酶制劑

酶，是生物體內(nèi)各種物質(zhì)化學(xué)變化的催化劑。酶制劑是應(yīng)用物理或化學(xué)方法， 將生物體細(xì)胞或組織中產(chǎn)生的酶提取出來(lái)，并經(jīng)加工后制成的仍具有催化活性的生物化學(xué)品，具有高效性，專(zhuān)一性，在適宜條件（pH和溫度）下具有活性。

我國(guó)已批準(zhǔn)的有木瓜蛋白酶、α—淀粉酶制劑、精制果膠酶、β—葡萄糖酶等54種。酶制劑來(lái)源于生物，一般地說(shuō)較為安全 ，可按生產(chǎn)需要適量使用。

酶制劑的用途極為廣泛, 主要用作醫(yī)藥中間體、食品加工用添加劑及家畜家禽養(yǎng)殖的生長(zhǎng)促進(jìn)劑。此外, 在紡織、輕工、皮革、造紙、采油、建筑、環(huán)保、軍工等行業(yè)中也都有應(yīng)用。酶制劑的應(yīng)用種類(lèi)有淀粉酶、蛋白酶、糖酶、過(guò)氧化氫酶和纖維素酶等, 用量最大的是淀粉酶和蛋白酶, 約占酶制劑消費(fèi)總量的7 0 % 8 0 %。淀粉酶主要用于面包生產(chǎn)中的面團(tuán)改良、嬰幼兒食品中的谷類(lèi)原料的預(yù)處理、啤酒制造中用于糖化和分解淀粉、果汁加工中的淀粉分解和提高過(guò)濾速度, 以及用于蔬菜、糖漿、怡糖、葡萄糖、粉狀糊精等食品的加工制造。蛋白酶主要用于水解蛋白生產(chǎn)、肉類(lèi)軟化、啤酒抗寒、烘烤制品、干酪制造等。近年來(lái)， 酶制劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域還在不斷拓展之中。

在6 0 年代初期， 世界酶制劑生產(chǎn)發(fā)展較為遲緩。進(jìn)入70 年代, 研究開(kāi)發(fā)極為迅速， 尤其是對(duì)其提取方法、作用機(jī)理和生長(zhǎng)代謝等重大理論研究不斷取得新進(jìn)展。目前為止，已報(bào)道發(fā)現(xiàn)的酶類(lèi)有3000多種，但其中已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的只有60多種 。據(jù)報(bào)道，全世界酶制劑市場(chǎng)正以平均11%的速度逐年增長(zhǎng) 。酶制劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。中國(guó)酶制劑產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)50多年的長(zhǎng)足發(fā)展，已進(jìn)入世界酶制劑生產(chǎn)的大國(guó)行列，目前已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的酶制劑達(dá)到30種左右 。

現(xiàn)在中國(guó)酶制劑產(chǎn)品已經(jīng)更新?lián)Q代，主要包括以下9大類(lèi)：糖化酶、淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、植酸酶、半纖維素酶、果膠酶、飼用復(fù)合酶、啤酒復(fù)合酶等 。其中，糖化酶、淀粉酶、植酸酶產(chǎn)量過(guò)萬(wàn)噸；纖維素酶、半纖維素酶和果膠酶所占比例較小，但增長(zhǎng)較快。中國(guó)酶制劑的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：淀粉糖工業(yè)、啤酒工業(yè)、燃料酒精工業(yè)、酒與飲料工業(yè)、飼料工業(yè)、紡織工業(yè)、制藥工業(yè)、造紙工業(yè)、精細(xì)化工工業(yè)、洗滌劑工業(yè)、皮革工業(yè)、焙烤工業(yè)、乳制品工業(yè)、石油工業(yè)等。酶制劑產(chǎn)業(yè)在中國(guó)正逐步成為獨(dú)立行業(yè)，促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

酶制劑行業(yè)是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它的特點(diǎn)是用量少、催化效率高、專(zhuān)一性強(qiáng)，是為其他相關(guān)行業(yè)服務(wù)的工業(yè)。其應(yīng)用領(lǐng)域遍及輕工、食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)以及能源、環(huán)境保護(hù)等方面。

食品領(lǐng)域

中國(guó)食品酶制劑種類(lèi)較多，其中，碳水化合物用酶、蛋白質(zhì)用酶、乳品用酶占食品酶制劑的比重較大，所占比例為81.7%  。在食品加工過(guò)程中常用的酶制劑主要有以下幾種：木瓜蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶、彈性蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、異淀粉酶、纖維素酶、超氧化物歧化酶、菠蘿蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶、生姜蛋白酶等。

