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微生物酶制剂在食品工业大有可为

  食品工业是酶制剂的应用大户,作为一种高效的生物催化剂,在食品添加剂的生产中获得广泛应用,20世纪40年代,微生物酶制剂工业迅速发展起来,以其种类繁多,生长速度快、加工提纯容易、加工成本相对较低等优越性成为酶制剂生产的主要来源,是现代酶工程中获取酶制剂的主要途径。现在除少数几种酶仍从动、植物中提取外,绝大部分是用微生物来生产的。

  什么是微生物酶制剂?

  酶制剂是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质,酶制剂主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应,改进食品加工方法。是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。微生物酶制剂就是从微生物中提取的蛋白质。

  微生物酶制剂的应用

  在食品工业中酶有着广泛的应用,主要用于淀粉、酿造、果汁、饮料、调味品、油脂加工的领域。α-淀粉酶是分布最为广泛的酶制剂,遍及微生物至高等动物。焙烤工业中的α-淀粉酶一直是从大麦麦芽和细菌、真菌叶中提取的。自从1955年以及1963年在英国经过GRAS级验证后,真菌淀粉酶一直作为面包的添加剂。现在他们应用于不同领域。现代化连续焙烤过程中,在面粉中添加α-淀粉酶不仅可以增加发酵率,降低生面团粘度(改进产品的体积和质地),增加生面团中糖的含量,改良面包的口感、外皮颜色和焙烤质量,还可以延长焙烤食品的保鲜时间。

  在食品工业中酶制剂不只是作为一种添加剂,在食品保鲜方面也有很大的应用。溶菌酶由于其专一地作用于细菌的细胞壁,使细菌溶解,而对没有细胞壁的人体细胞不会产生不利的影响,所以广泛地应用于医药、食品等需要杀灭细菌的领域。在食品保鲜方面,可用于各种食品的防腐保鲜等,如干酪、水产品、低浓度酿造酒、乳制品等其它食品的保鲜。采用溶菌酶进行食品的防腐保鲜,一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶对人体无害,可有效地防止细菌对食品的污染,它已广泛地用于各种食品的防腐保鲜。

  微生物酶制剂的加工工艺

  随着人们对健康、环保要求的增高,微生物生产的酶制剂将更需发展,酶制剂工业大有可为。由于酶作用的特异性强、反应条件温和、安全性大、污染环境小,因此其生产过程是大规模生产技术应用过程,由三大工序组成:发酵、提取、造粒。

  发酵微生物经过DNA技术的重组,变成高效的特定酶制剂的生产菌,生产菌在丹麦批量生产并冷藏,使用前,首先要经过实验室的扩大培养,然后接入发酵车间内的种子罐进行再次扩大培养,最后扩大培养后的生产菌进入发酵罐开始酶制剂的人工化生产。生产菌在大型的不锈钢发酵罐内得到充分的养分和空气,在最适合的环境中迅速成长,同时产出大量的生物酶。整个发酵过程都是由计算机自动控制完成的,发酵所用的原料主要是农产品,发酵的整个过程完全符合GMP的要求。

  提取提取过程的主要任务是从发酵液中提取酶。这是由许多过滤和浓缩步骤完成的。首先发酵液经初步过滤后,变成澄清的含有酶的滤液,此时的滤液经进一步过滤,去除大量的水份和小分子物质后变成酶的浓缩液。如果需要,酶的浓缩液可被进一步浓缩。对于以液体出售的酶产品,提取的最后步骤是标准化和稳定化。整个提取的生产过程完全符合GMP的要求。

  造粒固体酶(颗粒酶)广泛应用于洗涤行业和纺织行业中。

  微生物酶制剂的新发展

  海洋微生物酯酶是水科院黄海所在“十五”和“十一五”863计划的持续支持下获得的一株可以分泌高效稳定新型内酯水解酶的枯草芽孢杆菌MP-2,该海洋微生物酯酶性质稳定,立体专一性好,通过拆分得到的L-泛酸内酯光学纯度可以达到98%以上。研究突破了中间体内酯的手性拆分和固定化酶工艺等关键技术,利用新工艺采用酶法拆分,拆分率可达到45%以上,同时其产生的右旋泛酸内酯转化率基本为100%,实现了近乎零消耗的过程。该技术与化学工艺法相比,成本低、高效节能、反应条件温和、专一性高、环境污染小。课题的实施将对我国海洋生物制品工业的发展起到强大的推动作用,加速医药、食品、水产、养殖等相关应用领域行业的发展,形成绿色产业链。

