酶是一種生物催化劑，催化效率高、反應條件溫和和專一性強等特點，已經日益受到人們的重視，應用也越來越廣泛。生物界中已發(fā)現(xiàn)有多種生物酶，在生產中廣泛應用的僅有淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖異構酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。利用微生物生產生物酶制劑要比從植物瓜果、種子、動物組織中獲得更容易。因為動、植物來源有限，且受季節(jié)、氣候和地域的限制，而微生物不僅不受這些因素的影響，而且種類繁多、生長速度快、加工提純容易、加工成本相對比較低，充分顯示了微生物生產酶制劑的優(yōu)越性�，F(xiàn)在除少數(shù)幾種酶仍從動、植物中提取外，絕大部分是用微生物來生產的。
4.1 主要酶制劑、用途及產酶微生物
酶制劑可以由細菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產。微生物產生的各種酶以及它們在食品工業(yè)中的應用見表7-2。
表7-2微生物酶制劑及其在食品工業(yè)中的應用
酶 用 途 來源
耐高溫a-淀粉酶糖化酶普魯蘭酶蛋白酶脂肪酶纖維素酶半纖維素酶果膠酶葡萄糖氧化酶葡萄糖異構酶菌蔗糖酶橙皮苷酶乳糖酶單寧酶花色素酶凝乳酶胺氧化酶 水解淀粉制造葡萄糖、麥芽糖、糊精水解淀粉成葡萄糖水解淀粉成直鏈低聚糖軟化肌肉纖維、啤酒果酒澄清、動植物蛋白質水解營養(yǎng)液用于制作干酪和奶油，增進食品香味，大豆脫腥等用于大米、大豆、玉米脫皮，淀粉制造用于大米、大豆、玉米脫皮，提高果汁澄清度等用于柑桔脫囊衣，飲料、果酒澄清等用于蛋白質脫葡萄糖以防止食品褐變，食品除氧防腐可使葡萄糖轉化為果糖制造轉化糖，防止高濃度糖漿中蔗糖析出，防止糖果發(fā)沙防止柑桔罐頭的白色沉淀乳糖酶缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出食品脫澀防止水果制品變色，白葡萄酒脫去紅色乳液凝固劑胺類脫臭 細菌、霉菌細菌、霉菌細菌、霉菌細菌、霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌、細菌霉菌細菌、放線酵母霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌酵母、細菌
4.2 微生物酶制劑生產
4.2.1 菌種選擇
任何生物都能在一定的條件下合成某些酶。但并不是所有的細胞都能用于酶的發(fā)酵生產。一般說來，能用于酶發(fā)酵生產的細胞必須具備如下幾個條件：酶的產量高。優(yōu)良的產酶細胞首先具有高產的特性，才有較好的開發(fā)應用價值。高產細胞可以通過篩選、誘變、或采用基因工程、細胞工程等技術而獲得；容易培養(yǎng)和管理，要求產酶細胞容易生長繁殖，并且適應性較強，易于控制，便于管理；產酶穩(wěn)定性好。在通常的生產條件下，能夠穩(wěn)定地用于生產，不易退化。一旦細胞退化，要經過復壯處理，使其恢復產酶性能；利于酶的分離純化。發(fā)酵完成后，需經分離純化過程，才能得到所需的酶，這就要求產酶細胞本身及其它雜質易于和酶分離；安全可靠。要使用的細胞及其代謝物安全無毒，不會影響生產人員和環(huán)境，也不會對酶的應用產生其它不良的影響。
4.2.2 產酶培養(yǎng)
酶的發(fā)酵生產是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產酶細胞以外，還必須滿足細胞生長、繁殖和發(fā)酵產酶的各種工藝條件，并要根據發(fā)酵過程的變化進行優(yōu)化控制。
1) 固體培養(yǎng)法
