酶是一種生物催化劑，催化效率高、反應(yīng)條件溫和和專(zhuān)一性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)日益受到人們的重視，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。生物界中已發(fā)現(xiàn)有多種生物酶，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的僅有淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖異構(gòu)酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。利用微生物生產(chǎn)生物酶制劑要比從植物瓜果、種子、動(dòng)物組織中獲得更容易。因?yàn)閯?dòng)、植物來(lái)源有限，且受季節(jié)、氣候和地域的限制，而微生物不僅不受這些因素的影響，而且種類(lèi)繁多、生長(zhǎng)速度快、加工提純?nèi)菀�、加工成本相�?duì)比較低，充分顯示了微生物生產(chǎn)酶制劑的優(yōu)越性。現(xiàn)在除少數(shù)幾種酶仍從動(dòng)、植物中提取外，絕大部分是用微生物來(lái)生產(chǎn)的。
4.1 主要酶制劑、用途及產(chǎn)酶微生物
酶制劑可以由細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產(chǎn)。微生物產(chǎn)生的各種酶以及它們?cè)谑称饭I(yè)中的應(yīng)用見(jiàn)表7-2。
表7-2微生物酶制劑及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用
酶 用 途 來(lái)源
耐高溫a-淀粉酶糖化酶普魯蘭酶蛋白酶脂肪酶纖維素酶半纖維素酶果膠酶葡萄糖氧化酶葡萄糖異構(gòu)酶菌蔗糖酶橙皮苷酶乳糖酶單寧酶花色素酶凝乳酶胺氧化酶 水解淀粉制造葡萄糖、麥芽糖、糊精水解淀粉成葡萄糖水解淀粉成直鏈低聚糖軟化肌肉纖維、啤酒果酒澄清、動(dòng)植物蛋白質(zhì)水解營(yíng)養(yǎng)液用于制作干酪和奶油，增進(jìn)食品香味，大豆脫腥等用于大米、大豆、玉米脫皮，淀粉制造用于大米、大豆、玉米脫皮，提高果汁澄清度等用于柑桔脫囊衣，飲料、果酒澄清等用于蛋白質(zhì)脫葡萄糖以防止食品褐變，食品除氧防腐可使葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖制造轉(zhuǎn)化糖，防止高濃度糖漿中蔗糖析出，防止糖果發(fā)沙防止柑桔罐頭的白色沉淀乳糖酶缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出食品脫澀防止水果制品變色，白葡萄酒脫去紅色乳液凝固劑胺類(lèi)脫臭 細(xì)菌、霉菌細(xì)菌、霉菌細(xì)菌、霉菌細(xì)菌、霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌、細(xì)菌霉菌細(xì)菌、放線酵母霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌酵母、細(xì)菌
4.2 微生物酶制劑生產(chǎn)
4.2.1 菌種選擇
任何生物都能在一定的條件下合成某些酶。但并不是所有的細(xì)胞都能用于酶的發(fā)酵生產(chǎn)。一般說(shuō)來(lái)，能用于酶發(fā)酵生產(chǎn)的細(xì)胞必須具備如下幾個(gè)條件：酶的產(chǎn)量高。優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞首先具有高產(chǎn)的特性，才有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。高產(chǎn)細(xì)胞可以通過(guò)篩選、誘變、或采用基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù)而獲得；容易培養(yǎng)和管理，要求產(chǎn)酶細(xì)胞容易生長(zhǎng)繁殖，并且適應(yīng)性較強(qiáng)，易于控制，便于管理；產(chǎn)酶穩(wěn)定性好。在通常的生產(chǎn)條件下，能夠穩(wěn)定地用于生產(chǎn)，不易退化。一旦細(xì)胞退化，要經(jīng)過(guò)復(fù)壯處理，使其恢復(fù)產(chǎn)酶性能；利于酶的分離純化。發(fā)酵完成后，需經(jīng)分離純化過(guò)程，才能得到所需的酶，這就要求產(chǎn)酶細(xì)胞本身及其它雜質(zhì)易于和酶分離；安全可靠。要使用的細(xì)胞及其代謝物安全無(wú)毒，不會(huì)影響生產(chǎn)人員和環(huán)境，也不會(huì)對(duì)酶的應(yīng)用產(chǎn)生其它不良的影響。
4.2.2 產(chǎn)酶培養(yǎng)
酶的發(fā)酵生產(chǎn)是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞以外，還必須滿(mǎn)足細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的各種工藝條件，并要根據(jù)發(fā)酵過(guò)程的變化進(jìn)行優(yōu)化控制。
1) 固體培養(yǎng)法
固體培養(yǎng)是以皮麩或米糠為主要原料，另外添加谷糠、豆餅等為輔助原料。經(jīng)過(guò)對(duì)原料發(fā)酵前處理，在一定的培養(yǎng)條件下微生物進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖代謝產(chǎn)酶。固體培養(yǎng)法比液體培養(yǎng)法產(chǎn)酶量高。同時(shí)還具有原料簡(jiǎn)單、不易污染、操作簡(jiǎn)便、酶提取容易、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不便自動(dòng)化和連續(xù)化作業(yè)，占地多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
2) 液體培養(yǎng)法
液體培養(yǎng)法的優(yōu)點(diǎn)是：占地少、生產(chǎn)量大、適合機(jī)械化作業(yè)、發(fā)酵條件容易控制、不易污染，還可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。其培養(yǎng)方法有分批培養(yǎng)、流加培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)三種，其中前兩種培養(yǎng)法廣為應(yīng)用，后者因污染和變異等關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題尚未解決，應(yīng)用受到限制。在深層液體培養(yǎng)中，pH值、通氣量、溫度、基質(zhì)組成、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)期及代謝產(chǎn)物等都對(duì)酶的形成和產(chǎn)量有影響，要嚴(yán)加控制。深層培養(yǎng)的時(shí)間通過(guò)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)過(guò)程的酶活來(lái)確定，一般較固體培養(yǎng)周期(1~7d)短，僅需1~5d。與固體培養(yǎng)法相比，
3) 產(chǎn)酶條件的控制
提高微生物酶活性和產(chǎn)率的途徑是多方面的，其中控制營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)條件是最基本也是最重要的途徑。改變培養(yǎng)基成分，常常能提高酶活性，改變培養(yǎng)基的氫離子濃度和通氣等條件，可以調(diào)節(jié)酶系的比例，改變代謝調(diào)節(jié)或遺傳型，可以使酶的微生物合成產(chǎn)生成千倍的變化。上述的這些措施，對(duì)于微生物產(chǎn)酶的影響并非孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的。所謂最佳培養(yǎng)條件與培養(yǎng)基的最佳組成，都是保證酶合成達(dá)到最高產(chǎn)率的控制條件。通常，菌種的生長(zhǎng)與產(chǎn)酶未必是同步的，產(chǎn)酶量也并不是完全與微生物生長(zhǎng)旺盛程度成正比。為了使菌體最大限度地產(chǎn)酶，除了根據(jù)菌種特性或生產(chǎn)條件選擇恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)酶培養(yǎng)基外，還應(yīng)當(dāng)為菌種在各個(gè)生理時(shí)期創(chuàng)造不同的培養(yǎng)條件。例如細(xì)菌淀粉酶生產(chǎn)采取"低濃度發(fā)酵，高濃度補(bǔ)料"，蛋白酶生產(chǎn)采取"提高前期培養(yǎng)溫度"等不同措施，提高了產(chǎn)酶水平。
① 培養(yǎng)基
a 碳源
碳水化合物是微生物細(xì)胞的重要組成材料、能源和酶的組成部分，也是多種誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)物。不同微生物要求的碳源不同，是由菌種自身的酶系（組成酶或誘導(dǎo)酶）所決定。
綜合起來(lái)有如下幾點(diǎn)值得注意：葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，對(duì)促進(jìn)細(xì)胞的呼吸與生長(zhǎng)有利。高濃度下，對(duì)產(chǎn)酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等就是如此，也有與此相反的情況；有些微生物不能利用復(fù)雜的碳水化合物，必須使用葡萄糖等簡(jiǎn)單的碳水化合物時(shí)，可采用流加法等避免出現(xiàn)"葡萄糖效應(yīng)"現(xiàn)象；有時(shí)近似的碳源，也會(huì)因某些原因，出現(xiàn)不同的產(chǎn)酶情況，如黃青霉（葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌）在甜菜糖蜜作碳源時(shí)不產(chǎn)酶，以甘蔗糖蜜作碳源時(shí)產(chǎn)酶量顯著增高。此外，碳源類(lèi)型除了影響產(chǎn)酶外，還能影響微生物胞內(nèi)酶與胞外酶的比例。
