食品添加剂酶制剂的有效应用

1.温度

温度是影响催化作用的最重要因素之一，在一定条件下，每种酶都有一个最适作用的温度，在此温度下酶活力最高，作用效果最好，酶也较稳定，酶催化反应的速度增加和酶活力的热变性损失达到平衡，这个温度便是酶作用的最适温度。每种酶还有一个活性稳定的温度，在此温度下在一定的时间、pH和酶浓度下，酶较稳定，不发生或极少发生活力下降，这一温度为酶的稳定温度。超过稳定温度进行作用，酶会急剧失活。酶的这种热灵敏性，可用临界失效温度Tc表示，指酶在1h丧失一半活力的温度。所以，一般只有在酶的有效温度范围内，才能进行有效的催化作用，温度每升高10℃，酶反应速度增加1～2倍。温度对酶作用的影响还与其受热的时间有关，反应时间延长，酶的最适温度会降低。另外，酶反应的底物浓度、缓冲液种类、激活剂和酶的纯度等因素，也会使酶的最适温度和稳定温度有所变化。

2.pH值

pH值能改变酶蛋白和底物分子的解离状态。每种酶仅在较窄的pH范围内才表现出较高的活力，该pH值即是酶作用的最适pH值。一般来说，酶在最适pH值表现最稳定，因此酶作用的pH值也就是其稳定的pH值。酶反应pH值过高或过低，酶都会受到不可逆的破坏，稳定性、活力下降，甚至失活。不同酶的最适pH范围不同，偏酸性、中性、偏碱性的都有。比如根据作用最适pH值，常把蛋白酶分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。酶作用pH值也是一定条件下，测得的参数。温度或底物不同，酶作用的最适pH不同，温度越高，酶作用的稳定pH范围越窄。因此，在酶催化反应过程中，必须严格控制反应的 pH值。

3.底物浓度和酶浓度

底物浓度是决定酶催化反应速度的主要因素，在一定的温度、pH及酶浓度的条件下。底物浓度很低时，酶的催化反应速度随底物浓度的增加而迅速加快，两者成正比。随着底物浓度的增加，反应速度减缓，不再按正比例升高。底物浓度[S]和酶催化反应速度V之间的关系，一般可用米氏方程式表示。有时底物浓度很高，还会因底物抑制作用造成酶反应速度下降。当底物浓度大大超过酶浓度，酶催化反应速度一般与酶浓度成正比。此外，如果酶浓度太低，酶有时会失效，使反应无法进行。在食品加工中所进行的酶催化反应，酶用量一般比底物量少许多，也要考虑酶的成本因素。

4.激活剂

许多物质具有保护和增加酶活性的作用，或者促使无活性的酶蛋白转变成有活性的酶，这些物质统称为酶激活剂。激活剂可分为三类：第一类是无机离子，如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、、Mg²⁺、Cu²⁺、Co²⁺ 、Zn²⁺等阳离子，以及Cl^-、NO^3-、PO₄^3-、SO₄^2-等阴离子。第二类是分子较小的有机物，主要是维生素B族及其衍生物。第三类是具有蛋白质性质的高分子物质。激活剂对酶催化反应速度的影响与底物浓度相似，但在实际生产中应用很少。

抑制剂

许多物质可以减弱、抑制，甚至破坏酶的作用，这些物质称为酶的抑制剂。如重金属离子、一氧化碳、硫化氢、有机阳离子、乙二胺和四乙酸等。实际生产中，要了解和避免抑制剂对酶催化作用的影响。

其他许多物理因素对酶的活性有较大影响，甚至使其变性失活。在实际应用中，由于湿度、pH对酶的变性是不可逆的，故应严格控制好pH值，一般必须先调节pH，再加入酶，为使用的关键点。然后再调节控制温度及添加适量的金属离子激活剂，了解酶制剂使用的有关注意事项，避免克服其它因素的不利影响，使酶有适宜的作用条件和环境。