固體培養(yǎng)是以皮麩或米糠為主要原料，另外添加谷糠、豆餅等為輔助原料。經過對原料發(fā)酵前處理，在一定的培養(yǎng)條件下微生物進行生長繁殖代謝產酶。固體培養(yǎng)法比液體培養(yǎng)法產酶量高。同時還具有原料簡單、不易污染、操作簡便、酶提取容易、節(jié)省能源等優(yōu)點。缺點是不便自動化和連續(xù)化作業(yè)，占地多、勞動強度大、生產周期長。
2) 液體培養(yǎng)法
液體培養(yǎng)法的優(yōu)點是：占地少、生產量大、適合機械化作業(yè)、發(fā)酵條件容易控制、不易污染，還可大大減輕勞動強度。其培養(yǎng)方法有分批培養(yǎng)、流加培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)三種，其中前兩種培養(yǎng)法廣為應用，后者因污染和變異等關鍵性技術問題尚未解決，應用受到限制。在深層液體培養(yǎng)中，pH值、通氣量、溫度、基質組成、生長速率、生長期及代謝產物等都對酶的形成和產量有影響，要嚴加控制。深層培養(yǎng)的時間通過監(jiān)測培養(yǎng)過程的酶活來確定，一般較固體培養(yǎng)周期(1~7d)短，僅需1~5d。與固體培養(yǎng)法相比，
3) 產酶條件的控制
提高微生物酶活性和產率的途徑是多方面的，其中控制營養(yǎng)和培養(yǎng)條件是最基本也是最重要的途徑。改變培養(yǎng)基成分，常常能提高酶活性，改變培養(yǎng)基的氫離子濃度和通氣等條件，可以調節(jié)酶系的比例，改變代謝調節(jié)或遺傳型，可以使酶的微生物合成產生成千倍的變化。上述的這些措施，對于微生物產酶的影響并非孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的。所謂最佳培養(yǎng)條件與培養(yǎng)基的最佳組成，都是保證酶合成達到最高產率的控制條件。通常，菌種的生長與產酶未必是同步的，產酶量也并不是完全與微生物生長旺盛程度成正比。為了使菌體最大限度地產酶，除了根據菌種特性或生產條件選擇恰當?shù)漠a酶培養(yǎng)基外，還應當為菌種在各個生理時期創(chuàng)造不同的培養(yǎng)條件。例如細菌淀粉酶生產采取"低濃度發(fā)酵，高濃度補料"，蛋白酶生產采取"提高前期培養(yǎng)溫度"等不同措施，提高了產酶水平。
① 培養(yǎng)基
a 碳源
碳水化合物是微生物細胞的重要組成材料、能源和酶的組成部分，也是多種誘導酶的誘導物。不同微生物要求的碳源不同，是由菌種自身的酶系（組成酶或誘導酶）所決定。
綜合起來有如下幾點值得注意：葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，對促進細胞的呼吸與生長有利。高濃度下，對產酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等就是如此，也有與此相反的情況；有些微生物不能利用復雜的碳水化合物，必須使用葡萄糖等簡單的碳水化合物時，可采用流加法等避免出現(xiàn)"葡萄糖效應"現(xiàn)象；有時近似的碳源，也會因某些原因，出現(xiàn)不同的產酶情況，如黃青霉（葡萄糖氧化酶產生菌）在甜菜糖蜜作碳源時不產酶，以甘蔗糖蜜作碳源時產酶量顯著增高。此外，碳源類型除了影響產酶外，還能影響微生物胞內酶與胞外酶的比例。
有些碳源本身就是酶的誘導物，如短乳桿菌（葡萄糖異構酶產生菌）必須在木糖培養(yǎng)基上產酶，以葡萄糖作碳源時，盡管菌體繁殖旺盛卻不產酶。當然也有不需木糖作誘導物的葡萄糖導構酶產生菌。至于α-淀粉酶生產培養(yǎng)基中加入淀粉，果膠酶生產時加入果膠或含果膠物質的甜菜渣和水果渣，這都是早為人所共知的誘導物。但是不以底物作誘導物的情況也很多，如以果糖代替果膠，卻能使果膠酶活性提高二倍。乳糖不僅誘導果膠酶，也能誘導綠色木霉增加纖維素酶的產量。
