食品添加剂 酶制剂

一 前言 二 国内酶制剂现状 三 国外酶制剂发展概况 四 酶制剂应用领域 五 酶制剂在食品工业中的应用与安全 六 酶制剂发展前景

一、 前言 1.酶制剂的定义 　　　从生物（包括动物、植物、微生物）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品。 　　　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，因此通常被称作“生物催化剂”。 　　　酶具有催化的高效性、专一性和作用条件温和等优点，所以越来越得到重视，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、保护环境等方面产生了巨大的社会效益和经济效益。

２．我国常用的酶制剂 　　　至今，我国标准允许使用的酶制剂有（6+2+5+2+2+3+4+1+1)=26种。 　　　我国已工业化生产的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、异构淀粉酶、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。

1996年

1997年

1998年

1999年

2000年

2002年

2003年

2006年、2007年 酶制剂   植酸酶

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二、 国内酶制剂的现状 我国的酶制剂工业起步于1965年，在无锡建立了第一个专业化酶制剂厂，当时总产量只有10 t，品种只有普通淀粉酶。 　　　自1965年，我国酶制剂实现工业化生产以来．从无到有，从小到大，酶制剂由单一品种发展到30多个品种，已形成了较完整的体系。还有一些新酶种已完成实验室工作，进入中试或生产型试验阶段。与此同时，行业集团化经营得到了发展，企业规模扩大，品种增多，主要品种的发酵水平大幅度提高,酶制剂的发展推动了发酵工业和相关行业的发展。

目前我国酶制剂生产企业约100家，均为中小型企业，现有生产能力40多万吨。 　　　产品以糖化酶，a－淀粉酶、蛋白酶为主，这三种产品的年生产量占据总生产量的95％以上；还有果胶酶、 β-葡聚糖酶、纤维素酶、碱性脂肪酶、a－乙酰乳酸脱羧酶、植酸酶、木聚糖酶等。 　　我国酶制剂产品主要应用于酿酒、淀粉糖、洗涤剂、纺织、皮革、饲料等行业。

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三、 国外酶制剂发展概况 近年来，随着生物技术深入研究，酶工程产业发展非常迅速，成为21世纪大有发展前途的新兴产业之一。 　　　　　酶制剂工业是知识密集的高科技产业，是生物工程的经济实体。 　　　近年来，随着生物技术深入研究，酶工程产业发展非常迅速，成为21世纪大有发展前途的新兴产业之一。　　 　　　近年来国际上在酶工程研究和酶工程产业方面发展非常迅速，酶制剂市场以年平均11％速度逐年增加。　 　　　当今国际酶制剂工业研究和发展动向，可归结为以下几个方面：

1、 研究开发投入大，高新技术应用广 　　　国外酶制剂公司研究开发经费一般占产品销售额的10％～15％，如丹麦诺维信公司的研发经费达到总预算经费的19％，从事研发工作的人员占公司总雇员23％。 　　　由于经费充足，科研力量雄厚，早已把基因工程、蛋白质工程等现代生物技术用于产酶菌种的改良、新型酶开发。 　　　由于高新技术应用，提高了酶的产量，增加了酶的稳定性，使酶能适应应用环境，提高了酶在有机溶剂中反应效率，使酶在后提取工艺和应用过程中更容易操作。

2 、大力研制、开发了新酶种 据报道全世界已发现的酶有3 000多种，工业上生产的酶有60多种，真正达到工业规模的只有30多种，因此大力开发研制新的酶种，剂型多样化是酶制剂研究又一发展趋势。 　　在工业酶制剂市场，长期以来水解酶类一直处于主导地位，约占市场销售总额的75％以上，而目前也注意开发非水解酶类，特别是氧化还原酶类，它们所占市场份额不断扩大。

以往酶制剂的应用领域集中在淀粉加工、食品加工和洗涤剂工业。 3、 不断拓宽酶制剂的新用途 　　　以往酶制剂的应用领域集中在淀粉加工、食品加工和洗涤剂工业。 　　　随着人类所面临的食品和营养、健康和长寿、资源和能源、环境保护和生态平衡等各种重大问题不断产生，酶制剂应用范围也越来越宽。酶制剂工业将对人类的经济和社会生活产生重大影响。