有些碳源本身就是酶的誘導(dǎo)物，如短乳桿菌（葡萄糖異構(gòu)酶產(chǎn)生菌）必須在木糖培養(yǎng)基上產(chǎn)酶，以葡萄糖作碳源時(shí)，盡管菌體繁殖旺盛卻不產(chǎn)酶。當(dāng)然也有不需木糖作誘導(dǎo)物的葡萄糖導(dǎo)構(gòu)酶產(chǎn)生菌。至于α-淀粉酶生產(chǎn)培養(yǎng)基中加入淀粉，果膠酶生產(chǎn)時(shí)加入果膠或含果膠物質(zhì)的甜菜渣和水果渣，這都是早為人所共知的誘導(dǎo)物。但是不以底物作誘導(dǎo)物的情況也很多，如以果糖代替果膠，卻能使果膠酶活性提高二倍。乳糖不僅誘導(dǎo)果膠酶，也能誘導(dǎo)綠色木霉增加纖維素酶的產(chǎn)量。
誘導(dǎo)方法有： 直接誘導(dǎo)法，即將誘導(dǎo)劑直接加入培養(yǎng)基中，使之發(fā)酵產(chǎn)酶；兩步培養(yǎng)誘導(dǎo)法，先將微生物接種在不含誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)液中，繁殖大量菌絲。在產(chǎn)酶期，把菌體轉(zhuǎn)入含誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)液中，使之大量合成酶。兩步法提高產(chǎn)酶的原因，可能是這種方法可以避免分解代謝物阻遏，使誘導(dǎo)物能充分發(fā)揮其誘導(dǎo)作用；二次誘導(dǎo)法，如焦曲霉在乳糖做碳源時(shí)，能產(chǎn)生少量a-半乳糖苷酶，焦曲霉也能在棉子糖誘導(dǎo)下合成α-半乳糖苷酶。若在培養(yǎng)液中先加少量棉子糖，使之起預(yù)誘導(dǎo)作用，然后在菌體進(jìn)入大量合成酶的生長(zhǎng)時(shí)期，再加入適量的乳糖，進(jìn)行二次再誘導(dǎo)，可能合成較多的a-半乳糖苷酶。
b 氮源
氮源是蛋白質(zhì)的組成成分，氯源的不同，也能起到誘導(dǎo)和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生產(chǎn)中，蛋白質(zhì)能誘導(dǎo)酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用變化很大，有的有利，有的抑制。
氮源對(duì)于微生物生長(zhǎng)與產(chǎn)酶有幾方面影響：既促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，又促進(jìn)產(chǎn)酶；只促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，不促進(jìn)產(chǎn)酶；只促進(jìn)產(chǎn)酶，不促進(jìn)微生物生長(zhǎng)；既不促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，又不促進(jìn)產(chǎn)酶。
在嚴(yán)格選定氮源類(lèi)型之后，還應(yīng)當(dāng)注意碳源濃度，即碳氮比、無(wú)機(jī)氮與有機(jī)氮的濃度比例、無(wú)機(jī)氮的種類(lèi)等。在曲霉淀粉酶的生產(chǎn)過(guò)程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌絲體對(duì)于氮源的消耗顯著降低，影響淀粉酶的合成�？莶輻U菌產(chǎn)生果聚糖蔗糖酶時(shí)，培養(yǎng)基中蔗糖濃度10%，銨鹽[如(NH4)SO4]濃度必須超過(guò)菌體生長(zhǎng)的最高需要量（即達(dá)到含氮量0。15%左右），酶的產(chǎn)量才大幅度上升。
c 無(wú)機(jī)鹽
有些金屬離子本身就是酶的組成部分。鹽對(duì)產(chǎn)酶的效應(yīng)比較復(fù)雜，現(xiàn)分述如下：
磷：多數(shù)情況對(duì)產(chǎn)酶有促進(jìn)作用，在蛋白酶中比較明顯；
鈣：Ca2+對(duì)蛋白酶有明顯的保護(hù)和穩(wěn)定作用。如無(wú)Ca2+存在時(shí)，灰色鏈霉菌中性蛋白酶只在PH7~7.5很狹范圍內(nèi)穩(wěn)定，當(dāng)有Ca2+存在時(shí)，穩(wěn)定pH范圍擴(kuò)大到5~9，在Ca2+存在下，枯草桿菌中性蛋白酶在pH5.5~10可以穩(wěn)定數(shù)小時(shí)，其反應(yīng)最適溫度可以提高到57℃。一種真菌產(chǎn)生的堿性蛋白酶，在Ca2+存在時(shí)，37℃時(shí)的半衰期由7.5min延長(zhǎng)到165min。有Ca2+時(shí)半數(shù)以上堿性蛋白酶可在65℃維持15min。50℃培養(yǎng)的耐熱蛋白酶，在Ca2+存在下80℃加熱10min、酶活尚存85%，無(wú)Ca2+時(shí)76℃經(jīng)10min，酶活即下降50%。Ca2+對(duì)α-淀粉酶的作用更為明顯，純化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但有大Ca2+存在時(shí)，酶的熱穩(wěn)性增加。不同的菌種熱穩(wěn)性提高到65℃至90℃。 PH的穩(wěn)定范圍也從5~7擴(kuò)展至5~11。α-淀粉酶是一種金屬酶，每分子酶含1克原子Ca2+，Ca2+使酶分子保持適當(dāng)?shù)臉?gòu)象，從而維持最大的活性與穩(wěn)定性。不同菌種熱穩(wěn)定性的不同是由于高溫對(duì)Ca2+的親和力不同所致。α-淀粉酶與Ca2+的結(jié)合不因EDTA的處理而失活，除非pH低于3，但若添加與EDTA相當(dāng)量的Ca2+，并將其復(fù)至中性，仍可恢復(fù)活性。
Na+、Cl-對(duì)提高枯草桿菌液化型a-淀粉酶的耐熱性的作用尤為顯著。
添加適量的Mg2+，Zn2+，Mn2+，Co2+，F(xiàn)e2+等能提高蛋白酶和α-淀粉酶等的產(chǎn)酶量。D-木糖異構(gòu)酶需要二價(jià)金屬離子才有活力，不同菌種需As2+，Mg2+，Mn2+和Co2+等，在一種情況下，一種離子可能是活化劑，在另一種情況下卻成了抑制劑。不同的酶往往需要不同的離子作它的活化劑。
一般說(shuō)金屬和重金屬離子如Hg2+，Ag2+，Pb2+，Zn2+，Ni2+，Cu2+，A13+及有些情況下的Ca2+，F(xiàn)e2+等對(duì)酶活力有抑制。若有適當(dāng)濃度的Mg2+，Co2+共存時(shí)，則可顯著減輕有害離子的抑制作用。
d 生長(zhǎng)因素
多種氨基酸維生素是微生物生長(zhǎng)與產(chǎn)酶的必要成分，有些維生素甚至就是酶的組成部分。麥芽根、酵母膏、玉米漿、米糠、曲汁、麥芽汁、玉米廢醪中均含有不同程度的微量生長(zhǎng)因素，對(duì)促進(jìn)產(chǎn)酶有顯著效應(yīng)。磷酸酰環(huán)己六醇也是微生物的重要生長(zhǎng)因素之一。
2) 培養(yǎng)條件
① pH值
同一菌種產(chǎn)酶的類(lèi)型與酶系組成可以隨pH值的改變而產(chǎn)生不同程度的變化。如用黑曲霉使腺苷酸氧化脫氨轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤账釙r(shí)，培養(yǎng)在pH值6.0以上的環(huán)境中，果膠酶活性受到抑制，pH值改變到6.0以下就形成果膠酶。pH值還決定酶系的組成，泡盛曲霉突變株在pH值6.0培養(yǎng)時(shí)，以產(chǎn)生a-淀粉酶為主，糖化型淀粉酶與麥穿糖酶產(chǎn)生極少。在pH值2.4條件下培養(yǎng)，轉(zhuǎn)向糖化型淀粉酶與麥穿糖酶的合成，α-淀粉酶的合成受到抑制。
在蛋白酶生產(chǎn)中，pH低有利于酸性蛋白酶生成，pH高有利于中性和堿性蛋白酶生成，這是相一致的。產(chǎn)酶pH值常同酶反應(yīng)最適pH值接近，但酶反應(yīng)的最適pH也許對(duì)某些酶最不穩(wěn)定，在這種場(chǎng)合下只能選擇盡量靠近的pH值。
在有些情況下，由于pH不同，出現(xiàn)胞內(nèi)和胞外酶的產(chǎn)量比例不同，如α-半乳糖苷酶在PH4.8至6.0范圍內(nèi)，其胞內(nèi)酶占74%。當(dāng)pH升高時(shí)胞外酶的比例就升高。
② 溫度
溫度對(duì)產(chǎn)酶的影響有以下幾種情況：
產(chǎn)酶溫度低于生長(zhǎng)溫度。醬油曲霉蛋白酶合成的適宜溫度在28℃，比生長(zhǎng)溫度40℃條件下產(chǎn)酶量高出2~4倍。在異淀粉酶生產(chǎn)中也有這種情況；
產(chǎn)酶溫度與生長(zhǎng)溫度一致。如鏈霉菌合成葡萄糖異構(gòu)酶約在30℃；
產(chǎn)酶溫度高于生長(zhǎng)溫度。例如產(chǎn)生糖化型淀粉酶的適宜溫度在35℃，而它生長(zhǎng)的最適溫度為30℃。鏈霉菌產(chǎn)生淀粉酶的溫度以35℃合適，而生長(zhǎng)溫度則以28℃最好；
此外，溫度還能影響酶系組成及酶的特性。例如，用米曲霉制曲時(shí)，溫度控制在低限，有利于蛋白酶合成，而α-淀粉酶活性受到抑制。
③ 通氣和攪拌
以枯草桿菌產(chǎn)生α-淀粉酶為例。將細(xì)菌的生理時(shí)期劃分為三個(gè)階段：菌體繁殖期，接種后5~13h；
芽胞產(chǎn)生期；產(chǎn)酶期。這三個(gè)階段對(duì)于供氧要求是不同的。如果第二時(shí)期維持缺氧狀態(tài)，有助于抑制芽胞形成，第一和第三生理時(shí)期充分供氧，可以促進(jìn)菌體繁殖并提高產(chǎn)酶量，證明不同時(shí)期，對(duì)通氣量要求不同。
對(duì)于產(chǎn)異淀粉酶的氣桿菌，不同的通氣量和培養(yǎng)方式，酶活亦有很大差別。產(chǎn)異淀粉酶的氣桿菌，生長(zhǎng)期間要求有較大的通氣量，而產(chǎn)酶期間通氣量以小為好；就生長(zhǎng)而論，通氣量以中等程度較好。也有與此相反的情況，如蛋白深層發(fā)酵時(shí)，較小通氣量有利于生長(zhǎng)，不利于產(chǎn)酶，較大通風(fēng)量可促進(jìn)酶的合成而對(duì)生長(zhǎng)則抑制。但異構(gòu)酶產(chǎn)生菌因菌種不同，有的在強(qiáng)通風(fēng)下產(chǎn)酶，有的需弱通風(fēng)下產(chǎn)酶。
④ 種齡
過(guò)老或過(guò)嫩，不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)酶量。一般種齡在30至45h的酶活性最高。
4.2.3 分離提純
微生物酶的提取方法，因酶的結(jié)合狀態(tài)與穩(wěn)定性的不同，應(yīng)用部門(mén)對(duì)產(chǎn)品的純度要求不同，而有一定的區(qū)別。如果提取到的酶是一種可溶于水的復(fù)雜混合物，則需要進(jìn)一步加以純化。適用于大生產(chǎn)的提純方法總是以降低成本、提高效能而同時(shí)又提高產(chǎn)品純度和質(zhì)量為前提，事先應(yīng)當(dāng)經(jīng)小試驗(yàn)規(guī)模充分對(duì)比，從中加以選擇。理想的提純方法應(yīng)滿(mǎn)足二個(gè)條件，即比活性的提高與總活性的回收高，但實(shí)際上往往難以兼得。