中國(guó)已批準(zhǔn)使用于食品工業(yè)的酶制劑有α－淀粉酶、糖化酶、固定化葡萄糖異構(gòu)酶、木瓜蛋白酶、果膠酶、β－葡聚糖酶、葡萄氧化酶、α－乙酰乳酸脫氨酶  等，主要應(yīng)用于果蔬加工、焙烤、乳制品加工等方面。

淀粉酶行業(yè)發(fā)展快速，產(chǎn)量成倍增長(zhǎng)，品種逐漸增多，至2006年產(chǎn)量已超過(guò)500萬(wàn)噸。酶法濕磨工藝中的淀粉殘留蛋白含量以及淀粉的糊化特性均好于傳統(tǒng)的濕磨工藝。由于添加蛋白酶，不僅縮短了浸泡時(shí)間，同時(shí)蛋白的得率非但沒(méi)有減少反而得到提高。新型酶制劑正應(yīng)用于針劑葡萄糖、液體葡萄糖漿、高麥芽糖漿、果葡糖漿以及各種低聚糖的生產(chǎn)中。淀粉糖替代蔗糖已應(yīng)用于食品加工、糖果、啤酒及飲料生產(chǎn)中。

紡織工業(yè)

20世紀(jì)80年代，以淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等為代表的紡織酶制劑，主要用于織物退漿、牛仔布整理和真絲脫膠等，在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用，也代表著紡織生物技術(shù)開(kāi)始興起。進(jìn)入21世紀(jì)以后，中國(guó)酶制劑在紡織工業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，包括纖維改性、原麻脫膠、印染前處理、印染廢水處理、服裝成衣加工等領(lǐng)域  。目前，紡織用酶制劑加工工藝已涉及到幾乎所有的紡織濕加工領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模呈穩(wěn)定遞增趨勢(shì)。

飼料工業(yè)

飼料酶制劑是近年來(lái)伴隨飼料工業(yè)和酶制劑工業(yè)不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型飼料添加劑，具有提高養(yǎng)分消化率、提高配合飼料質(zhì)量穩(wěn)定性、降低環(huán)境污染等作用。作為一類(lèi)高效、無(wú)毒、無(wú)副作用和環(huán)保性的綠色飼料添加劑，飼料酶制劑已成為世界工業(yè)酶產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)速度最快、勢(shì)頭最強(qiáng)勁的一部分，其應(yīng)用效果已在世界范圍內(nèi)得到公認(rèn)。中國(guó)飼料酶制劑自20世紀(jì)80年代開(kāi)始在飼料中添加應(yīng)用。

目前中國(guó)飼料酶種類(lèi)有20多種，主要包括：淀粉酶、蛋白酶、木聚糖酶、β－甘露聚糖酶、纖維素酶、β－葡聚糖酶、植酸酶和復(fù)合酶等。這些酶制劑可分為兩大類(lèi)：1）以降解多糖和生物大分子物質(zhì)為主，包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶。主要功能是破壞植物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物充分釋放出來(lái)；2）以降解植酸、β－葡聚糖、果膠等抗?fàn)I養(yǎng)因子為主，主要包括植酸酶、β－葡聚糖酶和果膠酶，其主要功能是降解細(xì)胞壁木聚糖和細(xì)胞間質(zhì)的果膠成分，提高飼料的利用率  。

生產(chǎn)酶制劑的微生物有絲狀真菌、酵母、細(xì)菌3大類(lèi)群，主要是用好氣菌。幾種主要工業(yè)酶的菌種和使用情況如下：

淀粉酶類(lèi)

淀粉酶水解淀粉生成糊狀麥芽低聚糖和麥芽糖。以芽孢桿菌屬的枯草芽孢桿菌和地衣形芽孢桿菌深層發(fā)酵生產(chǎn)為主，后者產(chǎn)生耐高溫酶。另外也用曲霉屬和根霉屬的菌株深層和半固體發(fā)酵生產(chǎn)，適用于食品加工 。-淀粉酶主要用于制糖、紡織品退漿、發(fā)酵原料處理和食品加工等。葡糖淀粉酶能將淀粉水解成葡萄糖，現(xiàn)在幾乎全由黑曲霉深層發(fā)酵生產(chǎn)，用于制糖、酒精生產(chǎn)、發(fā)酵原料處理等。

蛋白酶

使用菌種和生產(chǎn)品種最多。用地衣形芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌以深層發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌蛋白酶；用鏈霉菌、曲霉深層發(fā)酵生產(chǎn)中性蛋白酶和曲霉酸性蛋白酶，用于皮革脫毛、毛皮軟化、制藥、食品工業(yè)；用毛霉屬的一些菌進(jìn)行半固體發(fā)酵生產(chǎn)凝乳酶，在制造干酪中取代原來(lái)從牛犢胃提取的凝乳酶。

