酶製劑

酶製劑的用途極為廣泛，主要用作醫藥中間體、食品加工用添加劑及家畜家禽養殖的生長促進劑。此外，在紡織、輕工、皮革、造紙、採油、建築、環保、軍工等行業中也都有應用。酶製劑的應用種類有澱粉酶、蛋白酶、糖酶、過氧化氫酶和纖維素酶等，用量最大的是澱粉酶和蛋白酶，約佔酶製劑消費總量的70%—80%。澱粉酶主要用於麪包生產中的麪糰改良、嬰幼兒食品中的穀類原料的預處理、啤酒製造中用於糖化和分解澱粉、果汁加工中的澱粉分解和提高過濾速度，以及用於蔬菜、糖漿、怡糖、葡萄糖、粉狀糊精等食品的加工製造。蛋白酶主要用於水解蛋白生產、肉類軟化、啤酒抗寒、烘烤製品、乾酪製造等。近年來，酶製劑開發應用的領域還在不斷拓展之中。

在60年代初期，世界酶製劑生產發展較為遲緩。進入70年代，研究開發極為迅速，尤其是對其提取方法、作用機理和生長代謝等重大理論研究不斷取得新進展。目前為止，已報道發現的酶類有3000多種，但其中已實現大規模工業化生產的只有60多種 ^[1]  。據報道，全世界酶製劑市場正以平均11%的速度逐年增長 ^[2]  。酶製劑產業的發展前景相當廣闊。中國酶製劑產業經過50多年的長足發展，已進入世界酶製劑生產的大國行列，目前已實現規模化生產的酶製劑達到30種左右 ^[3]  。

現在中國酶製劑產品已經更新換代，主要包括以下9大類：糖化酶、澱粉酶、纖維素酶、蛋白酶、植酸酶、半纖維素酶、果膠酶、飼用複合酶、啤酒複合酶等 ^[3]  。其中，糖化酶、澱粉酶、植酸酶產量過萬噸；纖維素酶、半纖維素酶和果膠酶所佔比例較小，但增長較快。中國酶製劑的主要應用領域包括：澱粉糖工業、啤酒工業、燃料酒精工業、酒與飲料工業、飼料工業、紡織工業、製藥工業、造紙工業、精細化工工業、洗滌劑工業、皮革工業、焙烤工業、乳製品工業、石油工業等。酶製劑產業在中國正逐步成為獨立行業，促進了國民經濟發展。

酶製劑行業是高技術產業，它的特點是用量少、催化效率高、專一性強，是為其他相關行業服務的工業。其應用領域遍及輕工、食品、化工、醫藥、農業以及能源、環境保護等方面。

中國食品酶製劑種類較多，其中，碳水化合物用酶、蛋白質用酶、乳品用酶佔食品酶製劑的比重較大，所佔比例為81.7% ^[3]  。在食品加工過程中常用的酶製劑主要有以下幾種：木瓜蛋白酶、谷氨醯胺轉胺酶、彈性蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、異澱粉酶、纖維素酶、超氧化物歧化酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶、生薑蛋白酶等。

中國已批准使用於食品工業的酶製劑有α－澱粉酶、糖化酶、固定化葡萄糖異構酶、木瓜蛋白酶、果膠酶、β－葡聚糖酶、葡萄氧化酶、α－乙酰乳酸脱氨酶 ^[4]  等，主要應用於果蔬加工、焙烤、乳製品加工等方面。

澱粉酶行業發展快速，產量成倍增長，品種逐漸增多，至2006年產量已超過500萬噸 ^[3]  。酶法濕磨工藝中的澱粉殘留蛋白含量以及澱粉的糊化特性均好於傳統的濕磨工藝。由於添加蛋白酶，不僅縮短了浸泡時間，同時蛋白的得率非但沒有減少反而得到提高。新型酶製劑正應用於針劑葡萄糖、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中。澱粉糖替代蔗糖已應用於食品加工、糖果、啤酒及飲料生產中。

20世紀80年代，以澱粉酶、蛋白酶、纖維素酶等為代表的紡織酶製劑，主要用於織物退漿、牛仔布整理和真絲脱膠等，在工業上得到了廣泛應用，也代表着紡織生物技術開始興起。進入21世紀以後，中國酶製劑在紡織工業中的應用領域逐步擴大，包括纖維改性、原麻脱膠、印染前處理、印染廢水處理、服裝成衣加工等領域 ^[3]  。目前，紡織用酶製劑加工工藝已涉及到幾乎所有的紡織濕加工領域，市場規模呈穩定遞增趨勢。

飼料酶製劑是近年來伴隨飼料工業和酶製劑工業不斷髮展而出現的一種新型飼料添加劑，具有提高養分消化率、提高配合飼料質量穩定性、降低環境污染等作用。作為一類高效、無毒、無副作用和環保性的綠色飼料添加劑，飼料酶製劑已成為世界工業酶產業中增長速度最快、勢頭最強勁的一部分，其應用效果已在世界範圍內得到公認。中國飼料酶製劑自20世紀80年代開始在飼料中添加應用。

