食品發(fā)酵中常用的酶制劑及其提取和應(yīng)用

《發(fā)酵食品工藝學(xué)》課程論文論文題目：食品發(fā)酵中常用的酶制劑及其提取和應(yīng)用學(xué)院：食品科學(xué)學(xué)院專 業(yè)：食品科學(xué)與工程班 級(jí):食品科學(xué)與工程2008級(jí)本科班學(xué)號(hào)：2008292128姓名： 成績(jī)：食品發(fā)酵中常用的酶制劑及其提取和應(yīng)用［摘要］酶制劑是上世紀(jì)發(fā)展起來(lái)，能在細(xì)胞外發(fā)揮其功能，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用的一種新型的生物制劑。在食品發(fā)酵工業(yè)中淀粉葡萄糖苷酶、a-乙酰乳酸酶脫羧酶、纖維素酶、蛋白酶等酶的應(yīng)用十分廣泛，這些酶制劑一般來(lái)源于動(dòng)物、植物和微生物，其中大多數(shù)來(lái)源于微生物。動(dòng)植物酶的提取常采用溶液提??；微生物酶的提取先進(jìn)行半固體發(fā)酵或深層發(fā)酵后在通過(guò)一系列的單元操作得到酶制劑產(chǎn)品。在工業(yè)生產(chǎn)中直接添加酶制劑進(jìn)行發(fā)酵從而代替微生物發(fā)酵，得到風(fēng)味良好的發(fā)酵產(chǎn)品。［關(guān)鍵詞］酶制劑；來(lái)源;提取;應(yīng)用；酶參與食品發(fā)酵幾乎同人類的歷史一樣悠久，在我國(guó)商代甲骨文中就有酒和食醋的釀造的記載，公元9世紀(jì)荷馬的《奧德賽》中就有凝固性奶酪的生產(chǎn)方法，大多傳統(tǒng)的發(fā)酵就是依靠自身和特意加入的酶起發(fā)酵作用的，這些酶來(lái)源于微生物代謝或動(dòng)植物體。直到十八世紀(jì)荷蘭微生物學(xué)家列文虎克發(fā)明第一臺(tái)顯微鏡及發(fā)現(xiàn)了微生物，19世紀(jì)人類開(kāi)始對(duì)生物學(xué)的仔細(xì)研究并取得了豐碩的成果，人們已經(jīng)知道我們通常得到的發(fā)酵產(chǎn)物就是微生物的代謝產(chǎn)物，而導(dǎo)致這些物質(zhì)產(chǎn)生的原因就是酶。20世紀(jì)，生物學(xué)得到了極大的發(fā)展，多個(gè)國(guó)家先后得到酶的結(jié)品，大規(guī)模和高特異性的微生物發(fā)酵迅速發(fā)展起來(lái)，開(kāi)辟了食品和藥品的新天地，多種新興的發(fā)酵食品應(yīng)運(yùn)而生。在現(xiàn)代發(fā)酵工程中許多單元操作就是依靠酶完成的，在將來(lái)的發(fā)酵工程中完全可以由酶來(lái)代替微生物進(jìn)行食品的發(fā)酵，而得到高產(chǎn)、高純、安全的發(fā)酵食品。酶的定義酶是指生物體內(nèi)活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物大分子，亦稱為生物催化劑［1,4］。大多數(shù)酶的本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是由RNA組成的，酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)，在酶的催化作用下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)稱為底物，生成的物質(zhì)稱為代謝產(chǎn)物。微生物在無(wú)氧條件下，利用酶做催化劑降解還原糖產(chǎn)生能量的過(guò)程稱為發(fā)酵，而食品工業(yè)上把依靠微生物的生命活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的工業(yè)化生產(chǎn)稱為“發(fā)酵”即所謂的工業(yè)發(fā)酵［3,5］。酶的研究和使用歷史1公元前八百年的古巴比倫和埃及以及我國(guó)商朝時(shí)期就有用大麥發(fā)酵酒精的記載。我國(guó)和古埃及是最早釀造食醋的國(guó)家。