誘導方法有： 直接誘導法，即將誘導劑直接加入培養(yǎng)基中，使之發(fā)酵產酶；兩步培養(yǎng)誘導法，先將微生物接種在不含誘導劑的培養(yǎng)液中，繁殖大量菌絲。在產酶期，把菌體轉入含誘導劑的培養(yǎng)液中，使之大量合成酶。兩步法提高產酶的原因，可能是這種方法可以避免分解代謝物阻遏，使誘導物能充分發(fā)揮其誘導作用；二次誘導法，如焦曲霉在乳糖做碳源時，能產生少量a-半乳糖苷酶，焦曲霉也能在棉子糖誘導下合成α-半乳糖苷酶。若在培養(yǎng)液中先加少量棉子糖，使之起預誘導作用，然后在菌體進入大量合成酶的生長時期，再加入適量的乳糖，進行二次再誘導，可能合成較多的a-半乳糖苷酶。
b 氮源
氮源是蛋白質的組成成分，氯源的不同，也能起到誘導和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生產中，蛋白質能誘導酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用變化很大，有的有利，有的抑制。
氮源對于微生物生長與產酶有幾方面影響：既促進微生物生長，又促進產酶；只促進微生物生長，不促進產酶；只促進產酶，不促進微生物生長；既不促進微生物生長，又不促進產酶。
在嚴格選定氮源類型之后，還應當注意碳源濃度，即碳氮比、無機氮與有機氮的濃度比例、無機氮的種類等。在曲霉淀粉酶的生產過程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌絲體對于氮源的消耗顯著降低，影響淀粉酶的合成。枯草桿菌產生果聚糖蔗糖酶時，培養(yǎng)基中蔗糖濃度10%，銨鹽[如(NH4)SO4]濃度必須超過菌體生長的最高需要量（即達到含氮量0。15%左右），酶的產量才大幅度上升。
c 無機鹽
有些金屬離子本身就是酶的組成部分。鹽對產酶的效應比較復雜，現(xiàn)分述如下：
磷：多數(shù)情況對產酶有促進作用，在蛋白酶中比較明顯；
鈣：Ca2+對蛋白酶有明顯的保護和穩(wěn)定作用。如無Ca2+存在時，灰色鏈霉菌中性蛋白酶只在PH7~7.5很狹范圍內穩(wěn)定，當有Ca2+存在時，穩(wěn)定pH范圍擴大到5~9，在Ca2+存在下，枯草桿菌中性蛋白酶在pH5.5~10可以穩(wěn)定數(shù)小時，其反應最適溫度可以提高到57℃。一種真菌產生的堿性蛋白酶，在Ca2+存在時，37℃時的半衰期由7.5min延長到165min。有Ca2+時半數(shù)以上堿性蛋白酶可在65℃維持15min。50℃培養(yǎng)的耐熱蛋白酶，在Ca2+存在下80℃加熱10min、酶活尚存85%，無Ca2+時76℃經10min，酶活即下降50%。Ca2+對α-淀粉酶的作用更為明顯，純化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但有大Ca2+存在時，酶的熱穩(wěn)性增加。不同的菌種熱穩(wěn)性提高到65℃至90℃。 PH的穩(wěn)定范圍也從5~7擴展至5~11。α-淀粉酶是一種金屬酶，每分子酶含1克原子Ca2+，Ca2+使酶分子保持適當?shù)臉嬒�，從而維持最大的活性與穩(wěn)定性。不同菌種熱穩(wěn)定性的不同是由于高溫對Ca2+的親和力不同所致。α-淀粉酶與Ca2+的結合不因EDTA的處理而失活，除非pH低于3，但若添加與EDTA相當量的Ca2+，并將其復至中性，仍可恢復活性。
Na+、Cl-對提高枯草桿菌液化型a-淀粉酶的耐熱性的作用尤為顯著。
