食品制造中主要微生物酶制剂及其应用
酶是一种生物催化剂，具有催化效率高、反应条件温和及专一性强等优点，广泛存在于动植物组织细胞、微生物细胞及其培养物中，可以通过各种理化方法将其提取、精制后制成较纯的酶制剂。近年来，酶制剂已广泛应用于食品发酵、日用化工、纺织、制革、造纸、医药、农业等各个方面，日益受到人们的重视。
早期酶制剂的生产多数是从动、植物组织中提取的。但动、植物组织生长缓慢，来源有限，并受到季节、气候和地域条件的限制，而微生物生产酶制剂则可避免上述缺陷，具有许多的优越性：首先是微生物种类繁多，酶种丰富，一般认为微生物细胞至少能产生2500种以上不同的酶；其次，微生物生长速度快、酶产量高，且不受气候、季节、地域等条件的限制，便于进行工业化生产。
一、主要酶制剂、用途及产酶微生物 （一）淀粉酶
按照水解淀粉方式不同可将淀粉酶分为：α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和普鲁兰酶（葡萄糖异构酶）。
1．α-淀粉酶
也称液化淀粉酶。它作用于淀粉时，可随机地从淀粉分子内部切开α-1，4-糖苷键，产物为糊精和还原糖，但不能分解α-1，6-糖苷键。
工业上大规模生产α-淀粉酶的主要微生物是细菌和霉菌，特别是枯草杆菌。目前，具有实用价值的α-淀粉酶生产菌有淀粉液化芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、马铃薯芽孢杆菌、嗜热糖化芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌等。
2．β-淀粉酶
β-淀粉酶最初是从麦芽、大麦、甘薯和大豆等高等中提取的，近些年来发
现不少的微生物也能产β-淀粉酶，而且在耐热比等方面优于植物β-淀粉酶，更适合于工业化应用。
β-淀粉酶是外切酶，只能水解α-1，4-糖苷键，不能水解α-1，6-糖苷键。而且只能从非还原端开始，依次切下一个个麦芽糖，生成的麦芽糖在光学上属于β型。
目前，研究最多的是多黏芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、环状芽孢杆菌和链霉菌等。
3．糖化酶
糖化酶也称葡萄糖苷酶。其作用方式与β-淀粉酶相似，也由淀粉非还原端开始，逐次分解淀粉为葡萄糖，它也能水解α-1，6-糖苷键，所以水解产物除葡萄糖外，还有异麦芽糖，这点与β-淀粉酶不同。
美国主要用臭曲霉，丹麦和中国用黑曲霉，日本用拟内孢霉和根霉作为糖化菌的生产菌种。20世纪70年代，我国选育黑曲霉突变株UV-11，目前已广泛用于糖化酶生产。
4．葡萄糖异构酶
葡萄糖异构酶也称普鲁兰酶。该酶可以分解支链淀粉α-l，6-糖苷键，生成直链淀粉。可以产生异构酶的微生物有酵母菌、产气杆菌、假单胞菌、放线菌、乳酸杆菌、小球菌等。我国多采用产气杆菌。
（二）蛋白酶
蛋白酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称。
按其水解多肽的方式分为内肽酶和外肽酶。内肽酶可将大相对分子质量的多肽链从中间切断，形成小相对分子质量的朊或胨；外肽酶可分为羧肽酶和氨肽酶，
它们分别从多肽的游离羧基末端或游离氨基末端将肽水解，生成氨基酸。
在微生物的生命活动中，内肽酶的作用是降解大的蛋白质分子，便于蛋白质进入细胞内，属于胞外酶。外肽酶常存在于细胞内，属于胞内酶。目前工业常用的蛋白酶是胞外酶。
按产生菌的最适pH为标准，可将蛋白酶分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。
1．酸性蛋白酶
多数酸性蛋白酶在pH 2～5范围内是稳定的，一般在pH 7，40℃条件下，处理30min即失活；在pH 2.7，30℃条件下可引起大部分酸性蛋白酶失活。酶的失活是由于酶的自溶引起的，溶液中游离氨基酸的增加就是有力的证据。
生产酸性蛋白酶的微生物有黑曲酶、米曲霉、金黄曲霉、拟青霉、微小毛霉、白假丝酵母、枯草杆菌等。我国生产酸性蛋白酶的菌种为黑曲霉。
2．中性蛋白酶