4 、酶制剂工业发展趋向垄断化 　　　像其他的新兴工业发展趋势一样，酶制剂市场竞争日趋激烈，各大公司收购兼并重组继续进行，酶制剂行业垄断已逐步形成，世界上具有一定规模的酶制剂企业已由20世纪80年代初80多家减少到90年代中期的20多家。 　　　丹麦诺维信公司继续处于龙头老大位置，占有市场50％份额，而美国杰能科公司，占有25％左右市场份额，其他各国酶制剂生产企业分享余下25％市场份额。

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四 、酶制剂的应用领域 　　自1894年日本人高峰让吉开始应用酶制剂，到2O世纪前半叶德、美、法等国把胰酶、木瓜酶、淀粉酶分别用于制革、啤酒和纺织工业，到现在酶制剂已广泛应用于食品、医药、纺织、制革等各个领域。 　　1. 在食品工业中的应用 酶制剂在食品工业中的应用较早，也较广泛，实际应用和正在应用的酶制剂有几十种，如淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶等，但应用最多的还是淀粉酶类。

(1) 在食品加工中的应用 酶在食品工业中的最大用途是生产加工食品的原料。 　　　酶在食品工业中的最大用途是生产加工食品的原料。 　　　以淀粉的加工为例，通过不同的淀粉酶分解淀粉，可以生产出饴糖、麦芽糊精、麦芽糖浆(三糖、四糖)、高麦芽糖浆(麦芽糖达60％)、麦芽糖、麦芽糖醇和果糖等甜味剂，分别用于糖果、冰淇淋、饮料等各类食品的加工。用橙皮苷酶和橙皮苷反应可以生产橙皮素一葡萄糖苷二氢查耳酮，其甜度为蔗糖的70～100倍。 　　　酶制剂在食品加工业中的新用处是用于异麦芽低聚糖、海藻糖、帕拉金糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖等功能性低聚糖的制造。

(2) 在食品品质改良中的应用 酶在食品中应用的一个重要方面就是改善食品的色泽、风味、品质、产量。 　　　酶在食品中应用的一个重要方面就是改善食品的色泽、风味、品质、产量。 　　　如传统牛肉制品口感坚韧，色泽灰白，出品率低。采用木瓜蛋白酶与外源性Ca2+ 激化剂嫩化处理,并经熟制等处理就可得到色泽棕红、口感脆嫩、风味良好的牛肉制品。　　 　　　绿茶饮料易产生浑浊沉淀，加入果胶酶可分解茶汤中的果胶沉淀，提高产品的澄清度，同时也可使茶叶在低温下萃取，避免高温对茶汤色泽和风味的破坏。

在韧性饼干的生产过程中添加中性蛋白酶，能改变面团的流变学性质，使面团的弹性和稳定时间显著降低，衰落度明显增加，对韧性饼干自然断裂有明显的抑制作用。 　　在白酒生产中用糖化酶代替麸曲，可提高出酒率，节约粮食，提高经济效益。酶制剂应用于果蔬汁加工中可增加出汁率，降低粘度，增加产品色泽风味的稳定性、澄清度，减少苦涩味。

　　　焙烤业是酶工程技术应用的一个非常活跃的领域。 a－淀粉酶可加快面团发酵速度，促进酵母繁殖，增大面包体积，改善风味；蛋白酶能水解蛋白质，从而降低面筋筋力，使面团弹性降低，易于伸展和延伸；木聚糖酶在面粉中能提高面筋的网络结构和弹性，增强面团的稳定性，改善加工性能，如用以面包生产，可以改善面包的组织结构，增大面包体积；葡萄糖氧化酶能使面粉蛋白质中的硫氢基氧化成二硫键，故具有增筋的作用；脂肪酶也可用于面粉，它具有增筋和增白的双重作用，提高面团稳定性，增大产品体积，改善组织结构。

(3) 在食品保鲜中的应用 酶法保鲜的原理是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质。 　　目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的保鲜技术。 　　葡萄糖氧化酶对食品有多种作用，在食品保鲜及包装中最大的作用是除氧，延长其食品的保鲜保质期。

很多食品，尤其是生鲜食品，其保藏过程中或加工过程中，氧的存在使其保鲜受到很大影响，除氧是食品保藏中的必要手段。 　 很多除氧方法效果都不佳，从选择抗氧剂的特性来说，利用葡萄糖氧化酶除氧是一种理想的方法，葡萄糖氧化酶具有对氧非常专一性的理想的抗氧作用。对于已经发生的氧化变质作用，它可阻止进一步发展；或者在未变质时，它能防止发生。