制剂的一般保存方法应根据酶的性质决定，由于酶不太稳定，易受各种因素的影响而失去活力。要使酶长期保存而不失去活性，关键在于干燥和低温。酶制剂水分含量越高，越易失活，故一般粉状酶制剂易于保存和运输。热和光照都易使酶失去活性，因此，酶制剂应密闭储存在低温避光处。酶的底物和某些物质具有保护酶的作用，如淀粉对淀粉酶有保护作用，所以往往将淀粉酶吸附在淀粉上保存。有时也可加入对淀粉酶有保护作用的碳酸钠。此外，还应注意保存容器的材料，因为有些金属离子也能引起酶失去活性或抑制酶的活力。

常用酶制剂的有效应用方法

1. 淀粉酶

（1）α-淀粉酶 α-淀粉酶在高浓度淀粉保护下,α-淀粉酶的耐热性很强，在适量的钙盐和食盐存在下，pH值为5.3～7.0时，温度提高到93～95℃仍能保持足够高的活性。为便于保存，常加入适量的碳酸钙等作抗结剂防止结块。 α-淀粉酶可以水解淀粉内部的α-1,4糖苷键，水解产物为糊精、低聚糖和单糖，酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低，变成液化淀粉，故又称为液化淀粉酶、液化酶、α-1,4-糊精酶。α-淀粉酶以链淀粉为底物时，反应一般按两阶段进行。首先，链淀粉快速地降解，产生低聚糖，此阶段链淀粉的粘度及与碘发生呈色反应的能力迅速下降。第二阶段的反应比第一阶段慢很多，包括低聚糖缓慢地水解生成最终产物葡萄糖和麦芽糖。α-淀粉酶作用于支淀粉时产生葡萄糖、麦芽糖和一系列α-限制糊精（由4个或更多个葡萄糖基构成低聚糖），后者都含有α-1,6糖苷键。

α-淀粉酶分子中含有一个结合得相当牢固的钙离子，这个钙离子不直接参与酶－底物络合物的形成，其功能是保持酶的结构，使酶具有最大的稳定性和最高的活性。α-淀粉酶依来源不同最适pH在4.5～7.0之间，从人类唾液和猪胰得到的α-淀粉酶的最适pH值范围较窄，在6.0～7.0之间；枯草杆菌α-淀粉酶的最适pH范围较宽，在5.0～7.0之间；嗜热脂肪芽孢杆菌α-淀粉酶的最适pH值则在3.0左右；高粱芽α-淀粉酶的最适pH值范围为4.8～5.4；小麦α-淀粉酶的最适pH值在4.5左右，当pH值低于4时，活性显著下降，而超过5时，活性缓慢下降。

根据α-淀粉酶的热稳定性可分为耐高温α-淀粉酶和中温α-淀粉酶。在耐高温α-淀粉酶中，由淀粉液化芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌产生的酶制剂已被广泛地应用于食品加工中。温度对这两种酶的活力影响不同，地衣芽孢杆菌α-淀粉酶最适温度为92℃，而淀粉液化芽孢杆菌α-淀粉酶的最适温度仅为70℃，除热稳定性存在差别外，这两种酶作用于淀粉的终产物也不相同。

（2）β-淀粉酶 与α-淀粉酶相比，β-淀粉酶是一种外切酶，从淀粉分子的非还原末端按顺序地将麦芽糖残基裂开。利用β-淀粉酶来消化淀粉的最终产物是分子质量比α-极限糊精更大的糊精。工业上，α-淀粉酶一般与脱支酶一起用来生产麦芽糖浆。麦芽糖浆比葡萄糖浆更容易吸潮且颜色更加稳定，其还原型的结晶体和低粘性，在冷冻点心和糖果工业中已经普遍开发利用了。

