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酶工程与食品（第1页）

酶工程与食品

在酶学发展史上，从60年代末开始，酶工程步入新的发展阶段。自然界己发现2800多种酶，但真下转入工业化生产及应用的酶仅有80～90种，说明酶工程发展潜力巨大。

酶已广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保和国防等部门。酶法水解纤维素，淀粉水解或转化形成各种淀粉糖、功能性低聚糖、环状糊精以及应用于干酪制造等。

酶的催化特性是由其特定的空间结构决定的。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。自1906年在蜗牛的消化液中发现了纤维素酶之后，人们对纤维素酶进行了大量的研究，将纤维素转化成糖作为其主要目标。

由于纤维素酶及其作用底物的复杂性，故酶解效率不高，通过菌种筛选、基因克隆等手段，可提高酶的产量和活力，以降低产酶成本。

纤维素酶的种类与来源

纤维素酶分为三类：主要有葡萄糖内切酶（endo-1-β-D-gluase，EC．3．2．1．4．简称EG）；葡萄糖外切酶（exo-1，4-β-D-gluase，EC．3．2．1．9I），又称纤维二糖水解酶（cellobiohgdrolase，简称CBH）；β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，EC．3．2．1．21．简称BG），这类酶水解纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡萄糖。

昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌、真菌等都能产生纤维素酶，因此，纤维素酶的来源非常广泛。来源于细菌的纤维素酶主要是EG，目前研究较多的是纤维素粘菌属、生孢纤维粘菌属和纤维杆菌属。来源于放线菌的纤维素酶研究得很少，产量稍高的是黑红旋丝放线菌、玫瑰色放线菌等。

目前用于生产纤维素酶的微生物大多属于真菌，研究较多的以木霉属、曲霉属、根霉属等为多，其中木霉属的产量居多。李氏木霉和绿色木霉等是木霉属中酶活性较高的菌种。

随着纤维素酶工业化生产的需要，要求提高酶的产量、外分泌性和耐热性等。近年对纤维素酶基因克隆研究较多。目前应用较多的是酵母表达系统。酵母不产生毒素，其产物高度糖基化，经正确加工修饰后可直接分泌至培养基，表达水平高。如酵母表达的CHBⅡ、EGI的产量可达100mg／L以上，具有正常的生物活性。

测定纤维素酶活力只有在标准的条件下才能相互比较，反应系统的pH、温度、酶浓度，反应时间和底物浓度都能影响酶的活力，其中底物的影响比较特殊。

纤维素酶分解的底物是纤维素，需要酶与纤维素底物相互接触形成复合物，才能进一步发生酶解作用。纤维素本身的结品度和聚合度的阻碍等因素，都将影响纤维酶解的敏感性，降低酶解效率。

纤维素酶是多组分酶系。纤维素酶的最适pH一般在4．5～6．5范围内，最适温度范围为40～60℃。

纤维素酶与食品

食品工业是纤维素酶应用最广泛的一个部门。植物性农副产品是食品工业的主要原料，食用的部分常是植物细胞的内容物。细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和果胶等。恰当地利用纤维素酶处理，可使细胞壁发生不同程度的改变，如软化、膨胀、崩溃等，改变细胞壁的通透性，提高细胞内含物（如蛋白质、淀粉、油脂、糖等）的提取率，改善食品质量。

1、果汁生产

目前已能成功地将柑橘皮渣酶解制取全果饮料，其中的粗纤维经纤维素酶的酶解后，50％转化为可溶性糖，另外50％降解为短链低聚糖，即构成全果饮料中的膳食纤维，具有一定的保健医疗价值。

2、果蔬生产

某些蔬菜、水果经纤维素酶适当处理可使细胞壁膨胀、软化，提高可消化性和改进口感。

3、种子蛋白利用

纤维素酶用于处理大豆，可促使其脱皮，增加从大豆或豆饼中提取优质水溶性蛋白质的效率，也可用于回收豆渣中的蛋白质和油渣。

4、可发酵糖的生产

纤维素类物质经纤维素酶糖化处理，可生成供微生物发酵利用的碳源，以生产酒精、单细胞蛋白等食品原料和能源。

5、酱油酿造

纤维素酶用于酱油酿造，可以改善酱油质量，缩短生产周期，提高产量。如在大豆粉中加入纤维素酶和半纤维素酶进行前处理，再以稀盐酸水解，可减少残余的碳水化合物和提高氮的溶出率，还可提高酱油浓度，从而使酱色用量减少。采用纤维素酶和黄血菌混合制曲，可提高酱油的氨基酸、全氮、无盐固形物含量和出油率。

6、酿酒工业

纤维素酶可提高酒精和白酒的出酒率，特别是对野生淀粉质原料进行发酵时需要纤维素酶和其他各种酶类，以提高淀粉利用率，并降低醪液的粘度。纤维素酶提高出酒率的原因可能是：对原料中部分纤维素的分解，主要产物葡萄糖可供酵母利用；对植物细胞壁的分解，有利于淀粉的释放和利用。

此外，酶法还应用于淀粉糖类、低聚糖和干酪的生产。

酶法生产的其他多糖

酶法生产的多糖有许多种，这里简要介绍淀粉糖、低聚糖等。

1、淀粉糖

生产淀粉糖的酶类主要是水解酶类，对玉米、谷类等淀粉原料降解转化成系列的淀粉糖，具有重要的意义和经济价值，主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶，葡萄糖淀粉酶等。

2、低聚糖

它是指由2~10个单糖单位通过糖苷键连结起来，形成直链或分枝链的一类寡糖的总称，人们熟悉的蔗糖、麦芽糖、乳糖、环糊精等都属于此类。

国际上已研究开发成功的新型低聚糖有10多种，主要有异麦芽寡糖，蔗果寡糖、半乳糖基寡糖、半乳糖基转移寡糖、帕拉金糖、偶合糖、大豆低聚糖、异构乳糖等。研究表明，低聚糖的生理功能主要有双歧杆菌增殖作用，抑制腐败菌的生长繁殖，低热能，防止肥胖和糖尿病，有抗龋齿、抗肿瘤等重要功能。新型低聚糖生产过程，一般包括酶的发酵生产、低聚糖的酶法合成、分离精制三个过程。

在自然界，低聚果糖普遍存在于高等植物中，尤其以洋葱、牛蒡、芦笋、香蕉等植物中含量较高。

3、干酪

牛乳中约含3％酪蛋白，酪蛋白经凝乳酶催化作用，变成不溶性的副酪蛋白钙，使牛乳凝结，再将凝块进行加工、成型和成熟而制成的一种乳制品即干酪。干酪营养丰富，其中含有丰富的蛋白质、脂肪和钙、磷、硫等盐类和多种维生素。干酪是一种重要的发酵乳制品。

凝乳酶是制造干酪过程中起凝乳作用的关键性酶，它的传统来源是从小牛皱胃液中提取。据报道，有近40余种微生物可生产一定活力的凝乳酶，其中以米黑毛霉产生的凝乳酶处于支配地位，这类酶的使用量约占全部凝结剂的20％。微生物凝乳酶越来越有取代小牛凝乳酶的趋势。

干酪制造可分为3个阶段；即牛乳的凝结；从干酪凝块中沥干乳清和干酪成熟。