酶制剂生产方式及应用研究

发布日期: 2022-04-06

酶制剂生产方式及应用研究

酶制剂是具有催化功能的生物制品,广泛应用于多个领域。根据酶制剂相关研究成果,介绍酶制剂的主要生产方式,分析酶制剂的应用现状与发展前景,以期为高品质酶制剂产品的开发、生产及应用提供理论参考。 

酶制剂是指对酶进行加工、提纯后得到的与酶具有同样催化功能的产物,其具有化学污染小、高效专一、消耗能量低、催化能力强、条件温和等特点,广泛应用于多个领域。近年来,在环保节能和绿色生产趋势下,酶技术得到空前发展,生产水平和质量不断提高,生产成本逐渐降低。综合国内外相关研究成果,介绍酶制剂的主要生产方式及特点,总结酶制剂在食品、基础研究、养殖、日用品、医药等领域的应用情况,展望其未来的研究发展前景,以期为酶技术的发展与应用提供理论参考。 

一、酶制剂的生产方式 

1.液态发酵 

目前国内外酶制剂生产常用的技术方式是液态发酵法,即将液体培养基灭菌、冷却后接入产酶细胞,在特定条件下发酵。这种生产方式的优势是:可以实现纯种培养,目标产物更明确;可以实时监测和自动控制发酵过程参数(pH、温度、溶氧、补料等),确保发酵过程始终处于最佳条件下,提高发酵效率;有利于大规模、工厂化、现代化生产。其不足是在生产过程中产生大量污染物,增加企业处理污染物的经济负担。一些大型企业和工厂的酶制剂发酵罐容量达几十吨甚至上百吨,如果发酵液被污染,会引起整个发酵罐污染,造成巨额经济损失和资源浪费。因此,液态发酵法需要实时监控发酵过程参数,并通过人为调整优化,确保发酵效率和质量。 
2.固态发酵 

固态发酵法是以麸皮、米糠等为主要原料配制培养基,灭菌后接入产酶菌,在一定条件下发酵。这种生产方式有效避免了液态发酵法的不足,具有污染后经济耗费低、发酵产生的污染面积小、发酵后的废料可以循环使用(只需简单处理即可作为农业肥料)、易处理等优点。固态发酵满足节能环保的需求。利用固态发酵酶制剂技术发酵谷物秸秆,生产的燃料酒精可以缓解石油需求压力,有利于实现资源可持续利用。固态发酵过程不易控制,难以实现稳定生产,因此目前无法达到工业化量产,不能满足市场需求。随着国内外专家对酶制剂生产方式研究的不断深入,固态发酵法的控制难题将得到解决,其应用也将越来越广。 

二、 酶制剂的应用领域 

市场上的酶制剂主要有蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、植酸酶等,多数为多种酶复合制剂,广泛应用于食品(如面包烘焙、面粉深加工等)、动物饲料、皮革制品、能源、医药等领域。 

1. 基础研究领域 

酶存在于生命科学的各项研究中。例如:在植物细胞融合实验中,利用纤维素酶或果胶酶等除去细胞壁,扩大遗传物质的重组范围;在基因工程实验中,利用DNA连接酶、限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、碱性磷酸酶及修饰酶等五大类工具酶,参与实现核酸的序列分析、标记探针制备、载体构建、目的基因选取等工作,达到改变生物原有遗传特性、获取新品种的目的。 

2. 养殖领域 

饲料酶制剂是一种饲料添加剂,能消除抗营养因子,提高饲料转化率,增强动物的消化能力和免疫能力,促进动物生长发育。饲料酶制剂主要应用于家禽和水产品养殖中,例如:李伟林等人将复合酶制剂添加在鸡饲料中,用以降解可溶性非淀粉多糖(NSP),提高肉鸡对饲料的消化能力,使用添加酶制剂的饲料,即使能量降至209 kJ/kg,肉鸡的生长速度仍不受影响。 

3. 食品领域 

酶制剂分子结构团具有稳定的流变特性,可形成不同食品的不同感官特性和保鲜性,在食品保鲜、加工、检测等方面发挥作用。例如:李卉等人将溶菌酶复合植酸的酶制剂作用于水蜜桃,发现其可以显著降低水蜜桃呼吸速率,维持果实硬度,抑制MDA增长,降低PPO酶活性,且方法操作简便、安全高效,能有效提高水蜜桃的耐贮性;酶制剂在制糖、酿造、焙烤、加工果蔬、乳制品、肉制品生产中均有应用,具有提高产量、去除异味等作用;PCR、酶生物传感器、ELSA等多种酶工程技术,可高效灵敏准确地测定出食品中的农药、毒素、微生物残留情况,广泛应用于食品检测。 

4. 医药领域 

酶制剂可用于多种疾病的治疗、预防和诊断。例如:纳豆激酶对血栓病、高血脂、血液粘稠、骨质疏松症、甘草热和糖尿病有预防和治疗作用,现已实现量产并得到应用;复合溶菌酶制剂对奶牛子宫内膜炎的治愈率明显高于土霉素、恩诺沙星、金霉素等抗生素,且克服了抗生素易产生耐药性和药物残留污染牛奶的缺点,为奶牛养殖产业带来显著的经济效益。 

5.日常品领域 

在日常生活中酶的应用也很广泛。例如:洗涤剂中加入蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等多种酶制剂,可减轻洗涤剂对衣物的损伤,增强清洁污垢能力;保健品中的金属蛋白酶—超氧化物歧化酶(SOD)可以清除自由基和提高抗氧化能力,增强机体的抵抗能力;化妆品中的SOD具有防晒、抗衰老的作用;造纸工业中脂肪酶用于原木脱树脂,木聚糖酶用于纸浆漂白;回收废报纸脱墨时添加一定量的碱性纤维素酶与半纤维素酶,能提高抄纸白度。 

三、结语 

近年来,我国酶制剂发展迅速,在基础研究、食品工业、洗涤剂工业、饲料制作等领域得到广泛应用。但目前我国酶制剂的发展与国外相比尚有一定差距,如食品酶制剂在国外一些发达国家的食品生产中已得到普遍应用,而在国内应用较少、效果一般,我国市场上使用的食品酶制剂大多采用盐析法或喷雾干燥法进行提取纯化,这两种方法难以达到相关卫生要求和标准。酶制剂研究存在不足意味着我国酶制剂产业具有巨大的发展潜力,未来对酶制剂的研究要加大力度,在研发、生产和应用方面开发新方法、新产品,研究适合工业化生产的高品质酶制剂产品,促进我国酶制剂产业进一步发展。