β-淀粉酶的热稳定性与来源有关。大麦中的β-淀粉酶热稳定性低于α-淀粉酶。在钙离子存在的条件下，于70℃加热α-淀粉酶和β-淀粉酶混合物，使β-淀粉酶失活。在65℃和pH5.5时加热30min，可使大豆β-淀粉酶的活力损失50％，而在70℃加热30min可使酶完全失活。甘薯β-淀粉酶处在天然状态，即使加热到60～65℃，酶活力仍然没有显著损失，然而在使用结晶甘薯β-淀粉酶水解淀粉时，所采用的温度是35℃。

（3）异淀粉酶和普鲁兰酶(Isoamylase,Pullulanase)

异淀粉酶和普鲁兰酶都是脱支酶，专一地作用于多糖中α-1,6键，因此，利用这些酶进行水解，可除去其它糖化酶对淀粉进攻的障碍。这些酶通常和其他酶一起用来增加糊精化程度。例如，若用来和糖化酶一起生产高葡糖浆时，需要的葡萄糖淀粉酶的量减少而且葡萄糖－异麦芽糖的回复也将降低。同样，当普鲁兰酶和β-淀粉酶一起作用时，可将液化后的淀粉浆转化成麦芽糖浆，麦芽糖的产量较β-淀粉酶单独起作用时增加不少。普鲁兰酶和真菌淀粉酶的联合水解作用，也可生产出发酵能力更强的葡萄糖浆，因为可发酵的麦芽三糖的产量增加了。普鲁兰酶具有很大的商业价值，可与糖化酶结合使用，提高糖化率，产量也得到提升。近来，从梭菌菌株中分离得到高耐热性的普鲁兰酶，在温度高达90℃以上时仍有活性，可应用于液化和糖化工艺中，既可和α-淀粉酶一起应用，也可单独应用。

（4）糖化酶(Glucoamylase)

糖化酶（E.C.3.2.1.3又称糖化淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、葡萄糖淀粉酶和糖化型淀粉酶）一般为黑褐色液体制品，含有若干蛋白酶、淀粉酶或纤维素酶，室温条件下，至少可稳定4个月。最适pH为4.0～4.5，最适温度为60℃,粉末制品在室温下至少保存1年，最适pH为4.5～5.0，最适温度为55℃。

糖化酶是一种外切酶，从淀粉分子非还原性末端逐个地将葡萄糖单位水解下来。当它裂开淀粉分子中的α-1,4-糖苷键时，将C(1)的构型从α转变为β型。商业上各种不同纯度的葡萄糖淀粉酶主要由霉菌中的曲霉和根酶产生。

糖化酶具有较低的特异性，既能作用于α-1,4糖苷键，又能作用于α-1,3糖苷键和α-1,6糖苷键。然而水解这三种糖苷键的速度是不同的。

2.蛋白酶

（1）胰蛋白酶(Trypsin，Trypsase，Trypsinase) 胰蛋白酶是胰脏中主要的蛋白酶，是所有蛋白酶中研究得最彻底的一种，主要是它不仅在食品工业中广泛应用，还是一种重要的消化酶。为白色至浅棕黄色无定形粉末，可溶于水，几乎不溶于乙醇、甘油、氯仿和乙醚。胰蛋白酶具有较高的特异性，仅能作用于几种肽键。一般由猪或牛的胰腺抽提而得。虽然哺乳类动物胰蛋白酶的氨基酸残基的数目和顺序因动物品种不同而稍有变化，但都是丝氨酸蛋白酶，且作用的机制也相同。胰蛋白酶在pH低于6时非常稳定，在pH3时最稳定，较高的pH值，会产生自动催化，即自我消化作用而遭破坏。酶作用于蛋白质和大多数合成底物时的最适pH范围是7～9。胰蛋白酶可抑制乳的氧化风味，生产水解蛋白质。亦用于烘烤、肉类嫩化等。

（2）木瓜蛋白酶(Papain) 与其他蛋白酶相比，木瓜蛋白酶具有较高的热稳定性。木瓜蛋白酶对蛋白质有极强的加水分解能力，可被用来改善植物蛋白的营养价值或功能性质。