1) 鹽析法
鹽析劑中性鹽的選擇： MgS04，(NH4)2S04，Na2SO4，NaH2P04是常用的鹽析用中性鹽。其鹽析蛋白質(zhì)的能力隨蛋白質(zhì)的種類(lèi)而不同，但一般說(shuō)來(lái)這種能力按上述順序依次增大。一般可以說(shuō)含有多價(jià)陰離子的中性鹽其鹽析效果好。但實(shí)際上(NH4)2S04是最多用的鹽析劑，這是因?yàn)樗娜芙舛仍谳^低溫度下也是相當(dāng)高的。有的酶只有在低溫下穩(wěn)定，而低溫下Na2S04，NaH2P04的溶解度很低，常常不能達(dá)到使這種酶鹽析的濃度。
鹽析劑用量的決定：不同的酶使之鹽析沉淀的鹽析劑用量是不同的，隨共存的雜質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量而有所差異。因此適當(dāng)?shù)氖褂昧恐荒芨鶕?jù)實(shí)踐決定，并根據(jù)數(shù)據(jù)可以繪制出鹽析曲線。
pH和溫度的影響：蛋白質(zhì)的溶解度在無(wú)鹽存在下，以在等電點(diǎn)時(shí)為最小，在稀鹽狀態(tài)時(shí)大致也是這樣。但在高濃度的中性鹽溶液中，原有蛋臼質(zhì)溶液pH的影響不大。實(shí)際上溶液最終的pH為鹽析劑所決定。
在無(wú)鹽或稀鹽溶液中，溫度低，蛋白質(zhì)的溶解度也低，但在高濃度鹽溶液中，溫度高則蛋白質(zhì)的溶解度反而低。因此一般說(shuō)來(lái)鹽析時(shí)不要降低溫度，除非這種酶不耐熱。
鹽析法的優(yōu)點(diǎn)是在常溫沉淀過(guò)程中不會(huì)造成酶的失活，沉淀物在室溫下長(zhǎng)時(shí)間放置也不會(huì)失活，在沉淀酶的同時(shí)夾帶沉淀的非蛋白質(zhì)雜質(zhì)少，而且適用于任何酶的沉淀。它的缺點(diǎn)是沉淀物中含有大量的鹽析劑。如用硫酸按一次沉淀法制取的酶制劑，就含有硫酸銨的氣味，如果這種制劑不經(jīng)脫鹽直接用于食品工業(yè)，不但影響食品的風(fēng)味和工藝效果，而且工業(yè)硫酸銨中可能含有毒性物質(zhì)，不符合衛(wèi)生要求。
2) 有機(jī)溶劑沉淀法
① 有機(jī)溶劑的選擇
有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)的能力隨蛋白質(zhì)的種類(lèi)及有機(jī)溶劑的種類(lèi)而不同，對(duì)曲霉淀粉酶而言，有機(jī)溶劑的沉淀能力，丙酮>異丙醇>乙醇>甲醇。這個(gè)順序還受溫度、pH、鹽離子濃度所影響，不是一成不變的。
② 有機(jī)溶劑的用量
有機(jī)溶劑的沉淀能力受很多因素影響，特別是溶存鹽類(lèi)的影響尤為顯著。當(dāng)存在少量中性鹽(0.1~0.2mol/L以上)時(shí)能產(chǎn)生鹽溶作用。蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑水溶液中的溶解度升高。多價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+，Zn2+與蛋白質(zhì)結(jié)合，就能使蛋白質(zhì)在水或有機(jī)溶劑中的溶解度降低，因而可以降低使酶沉淀的有機(jī)溶劑的濃度。
③工藝參數(shù)的影響
a 溫度
有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)的能力受溫度的影響很大。一般言之，溫度愈低沉淀愈完全。局部區(qū)域有機(jī)溶劑過(guò)濃，能夠嚴(yán)重破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)造成酶的變性失活，在溫度較高的條件下尤為顯著。有機(jī)溶劑，特別是乙醇與水混合時(shí)放出大量熱，使混合液的溫度升高。因此在添加有機(jī)溶劑時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)需要冷卻，一般保持0℃左右，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，以避免有機(jī)溶劑局部過(guò)熱和液體局部過(guò)熱。另外，已經(jīng)沉淀的酶對(duì)有機(jī)溶劑變性的抵抗力大，所以過(guò)分延長(zhǎng)添加溶劑的時(shí)間也是不利的。
b pH值
蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的溶解度最低，但很多酶的等電點(diǎn)在pH4~5值之間，比其穩(wěn)定的pH值范圍低。在這種情況下必須采用目的酶穩(wěn)定的pH值，然后是盡可能靠近其等電點(diǎn)。
沉淀時(shí)酶液的溫度和pH值不但對(duì)目的酶的收率具有決定性的影響，而且對(duì)酶的組成(各共存酶的比率)及單位重量沉淀物中目的酶的活力都有重要的關(guān)系。例如固體培養(yǎng)的米曲霉α-淀粉酶，用水抽出并過(guò)濾，清液預(yù)先冷卻，在攪拌下加乙醇至終濃度70%，溫度10℃，pH值5.6~6.0，α-淀粉酶的收率約94%。
2) 吸附法
① 白土及活性氧化鋁吸附法
白土類(lèi)是以硅酸鋁為主要成分的粘土，隨其種類(lèi)不同，能吸附酶或蛋白質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量也不同，一般在弱酸性條件下吸附酶或蛋白質(zhì)，在中性或弱堿性條件下解吸。白土先用2mol/L鹽酸活化。
活性氧化鋁也是最常用的吸附酶或蛋白質(zhì)的吸附劑之一。可以用明磯、硫酸銨等調(diào)制，加熱使之活性化。酶或蛋白質(zhì)一般在弱酸性條件下吸附，在弱堿性條件下解吸。
② 淀粉吸附α-淀粉酶的方法
一定的酶只作用于特定的基質(zhì)，這一事實(shí)說(shuō)明兩者之間有一種特別的親和力。因此用基質(zhì)吸附那種對(duì)基質(zhì)具有特定作用的酶，可以達(dá)到很好的效果。但作為吸附劑的基質(zhì)首先必須是固相物；其次在吸附酶的過(guò)程中，這種基質(zhì)不會(huì)被它所吸附而又專(zhuān)門(mén)能作用于它的酶所分解，或分解程度極微；第三是單位重量的基質(zhì)吸附這種特定酶的能力均應(yīng)該足夠大�，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)生淀粉對(duì)α-淀粉酶的吸附是比較接近于上述條件的。
4.2.4 酶制劑化和穩(wěn)定化處理
濃縮的酶液可制成液體或固體酶制劑。酶制劑的出售是以一定體積或重量的酶活計(jì)價(jià)，所以生產(chǎn)出的酶制劑在出售前往往需要稀釋至一定的標(biāo)準(zhǔn)酶活。同時(shí)為改進(jìn)和提高酶制劑的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，一般都要在酶制劑中加入一種以上的物質(zhì)，它們既可作酶活穩(wěn)定劑，又可作抗菌劑及助濾劑，它們?nèi)糁瞥筛煞�，則可起到填料、稀釋劑和抗結(jié)塊劑的作用。可用作酶活穩(wěn)定劑的物質(zhì)很多，如輔基、輔酶、金屬離子、底物、整合劑、蛋白質(zhì)等，最常用的有多元醇(如甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等)、糖類(lèi)、食鹽、乙醇及有機(jī)鈣。有時(shí)用一種穩(wěn)定劑效果不明顯，則需要幾種物質(zhì)合用，如明膠對(duì)細(xì)菌淀粉酶及蛋白酶有穩(wěn)定作用，但效果不明顯，若同時(shí)加人些乙醇和甘油，穩(wěn)定效果就顯著了
4.3 酶制劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用
4.3.1 酶制劑在食品保鮮方面的應(yīng)用
隨著人們對(duì)食品的要求不斷提高和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種嶄新的食品保鮮技術(shù)—酶法保鮮技術(shù)正在崛起。酶法保鮮技術(shù)是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素對(duì)食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)和特性的技術(shù)。由于酶具有專(zhuān)一性強(qiáng)、催化效率高、作用條件溫和等特點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧化和微生物對(duì)食品所造成的不良影響。
葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）是一種氧化還原酶，它可催化葡萄糖和氧反應(yīng)，生成葡萄糖酸和雙氧水。將葡萄糖氧化酶與食品一起置于密封容器中，在有葡萄糖存在的條件下，該酶可有效地降低或消除密封容器中的氧氣，從而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。
葡萄糖氧化酶可以在有氧條件下，將蛋類(lèi)制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產(chǎn)品的質(zhì)量；另外在氧的存在下容易發(fā)生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易發(fā)生褐變的馬鈴薯、蘋(píng)果、梨、果醬類(lèi)食品中，利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑，可以有效地防止氧化的發(fā)生。
溶菌酶（Lysozyme）是一種催化細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它專(zhuān)一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4鍵，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解死亡。一般可從雞蛋的蛋清中得到。用溶菌酶處理食品，可以有效地防止和消除細(xì)菌對(duì)食品的污染，起到防腐保鮮作用。溶菌酶由于其專(zhuān)一地作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解，而對(duì)沒(méi)有細(xì)胞壁的人體細(xì)胞不會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等需要?dú)缂?xì)菌的領(lǐng)域。在食品保鮮方面，可用于各種食品的防腐保鮮等，如干酪、水產(chǎn)品、低濃度釀造酒、乳制品等其它食品的保鮮。采用溶菌酶進(jìn)行食品的防腐保鮮，一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶對(duì)人體無(wú)害，可有效地防止細(xì)菌對(duì)食品的污染，它已廣泛地用于各種食品的防腐保鮮。
