酶制劑的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀研究綜述

摘 要：酶是一種高特異性的生物催化劑，廣泛應(yīng)用于食品、紡織、飼料、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)。酶的應(yīng)用不斷加強，使酶制劑的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，給許多行業(yè)帶來了積極的影響。但是目前在我國一些行業(yè)在對于酶制劑的應(yīng)用上還是出現(xiàn)一些問題，本文主要對于酶制劑的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀的研究進(jìn)行綜述，分析了酶制劑的發(fā)展現(xiàn)狀及其在特定領(lǐng)域的應(yīng)用，為酶制劑在各個領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：酶制劑;食品行業(yè);應(yīng)用

1.緒論

酶制劑是微生物生產(chǎn)的生物制品，采用酶制劑的目的是提高日糧消化率和動物生產(chǎn)性能。酶制劑作為一種生物催化劑，具有反應(yīng)溫和、活性高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點，因此，酶制劑可以代替化學(xué)催化劑應(yīng)用于許多領(lǐng)域。酶制劑在各個領(lǐng)域的應(yīng)用伴隨著基因工程、蛋白質(zhì)工程和高通量篩選技術(shù)的發(fā)展逐步加強。

2.酶制劑概述

2.1酶制劑定義

酶制劑是從生物體中提取的具有酶特性的物質(zhì)，在加工過程中通過催化化學(xué)反應(yīng)來改善和改善產(chǎn)品的特性。酶制劑主要來源于生物體，通常是從動物、植物和微生物中提取的具有生物催化特性的蛋白質(zhì)。經(jīng)過加工，許多生物體產(chǎn)生的酶可以加工成不同純度和劑型的酶。

2.2酶制劑種類

根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)，可通過提取和加工生產(chǎn)不同種類的酶，如纖維素酶、果膠酶、脂肪酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶、乳糖酶、曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的蛋白酶和核糖核酸酶等。這些酶通過微生物發(fā)酵進(jìn)行加工和進(jìn)一步加工，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，節(jié)約原材料。

2.3酶制劑特點

2.3.1酶制劑的化學(xué)特性

酶的工業(yè)化制劑稱為酶制劑。根據(jù)國際生物化學(xué)聯(lián)合委員會針對酶的分類，可以把酶分成六大類，即氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶類、異構(gòu)酶類、合成酶類。目前在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的酶有幾十種，工業(yè)中應(yīng)用的酶多數(shù)為水解酶類，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、核糖核酸酶及纖維素酶等。

2.3.2酶的催化特性

酶是一種生物催化劑，幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的。由于酶是有機體產(chǎn)生的活性蛋白質(zhì)，能有效、特異地催化特定的化學(xué)反應(yīng)，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)產(chǎn)物易于純化的優(yōu)點。酶反應(yīng)具有能耗低、污染小、操作簡單等優(yōu)點。酶的反應(yīng)是特定的，一種酶只能作用于一種或一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，一種酶只能作用于一種或一類特定的底物。例如，蛋白酶只對蛋白質(zhì)水解起作用，酶的特異性要求酶制劑的選擇要有針對性，不能盲目使用。酶催化反應(yīng)比非酶催化反應(yīng)效率高、反應(yīng)速度快。酶催化反應(yīng)范圍廣，比化學(xué)催化劑催化的反應(yīng)多，同時，大多數(shù)酶的催化反應(yīng)都是在溫和的酸堿度和溫度條件下進(jìn)行的，具有較強的酸性和強度。堿、高溫等引起蛋白質(zhì)變性的因素會使酶失去催化活性。

