酶的應用現狀

1在食品業的應用

酶制劑在食品工業的三大用途分別是水果蔬菜加工、焙烤食品和乳制品。

1.1在乳制品中的應用

乳糖是存在于哺乳動物乳汁中的一種雙糖,甜度和溶解度均較低, 飲食中的乳糖可提高人體對Ca,P,Mg和其他必需微量元素的吸收，但其在小腸里不能被直接吸收,必須通過小腸內乳糖酶水解才能被人體消化吸收。β-D-半乳糖苷酶又稱乳糖酶,是一種無味、無嗅,溶解后呈淺棕色且無毒、副作用的生物酶制劑,該酶可用于降解乳糖為半乳糖和葡萄糖,亦具有半乳糖苷的轉移作用。

乳糖酶通過轉糖苷作用可生成低聚糖,如低聚半乳糖、異乳糖等。轉糖苷作用生成的低聚半乳糖幾乎不被小腸消化,是一種低分子量、不粘稠的水溶性膳食纖維。它作為腸道內雙歧桿菌的增殖因子,只能為雙歧桿菌所利用,而不能被腸道內腐敗細菌所利用,增殖的雙歧桿菌競爭性地拮抗腐敗菌如產氣莢膜梭菌的生長,減少有害毒素物質的產生,防止便秘和腹瀉,有整腸效果。與此相關還有抗癌、降血壓、增強肝功能及促進Ca2+吸收等作用。與一般膳食纖維相比,低聚半乳糖(GOS)對酸穩定,有良好的保濕性,不會束縛金屬離子,易于添加到食品和飲料中。用于生產低聚糖的酶源有米曲霉、乳酸克魯維酵母、脆壁克魯維酵母、環狀芽孢桿菌。

乳糖酶用于乳品生產低聚糖制品在國外已有許多產品上市,如乳糖水解奶、低乳糖奶、奶酪冰激凌等。經過水解的牛奶具有以下特點:增加滋味,明顯提高奶香,改善口感等。另外還用于生產干酪、奶粉等方面。冷凍乳制品甜點如冰激凌、速凍酸乳酪含有活的乳酸菌,比其他乳制品保存時間更長,同時活的乳酸菌又能產生乳糖酶,從而減輕乳糖不耐受癥狀。

1.2在培烤食品中的應用

酶在烘烤食品方面,可以增大面包體積,改善面包表皮色澤,改良面粉質量,延緩陳變,提高柔軟度,延長保存期限。國外經試驗表明,向面粉中添加0.1%的淀粉酶,就可以使面粉變得完善,大大改進產品的質量,因此國外都把面粉中的淀粉酶活力作為面粉質量指標之一。

制作面包時,當面質很硬或需要面團具有特別的柔韌性和延伸性時加入蛋白酶,能改善面團物理性質和面包質量,使面團易于延伸,以較快速度成熟。在生產蛋糕過程中,雞蛋液是主要的關鍵原料,要求具有良好的乳化性和持泡性,通過添加蛋白酶制劑可有效地改善雞蛋液乳化性和持泡性。脂肪氧化酶添加于面粉中,可以使面粉中的不飽和脂肪酸氧化,同胡蘿卜素發生共扼氧化作用而將面粉漂白。乳糖酶也用于加脫脂奶粉的面包制造中,它可以分解乳糖生成可發酵性的糖,促進酵母發酵,改善面包色澤。

1.3在果蔬加工中的應用

水果蔬菜加工中最常用的有果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果膠酶已成為許多國家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果膠酶和其他的酶(如纖維素酶等)處理可以大大提高出汁率,簡化工藝步驟,并且可明顯提高果汁澄清度,降低果汁相對黏度,提高果汁過濾效果。

此外,柑橘類加工產品出現過度苦味是柑橘加工業中較重要的問題。造成苦味的物質主要有兩類:一類為檸檬苦素的二萜烯二內酯化合物;另一類為果實中多種黃酮苷。脫去苦味的方法有吸附法和固定化酶法。吸附法是一次去除苦味物質,而酶法脫苦主要是利用不同的酶分別作用于檸檬苦素和柚皮苷,生成不含苦味的物質。工廠生產中常采用固定化柚皮甘酶減少柑橘類果汁中的柚皮苷含量。其載體常使用甲殼素、空心玻璃床(DEAE—Sephadex或單寧-6-氨基乙基纖維)、海藻糖、醋酸纖維和三醋酸纖維制成的膜。

此外，還有一些酶類在食品生產中也起了相當大的作用，如木瓜蛋白酶能增強肌肉酶類的作用，使肉類在烹飪過程中嫩化;從麥芽中提取的植酸酶可有效降低豆科植物和谷類中的植酸;果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶可促使細胞分離、細胞壁變軟，使原材料易于榨漿等。在食品包裝上，葡萄糖氧化酶對食品有多種作用，作為在食品保鮮及包裝中最大的作用是除氧，延長其食品的保鮮保質期，保持色、香、味的穩定性;細胞壁溶解酶最大的特點是消除某些微生物的繁殖，而讓某些有益細菌得以繁殖，在食品包裝上更多的是用作防腐。