4.3.2 酶制劑在淀粉類(lèi)食品生產(chǎn)中的應(yīng)用
淀粉類(lèi)食品是指含大量淀粉或以淀粉為主要原料加工而成的食品，是世界上產(chǎn)量最大的一類(lèi)食品。淀粉可以通過(guò)水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產(chǎn)物。這些產(chǎn)物又可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)物。在這些產(chǎn)物的生產(chǎn)中，已廣泛應(yīng)用各種酶。
在淀粉類(lèi)食品的加工中，多種酶被廣泛地應(yīng)用，其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)絕大多數(shù)是采用淀粉酶水解的方法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是有葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。若將異構(gòu)化反應(yīng)完成后，混合糖液經(jīng)過(guò)脫色、精制、濃縮等過(guò)程，得到固形物含量達(dá)71%左右的果葡糖漿，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右為低聚糖。若將異構(gòu)化后的混合糖液中的果糖與葡萄糖分離，再將分離的葡萄糖進(jìn)行異構(gòu)化，如此反復(fù)進(jìn)行，可使更多的葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖，由此可生產(chǎn)出果糖含量達(dá)70%、90%甚至更高的果葡糖漿，稱(chēng)之為高國(guó)糖漿。
飴糖生產(chǎn)中所利用的酶，除了從添加的大麥芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制劑的方法提供。添加的酶主要是a-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麥芽糖漿的生產(chǎn)的生產(chǎn)是采用β-淀粉酶和支鏈淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地轉(zhuǎn)化為麥芽糖。糖化時(shí)，將液化后得到的糊精液調(diào)至pH5~6，溫度50℃左右，加入一定比例的支鏈淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麥芽糖含量達(dá)80%~95%的糖化液。
糊精是淀粉的低級(jí)程度水解產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于食品增綢劑、填充劑和吸收劑等。糊精和麥芽糊精可用酸法和酶法生產(chǎn)，現(xiàn)在大多采用酶法水解的方法生產(chǎn)。環(huán)狀糊精是由6~12個(gè)葡萄糖單位以a-1，4-葡萄糖苷鍵連接而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一類(lèi)化合物，能吸附各種小分子物質(zhì)，起到穩(wěn)定、緩解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工業(yè)中有廣泛用途。β-環(huán)狀糊精的生產(chǎn)，一般采用嗜堿芽孢桿菌BGT。常用的生產(chǎn)菌株有N-227，NO。38-2等。采用嗜堿芽孢桿菌N-227菌BGT生產(chǎn)β-環(huán)狀糊精時(shí)，可使用木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉為原料，轉(zhuǎn)化率可達(dá)35%~40%。
4.3.3 酶在蛋白質(zhì)食品生產(chǎn)中的應(yīng)用
蛋白質(zhì)食品是指含大量蛋白質(zhì)或以蛋白質(zhì)為主要原料加工而成的食品。在蛋白質(zhì)食品的生產(chǎn)過(guò)程中，主要使用的酶是各種蛋白酶。蛋白質(zhì)是由各種氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的高分子化合物，在蛋白質(zhì)水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物。這些產(chǎn)物在食品、醫(yī)藥、細(xì)菌培養(yǎng)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
蛋白酶（Proteinases）是一類(lèi)催化蛋白質(zhì)水解的酶。來(lái)自微生物的蛋白酶主要是枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白質(zhì)在加酶水解之前必須經(jīng)過(guò)一定的處理，以破壞其完整的空間結(jié)構(gòu)，使其變性，以利于酶的水解。一般可以采用加熱處理的方法。也可采用生化分離技術(shù)將蛋白質(zhì)先提取出來(lái)，再進(jìn)行酶解。用蛋白酶水解法生產(chǎn)氨基酸時(shí)，要根據(jù)所使用的蛋白酶的動(dòng)力學(xué)特性，選擇并控制好各種水解條件，使蛋白質(zhì)完全水解成氨基酸。
明膠是一種熱可溶性的蛋白質(zhì)凝膠，在食品加工中有廣泛的用途。生產(chǎn)明膠的原料一般采用動(dòng)物的皮或骨，這些原料含有豐富的膠原蛋白。天然狀態(tài)的膠原蛋白呈三股螺旋結(jié)構(gòu)，不溶于水，若采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚�，即可使三股螺旋結(jié)構(gòu)解體成為單鏈，而溶解在熱水中，得到明膠溶液。在蛋白酶法水解生產(chǎn)明膠時(shí)原料需先經(jīng)切割、搗碎處理，然后用清水洗凈、瀝干。
干酪（cheese）又稱(chēng)奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、容易消化吸收的食品，其主要成分是蛋白質(zhì)和乳脂，還含有少量的無(wú)機(jī)鹽及豐富的維生素。干酪的生產(chǎn)可以采用乳酸菌發(fā)酵的方法，也可采用凝乳蛋白酶的方法進(jìn)行。用于肉類(lèi)嫩化的微生物蛋白酶有枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根曲霉蛋白酶等微生物蛋白酶。
4.3.4 酶在果蔬食品生產(chǎn)中的應(yīng)用
在果蔬類(lèi)食品的生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，常常使用各種酶。常用果膠酶處理果汁、果酒、果胨、果蔬罐頭等的生產(chǎn)。在果汁生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用果膠酶處理，有利于壓榨、提高出汁率。在沉淀、過(guò)濾、離心分離過(guò)程中，能促進(jìn)凝聚沉淀物的分離，使果汁澄清。經(jīng)酶處理的果汁比較穩(wěn)定，可防止混濁。果膠酶已廣泛用于蘋(píng)果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生產(chǎn)。用于果汁處理的果膠酶一般均是混合果膠酶，其中含有果膠酯酶（PE）、內(nèi)切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、內(nèi)切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、內(nèi)切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）。在應(yīng)用果膠酶處理蘋(píng)果汁時(shí)，要特別注意pH值、溫度、作用時(shí)間、酶量等對(duì)果汁澄清速度的影響。
果汁經(jīng)濃縮成為高濃度果汁后，在高濃度的糖存在的條件下，可以凝結(jié)形成果凍。但糖含量太多不僅影響風(fēng)味，而且不符合當(dāng)今人們對(duì)健康食品的要求。若要生產(chǎn)低糖果凍，必須采用酶法處理技術(shù)。用純化的果膠酯酶（PG）處理果汁，使果膠的甲基化程度降低。
在果蔬制品的脫色方面也用到酶制劑處理。許多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素�；ㄇ嗨厥且活�(lèi)水溶性植物色素。其顏色隨pH值的不同而改變，在光照和稍高的溫度下，很快變?yōu)楹稚c金屬離子反應(yīng)則呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓醬、桃子罐頭、芹菜汁等，必須用花青素酶處理，使花青素水解成為五色的葡萄糖和配基。以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
4.3.5 酶在果酒生產(chǎn)中的應(yīng)用
在葡萄酒生產(chǎn)的過(guò)程中，已廣泛應(yīng)用酶制劑，主要應(yīng)用的酶有果膠酶和蛋白酶。果膠酶用于葡萄酒生產(chǎn)，不僅可以提高葡萄汁和葡萄酒的產(chǎn)率、有利于過(guò)濾和澄清，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。如使用果膠酶后，葡萄中單寧的抽出率降低，使釀制的白葡萄酒風(fēng)味更佳。在紅葡萄酒釀制過(guò)程中使用果膠酶，可提高色素的抽提率，還有助于酒的老熟，增加酒香。
用于葡萄酒生產(chǎn)的果膠酶大多數(shù)是復(fù)合酶制劑。除了含有各種果膠酶外，還含有少量的纖維素酶和半纖維素酶。在葡萄酒釀造過(guò)程中，還使用蛋白酶，以使酒中存在的蛋白質(zhì)水解，防止出現(xiàn)蛋白質(zhì)渾濁，使酒體清澈透明。除了葡萄酒以外，在其他果酒如桃酒、荔枝酒等的生產(chǎn)過(guò)程中，也可采用酶法處理，以提高產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。