添加適量的Mg2+，Zn2+，Mn2+，Co2+，F(xiàn)e2+等能提高蛋白酶和α-淀粉酶等的產酶量。D-木糖異構酶需要二價金屬離子才有活力，不同菌種需As2+，Mg2+，Mn2+和Co2+等，在一種情況下，一種離子可能是活化劑，在另一種情況下卻成了抑制劑。不同的酶往往需要不同的離子作它的活化劑。
一般說金屬和重金屬離子如Hg2+，Ag2+，Pb2+，Zn2+，Ni2+，Cu2+，A13+及有些情況下的Ca2+，F(xiàn)e2+等對酶活力有抑制。若有適當濃度的Mg2+，Co2+共存時，則可顯著減輕有害離子的抑制作用。
d 生長因素
多種氨基酸維生素是微生物生長與產酶的必要成分，有些維生素甚至就是酶的組成部分。麥芽根、酵母膏、玉米漿、米糠、曲汁、麥芽汁、玉米廢醪中均含有不同程度的微量生長因素，對促進產酶有顯著效應。磷酸酰環(huán)己六醇也是微生物的重要生長因素之一。
2) 培養(yǎng)條件
① pH值
同一菌種產酶的類型與酶系組成可以隨pH值的改變而產生不同程度的變化。如用黑曲霉使腺苷酸氧化脫氨轉變?yōu)榧≤账釙r，培養(yǎng)在pH值6.0以上的環(huán)境中，果膠酶活性受到抑制，pH值改變到6.0以下就形成果膠酶。pH值還決定酶系的組成，泡盛曲霉突變株在pH值6.0培養(yǎng)時，以產生a-淀粉酶為主，糖化型淀粉酶與麥穿糖酶產生極少。在pH值2.4條件下培養(yǎng)，轉向糖化型淀粉酶與麥穿糖酶的合成，α-淀粉酶的合成受到抑制。
在蛋白酶生產中，pH低有利于酸性蛋白酶生成，pH高有利于中性和堿性蛋白酶生成，這是相一致的。產酶pH值常同酶反應最適pH值接近，但酶反應的最適pH也許對某些酶最不穩(wěn)定，在這種場合下只能選擇盡量靠近的pH值。
在有些情況下，由于pH不同，出現(xiàn)胞內和胞外酶的產量比例不同，如α-半乳糖苷酶在PH4.8至6.0范圍內，其胞內酶占74%。當pH升高時胞外酶的比例就升高。
② 溫度
溫度對產酶的影響有以下幾種情況：
產酶溫度低于生長溫度。醬油曲霉蛋白酶合成的適宜溫度在28℃，比生長溫度40℃條件下產酶量高出2~4倍。在異淀粉酶生產中也有這種情況；
產酶溫度與生長溫度一致。如鏈霉菌合成葡萄糖異構酶約在30℃；
產酶溫度高于生長溫度。例如產生糖化型淀粉酶的適宜溫度在35℃，而它生長的最適溫度為30℃。鏈霉菌產生淀粉酶的溫度以35℃合適，而生長溫度則以28℃最好；
此外，溫度還能影響酶系組成及酶的特性。例如，用米曲霉制曲時，溫度控制在低限，有利于蛋白酶合成，而α-淀粉酶活性受到抑制。
③ 通氣和攪拌
以枯草桿菌產生α-淀粉酶為例。將細菌的生理時期劃分為三個階段：菌體繁殖期，接種后5~13h；
芽胞產生期；產酶期。這三個階段對于供氧要求是不同的。如果第二時期維持缺氧狀態(tài)，有助于抑制芽胞形成，第一和第三生理時期充分供氧，可以促進菌體繁殖并提高產酶量，證明不同時期，對通氣量要求不同。
對于產異淀粉酶的氣桿菌，不同的通氣量和培養(yǎng)方式，酶活亦有很大差別。產異淀粉酶的氣桿菌，生長期間要求有較大的通氣量，而產酶期間通氣量以小為好；就生長而論，通氣量以中等程度較好。也有與此相反的情況，如蛋白深層發(fā)酵時，較小通氣量有利于生長，不利于產酶，較大通風量可促進酶的合成而對生長則抑制。但異構酶產生菌因菌種不同，有的在強通風下產酶，有的需弱通風下產酶。
④ 種齡
過老或過嫩，不但延長發(fā)酵周期，而且會降低產酶量。一般種齡在30至45h的酶活性最高。
4.2.3 分離提純
微生物酶的提取方法，因酶的結合狀態(tài)與穩(wěn)定性的不同，應用部門對產品的純度要求不同，而有一定的區(qū)別。如果提取到的酶是一種可溶于水的復雜混合物，則需要進一步加以純化。適用于大生產的提純方法總是以降低成本、提高效能而同時又提高產品純度和質量為前提，事先應當經小試驗規(guī)模充分對比，從中加以選擇。理想的提純方法應滿足二個條件，即比活性的提高與總活性的回收高，但實際上往往難以兼得。