3.酶制劑國內(nèi)外現(xiàn)狀研究

3.1國內(nèi)研究

自1965年以來，我國酶已逐步發(fā)展成為一個獨立的產(chǎn)業(yè)，在我國的經(jīng)濟(jì)地位，特別是在食品和環(huán)境能源方面發(fā)揮著重要作用。酶已廣泛應(yīng)用于洗滌劑、淀粉糖、食品烘焙、果汁加工、乳制品、啤酒、化工、飼料、皮革、紡織、制藥和造紙等行業(yè)。然而，我國酶的生產(chǎn)與國際水平仍存在較大差距，新技術(shù)開發(fā)的質(zhì)量和速度有待提高，我們應(yīng)該跟蹤國外酶的發(fā)展，加快步伐。隨著世界能源的減少，隨著人口的增加，水資源和糧食越來越稀缺。人類環(huán)保意識的增強，利用酶對傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造顯得更加迫切。因此，迫切需要提高酶的產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，開發(fā)酶的新品種和新用途?；蚬こ毯偷鞍踪|(zhì)工程的發(fā)展為酶制劑工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，耐熱、耐酸堿、底物特異性酶的發(fā)展，動植物產(chǎn)生的酶轉(zhuǎn)化為微生物發(fā)酵，或不能利用的微生物產(chǎn)生的酶轉(zhuǎn)化為安全菌株，都將成為現(xiàn)實。

3.2國外研究

近年來，全球工業(yè)酶市場逐年增長，全球工業(yè)酶市場被壟斷。數(shù)據(jù)顯示，2015年，領(lǐng)先的工業(yè)酶行業(yè)諾維信占全球市場份額的48%，杜邦和帝斯曼分別占全球市場份額的20%和6%。在市場細(xì)分方面，酶在國外食品和飲料中占有很大比例，生物燃料（酒精）的研發(fā)和使用也在迅速增長。從這些數(shù)據(jù)可以看出，國外酶的開發(fā)生產(chǎn)符合社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。通過酶的研究和開發(fā)，影響了社會環(huán)境、能源開發(fā)、可再生能源的充分利用、綠色環(huán)保和綠色健康。在美國，用于生產(chǎn)食品酶的動物原料必須符合肉類檢測的要求，并實施GMP生產(chǎn)，而植物原料或微生物介質(zhì)成分在正常使用條件下進(jìn)入食物殘渣時不應(yīng)對健康有害。所用設(shè)備、稀釋劑、輔助設(shè)備等應(yīng)適合食品。嚴(yán)格控制生產(chǎn)方法和培養(yǎng)條件，使生產(chǎn)菌不成為毒素和健康危害源。

4.關(guān)于酶制劑行業(yè)的現(xiàn)狀研究

我國酶制劑工業(yè)始于1965年，無錫酶制劑廠成立。其初始產(chǎn)物主要是胰蛋白酶、胃蛋白酶、麥芽和米曲霉淀粉酶。然后它的應(yīng)用范圍繼續(xù)擴(kuò)大，開始發(fā)展功能性低聚糖、功能性皮膚、醬油釀造、水解蛋白制造、石油工業(yè)、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶、果蔬加工和造紙工業(yè)等應(yīng)用。酶制劑的產(chǎn)量逐年增加，酶制劑的品種不斷增加，生產(chǎn)技術(shù)顯著提高，應(yīng)用領(lǐng)域向縱深、廣度等方向發(fā)展，從發(fā)酵和淀粉糖化過程中會產(chǎn)生酶。在發(fā)酵和淀粉糖工業(yè)、食品工業(yè)、飼料工業(yè)、紡織和洗滌工業(yè)、造紙、皮革制造和環(huán)保領(lǐng)域、制藥工業(yè)的未來發(fā)展過程中，要加大科研投入，重視生物資源開發(fā)，采取新的技術(shù)手段。

酶作為一種生物催化劑，其活性和特異性與化學(xué)催化劑不可比擬。然而，我國對酶的研究和開發(fā)缺乏投入，無論是生產(chǎn)工藝還是設(shè)備技術(shù)，都需要改進(jìn)，導(dǎo)致酶產(chǎn)品研發(fā)的深度和廣度不合理。為了擴(kuò)大酶的應(yīng)用范圍，可以采用多種技術(shù)，如工業(yè)酶中酶的分子修飾、工業(yè)酶中酶的高效分泌表達(dá)系統(tǒng)的構(gòu)建等。