4.3.6 酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用
酶作為一種高效生物催化劑，逐漸在食品添加劑的生產(chǎn)中獲得較廣泛的應(yīng)用。介于天然提取和化學(xué)合成兩種方法之間，酶合成的工藝具有前兩者無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：酶的催化活性高，產(chǎn)品合成速度快，酶的催化特異性，產(chǎn)品純度高，且能獲得指定構(gòu)象的產(chǎn)品。酶的使用確實(shí)能解決化學(xué)合成和天然提取方法中的問(wèn)題，也就為食品添加劑的生產(chǎn)提出新的思路。
4.1 主要酶制劑、用途及產(chǎn)酶微生物
酶制劑可以由細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產(chǎn)。微生物產(chǎn)生的各種酶以及它們?cè)谑称饭I(yè)中的應(yīng)用見(jiàn)表7-2。
表7-2微生物酶制劑及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用
酶 用 途 來(lái)源
耐高溫a-淀粉酶糖化酶普魯蘭酶蛋白酶脂肪酶纖維素酶半纖維素酶果膠酶葡萄糖氧化酶葡萄糖異構(gòu)酶菌蔗糖酶橙皮苷酶乳糖酶單寧酶花色素酶凝乳酶胺氧化酶 水解淀粉制造葡萄糖、麥芽糖、糊精水解淀粉成葡萄糖水解淀粉成直鏈低聚糖軟化肌肉纖維、啤酒果酒澄清、動(dòng)植物蛋白質(zhì)水解營(yíng)養(yǎng)液用于制作干酪和奶油，增進(jìn)食品香味，大豆脫腥等用于大米、大豆、玉米脫皮，淀粉制造用于大米、大豆、玉米脫皮，提高果汁澄清度等用于柑桔脫囊衣，飲料、果酒澄清等用于蛋白質(zhì)脫葡萄糖以防止食品褐變，食品除氧防腐可使葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖制造轉(zhuǎn)化糖，防止高濃度糖漿中蔗糖析出，防止糖果發(fā)沙防止柑桔罐頭的白色沉淀乳糖酶缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出食品脫澀防止水果制品變色，白葡萄酒脫去紅色乳液凝固劑胺類(lèi)脫臭 細(xì)菌、霉菌細(xì)菌、霉菌細(xì)菌、霉菌細(xì)菌、霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌、細(xì)菌霉菌細(xì)菌、放線酵母霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌酵母、細(xì)菌
4.2 微生物酶制劑生產(chǎn)
4.2.1 菌種選擇
任何生物都能在一定的條件下合成某些酶。但并不是所有的細(xì)胞都能用于酶的發(fā)酵生產(chǎn)。一般說(shuō)來(lái)，能用于酶發(fā)酵生產(chǎn)的細(xì)胞必須具備如下幾個(gè)條件：酶的產(chǎn)量高。優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞首先具有高產(chǎn)的特性，才有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。高產(chǎn)細(xì)胞可以通過(guò)篩選、誘變、或采用基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù)而獲得；容易培養(yǎng)和管理，要求產(chǎn)酶細(xì)胞容易生長(zhǎng)繁殖，并且適應(yīng)性較強(qiáng)，易于控制，便于管理；產(chǎn)酶穩(wěn)定性好。在通常的生產(chǎn)條件下，能夠穩(wěn)定地用于生產(chǎn)，不易退化。一旦細(xì)胞退化，要經(jīng)過(guò)復(fù)壯處理，使其恢復(fù)產(chǎn)酶性能；利于酶的分離純化。發(fā)酵完成后，需經(jīng)分離純化過(guò)程，才能得到所需的酶，這就要求產(chǎn)酶細(xì)胞本身及其它雜質(zhì)易于和酶分離；安全可靠。要使用的細(xì)胞及其代謝物安全無(wú)毒，不會(huì)影響生產(chǎn)人員和環(huán)境，也不會(huì)對(duì)酶的應(yīng)用產(chǎn)生其它不良的影響。
4.2.2 產(chǎn)酶培養(yǎng)
酶的發(fā)酵生產(chǎn)是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞以外，還必須滿(mǎn)足細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的各種工藝條件，并要根據(jù)發(fā)酵過(guò)程的變化進(jìn)行優(yōu)化控制。
1) 固體培養(yǎng)法
固體培養(yǎng)是以皮麩或米糠為主要原料，另外添加谷糠、豆餅等為輔助原料。經(jīng)過(guò)對(duì)原料發(fā)酵前處理，在一定的培養(yǎng)條件下微生物進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖代謝產(chǎn)酶。固體培養(yǎng)法比液體培養(yǎng)法產(chǎn)酶量高。同時(shí)還具有原料簡(jiǎn)單、不易污染、操作簡(jiǎn)便、酶提取容易、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不便自動(dòng)化和連續(xù)化作業(yè)，占地多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
2) 液體培養(yǎng)法
液體培養(yǎng)法的優(yōu)點(diǎn)是：占地少、生產(chǎn)量大、適合機(jī)械化作業(yè)、發(fā)酵條件容易控制、不易污染，還可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。其培養(yǎng)方法有分批培養(yǎng)、流加培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)三種，其中前兩種培養(yǎng)法廣為應(yīng)用，后者因污染和變異等關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題尚未解決，應(yīng)用受到限制。在深層液體培養(yǎng)中，pH值、通氣量、溫度、基質(zhì)組成、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)期及代謝產(chǎn)物等都對(duì)酶的形成和產(chǎn)量有影響，要嚴(yán)加控制。深層培養(yǎng)的時(shí)間通過(guò)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)過(guò)程的酶活來(lái)確定，一般較固體培養(yǎng)周期(1~7d)短，僅需1~5d。與固體培養(yǎng)法相比，
3) 產(chǎn)酶條件的控制
提高微生物酶活性和產(chǎn)率的途徑是多方面的，其中控制營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)條件是最基本也是最重要的途徑。改變培養(yǎng)基成分，常常能提高酶活性，改變培養(yǎng)基的氫離子濃度和通氣等條件，可以調(diào)節(jié)酶系的比例，改變代謝調(diào)節(jié)或遺傳型，可以使酶的微生物合成產(chǎn)生成千倍的變化。上述的這些措施，對(duì)于微生物產(chǎn)酶的影響并非孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的。所謂最佳培養(yǎng)條件與培養(yǎng)基的最佳組成，都是保證酶合成達(dá)到最高產(chǎn)率的控制條件。通常，菌種的生長(zhǎng)與產(chǎn)酶未必是同步的，產(chǎn)酶量也并不是完全與微生物生長(zhǎng)旺盛程度成正比。為了使菌體最大限度地產(chǎn)酶，除了根據(jù)菌種特性或生產(chǎn)條件選擇恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)酶培養(yǎng)基外，還應(yīng)當(dāng)為菌種在各個(gè)生理時(shí)期創(chuàng)造不同的培養(yǎng)條件。例如細(xì)菌淀粉酶生產(chǎn)采取"低濃度發(fā)酵，高濃度補(bǔ)料"，蛋白酶生產(chǎn)采取"提高前期培養(yǎng)溫度"等不同措施，提高了產(chǎn)酶水平。
① 培養(yǎng)基
a 碳源
碳水化合物是微生物細(xì)胞的重要組成材料、能源和酶的組成部分，也是多種誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)物。不同微生物要求的碳源不同，是由菌種自身的酶系（組成酶或誘導(dǎo)酶）所決定。
綜合起來(lái)有如下幾點(diǎn)值得注意：葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，對(duì)促進(jìn)細(xì)胞的呼吸與生長(zhǎng)有利。高濃度下，對(duì)產(chǎn)酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等就是如此，也有與此相反的情況；有些微生物不能利用復(fù)雜的碳水化合物，必須使用葡萄糖等簡(jiǎn)單的碳水化合物時(shí)，可采用流加法等避免出現(xiàn)"葡萄糖效應(yīng)"現(xiàn)象；有時(shí)近似的碳源，也會(huì)因某些原因，出現(xiàn)不同的產(chǎn)酶情況，如黃青霉（葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌）在甜菜糖蜜作碳源時(shí)不產(chǎn)酶，以甘蔗糖蜜作碳源時(shí)產(chǎn)酶量顯著增高。此外，碳源類(lèi)型除了影響產(chǎn)酶外，還能影響微生物胞內(nèi)酶與胞外酶的比例。
有些碳源本身就是酶的誘導(dǎo)物，如短乳桿菌（葡萄糖異構(gòu)酶產(chǎn)生菌）必須在木糖培養(yǎng)基上產(chǎn)酶，以葡萄糖作碳源時(shí)，盡管菌體繁殖旺盛卻不產(chǎn)酶。當(dāng)然也有不需木糖作誘導(dǎo)物的葡萄糖導(dǎo)構(gòu)酶產(chǎn)生菌。至于α-淀粉酶生產(chǎn)培養(yǎng)基中加入淀粉，果膠酶生產(chǎn)時(shí)加入果膠或含果膠物質(zhì)的甜菜渣和水果渣，這都是早為人所共知的誘導(dǎo)物。但是不以底物作誘導(dǎo)物的情況也很多，如以果糖代替果膠，卻能使果膠酶活性提高二倍。乳糖不僅誘導(dǎo)果膠酶，也能誘導(dǎo)綠色木霉增加纖維素酶的產(chǎn)量。