1) 鹽析法
鹽析劑中性鹽的選擇： MgS04，(NH4)2S04，Na2SO4，NaH2P04是常用的鹽析用中性鹽。其鹽析蛋白質的能力隨蛋白質的種類而不同，但一般說來這種能力按上述順序依次增大。一般可以說含有多價陰離子的中性鹽其鹽析效果好。但實際上(NH4)2S04是最多用的鹽析劑，這是因為它的溶解度在較低溫度下也是相當高的。有的酶只有在低溫下穩(wěn)定，而低溫下Na2S04，NaH2P04的溶解度很低，常常不能達到使這種酶鹽析的濃度。
鹽析劑用量的決定：不同的酶使之鹽析沉淀的鹽析劑用量是不同的，隨共存的雜質的種類和數(shù)量而有所差異。因此適當?shù)氖褂昧恐荒芨鶕䦟嵺`決定，并根據數(shù)據可以繪制出鹽析曲線。
pH和溫度的影響：蛋白質的溶解度在無鹽存在下，以在等電點時為最小，在稀鹽狀態(tài)時大致也是這樣。但在高濃度的中性鹽溶液中，原有蛋臼質溶液pH的影響不大。實際上溶液最終的pH為鹽析劑所決定。
在無鹽或稀鹽溶液中，溫度低，蛋白質的溶解度也低，但在高濃度鹽溶液中，溫度高則蛋白質的溶解度反而低。因此一般說來鹽析時不要降低溫度，除非這種酶不耐熱。
鹽析法的優(yōu)點是在常溫沉淀過程中不會造成酶的失活，沉淀物在室溫下長時間放置也不會失活，在沉淀酶的同時夾帶沉淀的非蛋白質雜質少，而且適用于任何酶的沉淀。它的缺點是沉淀物中含有大量的鹽析劑。如用硫酸按一次沉淀法制取的酶制劑，就含有硫酸銨的氣味，如果這種制劑不經脫鹽直接用于食品工業(yè)，不但影響食品的風味和工藝效果，而且工業(yè)硫酸銨中可能含有毒性物質，不符合衛(wèi)生要求。
2) 有機溶劑沉淀法
① 有機溶劑的選擇
有機溶劑沉淀蛋白質的能力隨蛋白質的種類及有機溶劑的種類而不同，對曲霉淀粉酶而言，有機溶劑的沉淀能力，丙酮>異丙醇>乙醇>甲醇。這個順序還受溫度、pH、鹽離子濃度所影響，不是一成不變的。
② 有機溶劑的用量
有機溶劑的沉淀能力受很多因素影響，特別是溶存鹽類的影響尤為顯著。當存在少量中性鹽(0.1~0.2mol/L以上)時能產生鹽溶作用。蛋白質在有機溶劑水溶液中的溶解度升高。多價陽離子如Ca2+，Zn2+與蛋白質結合，就能使蛋白質在水或有機溶劑中的溶解度降低，因而可以降低使酶沉淀的有機溶劑的濃度。
③工藝參數(shù)的影響
a 溫度
有機溶劑沉淀蛋白質的能力受溫度的影響很大。一般言之，溫度愈低沉淀愈完全。局部區(qū)域有機溶劑過濃，能夠嚴重破壞蛋白質的空間結構造成酶的變性失活，在溫度較高的條件下尤為顯著。有機溶劑，特別是乙醇與水混合時放出大量熱，使混合液的溫度升高。因此在添加有機溶劑時，整個系統(tǒng)需要冷卻，一般保持0℃左右，同時強烈攪拌，以避免有機溶劑局部過熱和液體局部過熱。另外，已經沉淀的酶對有機溶劑變性的抵抗力大，所以過分延長添加溶劑的時間也是不利的。
b pH值
蛋白質在等電點的溶解度最低，但很多酶的等電點在pH4~5值之間，比其穩(wěn)定的pH值范圍低。在這種情況下必須采用目的酶穩(wěn)定的pH值，然后是盡可能靠近其等電點。
沉淀時酶液的溫度和pH值不但對目的酶的收率具有決定性的影響，而且對酶的組成(各共存酶的比率)及單位重量沉淀物中目的酶的活力都有重要的關系。例如固體培養(yǎng)的米曲霉α-淀粉酶，用水抽出并過濾，清液預先冷卻，在攪拌下加乙醇至終濃度70%，溫度10℃，pH值5.6~6.0，α-淀粉酶的收率約94%。
2) 吸附法
① 白土及活性氧化鋁吸附法
白土類是以硅酸鋁為主要成分的粘土，隨其種類不同，能吸附酶或蛋白質的種類和數(shù)量也不同，一般在弱酸性條件下吸附酶或蛋白質，在中性或弱堿性條件下解吸。白土先用2mol/L鹽酸活化。
活性氧化鋁也是最常用的吸附酶或蛋白質的吸附劑之一�？梢杂妹鞔�、硫酸銨等調制，加熱使之活性化。酶或蛋白質一般在弱酸性條件下吸附，在弱堿性條件下解吸。