5.關(guān)于酶制劑在具體行業(yè)中的應(yīng)用研究

5.1酶制劑在食品行業(yè)的應(yīng)用

酶制劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用，包括制糖、果蔬加工與貯藏、動物產(chǎn)品加工、糧油加工、發(fā)酵食品加工等，食品酶能產(chǎn)生功能性低聚糖，酶中的過氧化物酶能防止酶的降解。還可以使水果和蔬菜等不被氧化，從而延長其保質(zhì)期。菠蘿蛋白酶和微生物蛋白酶能阻止肉蛋白肽水解產(chǎn)生苦肽。面條生產(chǎn)中的葡萄糖氧化酶或脂氧合酶可以將面筋蛋白SH氧化成S-，從而形成面筋蛋白之間的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高面團(tuán)的面筋強度。中國有1.3-1.4億噸小麥和9000萬噸面粉，沿海城鎮(zhèn)消費2500-3000萬噸，酶制劑作為面粉品質(zhì)改良劑具有廣闊的市場前景。醬油的制備主要以蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物為原料，通過酶解蛋白質(zhì)得到的水解產(chǎn)物可以解決醬油中三氯丙醇的制備問題。蛋白質(zhì)的酶水解在室溫下進(jìn)行，沒有有害的副作用或三氯丙醇，味道好，營養(yǎng)豐富。蛋白質(zhì)水解物作為一種有營養(yǎng)的風(fēng)味調(diào)味品，是一個發(fā)展方向。酵母抽提物除蛋白水解產(chǎn)物外，是近年來我國新開發(fā)的營養(yǎng)香料調(diào)味料，目前已生產(chǎn)規(guī)模達(dá)數(shù)千噸。

5.2酶制劑在清潔行業(yè)的應(yīng)用

酶制劑在洗滌劑中的應(yīng)用是清除附著在衣服表面的固體污垢和帶有汗?jié)n、血漬、淀粉和脂肪等特殊污垢。這些污垢不易被表面活性劑去除，屬于有機污垢，可被水解酶水解，因此，酶中的水解酶能有效地清洗衣物。油脂中的脂肪、蛋白質(zhì)和糖能均勻、充分地進(jìn)入水溶液需要酶制劑。酶制劑可以將組織分解，加水乳化均勻，去除懸浮物，然后根據(jù)比重的不同，將油層和水層分離，將油層精制成色拉油。分離后，從水層中產(chǎn)生蛋白質(zhì)，再從水層中產(chǎn)生蛋白質(zhì)。油脂被酶制劑分離并且可以充分利用一切。一般來說，在浸水過程中，加入人纖維素酶破壞油組織的細(xì)胞膜，使脂肪充分釋放，實驗表明，酶處理的脂質(zhì)回收率可達(dá)95%以上。酶在清潔制革中的應(yīng)用，可以有效地解決傳統(tǒng)制革中硫化物、石灰、BOD、COD、TDS等超標(biāo)污染物的問題，也可以改善皮革的制作。我國早在世界上就發(fā)展了蛋白酶脫毛技術(shù)，已在許多制革廠得到應(yīng)用。酶脫毛廢水主要含有蛋白質(zhì)和脂肪，不含有毒物質(zhì)，廢液可作為動物飼料，消除脫毛廢水的污染。