1680年，荷蘭微生物學(xué)家列文虎克發(fā)明第一臺(tái)顯微鏡及發(fā)現(xiàn)了微生物（酵母）的存在。之后，法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明酒精是由酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生的⑹。1752年，法國(guó)物理學(xué)家列奧米爾讓鷹吞下幾個(gè)裝有肉的小金屬管，當(dāng)拿出管子時(shí)，管內(nèi)的肉分解為一種淡黃色的液體［6］。1834年，德國(guó)博物學(xué)家施旺把氯化汞加到胃液里，得到出一種可以在體外消化食物的白色粉末，他把這粉末叫作“胃蛋白酶”。1897年，德國(guó)化學(xué)家畢希納發(fā)現(xiàn)活酵母和酵母細(xì)胞研磨液的發(fā)酵效果是等同的，人們對(duì)發(fā)酵的本質(zhì)有了初步的了解［4,們。20世紀(jì)40年代，錢恩和弗洛里等很多科學(xué)家一起研究并得到了青霉素大規(guī)模生產(chǎn)的方法，實(shí)現(xiàn)了青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。7從20世紀(jì)50年代后，酶制劑、果酒、果醋、氨基酸、檸檬酸、多糖、維生素、乳酸、等發(fā)酵工業(yè)先后興起并得到很大的發(fā)展⑸。3.食品發(fā)酵中常用的酶及其作用食品發(fā)酵工業(yè)中常用的酶［2,3,11］酶來(lái)源的微生物 應(yīng)用a-乙酰乳酸酶脫羧酶熱厭氧菌 啤酒的發(fā)酵工業(yè)淀粉酶曲霉、芽孢桿菌、內(nèi)胞霉、酒精及其他發(fā)酵工業(yè)液化淀木艮霉 粉、消化劑等淀粉葡萄糖苷酶（糖化酶）曲霉木艮霉 制造葡萄糖，發(fā)酵工業(yè)和釀酒母、母 行業(yè)作為糖化劑a-葡萄糖酶也-主- 水解大分子物質(zhì)生成葡萄曲霉、青霉 糖木聚糖酶曲霉、腐質(zhì)霉、木霉 水解木聚糖纖維素酶曲霉、青霉、腐質(zhì)霉、木飼料添加劑，水解纖維素酶制霉 糖，消化植物細(xì)胞壁等無(wú)色桿菌、產(chǎn)堿菌、曲霉、脂肪酶芽孢桿菌、假絲酵母、毛水解脂肪酶、根霉P-半乳糖甘酶曲霉、芽孢桿霉、埃希氏八做剎田同蛹酶、酵母、克魯維氏酵母分解利用乳糖P-葡聚糖酶曲霉、芽孢桿霉、腐質(zhì)霉、永做曲蛹青霉、酵母、木霉 水解匍萄糖葡萄糖異構(gòu)酶曲霉、芽孢桿菌、分支桿止占浦若螭世m(xù)b世 生成葡萄糖菌、鏈霉菌葡萄糖氧化酶曲霉、青霉 氧化生成葡萄糖半纖維素酶青霉、曲霉、腐質(zhì)霉、木飼料添加劑，水解纖維素酶制霉 糖，消化植物細(xì)胞壁等脂肪氧化酶根霉 催化脂肪氧化細(xì)菌凝乳酶曲霉、內(nèi)坐殼屬、埃希氏在奶酪生產(chǎn)中促進(jìn)蛋白質(zhì)菌、克魯維氏酵母、毛霉、在奶酪生產(chǎn)中促進(jìn)蛋白質(zhì)根毛霉凝固果膠酶根毛霉、曲霉、腐質(zhì)霉、果汁澄清，果汁榨汁，植物纖青霉、木霉 維精煉，飼料添加劑等氨基肽酶曲霉、根霉 水解多肽產(chǎn)生氨基酸羧基肽酶曲霉、根霉水解多肽產(chǎn)生氨基酸亮氨酸基肽酶乳桿菌、根霉水解連接亮氨酸的肽鍵蛋白酶芽孢桿菌、曲霉、毛霉、鏈球菌水解蛋白質(zhì)產(chǎn)生多肽普魯蘭酶芽孢桿菌、克雷伯氏菌單寧酶曲霉過(guò)氧化氫酶曲霉、微球菌、青霉半乳甘露聚糖酶曲霉、芽孢桿菌、腐質(zhì)霉、木霉4.酶的來(lái)源-］自然界中酶的存在體有動(dòng)物、植物和微生物三大類。但是動(dòng)物和植物來(lái)源的酶受季節(jié)和區(qū)域的影響很大、動(dòng)物植物中酶的含量少、生產(chǎn)能力低、資源消耗量大、經(jīng)濟(jì)成本高。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，基因工程，發(fā)酵工程等技術(shù)的成熟，近年來(lái)酶的工業(yè)化發(fā)展逐漸使用微生物發(fā)酵提取。4.1動(dòng)物酶動(dòng)物酶的來(lái)源主要是從動(dòng)物的消化道和腺體中提取，如從豬的胃粘液中提取的羧酸蛋白酶，從未斷奶的翻出動(dòng)物（如小牛，小羊）的第四個(gè)胃中提取的凝乳酶，從牛的胰腺中提取的胰蛋白酶、凝乳酶和a-淀粉酶等。