浅谈高效酶解技术

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1、浅谈高效酶解技术1.高效酶解技术的认识1.1酶和酶法水解近年来，随着基因工程、发酵技术的进步、酶生产成本的不断降低和酶应用技术研究的不断深入，酶技术在食品工业中的应用越来越广，酶法水解产品（如酵母抽提物）逐渐走入人们的视线并实现产业化。在食品加工中，酶主要应用于回收副产品、改进食品风味、提高食品质量、研制开发新品种、提高提取速度和产品得率等。酶制剂在食品工业中属加工助剂类添加剂。在商品工具酶方面，主要的商品酶品种为中性蛋白酶、风味酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、胃蛋白酶等，食品工业用酶的选择必须考虑几个原则，这些原则包括安全性、法规容许、成本、来源稳定性、纯度、专一性、催

2、化反应能力以及在使用过程中保持稳定等。食品原料水解方式主要有化学水解和酶水解。化学水解是利用强酸强碱水解原料，虽然简单价廉，但存在反应条件剧烈，生产过程中敏感基团受损严重，副反应多，且难以按规定的水解程度控制水解过程的问题。与化学水解相比较，酶法水解具有如下特点：(1)水解条件温和、对敏感基团无破坏作用；(2)能最大的保留原料的营养成分和风味；(3)副反应少；(4)水解程度容易控制。酶法水解的缺点在于：(1)酶制剂较为昂贵，生产成本较高；(2)酶解效率低，常规的水浴酶解需要几个小时，费时费力(3)水解程度相对较低；(4)长时间深度酶解过程可能导致微生物孳生。常规酶法水

3、解温度通常在45℃~60℃之间，反应时间则从3～48h不等，水解程度受酶的种类和活力、专一性、pH值、底物浓度、产物浓度、激活剂、抑制剂、水解温度、水解时间等诸多因素的影响。如何以较低的生产成本获得较高的水解度是生产酶法水解产品的难点。1.2开发高效酶解技术目前提高酶解效率的途径包括：筛选培育高效酶种、多酶系的复合作用、优化酶解条件、预处理原料、固定化酶以及采用其它技术辅助酶解等。1.2.1筛选培育高效酶种自然界中酶的来源广泛，它可以来自动物、植物和微生物。迄今已发现的酶有5000余种，其中已经利用的有150种左右，工业化生产的酶约60余种，仅占已知酶的1.2％，而大

4、规模生产的只有20多种，主要是利用微生物通过发酵法生产的。自然界微生物资源丰富，从陆生、海洋到极端环境中都可以获得大量产酶微生物菌种，从而发现、研制和开发新酶种。再加上新科学、新技术的推广应用，如基因工程、蛋白质工程和定向进化技术以及其他各种高新技术等均可在新酶种开发中应用。特别是当基因工程介入时，动植物细胞中存在的酶，几乎都能够利用微生物细胞获得。因此，有计划和仔细地筛选微生物菌种，通常可以获得能够生产几乎任何一种酶的适当菌株。因此筛选培育高效酶种可从这两个方向出发：（1）继续从天然的微生物资源中去筛选，开发新的酶产品和产酶菌种；（2）要积极利用基因工程技术来提高、

5、改造新的或现有的酶生产菌的生产性能。对于水解酶，筛选的指标一般是考察其水解度；另外，采用不同的酶类水解同一原料后，即便水解度接近，但由于各类酶的作用位点存在很大不同，导致其营养成分和风味成分等物质的组分差异。因此，还应采用其它方法（如HPLC）对酶解产生的物质组分种类和浓度进行分析和讨论。1.2.2多酶系的复合作用单一酶的水解反应较为简单，在反应一段时间后由于酶活力的降低，同时酶作用位点的消失使水解达到一个平台期，往往达不到水解要求。目前常用多酶系复合作用的方法以提高水解效率。最常见的多酶系复合水解仍然是两种以上酶混合同时在反应初始阶段加入反应系统中，底物同时被两种以

6、上的酶水解，其水解效率往往有被提升的作用。但酶的混合使用必须考虑到各个酶之间不会影响对方才可，否则混合酶会相互抵消活性，同时不同酶的最适反应pH与温度也不可相差太多，例如胃蛋白酶的pH和温度与胰蛋白酶、ProtamexTM复合蛋白酶相差较远，因而只有采用酶组合的方法，即先用酶作用一段时间后再改变条件添加其余的酶。但若实验结果没有明显差异，从操作的角度出发以混合使用较为简便易行。1.2.3优化酶解条件在确定使用的酶种类后，酶解条件往往成为水解度的重要因素。通过酶解条件的优化，才能最大程度发挥酶的作用效果。在优化酶解条件方面，主要的酶解参数包括加酶量、固液比、温度、pH值

7、、时间等。一般来说，酶促反应速度与酶分子的浓度成正比。当底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。但事实上，当酶浓度很高时，并不保持这种关系，曲线逐渐趋向平缓。另外，增加酶用量在一定程度上可以提高水解得率及速率，但同时会显著增加成本。在生化反应中，若酶的浓度为定值，底物的起始浓度较低时，酶促反应速度与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。当所有的酶与底物结合生成中间产物后，即使在增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加，酶促反应速度也不增加，其原因是：高浓度底物降低了水的有效浓度，降低了分子扩散性，从而降低了酶促反应速度。过量的底物聚集在酶