葡糖異構(gòu)酶

70年代迅速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)品種。先用深層發(fā)酵取得鏈霉菌細(xì)胞，待固定化后，將葡萄糖液轉(zhuǎn)化成約含果糖50%的糖漿，這種糖漿可代替蔗糖用于食品工業(yè)。用淀粉酶、葡糖淀粉酶和葡糖異構(gòu)酶等將玉米淀粉制成果糖漿已成為新興的制糖工業(yè)之一。

1、酶制劑應(yīng)納入配方成本計(jì)算

生物工程生產(chǎn)的微生物植酸酶，可以降解植酸鹽，釋放可利用的磷、鈣、能量和蛋白質(zhì)等，釋放的磷、鈣和其他養(yǎng)分的數(shù)量，在推薦水平下呈線性增加。植酸酶添加水平超過(guò)500FTU/kg的添加量時(shí)，養(yǎng)分的釋放會(huì)持續(xù)提高，但單位植酸鹽的釋放量趨于下降。因此超推薦水平添加植酸酶，在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶能有效地降解飼料中某些原料所含有的β-葡聚糖和戊聚糖。這2種水溶性非淀粉多糖是抗?fàn)I養(yǎng)因子。這些抗?fàn)I養(yǎng)因子能結(jié)合大量的水分，使消化道流體的粘度增加。降低營(yíng)養(yǎng)底物與消化道內(nèi)源酶的作用，致使?fàn)I養(yǎng)成分的有效性下降。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶添加在玉米-豆粕型含抗?fàn)I養(yǎng)因子較少的日糧中，對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能改善作用不明顯；添加在黑麥、大麥、小麥為主的日糧中和含非常規(guī)飼料原料較多的日糧中，對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能改善作用較大。同一添加量隨日糧中非常規(guī)飼料含量的增加，改善作用更趨明顯；同一日糧隨酶的添加量的增加，改善作用也更趨明顯，但單位酶的改善作用效果下降。無(wú)論何種飼料原料，超量添加β-葡聚糖酶和戊聚糖酶經(jīng)濟(jì)上也都是不合算的?？傊?，配制最低成本日糧和計(jì)算效益時(shí)，應(yīng)將酶制劑納入配方成本計(jì)算。

2、應(yīng)考慮影響酶制劑活性的因素

酶制劑本身是一類(lèi)蛋白質(zhì)，影響蛋白質(zhì)的任何因素都會(huì)影響酶制劑的活性。酶制劑的活性隨溫度的升高而增加，但當(dāng)溫度高到一定程度時(shí)，又使酶變性而喪失活性。一般酶活性的最適溫度為30～45℃，超過(guò)60℃時(shí)酶會(huì)變性，喪失活性。pH對(duì)酶活性也有影響，在其他條件不變時(shí)，酶在一定的pH范圍內(nèi)活性最高。一般酶活性的最適pH接近于中性(6.5～8.0)。但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.5  。一碘醋酸、高鐵氰化物和重金屬離子等可與酶的必需基團(tuán)結(jié)合或發(fā)生反應(yīng)，從而使酶喪失活性。因此在飼料生產(chǎn)過(guò)程中一定要注意溫度、酸堿性、重金屬離子等因素對(duì)酶制劑的影響，以求達(dá)到酶制劑的最佳使用效果。

3、購(gòu)買(mǎi)酶制劑應(yīng)考慮有效含量及價(jià)格

市場(chǎng)上酶制劑的種類(lèi)很多，用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)酶制劑時(shí)，一定要選擇既能保證有效含量，又較便宜的酶制劑，不應(yīng)只考慮價(jià)格便宜，不考慮有效含量。

4、使用酶制劑應(yīng)考慮飼喂對(duì)象

單胃動(dòng)物應(yīng)用酶制劑效果明顯，草食動(dòng)物效果不明顯。因此草食動(dòng)物飼料中可不考慮添加酶制劑。

5、應(yīng)重視酶制劑的質(zhì)量檢驗(yàn)

現(xiàn)在很多飼料檢測(cè)部門(mén)都可檢驗(yàn)酶制劑的有效含量。用戶(hù)在選購(gòu)時(shí)，可把樣品送到有關(guān)部門(mén)檢驗(yàn)，以確保購(gòu)買(mǎi)的酶制劑質(zhì)量可靠。

近年來(lái)，中國(guó)酶制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度迅猛，取得了明顯進(jìn)步。但從世界酶制劑工業(yè)來(lái)看，高新技術(shù)在世界酶制劑產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用進(jìn)一步拉大了中國(guó)酶制劑產(chǎn)業(yè)和世界先進(jìn)水平的差距。整個(gè)行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)研發(fā)力量薄弱，產(chǎn)品相對(duì)單一，結(jié)構(gòu)不合理等問(wèn)題突出 。

1）研發(fā)投入和研發(fā)創(chuàng)新能力不足。

2）生產(chǎn)工藝及設(shè)備水平相對(duì)落后。