作用,葡萄糖澱粉酶水解澱粉產生葡萄糖,麥芽糖和葡萄糖對於酵母代謝非常重要,加入適量的澱粉酶,可以促進發酵過程並縮短髮酵時間。其次,α-澱粉酶使糊化澱粉水解為糊精,糊精會幹擾澱粉的結晶,降低由澱粉和蛋白質的交聯作用所引起的固化,對麵包的保鮮有積極的影響。另外,澱粉酶水解澱粉產生的低聚糖,在麵包烘焙過程中可以和蛋白質發生美拉德反應,導致麵包褐變,使麵包具有好的顏色。木聚糖雖然在小麥粉中的含量一般為1.5%—2.5%,但對小麥粉的性質卻影響很大。原因在於木聚糖的主鏈是D-吡喃木糖以β—1,4鍵相結合形成的木聚糖高分子長鏈。大部分木聚糖是異型多糖,主鏈含有不同的替代糖殘基或者在側鏈上有多種替代糖基。木聚糖由於本身的結構特性,使得不溶性木聚糖具有強吸水性,水溶性木聚糖的強持水力和氧化形成凝膠等。在麵團形成和發酵過程中,木聚糖和蛋白質、澱粉等高分子物質一起形成包含氣泡的穩定麵團結構。木聚糖酶能水解高分子木聚糖長鏈的糖苷鍵,使其長鏈變短,其水解率達65%,從而使不溶性木聚糖的吸水率下降,改善麵團的操作性能。木聚糖酶用於提高麵食製品的品質在歐美國家已經廣泛應用於生產麵包。麵粉中的脂肪含量較少,通常為2%左右。由於小麥中脂肪主要分佈在胚芽及糊粉層中,因此麵粉精度高脂肪含量較低,加工精度低脂肪含量較高。麵粉中所含的微量脂肪在改善麵粉筋力方面有著密切的關係,麵粉在儲藏過程中脂肪受脂肪酶的作用產生的不飽和脂肪酸可使麵筋彈性XX,延伸性和比延伸性變小,筋力增強。脂肪酶酶解麵團中的油脂成分生成單甘酯等乳化劑,對麵包的體積組織結構、保鮮等都有積極的作用。   小麥品種高達6000多種,但麵粉品質不高,用於專用粉生產的麵粉大多需要進口小麥進行復配。如果僅從小麥品種遺傳育種方面達到麵粉改良的目的話,由於受到氣候條件限制太多,穩定供應還不太現實,因而添加改良劑對麵粉改良是目前最好的捷徑。年消費麵粉約9000萬噸,大部分用於加工主食饅頭等,加上現在麵包的消費量也在逐漸加大,因此研究用生物酶產品提高饅頭、麵包品質有著廣闊的市場前景。

應用領域

  其應用領域遍及輕工、食品、化工、醫藥、農業以及能源、環

酶製劑

境保護等方面。酶製劑行業是高技術產業,它的特點是用量少、催化效率高、專一性強,是為其他相關行業服務的工業。中國酶製劑自1965年建立的第一個專業酶製劑生產廠 —— 無錫市酶製劑廠至今已有45個年頭。目前全國共有100余家生產企業,年生產能力超過40萬噸,產量達到32萬噸,產品品種達到20余種,近20年間年產量的平均增長率超過20%。據有關部門統計,2001年各種酶製劑產品的出口量為4812噸,出口額為2807萬美元。但整體而言與國外發達國家先進水平相比仍存在很大的差距和問題,主要表現在產品品種少,結構不合理;生產規模小,生產水平低,產品質量差;開發能力差,精細化程度低。在今後的發展中需要注重「生產集中,應用廣泛」,要多品種,規模化生產。   生產的微生物。將酶加工成不同純度和劑型(包括固定化酶和固定化細胞)的生物製劑是酶製劑。動、植物和微生物產生的許多酶都能製成酶製劑。   植物由於生長地域、季節、氣候等的影響,生產酶製劑的產、質量都不穩定。動物產生的酶主要從屠宰牲畜的腺體中提取,來源有限;只有微生物生產的酶,可滿足任何規模的需求,產率高、質量穩定。微生物酶製劑既可取代性能相同的動、植物主要酶製劑種類,又能生產出在100℃起催化作用的高 溫-澱粉酶和在pH10~12起作用的洗滌劑蛋白酶等品種。20世紀40年代,微生物酶製劑工業迅速發展起來。現在酶製劑的生產是以深層發酵為主,以半固體發酵為輔,菌株產酶的能力也有很大的提高。60~70年代發展起來的固定化酶和固定化細胞技術使酶可反覆使用和連續反應進行,其應用的範圍也更加擴大。目前,除食品、輕紡工業外,微生物酶製劑還用於日用化學、化工、製藥、飼料、造紙、建材、生物化學臨床分析等方面,成為發酵工業的重要部門。