② 淀粉吸附α-淀粉酶的方法
一定的酶只作用于特定的基質，這一事實說明兩者之間有一種特別的親和力。因此用基質吸附那種對基質具有特定作用的酶，可以達到很好的效果。但作為吸附劑的基質首先必須是固相物；其次在吸附酶的過程中，這種基質不會被它所吸附而又專門能作用于它的酶所分解，或分解程度極微；第三是單位重量的基質吸附這種特定酶的能力均應該足夠大�，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)生淀粉對α-淀粉酶的吸附是比較接近于上述條件的。
4.2.4 酶制劑化和穩(wěn)定化處理
濃縮的酶液可制成液體或固體酶制劑。酶制劑的出售是以一定體積或重量的酶活計價，所以生產出的酶制劑在出售前往往需要稀釋至一定的標準酶活。同時為改進和提高酶制劑的儲藏穩(wěn)定性，一般都要在酶制劑中加入一種以上的物質，它們既可作酶活穩(wěn)定劑，又可作抗菌劑及助濾劑，它們若制成干粉，則可起到填料、稀釋劑和抗結塊劑的作用�？捎米髅富罘�(wěn)定劑的物質很多，如輔基、輔酶、金屬離子、底物、整合劑、蛋白質等，最常用的有多元醇(如甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等)、糖類、食鹽、乙醇及有機鈣。有時用一種穩(wěn)定劑效果不明顯，則需要幾種物質合用，如明膠對細菌淀粉酶及蛋白酶有穩(wěn)定作用，但效果不明顯，若同時加人些乙醇和甘油，穩(wěn)定效果就顯著了
4.3 酶制劑在食品工業(yè)中的應用
4.3.1 酶制劑在食品保鮮方面的應用
隨著人們對食品的要求不斷提高和科學技術的不斷進步，一種嶄新的食品保鮮技術—酶法保鮮技術正在崛起。酶法保鮮技術是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素對食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質和特性的技術。由于酶具有專一性強、催化效率高、作用條件溫和等特點，可廣泛地應用于各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧化和微生物對食品所造成的不良影響。
葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）是一種氧化還原酶，它可催化葡萄糖和氧反應，生成葡萄糖酸和雙氧水。將葡萄糖氧化酶與食品一起置于密封容器中，在有葡萄糖存在的條件下，該酶可有效地降低或消除密封容器中的氧氣，從而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。
葡萄糖氧化酶可以在有氧條件下，將蛋類制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產品的質量；另外在氧的存在下容易發(fā)生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易發(fā)生褐變的馬鈴薯、蘋果、梨、果醬類食品中，利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑，可以有效地防止氧化的發(fā)生。