2在發酵業的應用

目前酶工程在發酵業中的典型應用為醬油的釀造，即以酶制劑代替制曲,經制醅后熟,再添加酵母生香,或用固定化酵母生香,或經太陽曬露生香制成現代化釀造醬油。

“酶法”生產醬油,具有穩定的酶系和固定的酶活力 ,酶解效果穩定；生產工藝由于省去了設備和制曲工序，不僅易于控制，且可減少車間的占用面積,提高勞動生產率。此外，“酶法”生產工藝減少了制曲過程中粗淀粉45%左右的損失,其出品率高于“曲法”，且由于不需制曲,因此可極大地減少被雜菌污染的機會,從而提高了醬油的衛生水平，若以淡色鮮醬油的澄清度百分透光率比較，“酶法”的生產工藝為45. 5%,“曲法”的生產工藝僅為20%[5]。

3在釀酒業的應用

麥芽是生產啤酒的主要原料。麥芽質量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時，會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足，使糖化不能充分、蛋白質降解不足，從而影響啤酒的風味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、p一葡聚糖酶等制劑，可補充麥芽中酶活力不足的缺陷。

4在飼料業的應用

當前，我國用作畜禽飼料的谷物主要是玉米，這造成了玉米供應日趨緊張，因此必須充分開發利用資源豐富的麥類、谷物和糠麩。然而麥類、谷物和糠麩等副產品中都存在抗營養因子——木聚糖 (xylan)，它是一種多聚五碳糖，是自然界中繼纖維素之后含量第二豐富的再生物質資源。木聚糖酶可將木聚糖降解成低聚糖和木糖，可有效消除禾本科谷物中主要抗營養因子木聚糖的不利影響，提高谷物的養分利用率，改善家禽的生產性能，改善生態環境和防治動物疾病，避免了由于添加抗生素、激素和高銅等物質所產生的負面影響，具有明顯的經濟效益和積極的環保意義。

5在醫療業的應用

近年來，酶類藥物以其安全、高效的特點在臨床應用上處于不斷上升趨勢。如將尿激酶、彈性酶、降纖酶、纖溶酶、鏈激酶、膠原酶、超氧化物歧化酶等新的酶類藥物廣泛應用于心腦血管疾病、血液系統疾病、保健、抗衰老等各個方面,還有不少酶制劑被用做急救藥品。

由于植物和真菌的細胞外層都含有細胞壁，細胞壁往往成為阻止中藥有效成分溶出的關鍵壁壘，而借助于酶工程可以實現針對細胞壁的破壞和消解，從而使得細胞有效成分更加的容易溶出，提高提取效率。如纖維素酶，果膠酶等具有定向的分解細胞壁，提高有效物質的溶出率的特點，在中藥有效物質提取中具有廣泛的應用前景[7]。

大量研究表明，利用酶工程技術進行中藥有效成分修飾，不僅方便快捷，而且可以避免有機化工方法帶來的毒性和污染。

酶工程技術在降低中藥提取物有毒物質毒性中有重要應用。黃曲霉素是黃曲霉菌屬黃曲霉菌、寄生曲霉菌產生的代謝物，劇毒，同時還有致癌、致畸、致突變的作用，是目前發現的化學致癌物中最強的物質之一。中藥材采收、加工、儲存、運輸不當均可導致黃曲霉素的產生。黃曲霉毒素解毒酶的發現，使得利用酶工程技術可以有效降低黃曲霉素的毒性，該研究雖處于起步階段，但隨著黃曲霉素解毒酶結構研究的深入，該技術將擁有良好的前景。另外，利用酶工程，可以改變中藥中某些化合物的結構而起到降毒的作用，比如利用生物工程對毒性較強的喜樹堿進行轉化，使之成為低度性的 10-羥基喜樹堿的成功例子已經出現。

6在紡織、洗滌業的應用

酶在紡織工業中的應用主要有:淀粉酶取代燒堿、硫酸、雙氧水等用于織物在織造過程中的退漿處理;纖維素酶用于纖維素纖維及其混紡織物的減量整理,如牛仔服的酶洗整理等。

酶在洗滌劑工業中的應用已有近百年歷史,加酶洗滌劑是酶在化工中用量最大、應用最廣也最典型的例子。20世紀80年代以后的洗滌劑用酶,從質量來看,單位活力愈來愈高;從劑型來看,從細粒到外包裹小球狀,再發展到雙色包裹小球狀顆粒,在生產和使用過程中克服了酶粉飛揚現象;從酶品種來看,除對原有的堿性蛋白酶不斷優化外,還相繼開發出堿性脂肪酶、堿性淀粉酶和堿性纖維素酶等多種洗滌劑用酶,從而使加酶洗滌劑的品種不斷更新,質量不斷提升。

7在造紙、制革及環保業的應用

酶制劑用于皮革生產始于20世紀70年代酶法皮革脫毛軟化,經蛋白酶和脂肪酶處理的皮革質量提高,大大降低了廢水的污染。

酶制劑用于造紙工業主要有:木聚糖酶用于促進紙漿漂白,可節約漂劑和提高漿料漂后白度;淀粉酶和纖維素酶用于纖維改性和脫墨,可促進油墨脫除、提高脫墨漿白度,改善濾水性及提高衛生紙的柔軟度;漆酶用于木素改性和廢水處理,可提高含機械漿料的濕強度、降低廢水色度及BOD/COD值;過氧化氫酶可降解漂白后殘余過氧化氫。

酶制劑在處理廢物、廢水,化廢為寶,實現二次利用方面表現出巨大的應用前景。在農業方面,生物農藥只作用于農作物致病菌或致病因素,對人體無害,不存在農藥殘留問題。化工行業是污染的主要來源,以酶作為催化劑可使化學反應在常溫、常壓、中性條件下進行,既降低了本,又大大減少了污染。目前,我國檸檬酸和聚丙烯酰胺就借助生物化工技術實現了大規模、小投資、低成本的技術升級。