生產工藝

  生產酶製劑的微生物有絲狀真菌、酵母、細菌3大類群,主要是用好

酶製劑

氣菌。幾種主要工業酶的菌種和使用情況如下:

澱粉酶類

  澱粉酶水解澱粉生成糊狀麥芽低聚糖和麥芽糖。以芽孢桿菌屬的枯草芽孢桿菌和地衣形芽孢桿菌深層發酵生產為主,後者產生耐高溫酶。另外也用曲霉屬和根霉屬的菌株深層和半固體發酵生產,適用於食品加工。-澱粉酶主要用於製糖、紡織品退漿、發酵原料處理和食品加工等。葡糖澱粉酶能將澱粉水解成葡萄糖,現在幾乎全由黑曲霉深層發酵生產,用於製糖、酒精生產、發酵原料處理等。

蛋白酶

  使用菌種和生產品種最多。用地衣形芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌以深層發酵生產細菌蛋白酶;用鏈黴菌、曲霉深層發酵生產中性蛋白酶和曲霉酸性蛋白酶,用於皮革脫毛、毛皮軟化、製藥、食品工業;用毛霉屬的一些菌進行半固體發酵生產凝乳酶,在製造乾酪中取代原來從牛犢胃提取的凝乳酶。

葡糖異構酶

  70年代迅速發展起來的一個品種。先用深層發酵取得鏈黴菌細胞,待固定

酶製劑的一種

化后,將葡萄糖液轉化成約含果糖50%的糖漿,這種糖漿可代替蔗糖用於食品工業。用澱粉酶、葡糖澱粉酶和葡糖異構酶等將玉米澱粉製成果糖漿已成為新興的製糖工業之一。

其他重要工業用酶還有

  用曲霉、木霉半固體發酵生產的纖維素酶;用曲霉生產的果膠酶、半纖維素酶;曲霉和青黴深層發酵生產的葡糖氧化酶過氧化氫酶;用假絲酵母、曲霉深層發酵生產的脂肪酶等;用黑曲霉深層或半固體發酵生產的葡糖澱粉酶、葡糖氧化酶、過氧化氫酶、脂肪酶、乳糖酶等;用米曲霉生產的澱粉酶、蛋白酶、核糖核酸酶;用芽孢桿菌生產的蛋白酶、-澱粉酶。   中國從 1964年開始生產細菌-澱粉酶。至今除有-澱粉酶(枯草芽孢桿菌),蛋白酶(芽孢桿菌、曲霉、鏈黴菌),葡糖澱粉酶(黑曲霉)等主要酶製劑品種外,還有脂肪酶(假絲酵母)、葡糖氧化酶(青黴)、天冬酰氨酶(大腸桿菌)及用固定化技術生產的葡糖異構酶(鏈黴菌)、青黴素酰化酶、天冬氨酸酶、多核苷酸磷酸化酸化酶(大腸桿菌)、富馬酸酶(假絲酵母)等多種酶製劑品種。

遵守條件

  工業酶製劑生產菌種除要不斷進行選育外,還應遵守以下條件:①盡可能多生產所需要的胞外酶;②菌種特性要穩定,如產酶能力、半固體發酵用菌株的生孢子能力等不能減退或波動;③用廉價的工業原料;④不產生干擾生產或影響產品的副產物(如膠狀物、色素等);⑤不能使用產毒素的菌種和它們的近緣種。   每個微生物細胞有產生2500種以上酶的能力。現在開發的只是以水解酶類為主的很小一部分,而且在生產上使用的菌種數也很有限。因此,在酶的種類和劑型上都很有開發的潛力。在技術上,除誘變育種外,已開始採用融合雜交細胞工程和基因工程等技術來培育性能更優良的新型菌種。

存在問題

缺乏溝通

  飼用酶製劑生產和應用之間缺乏溝通飼用酶製劑的生產屬於發酵工業。酶製劑工業過去主要是生產工業用酶製劑

酶製劑圖片

,如用於食品、紡織、洗滌劑等的酶製劑,而對飼用酶製劑的應用和市場特點不甚了解。另一方面,飼用酶製劑應用方面對酶製劑工業產品的種類及特點也缺乏了解。例如酶製劑工業能提供哪些適合於飼用的單酶或複合酶品種,產品對飼料高溫制粒的穩定性及對胃酸的穩定性如何,等等。