1）主要用于啤酒抗寒，即水解啤酒中的蛋白质避免冷藏后引起混浊，使用量0.5～5mg/kg，现已开始使用固定化木瓜蛋白酶，其优点是将酶处理安排在啤酒巴氏杀菌之后，利用固定化酶能较精确地控制蛋白质降解程度，使啤酒中保留一些蛋白质，对稳定啤酒泡沫十分有利；肉类嫩化，即水解肌肉蛋白中的胶原蛋白，使用量为宰后注射0.5～5mg/kg；用于饼干、糕点松化，可代替亚硫酸盐，既有降筋效果又提高了安全性。

2）在动、植物蛋白食品加工方面，如用于蛋白质水解产物和高蛋白饮料，可提高产品质量和营养价值，提高产品消化吸收率；在酱油酿造中加入本品和其他酶，可提高产率和氨基酸含量；在制造啤酒麦芽汁时，加入本品和其他酶，可减少麦芽用量，降低成本，使用量为0.1%。

3）可用作凝乳酶的代用品和干酪的凝乳剂。

（3）凝乳酶(Chymosin) 干酪生产中应用的凝乳酶主要有三个来源：动物凝乳酶（如小牛皱胃酶、羔羊皱胃酶、胃蛋白酶等）；植物凝乳酶（如木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶等）；微生物凝乳酶（如毛霉凝乳酶、细菌凝乳酶等）。其中动物凝乳酶在干酪生产中使用最早，应用最为广泛。皱胃酶，因被广泛用于生产干酪是食品工业中最有价值的酶之一，属羧基蛋白酶，主要从未断奶的小牛、小山羊或羊羔第四胃的水抽提而得无活性的酶原，酶原经受部分水解转变为活酶，分子量从36万降至3.1万。澄清的琥珀至暗棕色液体，或白色至浅棕黄色粉末，略有咸味和吸湿性。干燥品活性稳定，在溶液中不稳定。稍溶于水、烯乙醇。水溶液的pH值约5.8，对牛奶的最适凝固pH值为5.8，最适温度为37～43℃,在15℃以下、55℃以上无活性。此酶在牛乳中的酪蛋白中的苯丙氨酸和亮氨酸之间裂解，导致凝乳，商品凝乳酶1g加入10升牛奶， 35℃下可在40min内凝固。近年来，世界干酪产量逐年上升,对凝乳酶的需求也不断增大，来源广泛、价格便宜的植物凝乳酶和微生物凝乳酶越来越受到人们的重视。

凝乳酶广泛应用于干酪制造，需制造干酪时，将乳凝结；在干酪成熟过程中，帮助形成风味和质构；亦用于酶凝干酪素及凝乳布丁的制造。

（4）蛋白酶(Protease) 蛋白酶近乎白色至浅棕黄色无定形粉末或液体。溶于水，水溶液一般呈淡黄色。几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。主要作用是使蛋白质水解为低分子蛋白胨、多肽及氨基酸。天然品存在于动、植物及微生物等中，工业应用品以霉菌生产为主。由米曲霉制得的产品在pH6.0时的最适温度为45～50℃。由黑曲霉制得的产品亦称酸性蛋白酶，最适pH为2.5，最适温度45℃。浓度为2×10^-3mol的铜离子或锰离子有强烈激活作用，银离子和汞离子则有抑制作用。

黑曲霉主要用于水解蛋白的生产，如浓缩鱼蛋白、氨基酸调味料之类；米曲霉主要用于啤酒的抗寒；烘烤制品降低面团搅拌时间；水解面筋以增加面团柔软性；防止苏打饼干片状面团进入烘炉时的卷曲；改进面包风味；肉类软化，水解肌肉蛋白和胶原蛋白，使肉类嫩化等。酸性蛋白酶主要用于凝乳，制造干酪。