中性蛋白酶的热稳定性较差。枯草杆菌中性蛋白酶在pH 7，60℃的条件下处理15min，失活90%;放线菌中性蛋白酶热稳定性更差，只在35℃以下稳定，45℃则迅速失活。而有的枯草杆菌中性蛋白酶在pH 7和温度65℃时，酶活几乎无损失。钙对中性蛋白酶的热稳定性有保护作用。
生产中性蛋白酶的微生物有枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酱油曲霉、米曲霉等。
3．碱性蛋白酶
也叫丝氨酸蛋白酶，是商品蛋白酶中产量最大的一类蛋白酶，占蛋白酶总量的70%左右。碱性蛋白酶作用位置是要求在水解肽键的羧基侧具有芳香族或疏水
性氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸等），能水解酯键、酰胺键，作用最适pH 9～11。
碱性蛋白酶较耐热，55℃下保持30min仍能有大部分的活力。因此，主要应用于制造加酶洗涤剂。生产碱性蛋白酶的微生物主要是芽孢杆菌属的几个种，如地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌和灰色链球菌等。
（三）果胶酶
果胶酶是指能分解果胶质的多种酶的总称，通常包括原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶。通过这几种酶的联合作用使果胶质得以完全分解：天然的果胶质在原果胶酶作用下转化成水可溶性的果胶；果胶被果胶甲酯水解酶催化去掉甲酯基团，生成果胶酸；果胶酸经果胶酸水解酶和果胶酸裂合酶类降解生成半乳糖醛酸。
能够产生果胶酶的微生物很多，但在工业生产中采用真菌，大多数菌种生产的果胶酶都是复合酶，也有的微生物却能产生单一果胶酶。
（四）纤维素酶
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一类酶的总称，可分为酸性纤维素酶和碱性纤维素酶。产生纤维素酶的微生物有很多，如真菌、放线菌和细菌等，但作用机理不同。大多数的细菌纤维素酶在细胞内形成紧密的酶复合物，而真菌纤维素酶均可分泌到细胞外。一般用于生产的纤维素酶来自于真菌，比较典型的有木霉属、曲霉属和青霉属。
二、微生物酶制剂生产
微生物发酵生产酶制剂，分固态发酵法和液态发酵法。虽然生产菌、目的酶、生产设备不同，但生产工艺流程基本相同。下面分别对两种方法的工艺要点进行说明。
（一）固态发酵工艺要点
(1)原料处理。固态发酵大多直接以淀粉质原料为碳源，以麸皮为氮源。原料只需蒸熟就可以达到微生物利用和杀灭微生物的需要。
(2)菌种培养。菌种活化后，可以用液态法、固态法培养。
(3)无菌要求。固态发酵大多数在开放的环境中发酵，无菌要求相对较低。 (4)发酵工艺。影响产酶的主要条件是培养基的pH、培养温度、通风量。固态发酵在开放的环境中发酵，操作简便，管理容易；发酵过程中一般不需要调节pH，只要注意控制好温度、湿度、环境卫生，就可以正常发酵。
(5)提取纯化。固态发酵结束后，按照需要，经过不同的提取纯化处理，得到不同的成品酶。最简单的就是将成品曲烘干、粉碎、过筛，得到粗酶粉。精制则需先加水抽提，分离去除固形物后，浓缩，再进行盐析或有机溶剂沉淀，若纯度需要再高一点，则需要经离子交换层析等方法进一步纯化。
(6)酶制剂化和稳定化处理。浓缩的酶液可制成液体或固体酶制剂。酶制剂的出售是以一定体积或重量的酶活计价，所以生产出的酶制剂在出售前往往需要稀释至一定的标准酶活。同时为改进和提高酶制剂的贮藏稳定性，一般都要在酶制剂中加入辅基、辅酶、金属离子、底物等，最常用的有多元醇（甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等）、糖类、食盐、乙醇及有机钙等物质，它们既可作酶活稳定剂，又可作抗菌剂及助滤剂，若制成千粉，则这些物质又可起到填料、稀释剂和抗结剂的作用。如果用一种稳定剂效果不明显，则需要几种物质合用，如明胶对细菌淀粉酶及蛋白酶有稳定作用，但效果不明显，若同时加入乙醇和甘油，稳定效果就较为显著。
（二）液态发酵工艺要点
食品制造中主要微生物酶制剂及其应用
