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酶工程论文

2012-2013学年第二学期2010级生工

《酶工程》课程论文

酶工程在食品方面的应用

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酶工程在食品方面的应用

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摘要：

酶工程是现代生物工程的一个分支，是当今最具有发展前景的学科之一。

酶工程工业在我国起步虽晚，但发展很快，从六十年代中期起步，至今短短的三十多年，已初步建成了完整的酶工业。

本文简要介绍酶工程技术的基本概念，研究内容，以及在食品行业中的应用，例如介绍酶工程在淀粉加工、蛋白制品加工、果蔬加工、焙烤食品、酿酒工业和分析与检测方面的应用，以及其现存的缺点，并对酶工程的发展前景作出一些展望。

关键词：

酶工程，食品工业，应用，发展

工业化酶制剂的品质改良及新品种的开发是现代生物技术介入最多的一个领域,并已取得令人瞩目的成果。

80年代末,就已经开发出多种蛋白酶、脂肪酶,到目前为止,国际上工业用酶超过50多种。

酶制剂主要用于果汁、啤酒、葡萄酒、乳制品、甜味剂、淀粉加工、糖果、面包等的生产。

DNA重组技术对酶工业的渗透,导致了酶工业的飞跃,已有多个国家实现了β-淀粉酶的克隆化;日本经过质粒重组的嗜热芽孢杆菌蛋白酶的活力为原菌酶活力的18倍;利用DNA重组技术,使葡萄糖异构酶和木糖异构酶的活力提高了5倍[。

酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器。

酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊蛋白质。

其催化作用的条件非常温和,可在常温、常压下进行,又有可调控性,食品工业是应用酶工程技术最早和最广泛的行业。

近年来,由于固定化细胞技术、固定化酶反应器的推广应用,促进了食品新产品的开发,产品品种增加,质量提高,成本下降,为食品工业带来了巨大的社会经济效益。

1、酶工程的基本概念和技术：

酶工程主要指天然酶制剂在工业上的大规模应用,主要包括酶的生产开发技术、酶的分离和纯化技术、酶的固定化技术、酶分子改造技术、固定化酶反应器的研制技术、酶的应用技术。

二、世界上对酶工程的研究主要为以下几个方面：

（1）研究开发新的人工合成酶和模拟酶。

（2）运用基因工程和蛋白质工程，改善原有酶的各种性能，提高酶的产率和稳定性，使其在后提取工艺和应用过程中更容易操作。

（3）（3）加紧对核酸酶和抗体面的研究。

（4）（4）研究酶在有机合成和非水介质中进行生物催化等领域中的应用。

（5）研究开发酶的定向固定化技术，拓宽酶的应用范围，使酶活性的损失降低到最小程度。

（6）深入进行微生物学和糖基转移酶的研究。

酶在食品工业中的应用可以增加产量，提高质量，降低原材料和能源消耗，改善劳动条件，降低成本，甚至可以生产出用其它方法难以得到的产品，促进新产品、新技术、新工艺的兴起和发展。

3、酶工程在食品领域的应用：

1、酶在食品保鲜方面的应用：

食品保鲜是食品加工、食品运输、食品保藏中的重要课题。

酶法保鲜技术是利用酶的催化作用，防止或者消除各种外界因素对食品产生的不良影响，从而保持食品的优良品质和风味特色的技术。

不同的食品保鲜要用到不同的生物酶，降低反应速度从而达到延长保质期的作用。

例如葡萄糖氧化酶加在瓶装饮料中,吸去瓶颈空隙中氧而延长保鲜期;溶菌酶对革兰氏阳性菌有较强的溶菌作用,用于肉制品、干酪、水产品等的保鲜;细胞壁溶解酶可消除某些微生物的繁殖,已被用作代替有害人体健康的化学防腐剂,对食品进行保鲜储藏。

概括下来现有三种食品保鲜方法：

①除氧保鲜；②蛋类制品脱糖保鲜；③灭菌保鲜

2、酶在食品生产方面的应用：

①在淀粉加工中的应用：

以淀粉为原料,通过酶转化法生产低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖,具有原料来源广、价格低、人口香甜、风味独特等优点。

麦芽寡糖酶水解淀粉后,通过絮凝、脱色、离交、纯化制成一个葡萄糖分子组成的新型淀粉糖,它不仅是一种科学的、合理的、具有功效的高能营养品,还具有易消化、低甜度、低渗透等优点。

转移葡萄糖昔酶是生产低聚异麦芽糖主要且必须使用的酶制剂。

以淀粉为原料,经调乳、液化后,在液化液中添加真菌淀粉酶、葡萄糖昔转移酶进行糖化、转昔反应,经一定时间后,便产生以异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖为主要成分的糖液。

以玉米淀粉为原料,在糊化时加人耐热一淀粉酶,采用酶脱支反应等手段改变淀粉原有的分子结构并重新结晶,可以提高产品中抗性淀粉的含量。

现在国内普遍使用耐高温一淀粉酶生产葡萄糖,这种酶具有反应温度高最适温度一℃,作用力强,反应速度快的优点,克服了普通一淀粉酶作用温度不高的缺点。

耐高温淀粉酶不仅可用于淀粉糖的制造,还广泛地用于啤酒,酒精,发酵工业,制药,纺织,造纸等工业上。

利用固定化酶来生产葡萄糖可缩短糖化时间,减少反应体积。

1975年丹麦Novo公司开始发展固定化葡萄糖淀粉酶,他们发展了一种新的固定化技术,将白蛋白和酶蛋白的混合物交联到惰性酷蛋白的心核上,得到一很薄的一层酶的硬质颗粒,并已取得专利。