5.3酶制劑在飼料行業(yè)的應(yīng)用

酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)了十多種飼料酶，包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶。許多國內(nèi)外研究表明，飼料中添加千分之一的復(fù)合酶，可使飼料報酬提高10%，增長率提高10%。酶制劑對提高飼料利用率和提高生豬生產(chǎn)性能具有重要作用，然而，飼料加工工藝、豬胃腸溫度和酸堿度、豬品種和年齡等因素都會影響酶制劑的應(yīng)用。淀粉酶能使淀粉在小腸內(nèi)更快地降解，由于營養(yǎng)、環(huán)境和免疫系統(tǒng)的變化，體重會下降。在飼料中添加淀粉酶等酶，可以改善營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、飼料轉(zhuǎn)化和動物生長速度。但在應(yīng)用過程中，必須采取具體措施，實現(xiàn)養(yǎng)豬業(yè)的健康發(fā)展。動物飼料中的蛋白質(zhì)來源于各種飼料材料，它們最終通過降解為氨基酸沉積在肌肉中。在單胃動物的飲食中，蛋白酶不僅能充分降解動物可用的小分子皮膚所儲存的大部分蛋白質(zhì)/儲存的蛋白質(zhì)，而且通過降解抗?fàn)I養(yǎng)因子提高飼料的營養(yǎng)價值。

5.4酶制劑在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

酶制劑對造紙廢水的生物處理、生物漂白、生物印染、提高酶漿性能和樹脂的生物控制具有重要作用。酶制劑無毒，可在環(huán)境中降解，在廢紙制漿中加入酶制劑，可使油墨溶解，達(dá)到脫墨目的。生產(chǎn)試驗表明，廢紙制漿質(zhì)量提高，回收率提高，污染減少，具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。酶制劑還可以減少環(huán)境污染，改善紙漿性能，這是因為酶在預(yù)處理過程中可以軟化木質(zhì)素或半纖維素的結(jié)構(gòu)，使纖維素順利脫落，該工藝耗時少，節(jié)約能源和堿液，促進(jìn)了紙漿的生產(chǎn)。此外，酶的加入也可以起到漂白作用，因為它可以去除漿液中脂溶性提取物。

6.總結(jié)與展望

酶制劑在我國有著非常廣闊的應(yīng)用前景。中國有12億人口，酶制劑在我國已經(jīng)發(fā)展了35年，在我國已經(jīng)有了自己獨特的資源和生活習(xí)慣，積累了大量的經(jīng)驗，培養(yǎng)了大量的酶制劑技術(shù)人員。酶制劑的發(fā)展對當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)有著重要的貢獻(xiàn)，酶制劑產(chǎn)品不僅可以降低成本，節(jié)約資源，而且有助于新產(chǎn)品的開發(fā)。特別是對于食品工業(yè)的影響，新食品加工技術(shù)的發(fā)展是以綠色、健康、環(huán)保的理念為基礎(chǔ)的，使人們能夠從根本上了解食品及其營養(yǎng)價值，利用酶制劑可以解決這些問題。人們不僅能制造食物，而且知道如何在食物中使用酶制劑，它將影響和改善食品的風(fēng)味和味道，這將是未來食品工業(yè)的一個重要因素。同時，隨著微生物技術(shù)、基因工程和分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，酶制劑的種類和質(zhì)量已成為食品工業(yè)最重要的要求，酶制劑工業(yè)的發(fā)展前景將有助于食品工業(yè)的發(fā)展，開拓新的市場。根據(jù)我國酶制劑工業(yè)的實際情況和酶制劑在我國應(yīng)用領(lǐng)域的研究，可以發(fā)現(xiàn)酶的發(fā)展?fàn)顩r不容樂觀。為了促進(jìn)其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，我們需要加大科研投入，進(jìn)一步加強研究。同時，要加強生物資源開發(fā)，使其形成酶制劑工業(yè)新的增長點。此外，我國還需要加強技術(shù)研究，不斷提高酶的生產(chǎn)水平，使其更好地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

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作者簡介：

陳雅麗，出生年月：1984.05，性別：女，民族：漢，籍貫（精確到市）：江蘇連云港，當(dāng)前職務(wù)：質(zhì)量控制經(jīng)理，學(xué)歷：本科，研究方向：生物化工.