誘導(dǎo)方法有： 直接誘導(dǎo)法，即將誘導(dǎo)劑直接加入培養(yǎng)基中，使之發(fā)酵產(chǎn)酶；兩步培養(yǎng)誘導(dǎo)法，先將微生物接種在不含誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)液中，繁殖大量菌絲。在產(chǎn)酶期，把菌體轉(zhuǎn)入含誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)液中，使之大量合成酶。兩步法提高產(chǎn)酶的原因，可能是這種方法可以避免分解代謝物阻遏，使誘導(dǎo)物能充分發(fā)揮其誘導(dǎo)作用；二次誘導(dǎo)法，如焦曲霉在乳糖做碳源時(shí)，能產(chǎn)生少量a-半乳糖苷酶，焦曲霉也能在棉子糖誘導(dǎo)下合成α-半乳糖苷酶。若在培養(yǎng)液中先加少量棉子糖，使之起預(yù)誘導(dǎo)作用，然后在菌體進(jìn)入大量合成酶的生長(zhǎng)時(shí)期，再加入適量的乳糖，進(jìn)行二次再誘導(dǎo)，可能合成較多的a-半乳糖苷酶。
b 氮源
氮源是蛋白質(zhì)的組成成分，氯源的不同，也能起到誘導(dǎo)和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生產(chǎn)中，蛋白質(zhì)能誘導(dǎo)酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用變化很大，有的有利，有的抑制。
氮源對(duì)于微生物生長(zhǎng)與產(chǎn)酶有幾方面影響：既促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，又促進(jìn)產(chǎn)酶；只促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，不促進(jìn)產(chǎn)酶；只促進(jìn)產(chǎn)酶，不促進(jìn)微生物生長(zhǎng)；既不促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，又不促進(jìn)產(chǎn)酶。
在嚴(yán)格選定氮源類(lèi)型之后，還應(yīng)當(dāng)注意碳源濃度，即碳氮比、無(wú)機(jī)氮與有機(jī)氮的濃度比例、無(wú)機(jī)氮的種類(lèi)等。在曲霉淀粉酶的生產(chǎn)過(guò)程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌絲體對(duì)于氮源的消耗顯著降低，影響淀粉酶的合成�？莶輻U菌產(chǎn)生果聚糖蔗糖酶時(shí)，培養(yǎng)基中蔗糖濃度10%，銨鹽[如(NH4)SO4]濃度必須超過(guò)菌體生長(zhǎng)的最高需要量（即達(dá)到含氮量0。15%左右），酶的產(chǎn)量才大幅度上升。
c 無(wú)機(jī)鹽
有些金屬離子本身就是酶的組成部分。鹽對(duì)產(chǎn)酶的效應(yīng)比較復(fù)雜，現(xiàn)分述如下：
磷：多數(shù)情況對(duì)產(chǎn)酶有促進(jìn)作用，在蛋白酶中比較明顯；
鈣：Ca2+對(duì)蛋白酶有明顯的保護(hù)和穩(wěn)定作用。如無(wú)Ca2+存在時(shí)，灰色鏈霉菌中性蛋白酶只在PH7~7.5很狹范圍內(nèi)穩(wěn)定，當(dāng)有Ca2+存在時(shí)，穩(wěn)定pH范圍擴(kuò)大到5~9，在Ca2+存在下，枯草桿菌中性蛋白酶在pH5.5~10可以穩(wěn)定數(shù)小時(shí)，其反應(yīng)最適溫度可以提高到57℃。一種真菌產(chǎn)生的堿性蛋白酶，在Ca2+存在時(shí)，37℃時(shí)的半衰期由7.5min延長(zhǎng)到165min。有Ca2+時(shí)半數(shù)以上堿性蛋白酶可在65℃維持15min。50℃培養(yǎng)的耐熱蛋白酶，在Ca2+存在下80℃加熱10min、酶活尚存85%，無(wú)Ca2+時(shí)76℃經(jīng)10min，酶活即下降50%。Ca2+對(duì)α-淀粉酶的作用更為明顯，純化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但有大Ca2+存在時(shí)，酶的熱穩(wěn)性增加。不同的菌種熱穩(wěn)性提高到65℃至90℃。 PH的穩(wěn)定范圍也從5~7擴(kuò)展至5~11。α-淀粉酶是一種金屬酶，每分子酶含1克原子Ca2+，Ca2+使酶分子保持適當(dāng)?shù)臉?gòu)象，從而維持最大的活性與穩(wěn)定性。不同菌種熱穩(wěn)定性的不同是由于高溫對(duì)Ca2+的親和力不同所致。α-淀粉酶與Ca2+的結(jié)合不因EDTA的處理而失活，除非pH低于3，但若添加與EDTA相當(dāng)量的Ca2+，并將其復(fù)至中性，仍可恢復(fù)活性。
Na+、Cl-對(duì)提高枯草桿菌液化型a-淀粉酶的耐熱性的作用尤為顯著。
添加適量的Mg2+，Zn2+，Mn2+，Co2+，F(xiàn)e2+等能提高蛋白酶和α-淀粉酶等的產(chǎn)酶量。D-木糖異構(gòu)酶需要二價(jià)金屬離子才有活力，不同菌種需As2+，Mg2+，Mn2+和Co2+等，在一種情況下，一種離子可能是活化劑，在另一種情況下卻成了抑制劑。不同的酶往往需要不同的離子作它的活化劑。
一般說(shuō)金屬和重金屬離子如Hg2+，Ag2+，Pb2+，Zn2+，Ni2+，Cu2+，A13+及有些情況下的Ca2+，F(xiàn)e2+等對(duì)酶活力有抑制。若有適當(dāng)濃度的Mg2+，Co2+共存時(shí)，則可顯著減輕有害離子的抑制作用。
d 生長(zhǎng)因素
多種氨基酸維生素是微生物生長(zhǎng)與產(chǎn)酶的必要成分，有些維生素甚至就是酶的組成部分。麥芽根、酵母膏、玉米漿、米糠、曲汁、麥芽汁、玉米廢醪中均含有不同程度的微量生長(zhǎng)因素，對(duì)促進(jìn)產(chǎn)酶有顯著效應(yīng)。磷酸酰環(huán)己六醇也是微生物的重要生長(zhǎng)因素之一。
2) 培養(yǎng)條件
① pH值
同一菌種產(chǎn)酶的類(lèi)型與酶系組成可以隨pH值的改變而產(chǎn)生不同程度的變化。如用黑曲霉使腺苷酸氧化脫氨轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤账釙r(shí)，培養(yǎng)在pH值6.0以上的環(huán)境中，果膠酶活性受到抑制，pH值改變到6.0以下就形成果膠酶。pH值還決定酶系的組成，泡盛曲霉突變株在pH值6.0培養(yǎng)時(shí)，以產(chǎn)生a-淀粉酶為主，糖化型淀粉酶與麥穿糖酶產(chǎn)生極少。在pH值2.4條件下培養(yǎng)，轉(zhuǎn)向糖化型淀粉酶與麥穿糖酶的合成，α-淀粉酶的合成受到抑制。
在蛋白酶生產(chǎn)中，pH低有利于酸性蛋白酶生成，pH高有利于中性和堿性蛋白酶生成，這是相一致的。產(chǎn)酶pH值常同酶反應(yīng)最適pH值接近，但酶反應(yīng)的最適pH也許對(duì)某些酶最不穩(wěn)定，在這種場(chǎng)合下只能選擇盡量靠近的pH值。
在有些情況下，由于pH不同，出現(xiàn)胞內(nèi)和胞外酶的產(chǎn)量比例不同，如α-半乳糖苷酶在PH4.8至6.0范圍內(nèi)，其胞內(nèi)酶占74%。當(dāng)pH升高時(shí)胞外酶的比例就升高。
② 溫度
溫度對(duì)產(chǎn)酶的影響有以下幾種情況：
產(chǎn)酶溫度低于生長(zhǎng)溫度。醬油曲霉蛋白酶合成的適宜溫度在28℃，比生長(zhǎng)溫度40℃條件下產(chǎn)酶量高出2~4倍。在異淀粉酶生產(chǎn)中也有這種情況；
產(chǎn)酶溫度與生長(zhǎng)溫度一致。如鏈霉菌合成葡萄糖異構(gòu)酶約在30℃；
產(chǎn)酶溫度高于生長(zhǎng)溫度。例如產(chǎn)生糖化型淀粉酶的適宜溫度在35℃，而它生長(zhǎng)的最適溫度為30℃。鏈霉菌產(chǎn)生淀粉酶的溫度以35℃合適，而生長(zhǎng)溫度則以28℃最好；
此外，溫度還能影響酶系組成及酶的特性。例如，用米曲霉制曲時(shí)，溫度控制在低限，有利于蛋白酶合成，而α-淀粉酶活性受到抑制。
③ 通氣和攪拌
以枯草桿菌產(chǎn)生α-淀粉酶為例。將細(xì)菌的生理時(shí)期劃分為三個(gè)階段：菌體繁殖期，接種后5~13h；
芽胞產(chǎn)生期；產(chǎn)酶期。這三個(gè)階段對(duì)于供氧要求是不同的。如果第二時(shí)期維持缺氧狀態(tài)，有助于抑制芽胞形成，第一和第三生理時(shí)期充分供氧，可以促進(jìn)菌體繁殖并提高產(chǎn)酶量，證明不同時(shí)期，對(duì)通氣量要求不同。
對(duì)于產(chǎn)異淀粉酶的氣桿菌，不同的通氣量和培養(yǎng)方式，酶活亦有很大差別。產(chǎn)異淀粉酶的氣桿菌，生長(zhǎng)期間要求有較大的通氣量，而產(chǎn)酶期間通氣量以小為好；就生長(zhǎng)而論，通氣量以中等程度較好。也有與此相反的情況，如蛋白深層發(fā)酵時(shí)，較小通氣量有利于生長(zhǎng)，不利于產(chǎn)酶，較大通風(fēng)量可促進(jìn)酶的合成而對(duì)生長(zhǎng)則抑制。但異構(gòu)酶產(chǎn)生菌因菌種不同，有的在強(qiáng)通風(fēng)下產(chǎn)酶，有的需弱通風(fēng)下產(chǎn)酶。
④ 種齡
過(guò)老或過(guò)嫩，不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)酶量。一般種齡在30至45h的酶活性最高。
4.2.3 分離提純
微生物酶的提取方法，因酶的結(jié)合狀態(tài)與穩(wěn)定性的不同，應(yīng)用部門(mén)對(duì)產(chǎn)品的純度要求不同，而有一定的區(qū)別。如果提取到的酶是一種可溶于水的復(fù)雜混合物，則需要進(jìn)一步加以純化。適用于大生產(chǎn)的提純方法總是以降低成本、提高效能而同時(shí)又提高產(chǎn)品純度和質(zhì)量為前提，事先應(yīng)當(dāng)經(jīng)小試驗(yàn)規(guī)模充分對(duì)比，從中加以選擇。理想的提純方法應(yīng)滿(mǎn)足二個(gè)條件，即比活性的提高與總活性的回收高，但實(shí)際上往往難以兼得。
1) 鹽析法
鹽析劑中性鹽的選擇： MgS04，(NH4)2S04，Na2SO4，NaH2P04是常用的鹽析用中性鹽。其鹽析蛋白質(zhì)的能力隨蛋白質(zhì)的種類(lèi)而不同，但一般說(shuō)來(lái)這種能力按上述順序依次增大。一般可以說(shuō)含有多價(jià)陰離子的中性鹽其鹽析效果好。但實(shí)際上(NH4)2S04是最多用的鹽析劑，這是因?yàn)樗娜芙舛仍谳^低溫度下也是相當(dāng)高的。有的酶只有在低溫下穩(wěn)定，而低溫下Na2S04，NaH2P04的溶解度很低，常常不能達(dá)到使這種酶鹽析的濃度。