　如在啤酒加工过程中加入适量的葡萄糖氧化酶可以除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧，阻止啤酒的氧化变质。葡萄糖氧化酶又具有酶的专一性，不会对啤酒中的其他物质产生作用。因此葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化、保持啤酒风味、延长保质期方面有显著的效果。

溶菌酶可以水解细菌细胞壁肽聚糖的1，4-糖苷键，导致细菌自溶死亡；并且溶菌酶在含食盐、糖等的溶液中稳定，耐酸性耐热性强，故非常适合于各种食品的防腐。 　　它对革兰氏阴性菌、好气性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌等都有抗菌作用。它能杀死肠道腐败球菌，增加抗感染力，同时还能促进婴儿肠道双歧乳酸杆菌增殖，促进乳酪蛋白凝乳利于消化，所以是婴儿食品、饮料的优良添加剂。

酶检测法就是用酶来测定某些用一般化学方法难于检测的食品成分的含量或测定食品中某些特殊酶的活性或含量。 (4) 酶制剂在食品检测分析中的应用 　　　酶检测法就是用酶来测定某些用一般化学方法难于检测的食品成分的含量或测定食品中某些特殊酶的活性或含量。 　　　其特点是准确、快速、特异性和灵敏性。 　　　酶法分析包括食品组分的酶法测定、食品质量的酶法评价及食品卫生与安全等方面的问题。

酶免疫测定法 　　　　酶免疫测定(Enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)是继放射免疫测定技术(radioimmunoassay，RIA)之后发展起来的一项新的免疫学技术，它将酶促反应的高效率和免疫反应的高度专一性有机地结合起来，可对生物体内各种微量有机物的含量进行测定(只要有纯品)。 　　　目前，ELISA技术在食品中也得到了越来越广泛的应用。采用ELISA法测定的真菌毒素有：黄曲霉毒素B1、黄曲毒毒素M1 等。

　　酶联免疫吸附法除可检测食品中的毒素、残留农药及微生物外，还可用于营养素的测定，如蛋白质等近百种食品成分的测定。 　　另外，ELISA也可以用来检测食品加工过程中的酶(如磷酸丙糖异构酶；转谷氨酰胺酶)含量的变化。

聚合酶链式反应(PCR) 　　　聚合酶链式反应(PCR)以特定的基因片段为模板，利用人工合成的一对寡聚核苷酸为引物，以4种脱氧核苷酸为底物，在DNA聚合酶的作用下，通过DNA 模板的变性，达到基因扩增的目的。 　　　　PCR是目前转基因食品检测较为成熟的方法。刘光明等应用PCR－ELISA检测技术，建立了转基因大豆与玉米中常用外源基因的快速检测体系，并应用于进出境产品的转基因检测实际工作中，结果表明，PCR－ELISA法具有操作简便、灵敏特异、结果准确的优点，可对转基因大豆、玉米及其它转基因产品进行定性和定量检测

要检测出肉制品中肉的组成比较困难。　　 　　Beneke等对热处理后的熟肉样品，经PCR后检测发现牛肉、猪肉、鸡肉和火鸡肉的最小检测量为l％～2％ ，且肉制品中的抗坏血酸添加剂不影响检测结果，并指出，在目前，PCR是区分鸡肉和火鸡肉的惟一方法 。 　　PCR也用于食品中腐败菌、病原菌如肠道出血性大肠杆菌、沙门氏菌、弧菌、金黄色葡萄球菌等的检测。

酶生物传感器 　　　酶传感器主要利用它对生物体的催化特性，且对特定底物有反应的特异性，把这种特异性与电化学分析的迅速性和简便性结合起来，从含有多种多样的有机物的生物试样中，有选择地把特定物质迅速测定出来。 　　　它还具有能反复进行，不需要通常进行酶分析时需要的酶和显示剂，实现无试剂分析。 　　　因此，发展较快，现已有多酶传感器，可用在生产线上监控食品加工流程、发酵工艺过程及微生物浓度的控制，又可在包装材料上测知食品是否经过不当温度的贮存、冷冻时微生物含量及贮存寿命的预警。