（5）脂肪酶(Lipase) 脂肪酶主要用于干酪制造中脱脂和使产品产生特殊香味（主要是增加挥发酸和风味脂肪酸）、脂肪改性、脂类水解，以防止某些乳制品和巧克力等产品中的油脂蚝败。使牛奶巧克力和奶油蛋糕产生特殊风味的优良制剂。加入蛋白中以分解其中可能混入的脂肪，从而提高其发泡能力。在酿酒中，加入脂肪酶可缩短酿酒时间，改善酒的风味等。

（6）果胶酶(Pectinase) 果胶酶主要用于果汁澄清，提高果汁过滤速率，降低果汁粘度，防止果泥和浓缩果汁胶凝化，提高果汁得率，以及用于果蔬脱内皮、内膜和囊衣等。在苹果汁的加工中加入果胶酶可以减轻提取果汁的困难和促进果汁中悬浮粒子能用沉降、过滤或离心的方法分离。在葡萄汁生产中果胶酶的加入提高了压榨提取率，生产出色泽良好的澄清果汁。用果胶酶脱出莲子内皮、蒜内膜时加入pH为3.0的酶液中产品果味浓郁、品质提高。此外冷冻水果和蔬菜中的果胶物质在果胶酶作用下的变化对产品质地的影响也受到科技工作者的关注。

（7）纤维素酶 纤维素酶主要用于豆类、谷类等植物性食品的软化、脱皮；控制咖啡抽提物的粘度，最高允许用量为100ppm；纤维素酶不但能破坏果肉细胞壁和分离果胶质，由于酶的降解作用，能增加原酒的溶解物，对改善果酒质量有一定作用；酿造原料的预处理；脱脂大豆粉和分离大豆蛋白制造中的抽提；淀粉、琼脂和海藻类食品的制造；消除果汁中由纤维素类所引起的混浊；绿茶、红茶等的速溶化等。

（8）葡萄糖异构酶(Glucose isomerase) 葡萄糖异构酶主要应用于由淀粉、葡萄糖制造高果糖浆和果糖。例如海明森用Novo公司的葡萄糖异构酶生产高果糖浆转化率达87％。实际生产中，主要使用固定化葡萄糖异构酶。酶经固定化后，其稳定性显著提高，其他性质也有所改善。如固定化酶适宜于在连续反应器中大规模使用，生产简便，使用后易处理等。

（9）溶菌酶(Lysozyme) 溶菌酶在乳制品中有明显抗菌活性。由于L. Monocytogenes似乎有特别的能力感染消毒过和加工后的产品，这种病原菌能在1～45℃下生长，因此仅靠冷藏不能防止这类菌在食品中生长，抗菌素保护才是防止这种污染的方法，已发现溶菌酶在奶酪中是稳定的，500U溶菌酶/mL乳的浓度足以抑制发酵剂中的乳酸菌，同时增强双歧杆菌的生长能力，使牛奶中双歧杆菌含量与人奶无区别，可保证婴儿肠内双歧杆菌的良好繁殖。在鱼子酱中等，有防腐作用。在半硬干酪中加入0.001％，可防止香味物质丁酸的损失。

（10）谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase) 谷氨酰胺转胺酶能够催化蛋白质分子内或之间的酰基转移反应，通过这些催化反应，可在各种蛋白质分子内或之间引起共价交联，因此谷氨酰胺转胺酶在食品加工过程中的主要功能包括：a.对各种食品蛋白质进行改性，保护赖氨酸不发生化学反应，包封类脂质和脂溶性物质；b.形成抗热和抗水薄膜，胶凝蛋白质时避免进行热处理； c.提高弹性和持水能力；d.改变可溶性和各种功能性质，生产出营养价值较高并含有人体所必需氨基酸的食品蛋白。目前谷氨酰胺转胺酶已被用于催化交联各种蛋白质，如酪蛋白、大豆蛋白、谷蛋白、肌动蛋白、肌球蛋白以及各种禽蛋蛋白、去骨禽肉蛋白和动物蛋白等。

———摘自胡国华主编《食品添加剂应用基础》，有较多删节