目前中國飼料酶種類有20多種，主要包括：澱粉酶、蛋白酶、木聚糖酶、β－甘露聚糖酶、纖維素酶、β－葡聚糖酶、植酸酶和複合酶等。這些酶製劑可分為兩大類：1）以降解多糖和生物大分子物質為主，包括蛋白酶、脂肪酶、澱粉酶、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胞壁，使細胞內容物充分釋放出來；2）以降解植酸、β－葡聚糖、果膠等抗營養因子為主，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胞壁木聚糖和細胞間質的果膠成分，提高飼料的利用率 ^[5]  。

生產酶製劑的微生物有絲狀真菌、酵母、細菌3大類羣，主要是用好氣菌。幾種主要工業酶的菌種和使用情況如下：

澱粉酶水解澱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酵生產為主，後者產生耐高温酶。另外也用麴黴屬和根黴屬的菌株深層和半固體發酵生產，適用於食品加工 ^[6]  。澱粉酶主要用於製糖、紡織品退漿、發酵原料處理和食品加工等。葡糖澱粉酶能將澱粉水解成葡萄糖，現在幾乎全由黑麴黴深層發酵生產，用於製糖、酒精生產、發酵原料處理等。

使用菌種和生產品種最多。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酵生產細菌蛋白酶；用鏈黴菌、麴黴深層發酵生產中性蛋白酶和麴黴酸性蛋白酶，用於皮革脱毛、毛皮軟化、製藥、食品工業；用毛黴屬的一些菌進行半固體發酵生產凝乳酶，在製造乾酪中取代原來從牛犢胃提取的凝乳酶。

70年代迅速發展起來的一個品種。先用深層發酵取得鏈黴菌細胞，待固定

化後，將葡萄糖液轉化成約含果糖50%的糖漿，這種糖漿可代替蔗糖用於食品工業。用澱粉酶、葡糖澱粉酶和葡糖異構酶等將玉米澱粉製成果糖漿已成為新興的製糖工業之一。

生物工程生產的微生物植酸酶，可以降解植酸鹽，釋放可利用的磷、鈣、能量和蛋白質等，釋放的磷、鈣和其他養分的數量，在推薦水平下呈線性增加。植酸酶添加水平超過500FTU/kg的添加量時，養分的釋放會持續提高，但單位植酸鹽的釋放量趨於下降。因此超推薦水平添加植酸酶，在經濟上是不合算的。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種水溶性非澱粉多糖是抗營養因子。這些抗營養因子能結合大量的水分，使消化道流體的粘度增加。降低營養底物與消化道內源酶的作用，致使營養成分的有效性下降。β-葡聚糖酶和戊聚糖酶添加在玉米-豆粕型含抗營養因子較少的日糧中，對動物的生產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飼料原料較多的日糧中，對動物的生產性能改善作用較大。同一添加量隨日糧中非常規飼料含量的增加，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。無論何種飼料原料，超量添加β-葡聚糖酶和戊聚糖酶經濟上也都是不合算的。總之，配製最低成本日糧和計算效益時，應將酶製劑納入配方成本計算。

酶製劑本身是一類蛋白質，影響蛋白質的任何因素都會影響酶製劑的活性。酶製劑的活性隨温度的升高而增加，但當温度高到一定程度時，又使酶變性而喪失活性。一般酶活性的最適温度為30～45℃，超過60℃時酶會變性，喪失活性。pH對酶活性也有影響，在其他條件不變時，酶在一定的pH範圍內活性最高。一般酶活性的最適pH接近於中性（6.5～8.0）。但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.5 ^[7]  。一碘醋酸、高鐵氰化物和重金屬離子等可與酶的必需基團結合或發生反應，從而使酶喪失活性。因此在飼料生產過程中一定要注意温度、酸鹼性、重金屬離子等因素對酶製劑的影響，以求達到酶製劑的最佳使用效果。

市場上酶製劑的種類很多，用户在購買酶製劑時，一定要選擇既能保證有效含量，又較便宜的酶製劑，不應只考慮價格便宜，不考慮有效含量。

單胃動物應用酶製劑效果明顯，草食動物效果不明顯。因此草食動物飼料中可不考慮添加酶製劑。

現在很多飼料檢測部門都可檢驗酶製劑的有效含量。用户在選購時，可把樣品送到有關部門檢驗，以確保購買的酶製劑質量可靠。

近年來，中國酶製劑產業發展速度迅猛，取得了明顯進步。但從世界酶製劑工業來看，高新技術在世界酶製劑產業的應用進一步拉大了中國酶製劑產業和世界先進水平的差距。整個行業生產規模小，技術研發力量薄弱，產品相對單一，結構不合理等問題突出 ^[3]  。

1）研發投入和研發創新能力不足。

2）生產工藝及設備水平相對落後。

3）酶製劑產品結構不合理、應用深度不夠。中國酶製劑仍以傳統酶製劑種類（糖化酶、澱粉酶、蛋白酶等）為主，缺少高端酶製劑產品，結構不合理。