　　　利用酶电极进行食品分析，已能测定多种氨基酸和一些糖类，如：用脲酶电极法测定食品中赖氨酸含量。 　　　由固定化蔗糖转化酶(INV)，葡萄糖变旋酶(MUT)及葡萄糖氧化酶(GOD)的复合酶膜组成的过氧化氢双电极系统，可同时测定样品中蔗糖和葡萄糖的含量。操作简单，测定快速，结果准确可靠，仪器稳定性好，酶膜使用寿命长的特点，一次进样可同时测定样品中蔗糖和葡萄糖的含量，而且样品无需特别处理，适用于食品发酵液中蔗糖和葡萄糖的测定。

2.在发酵工业的应用 (1) 利用酶制剂制备工业原料 以粗淀粉为原料，用淀粉酶发酵糖液，这种发酵糖液可代替工业用葡萄糖。酶制剂还用于发酵生产白酒、酒精，氨基酸和抗生素等。味精发酵是以酸水解淀粉为原料，沈阳味精厂以淀粉酶和糖化酶水解玉米淀粉为原料，用于50t罐进行味精发酵，结果大幅度提高了原料的利用率和味精的产率。

酶制剂还用于酶法生产有机酸、氨基酸，同时可用酶法制酱及生产加酶饲料等. (2) 酶法生产核苷酸 用桔青霉或产黄青霉产生的5’一磷酸二酯酶水解核糖核酸(RNA)生产各种5’一核苷酸。用核苷磷酸化酶，可催化肌肝进行磷酸化生成5’一肌苷酸，催化鸟苷可生产5’一鸟苷酸。用腺苷酸脱氨酶水解AMP，脱氨基后生成肌苷酸(IMP) (3) 其它产品 酶制剂还用于酶法生产有机酸、氨基酸，同时可用酶法制酱及生产加酶饲料等.

3 .在医疗领域的应用 (1) 助消化剂 (2) 消炎剂 如胃酶、胰酶、纤维素酶、脂肪酶，可用作消化剂，治疗消化不良、食欲不振等症状。 酸性蛋白酶、胰糜蛋白酶、菠萝蛋白酶等蛋白酶制剂，可作为消炎剂治疗各种炎症，如血栓性静脉炎、慢性支气管炎等。

(3) 溶茵酶 　它具有抗菌、抗病毒和消炎等作用，与抗菌素合用能增强抗菌素的疗效，如治疗支气管性肺炎等。

酶制剂还用于日用化学工业、制革工业、采油业和环境工程技术中。 4 . 在其他行业的应用 酶制剂还用于日用化学工业、制革工业、采油业和环境工程技术中。

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五 酶制剂在食品工业中的应用与安全 1. 食品工业用酶选择原则和来源 食品工业用酶的选择原则,包括安全性、法规容许、成本、来源稳定性、纯度、专一性、催化反应能力以及在加工过程中保持稳定等。 食品工业用酶的来源包括动物、植物和微生物。 　　来源于动物的酶主要从动物的胃粘膜、胰脏和肝脏中提取得到。

　　　能够提供食品工业用酶的植物品种较多，包括大麦芽、菠萝、木瓜、无花果和大豆粉等。 　　　例如从大麦芽中提取的a－淀粉酶和β-淀粉酶，可以用在淀粉工业中；从菠萝茎、木瓜汁和无花果汁中提取的菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶及无花果蛋白酶可以用来生产蛋白水解物，用于防止啤酒冷沉淀和嫩化肉类等。

　　　应用于食品工业中的酶制剂来源虽然较多，但以微生物来源的酶制剂种类最多，其数量大、价格低、制备易且用途广。 　　　据统计目前从微生物中至少己发现2500多种不同的酶类，其中绝大部分用于食品工业。

2 酶制剂来源安全性的评估标准 对酶制剂产品的安全性要求，联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)食品添加剂专家委员会（JECFA)早在1978年WHO第2l届大会就提出了对酶制剂来源安全性的评估标准: 　　(1)来自动植物可食部位即传统上作为食品成份，或传统上用于食品的菌种所生产的酶，如符合适当的化学与微生物学要求， 即可视为食品， 而不必进行毒性试验。

(2)由非致病的一般食品污染微生物所产的酶要做短期毒性试验。 (3)由非常见微生物所产生的酶要做广泛的毒性试验，包括老鼠的长期喂养试验。 　　　这一标准为各国酶的生产提供了安全性评估的依据。生产菌种必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，菌种需经各种安全性试验证明无害才准使用于生产。对于毒素的测定，除化学分析外，还要做生物分析。