目前世界上淀粉糖的产量已达多万,其中有一半是果葡糖浆。

②酶在乳品加工中的应用：

应用于乳品加工主要有以下几个方面:

乳糖酶一分解乳糖;凝乳酶制造干酪;溶菌酶一~添加婴儿奶粉中杀菌消毒;过氧化氢酶一牛奶消毒;多酶生物传感器。

将固定化酶系统与微电流计连接能快速准确的测定乳糖的含量，这对乳制品生产中质量控制具有重大意义。

其中以乳糖酶和凝乳酶的应用最为重要，凝乳酶是生产干酷不可缺少的制剂，其产值占整个酶制剂总产值的巧.5%，乳糖酶可以将乳品中含量较多的乳糖水解为半乳糖和葡萄糖，提高乳品的可消化性，防止引起乳糖不耐症，这种酶在国内外以微生物制造的居多。

③酶在果蔬加工中的应用：

为了使植物组织软化膨润，一般采用加热蒸煮、酸碱处理等方法，会造成果蔬的香味和维生素损失，因此在果蔬加工过程中，常常需要加入酶制剂以提高产品的产率，保证产品的质量。

例如：

加入果胶酶，可加速浑浊颗粒的产率，促进果汁澄清，提高率汁；葡萄糖氧化酶可以去除果汁和干燥果蔬制品中的氧气，防止产品的氧化变质，防止微生物滋生，延长食品保质期等。

④酶在烘烤食品中的应用

日常生活中，人们在烘焙面包时会加入一定量的蛋白酶，它可以增大面包体积,改善面包表皮色泽,改良面粉质量,提高柔软度,延长保存期限。

国外经试验表明,向面粉中添加0.1%的淀粉酶,就可以使面粉变得完善,大大改进产品的质量,因此国外都把面粉中的淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。

在烘焙蛋糕时，鸡蛋液是主要的原料,要求具有良好的乳化性和持泡性,通过添加蛋白酶制剂可有效地改善鸡蛋液乳化性和持泡性。

⑤酶在酿酒工业中的应用：

麦芽是生产啤酒的主要原料。

麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不能充分、蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味和收率。

使用微生物淀粉酶、蛋白酶、p一葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。

此外，还有一些酶类在食品生产中也起了相当大的作用，如木瓜蛋白酶能增强肌肉酶类的作用，使肉类在烹饪过程中嫩化;从麦芽中提取的植酸酶可有效降低豆科植物和谷类中的植酸;果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶可促使细胞分离、细胞壁变软，使原材料易于榨浆等。

在食品包装上，葡萄糖氧化酶对食品有多种作用，作为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，保持色、香、味的稳定性;细胞壁溶解酶最大的特点是消除某些微生物的繁殖，而让某些有益细菌得以繁殖，在食品包装上更多的是用作防腐。

3、酶在食品分析与检测方面的应用：

由于酶具有特异性,因此,它适合于植物和动物材料的化合物的定性和定量分析。

例如,采用乙醇脱氢酶测定食品中的乙醇含量。

另外,在食品中加入一种或几种酶,根据它们作用于食品中某些组分的结果,可以评价食品的质量。

4、我国酶制剂行业存在的一些问题：

经过近40年的发展，我国酶制剂工业从无到有，逐步形成一定的生产规模，取得了不少成绩。

但是，与发达国家相比，与国际大公司相比，差距很大，问题不少。

1、工艺、设备落后，生产技术水平低下。

我国配制剂工厂由于经济效益差，缺乏新工艺、新技术、新设备，致使生产技术水平低下。

2、研究开发投入不足，新产品开发能力很差。

3、品种少、剂型少，产品结构极不合理，应用范围非常狭窄。

五、对酶工程发展前景的展望：

在迈向迎接2l世纪的知识经济时代之际，我国酶制剂行业面临着很大的挑战和机遇。

我国的酶制剂工艺起步晚,底子薄,虽然近年来发展很快,但我们也应清醒地看到,我国的酶制剂与技术进入国际市场参与竞争还有相当大的难度,我们还必须继续学习,取人之长,紧跟国际酶工程技术的最新发展,提高我国的酶工程技术。

为使我国的配制剂工业健康发展，适应国民经济发展的需要，并积极参与国际竞争，我们必须应该采取以下措施：

1、面对国际上大型酶制剂公司的强有力的竞争，我国酶制剂生产厂只有通过规模化经营之路，努力采用先进生产设备，提高生产技术水乎，加快新产品的开发和应用领域的扩大，增加酶制剂的产量，提高经济效益。

2、我国目前用于酶工程领域的研究和开发经费非常之少，加大研究和开发经费的投入是提高我国配制剂行业竞争能力的关键。

与此同时，要调整科研体制，充实科研力量，把研究经费用到实处，使之真正发挥作用。

3、为了提高我国酶制剂行业的竞争能力，国家应大力扶持，尽快采用和推广行之有效的各种高新技术，推动行业的技术进步。

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