4.2植物酶植物中酶的存在比動(dòng)物中普遍的多而且提取方便，傳統(tǒng)上有三種典型的蛋白酶是從植物中提取的，包括菠蘿蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶和木管瓜蛋白酶。發(fā)酵工業(yè)常用的酶在植物中的含量也十分豐富，如麥芽中的a、p-淀粉酶，未成熟果蔬中的單寧酶，還有果膠酶、過(guò)氧化酶、半乳糖甘酶等，并且存在數(shù)量眾多的同工酶。4.2微生物酶許多參與食品發(fā)酵的非特異性酶都來(lái)源與微生物，通常情況下微生物產(chǎn)生胞外酶來(lái)分解利用培養(yǎng)基中的大分子物質(zhì)，這種利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式和人類消化吸收食物的方式有著截然的相似。上世紀(jì)六十年代以來(lái)，工業(yè)化開(kāi)發(fā)微生物的胞外酶已十分普遍，幾乎所有的食品發(fā)酵都有某種酶的直接參與。利用微生物生產(chǎn)酶與傳統(tǒng)的動(dòng)植物源酶提取法相比不僅產(chǎn)量高、易提取、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好，而且微生物種類繁多，酶的種類及其豐富并且可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)（一個(gè)30噸的發(fā)酵罐一天生產(chǎn)的酶蛋白量超過(guò)1噸［5］）。酶的提取方法5.1動(dòng)植物酶的提取2"頃5.1.1含酶資源的采集選好含酶的動(dòng)物品種或植物品種，選好含酶的組織，所選的動(dòng)物必須是人類接受的可消費(fèi)動(dòng)物5.1.2儲(chǔ)存動(dòng)植物組織在脫離機(jī)體后通常會(huì)發(fā)生自溶和微生物的污染而導(dǎo)致目標(biāo)酶損失，在貯藏前可以先對(duì)植物組織進(jìn)行低溫干燥，對(duì)動(dòng)物組織進(jìn)行冷凍處理。5.1.3提取前的準(zhǔn)備在較低溫度下對(duì)貯藏的提取原料在適宜的溶液中進(jìn)行壓榨、粉碎或磨粉，以保證酶的不被破壞。5.1.4提取組織懸浮液一固液分離一條PH值一精細(xì)過(guò)濾一細(xì)菌過(guò)濾一用鹽或溶劑沉淀一分離一按需要將固體溶解一過(guò)濾一噴十一加入穩(wěn)定劑和稀釋劑并混合一包裝5.2微生物酶的提取[2,5,7,8,10]5.2.1接種發(fā)酵選擇產(chǎn)目標(biāo)酶優(yōu)異的菌種進(jìn)行接種發(fā)酵，發(fā)酵使用深層發(fā)酵或半固態(tài)發(fā)酵，深層發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)。5.2.2提取5.2.1半固態(tài)發(fā)酵的提取發(fā)酵培養(yǎng)基一用懸浮法或逆流沖洗從培養(yǎng)物提取一過(guò)濾一部分濃縮一鹽析或溶劑沉淀一清洗固相一溶解得到純化的液體一過(guò)濾一調(diào)整PH、加入穩(wěn)定劑、標(biāo)準(zhǔn)化一包裝[2,9]5.2.2.深層發(fā)酵的提取發(fā)酵液一用離心機(jī)或旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾器進(jìn)行固液分離一過(guò)濾一部分濃縮一鹽析或溶劑沉淀一清洗固相一溶解得到純化的液體一過(guò)濾一調(diào)整PH、加入穩(wěn)定劑、標(biāo)準(zhǔn)化一包裝⑵酶在食品發(fā)酵中的應(yīng)用[4]食品發(fā)酵都是發(fā)酵微生物活體所產(chǎn)生的酶催化各種轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)完成的，但是有些發(fā)酵過(guò)程可以不需要微生物的參與而直接使用酶來(lái)催化反應(yīng)過(guò)程，即傳統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程的某個(gè)環(huán)節(jié)可以加入酶制劑來(lái)完成發(fā)酵過(guò)程，現(xiàn)在食品發(fā)酵工業(yè)中已有很多單元操作使用酶來(lái)直接發(fā)酵。