  微生物酶制剂加工需要注意的几个问题

  菌种选择任何生物都能在一定的条件下合成某些酶。但并不是所有的细胞都能用于酶的发酵生产。一般说来,能用于酶发酵生产的细胞必须具备如下几个条件:酶的产量高。优良的产酶细胞首先具有高产的特性,才有较好的开发应用价值。高产细胞可以通过筛选、诱变、或采用基因工程、细胞工程等技术而获得;容易培养和管理,要求产酶细胞容易生长繁殖,并且适应性较强,易于控制,便于管理;产酶稳定性好。在通常的生产条件下,能够稳定地用于生产,不易退化。一旦细胞退化,要经过复壮处理,使其恢复产酶性能;利于酶的分离纯化。发酵完成后,需经分离纯化过程,才能得到所需的酶,这就要求产酶细胞本身及其它杂质易于和酶分离;安全可靠。要使用的细胞及其代谢物安全无毒,不会影响生产人员和环境,也不会对酶的应用产生其它不良的影响。

  产酶条件的控制提高微生物酶活性和产率的途径是多方面的,其中控制营养和培养条件是最基本也是最重要的途径。改变培养基成分,常常能提高酶活性,改变培养基的氢离子浓度和通气等条件,可以调节酶系的比例,改变代谢调节或遗传型,可以使酶的微生物合成产生成千倍的变化。上述的这些措施,对于微生物产酶的影响并非孤立的,而是相互联系、相互制约的。所谓最佳培养条件与培养基的最佳组成,都是保证酶合成达到最高产率的控制条件。通常,菌种的生长与产酶未必是同步的,产酶量也并不是完全与微生物生长旺盛程度成正比。为了使菌体最大限度地产酶,除了根据菌种特性或生产条件选择恰当的产酶培养基外,还应当为菌种在各个生理时期创造不同的培养条件。例如细菌淀粉酶生产采取"低浓度发酵,高浓度补料",蛋白酶生产采取"提高前期培养温度"等不同措施,提高了产酶水平。

  分离提纯微生物酶的提取方法,因酶的结合状态与稳定性的不同,应用部门对产品的纯度要求不同,而有一定的区别。如果提取到的酶是一种可溶于水的复杂混合物,则需要进一步加以纯化。适用于大生产的提纯方法总是以降低成本、提高效能而同时又提高产品纯度和质量为前提,事先应当经小试验规模充分对比,从中加以选择。理想的提纯方法应满足二个条件,即比活性的提高与总活性的回收高,但实际上往往难以兼得。主要的方法有盐析法、有机溶剂沉淀法、吸附法。

  安全控制微生物酶制剂虽是生物产品,比化学制品更安全,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收到沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的污染,还可能还生物毒素,此外培养基中都要使用无机盐,难免混入汞、铅、砷等有毒重金属,因此,酶制剂的生产必须有良好的生产规程要求。

  今后微生物酶制剂在食品工业中的应用要主要做好以下工作:改进当今具有商业价值的酶,开发耐热、耐酸碱,对底物有特殊作用的酶,以及将动植物生产的酶改由微生物发酵方法来生产,或者将还不能使用的微生物所产的酶改由安全菌来生产;开发新的独特的酶;复合酶在食品工业中的应用较少,还有待进一步发掘;酶制剂开发方面最新技术的应用。

  随着微生物酶制剂工业的发展,其优越性、影响力将更为提高,我国微生物酶制剂工业应当在新品研究、加工工业、安全性上多加研究,争创品牌,形成规模,必将对我国食品工业的发展产生重大影响。文章来源:慧聪食品工业网

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