方法不規範

  飼用酶製劑生物學評價試驗方法不夠規範   如有的企業,飼用酶製劑產品飼養效果試驗不僅試驗動物數量少,而且不設重複組,顯然不符合飲料生物學評價原則,其試驗結果也就缺乏說服力。

解決方法

  一、加大科技投入,發酵、生物技術和飼料、營養方面的專家進一步加強合作,不斷研製出適合於飼料原料和市場特點的飼用酶製劑新產品,以推動飼用酶製劑的生產和廣泛應用。   二、制訂飼用酶製劑檢測方法標準。   三、規範飼用酶製劑生物學評價試驗方法。通過以上努力,使酶譜優化、酶活穩定、飼餵效果好、價格合理的飼用酶製劑優質產品在市場競爭中能夠等到更大的推廣。

注意事項

成本計算

  1、酶製劑應納入配方成本計算   生物工程生產的微生物植酸酶,可以降解植酸鹽,釋放可利用的磷、鈣、能量和蛋白質等,釋放的磷、鈣和其他養分的數量,在推薦水平下呈線性增加。植酸酶添加水平超過500FTU/kg的添加量時,養分的釋放會持續提高,但單位植酸酶的釋放量趨於下降。因此超推薦水平添加植酸酶,在經濟上是不合算的。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶能有效地降解飼料中某些原料所含有的β-葡聚糖和戊聚糖。這2種水溶性非澱粉多糖是抗營養因子。這些抗營養因子能結合大量的水分,使消化道流體的粘度增加。降低營養底物與消化道內源酶的作用,致使營養成分的有效性下降。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶添加在玉米-豆粕型含抗營養因子較少的日糧中,對動物的生產性能改善作用不明顯;添加在黑麥大麥、小麥為主的日糧中和含非常規飼料原料較多的日糧中,對動物的生產性能改善作用較大。同一添加量隨日糧中非常規飼料含量的增加,改善作用更趨明顯;同一日糧隨酶的添加量的增加,改善作用也更趨明顯,但單位酶的改善作用效果下降。無論何種飼料原料,超量添加β-葡聚糖酶和戊聚糖酶經濟上也都是不合算的。總之,配製最低成本日糧和計算效益時,應將酶製劑納入配方成本計算。

影響因素

  2、應考慮影響酶製劑活性的因素   酶製劑本身是一類蛋白質,影響蛋白質的任何因素都會影響酶製劑的活性。酶製劑的活性隨溫度的升高而增加,但當溫度高到一定程度時,又使酶變性而喪失活性。一般酶活性的最適溫度為30~45℃,超過60℃時酶會變性,喪失活性。pH對酶活性也有影響,在其他條件不變時,酶在一定的pH範圍內活性最高。一般酶活性的最適pH接近於中性(6.5~8.0)。但也有例外,如胃蛋白酶的最適pH為1.5。一碘醋酸、高鐵氰化物和重金屬離子等可與酶的必需基團結合或發生反應,從而使酶喪失活性。因此在飼料生產過程中一定要注意溫度、酸鹼性、重金屬離子等因素對酶製劑的影響,以求達到酶製劑的最佳使用效果。

含量及價格

  3、購買酶製劑應考慮有效含量及價格   市場上酶製劑的種類很多,用戶在購買酶製劑時,一定要選擇既能保證有效含量,又較便宜的酶製劑,不應只考慮價格便宜,不考慮有效含量。

餵養對象

  4、使用酶製劑應考慮飼餵對象   單胃動物應用酶製劑效果明顯,草食動物效果不明顯。因此草食動物飼料中可不考慮添加酶製劑。

質量檢驗

  5、應重視酶製劑的質量檢驗   現在很多飼料檢測部門都可檢驗酶製劑的有效含量。用戶在選購時,可把樣品送到有關部門檢驗,以確保購買的酶製劑質量可靠。

不能適用測定

  現有酶測定方法不能完全適用於飼用酶製劑酶活的測定   工業酶活檢測方法規定的檢測溫度、pH不一定是動物體內酶發揮作用的環境溫度和pH。如工業用木聚糖酶活檢測溫度規定為50℃和pH為5.3,而動物體溫為40℃左右,酶在體內起催化作用的部位--小腸pH為6.0左右。因此,如用現行工業酶的測定方法檢測飼用酶,就可能影響不同品牌飼用酶製劑酶活的橫向比較。即用工業酶檢測方法檢測具有最大酶活的產品,不一定在畜禽消化道內具有最大酶活。