3 食品用微生物酶制剂的安全问题及应对措施 在国外，食品用酶制剂是作为食品添加剂的，对其安全卫生规定很严。 　　　在国外，食品用酶制剂是作为食品添加剂的，对其安全卫生规定很严。 　　　酶本身虽是生物产品，比化学制品安全，但酶制剂并非单纯制品，常含有培养基残留物、无机盐、防腐剂、稀释剂等。 　　　在生产过程中还可能受到沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的污染。 　　　酶制剂还可能含生物毒素， 尤其是黄曲霉毒素， 即使是黑曲霉，有些菌种也可能产生黄曲霉毒素。黄曲霉毒素或由于菌种本身产生或由于原料(霉变粮食原料)所带入。　　　 　　　此外培养基中都要使用无机盐，难免混入汞、铜、铅、砷等有毒重金属。 　　　为保证产品绝对安全，对原料、菌种、后处理等工序都要严格把关。酶制剂的生产场地要符合GMP，即良好的生产规程要求。

　　　由图1可知从“培养基”到“酶制剂成品” 的各个环节，有害微生物及重金属污染也是酶制剂产品安全性的一大隐患。 　　　有的企业采用工业废品作为微生物培养基就可能带来重金属污染，因此，在选用培养基时一定要谨慎，尽量选用天然的植物作为培养基。 　　　培养基的充分灭菌对防止有害微生物及其代谢产物的污染也十分重要，在固体发酵时同样也要防止其他微生物的污染。 　　　最后，还要防止有害微生物及重金属经其他途径进入酶制剂的生产过程.

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六 酶制剂发展前景 近年来，酶制剂的应用已取得了很大突破。 　　　近年来，酶制剂的应用已取得了很大突破。　 　　　酶学领域经历了前所未有的发展，除了继续对新的酶源进行筛选，研究其在加工中的适用性外，一些新技术如蛋白质工程、合成酶技术、非水相酶促反应等不断涌现，从而使人们在酶的研究、应用上做了大胆尝试。 　　　新的探索表明：即使在极端条件下，酶也可以进行催化反应，或者通过合成模拟酶的形式催化在一般生物条件下不能发生的酶反应，这些新探索将大大拓展酶在食品工业中的应用范围。

1 蛋白质工程 随着基因工程技术和蛋白质结晶衍射技术的不断发展，有可能通过合成决定蛋白质的基因来重新合成酶类或通过基因突变来剪辑和重新设计现在的酶类，这种新技术被称为蛋白质工程。 　　近年来，蛋白质工程作为探测酶催化机制和改进酶作用方式的一种新手段得到了迅速发展。

2 定点诱变技术 　　　利用基因工程技术，对所选择的DNA核苷酸序列重新编码，使其中的一个或几个氨基酸被导入或被取代，使决定蛋白质三维结构的分子内键得以加成或重排，改进酶的性能，提高酶的催化效率，改变酶对底物作用的结构方式，增加酶的热稳定性，从而拓宽酶作用的PH范围。

3 模拟酶 　　　尽管开发模拟酶的构想已有很长时间，但近年来才有真正突破。 　　　模拟酶作为催化剂在催化自然界中未知酶的反应中显示出潜力。 　　　此外，经研究表明：制造“超极”催化剂也有可能性，这类酶与现今使用的酶相比所受的限制较少。

4 非水相介质中的酶反应 　　　过去认为，酶只能在水相中发挥作用。 　　　近年的研究表明：如果在酶的周围保留一层水层，酶可以在有机溶剂中起作用，这一发现对甜味剂生产、木质素解聚等有积极作用。

5 寻找新酶源 　　　长期以来，人们不断努力地从自然界中筛选出微生物和植物以获得新的或性能得到改进的酶源，现已成功地从嗜热微生物中筛选出耐高温的各种酶类，这对提高酶的反应温度和速度十分有利。 　　　随着科技的发展，会有更多、更适合的专用酶产生。

　　　总之，酶制剂产业是当今中国最具发展潜力的新兴产业之一。 　　　随着基因工程、酶和细胞固定化技术等的发展，酶工程技术在食品中将有着更广阔的应用前景。

再见！