鹽析劑用量的決定：不同的酶使之鹽析沉淀的鹽析劑用量是不同的，隨共存的雜質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量而有所差異。因此適當(dāng)?shù)氖褂昧恐荒芨鶕?jù)實(shí)踐決定，并根據(jù)數(shù)據(jù)可以繪制出鹽析曲線。
pH和溫度的影響：蛋白質(zhì)的溶解度在無(wú)鹽存在下，以在等電點(diǎn)時(shí)為最小，在稀鹽狀態(tài)時(shí)大致也是這樣。但在高濃度的中性鹽溶液中，原有蛋臼質(zhì)溶液pH的影響不大。實(shí)際上溶液最終的pH為鹽析劑所決定。
在無(wú)鹽或稀鹽溶液中，溫度低，蛋白質(zhì)的溶解度也低，但在高濃度鹽溶液中，溫度高則蛋白質(zhì)的溶解度反而低。因此一般說(shuō)來(lái)鹽析時(shí)不要降低溫度，除非這種酶不耐熱。
鹽析法的優(yōu)點(diǎn)是在常溫沉淀過(guò)程中不會(huì)造成酶的失活，沉淀物在室溫下長(zhǎng)時(shí)間放置也不會(huì)失活，在沉淀酶的同時(shí)夾帶沉淀的非蛋白質(zhì)雜質(zhì)少，而且適用于任何酶的沉淀。它的缺點(diǎn)是沉淀物中含有大量的鹽析劑。如用硫酸按一次沉淀法制取的酶制劑，就含有硫酸銨的氣味，如果這種制劑不經(jīng)脫鹽直接用于食品工業(yè)，不但影響食品的風(fēng)味和工藝效果，而且工業(yè)硫酸銨中可能含有毒性物質(zhì)，不符合衛(wèi)生要求。
2) 有機(jī)溶劑沉淀法
① 有機(jī)溶劑的選擇
有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)的能力隨蛋白質(zhì)的種類(lèi)及有機(jī)溶劑的種類(lèi)而不同，對(duì)曲霉淀粉酶而言，有機(jī)溶劑的沉淀能力，丙酮>異丙醇>乙醇>甲醇。這個(gè)順序還受溫度、pH、鹽離子濃度所影響，不是一成不變的。
② 有機(jī)溶劑的用量
有機(jī)溶劑的沉淀能力受很多因素影響，特別是溶存鹽類(lèi)的影響尤為顯著。當(dāng)存在少量中性鹽(0.1~0.2mol/L以上)時(shí)能產(chǎn)生鹽溶作用。蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑水溶液中的溶解度升高。多價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+，Zn2+與蛋白質(zhì)結(jié)合，就能使蛋白質(zhì)在水或有機(jī)溶劑中的溶解度降低，因而可以降低使酶沉淀的有機(jī)溶劑的濃度。
③工藝參數(shù)的影響
a 溫度
有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)的能力受溫度的影響很大。一般言之，溫度愈低沉淀愈完全。局部區(qū)域有機(jī)溶劑過(guò)濃，能夠嚴(yán)重破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)造成酶的變性失活，在溫度較高的條件下尤為顯著。有機(jī)溶劑，特別是乙醇與水混合時(shí)放出大量熱，使混合液的溫度升高。因此在添加有機(jī)溶劑時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)需要冷卻，一般保持0℃左右，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，以避免有機(jī)溶劑局部過(guò)熱和液體局部過(guò)熱。另外，已經(jīng)沉淀的酶對(duì)有機(jī)溶劑變性的抵抗力大，所以過(guò)分延長(zhǎng)添加溶劑的時(shí)間也是不利的。
b pH值
蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的溶解度最低，但很多酶的等電點(diǎn)在pH4~5值之間，比其穩(wěn)定的pH值范圍低。在這種情況下必須采用目的酶穩(wěn)定的pH值，然后是盡可能靠近其等電點(diǎn)。
沉淀時(shí)酶液的溫度和pH值不但對(duì)目的酶的收率具有決定性的影響，而且對(duì)酶的組成(各共存酶的比率)及單位重量沉淀物中目的酶的活力都有重要的關(guān)系。例如固體培養(yǎng)的米曲霉α-淀粉酶，用水抽出并過(guò)濾，清液預(yù)先冷卻，在攪拌下加乙醇至終濃度70%，溫度10℃，pH值5.6~6.0，α-淀粉酶的收率約94%。
2) 吸附法
① 白土及活性氧化鋁吸附法
白土類(lèi)是以硅酸鋁為主要成分的粘土，隨其種類(lèi)不同，能吸附酶或蛋白質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量也不同，一般在弱酸性條件下吸附酶或蛋白質(zhì)，在中性或弱堿性條件下解吸。白土先用2mol/L鹽酸活化。
活性氧化鋁也是最常用的吸附酶或蛋白質(zhì)的吸附劑之一。可以用明磯、硫酸銨等調(diào)制，加熱使之活性化。酶或蛋白質(zhì)一般在弱酸性條件下吸附，在弱堿性條件下解吸。
② 淀粉吸附α-淀粉酶的方法
一定的酶只作用于特定的基質(zhì)，這一事實(shí)說(shuō)明兩者之間有一種特別的親和力。因此用基質(zhì)吸附那種對(duì)基質(zhì)具有特定作用的酶，可以達(dá)到很好的效果。但作為吸附劑的基質(zhì)首先必須是固相物；其次在吸附酶的過(guò)程中，這種基質(zhì)不會(huì)被它所吸附而又專(zhuān)門(mén)能作用于它的酶所分解，或分解程度極微；第三是單位重量的基質(zhì)吸附這種特定酶的能力均應(yīng)該足夠大�，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)生淀粉對(duì)α-淀粉酶的吸附是比較接近于上述條件的。
4.2.4 酶制劑化和穩(wěn)定化處理
濃縮的酶液可制成液體或固體酶制劑。酶制劑的出售是以一定體積或重量的酶活計(jì)價(jià)，所以生產(chǎn)出的酶制劑在出售前往往需要稀釋至一定的標(biāo)準(zhǔn)酶活。同時(shí)為改進(jìn)和提高酶制劑的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，一般都要在酶制劑中加入一種以上的物質(zhì)，它們既可作酶活穩(wěn)定劑，又可作抗菌劑及助濾劑，它們?nèi)糁瞥筛煞�，則可起到填料、稀釋劑和抗結(jié)塊劑的作用。可用作酶活穩(wěn)定劑的物質(zhì)很多，如輔基、輔酶、金屬離子、底物、整合劑、蛋白質(zhì)等，最常用的有多元醇(如甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等)、糖類(lèi)、食鹽、乙醇及有機(jī)鈣。有時(shí)用一種穩(wěn)定劑效果不明顯，則需要幾種物質(zhì)合用，如明膠對(duì)細(xì)菌淀粉酶及蛋白酶有穩(wěn)定作用，但效果不明顯，若同時(shí)加人些乙醇和甘油，穩(wěn)定效果就顯著了
4.3 酶制劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用
4.3.1 酶制劑在食品保鮮方面的應(yīng)用
隨著人們對(duì)食品的要求不斷提高和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種嶄新的食品保鮮技術(shù)—酶法保鮮技術(shù)正在崛起。酶法保鮮技術(shù)是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素對(duì)食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)和特性的技術(shù)。由于酶具有專(zhuān)一性強(qiáng)、催化效率高、作用條件溫和等特點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧化和微生物對(duì)食品所造成的不良影響。
葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）是一種氧化還原酶，它可催化葡萄糖和氧反應(yīng)，生成葡萄糖酸和雙氧水。將葡萄糖氧化酶與食品一起置于密封容器中，在有葡萄糖存在的條件下，該酶可有效地降低或消除密封容器中的氧氣，從而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。
葡萄糖氧化酶可以在有氧條件下，將蛋類(lèi)制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產(chǎn)品的質(zhì)量；另外在氧的存在下容易發(fā)生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易發(fā)生褐變的馬鈴薯、蘋(píng)果、梨、果醬類(lèi)食品中，利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑，可以有效地防止氧化的發(fā)生。
溶菌酶（Lysozyme）是一種催化細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它專(zhuān)一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4鍵，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解死亡。一般可從雞蛋的蛋清中得到。用溶菌酶處理食品，可以有效地防止和消除細(xì)菌對(duì)食品的污染，起到防腐保鮮作用。溶菌酶由于其專(zhuān)一地作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解，而對(duì)沒(méi)有細(xì)胞壁的人體細(xì)胞不會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等需要?dú)缂?xì)菌的領(lǐng)域。在食品保鮮方面，可用于各種食品的防腐保鮮等，如干酪、水產(chǎn)品、低濃度釀造酒、乳制品等其它食品的保鮮。采用溶菌酶進(jìn)行食品的防腐保鮮，一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶對(duì)人體無(wú)害，可有效地防止細(xì)菌對(duì)食品的污染，它已廣泛地用于各種食品的防腐保鮮。
4.3.2 酶制劑在淀粉類(lèi)食品生產(chǎn)中的應(yīng)用