6.1酶制劑在酒精發(fā)酵中的應(yīng)用6.2酶制劑在食醋發(fā)酵中的應(yīng)用6.3酶制劑在果酒發(fā)酵中的應(yīng)用6.4酶制劑在面包制作中的應(yīng)用6.5酶制劑在干酪制作中的應(yīng)用6.6酶制劑在蛋白食品發(fā)酵中的應(yīng)用6.7酶制劑在茶、咖啡和可可發(fā)酵中的應(yīng)用6.8酶制劑在青貯飼料發(fā)酵中的應(yīng)用酶制劑的發(fā)展展望目前，通過(guò)發(fā)酵作用制成的食品通常有以下5類：①酒精飲料，如蒸餾酒、黃酒、果酒、啤酒等；②乳制品，如酸奶、酸性奶油、馬奶酒、干酪等；③豆制品，如豆腐乳、豆豉、納豆等；④發(fā)酵蔬菜，如泡菜、酸菜等；⑤調(diào)味品，如醋、黃醬、醬油、甜味劑(如天冬甜味精)、增味劑(如5,-核苷酸)和味精等⑶。微生物發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中消耗能量；增加生產(chǎn)成本；而且生產(chǎn)的產(chǎn)品含有許多不利副產(chǎn)物，對(duì)發(fā)酵食品的風(fēng)味和品質(zhì)有一定的影響。而利用酶直接發(fā)酵，不僅發(fā)酵速度快，而且固定化酶可以重復(fù)利用，發(fā)酵產(chǎn)品純正，沒(méi)有副產(chǎn)物的存在。隨著基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程的不斷發(fā)展和基因下游技術(shù)的不斷成熟⑸，以及對(duì)食品發(fā)酵各個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)理的不斷掌握，在未來(lái)的食品發(fā)酵中可以由酶制劑直接代替微生物來(lái)完成整個(gè)發(fā)酵過(guò)程，不僅可以大大提高發(fā)酵的生產(chǎn)能力和便于發(fā)酵工程的完全控制，還可以得到但以純正的目標(biāo)產(chǎn)物，達(dá)到提高食品品質(zhì)的最終要求。參考文獻(xiàn)王鏡巖，主圣庚，徐長(zhǎng)法.生物化學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2008-6.徐巖澤.發(fā)酵食品微生物學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社,2001-7.陶興無(wú)，江賢君.發(fā)酵產(chǎn)品工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008-6.李憲臻，張春枝，呂曉玲.生物化學(xué)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2006-3.羅云波，生吉萍,陳宗道.生物技術(shù)導(dǎo)論[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2002-8.江漢湖.食品微生物學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2005-8.胡瓊英，狄洌等.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007-7.何秉旺，郭君莙,方一澄，張樹(shù)政.產(chǎn)生葡萄糖淀粉酶的紅曲霉的篩選及其發(fā)酵條件的研究[J].微生物學(xué)報(bào)，13(2):142-150,1973.郭文潔，何秀萍,鐵翠娟，張博潤(rùn).枯草芽抱桿菌a-乙酰乳酸脫羧酶基因在啤酒酵母工業(yè)菌株中的表達(dá)[J].微生物學(xué)報(bào),41(1):105-108,2001.孫國(guó)志，馮惠勇,徐親民.