淀粉類(lèi)食品是指含大量淀粉或以淀粉為主要原料加工而成的食品，是世界上產(chǎn)量最大的一類(lèi)食品。淀粉可以通過(guò)水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產(chǎn)物。這些產(chǎn)物又可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)物。在這些產(chǎn)物的生產(chǎn)中，已廣泛應(yīng)用各種酶。
在淀粉類(lèi)食品的加工中，多種酶被廣泛地應(yīng)用，其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)絕大多數(shù)是采用淀粉酶水解的方法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是有葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。若將異構(gòu)化反應(yīng)完成后，混合糖液經(jīng)過(guò)脫色、精制、濃縮等過(guò)程，得到固形物含量達(dá)71%左右的果葡糖漿，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右為低聚糖。若將異構(gòu)化后的混合糖液中的果糖與葡萄糖分離，再將分離的葡萄糖進(jìn)行異構(gòu)化，如此反復(fù)進(jìn)行，可使更多的葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖，由此可生產(chǎn)出果糖含量達(dá)70%、90%甚至更高的果葡糖漿，稱(chēng)之為高國(guó)糖漿。
飴糖生產(chǎn)中所利用的酶，除了從添加的大麥芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制劑的方法提供。添加的酶主要是a-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麥芽糖漿的生產(chǎn)的生產(chǎn)是采用β-淀粉酶和支鏈淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地轉(zhuǎn)化為麥芽糖。糖化時(shí)，將液化后得到的糊精液調(diào)至pH5~6，溫度50℃左右，加入一定比例的支鏈淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麥芽糖含量達(dá)80%~95%的糖化液。
糊精是淀粉的低級(jí)程度水解產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于食品增綢劑、填充劑和吸收劑等。糊精和麥芽糊精可用酸法和酶法生產(chǎn)，現(xiàn)在大多采用酶法水解的方法生產(chǎn)。環(huán)狀糊精是由6~12個(gè)葡萄糖單位以a-1，4-葡萄糖苷鍵連接而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一類(lèi)化合物，能吸附各種小分子物質(zhì)，起到穩(wěn)定、緩解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工業(yè)中有廣泛用途。β-環(huán)狀糊精的生產(chǎn)，一般采用嗜堿芽孢桿菌BGT。常用的生產(chǎn)菌株有N-227，NO。38-2等。采用嗜堿芽孢桿菌N-227菌BGT生產(chǎn)β-環(huán)狀糊精時(shí)，可使用木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉為原料，轉(zhuǎn)化率可達(dá)35%~40%。
4.3.3 酶在蛋白質(zhì)食品生產(chǎn)中的應(yīng)用
蛋白質(zhì)食品是指含大量蛋白質(zhì)或以蛋白質(zhì)為主要原料加工而成的食品。在蛋白質(zhì)食品的生產(chǎn)過(guò)程中，主要使用的酶是各種蛋白酶。蛋白質(zhì)是由各種氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的高分子化合物，在蛋白質(zhì)水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物。這些產(chǎn)物在食品、醫(yī)藥、細(xì)菌培養(yǎng)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
蛋白酶（Proteinases）是一類(lèi)催化蛋白質(zhì)水解的酶。來(lái)自微生物的蛋白酶主要是枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白質(zhì)在加酶水解之前必須經(jīng)過(guò)一定的處理，以破壞其完整的空間結(jié)構(gòu)，使其變性，以利于酶的水解。一般可以采用加熱處理的方法。也可采用生化分離技術(shù)將蛋白質(zhì)先提取出來(lái)，再進(jìn)行酶解。用蛋白酶水解法生產(chǎn)氨基酸時(shí)，要根據(jù)所使用的蛋白酶的動(dòng)力學(xué)特性，選擇并控制好各種水解條件，使蛋白質(zhì)完全水解成氨基酸。
明膠是一種熱可溶性的蛋白質(zhì)凝膠，在食品加工中有廣泛的用途。生產(chǎn)明膠的原料一般采用動(dòng)物的皮或骨，這些原料含有豐富的膠原蛋白。天然狀態(tài)的膠原蛋白呈三股螺旋結(jié)構(gòu)，不溶于水，若采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚�，即可使三股螺旋結(jié)構(gòu)解體成為單鏈，而溶解在熱水中，得到明膠溶液。在蛋白酶法水解生產(chǎn)明膠時(shí)原料需先經(jīng)切割、搗碎處理，然后用清水洗凈、瀝干。
干酪（cheese）又稱(chēng)奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、容易消化吸收的食品，其主要成分是蛋白質(zhì)和乳脂，還含有少量的無(wú)機(jī)鹽及豐富的維生素。干酪的生產(chǎn)可以采用乳酸菌發(fā)酵的方法，也可采用凝乳蛋白酶的方法進(jìn)行。用于肉類(lèi)嫩化的微生物蛋白酶有枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根曲霉蛋白酶等微生物蛋白酶。
4.3.4 酶在果蔬食品生產(chǎn)中的應(yīng)用
在果蔬類(lèi)食品的生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，常常使用各種酶。常用果膠酶處理果汁、果酒、果胨、果蔬罐頭等的生產(chǎn)。在果汁生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用果膠酶處理，有利于壓榨、提高出汁率。在沉淀、過(guò)濾、離心分離過(guò)程中，能促進(jìn)凝聚沉淀物的分離，使果汁澄清。經(jīng)酶處理的果汁比較穩(wěn)定，可防止混濁。果膠酶已廣泛用于蘋(píng)果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生產(chǎn)。用于果汁處理的果膠酶一般均是混合果膠酶，其中含有果膠酯酶（PE）、內(nèi)切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、內(nèi)切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、內(nèi)切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）。在應(yīng)用果膠酶處理蘋(píng)果汁時(shí)，要特別注意pH值、溫度、作用時(shí)間、酶量等對(duì)果汁澄清速度的影響。
果汁經(jīng)濃縮成為高濃度果汁后，在高濃度的糖存在的條件下，可以凝結(jié)形成果凍。但糖含量太多不僅影響風(fēng)味，而且不符合當(dāng)今人們對(duì)健康食品的要求。若要生產(chǎn)低糖果凍，必須采用酶法處理技術(shù)。用純化的果膠酯酶（PG）處理果汁，使果膠的甲基化程度降低。
在果蔬制品的脫色方面也用到酶制劑處理。許多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素�；ㄇ嗨厥且活�(lèi)水溶性植物色素。其顏色隨pH值的不同而改變，在光照和稍高的溫度下，很快變?yōu)楹稚c金屬離子反應(yīng)則呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓醬、桃子罐頭、芹菜汁等，必須用花青素酶處理，使花青素水解成為五色的葡萄糖和配基。以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
4.3.5 酶在果酒生產(chǎn)中的應(yīng)用
在葡萄酒生產(chǎn)的過(guò)程中，已廣泛應(yīng)用酶制劑，主要應(yīng)用的酶有果膠酶和蛋白酶。果膠酶用于葡萄酒生產(chǎn)，不僅可以提高葡萄汁和葡萄酒的產(chǎn)率、有利于過(guò)濾和澄清，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。如使用果膠酶后，葡萄中單寧的抽出率降低，使釀制的白葡萄酒風(fēng)味更佳。在紅葡萄酒釀制過(guò)程中使用果膠酶，可提高色素的抽提率，還有助于酒的老熟，增加酒香。
用于葡萄酒生產(chǎn)的果膠酶大多數(shù)是復(fù)合酶制劑。除了含有各種果膠酶外，還含有少量的纖維素酶和半纖維素酶。在葡萄酒釀造過(guò)程中，還使用蛋白酶，以使酒中存在的蛋白質(zhì)水解，防止出現(xiàn)蛋白質(zhì)渾濁，使酒體清澈透明。除了葡萄酒以外，在其他果酒如桃酒、荔枝酒等的生產(chǎn)過(guò)程中，也可采用酶法處理，以提高產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。
4.3.6 酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用
酶作為一種高效生物催化劑，逐漸在食品添加劑的生產(chǎn)中獲得較廣泛的應(yīng)用。介于天然提取和化學(xué)合成兩種方法之間，酶合成的工藝具有前兩者無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：酶的催化活性高，產(chǎn)品合成速度快，酶的催化特異性，產(chǎn)品純度高，且能獲得指定構(gòu)象的產(chǎn)品。酶的使用確實(shí)能解決化學(xué)合成和天然提取方法中的問(wèn)題，也就為食品添加劑的生產(chǎn)提出新的思路。