溶菌酶（Lysozyme）是一種催化細菌細胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它專一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4鍵，從而破壞細菌的細胞壁，使細菌溶解死亡。一般可從雞蛋的蛋清中得到。用溶菌酶處理食品，可以有效地防止和消除細菌對食品的污染，起到防腐保鮮作用。溶菌酶由于其專一地作用于細菌的細胞壁，使細菌溶解，而對沒有細胞壁的人體細胞不會產生不利的影響，所以廣泛地應用于醫(yī)藥、食品等需要殺滅細菌的領域。在食品保鮮方面，可用于各種食品的防腐保鮮等，如干酪、水產品、低濃度釀造酒、乳制品等其它食品的保鮮。采用溶菌酶進行食品的防腐保鮮，一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶對人體無害，可有效地防止細菌對食品的污染，它已廣泛地用于各種食品的防腐保鮮。
4.3.2 酶制劑在淀粉類食品生產中的應用
淀粉類食品是指含大量淀粉或以淀粉為主要原料加工而成的食品，是世界上產量最大的一類食品。淀粉可以通過水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產物。這些產物又可進一步轉化為其他產物。在這些產物的生產中，已廣泛應用各種酶。
在淀粉類食品的加工中，多種酶被廣泛地應用，其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、葡萄糖異構酶等�，F(xiàn)在國內外葡萄糖的生產絕大多數(shù)是采用淀粉酶水解的方法。酶法生產葡萄糖是以淀粉為原料，先經a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是有葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。若將異構化反應完成后，混合糖液經過脫色、精制、濃縮等過程，得到固形物含量達71%左右的果葡糖漿，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右為低聚糖。若將異構化后的混合糖液中的果糖與葡萄糖分離，再將分離的葡萄糖進行異構化，如此反復進行，可使更多的葡萄糖轉化為果糖，由此可生產出果糖含量達70%、90%甚至更高的果葡糖漿，稱之為高國糖漿。
飴糖生產中所利用的酶，除了從添加的大麥芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制劑的方法提供。添加的酶主要是a-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麥芽糖漿的生產的生產是采用β-淀粉酶和支鏈淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地轉化為麥芽糖。糖化時，將液化后得到的糊精液調至pH5~6，溫度50℃左右，加入一定比例的支鏈淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麥芽糖含量達80%~95%的糖化液。
糊精是淀粉的低級程度水解產物，廣泛應用于食品增綢劑、填充劑和吸收劑等。糊精和麥芽糊精可用酸法和酶法生產，現(xiàn)在大多采用酶法水解的方法生產。環(huán)狀糊精是由6~12個葡萄糖單位以a-1，4-葡萄糖苷鍵連接而成的環(huán)狀結構的一類化合物，能吸附各種小分子物質，起到穩(wěn)定、緩解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工業(yè)中有廣泛用途。β-環(huán)狀糊精的生產，一般采用嗜堿芽孢桿菌BGT。常用的生產菌株有N-227，NO。38-2等。采用嗜堿芽孢桿菌N-227菌BGT生產β-環(huán)狀糊精時，可使用木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉為原料，轉化率可達35%~40%。
4.3.3 酶在蛋白質食品生產中的應用
蛋白質食品是指含大量蛋白質或以蛋白質為主要原料加工而成的食品。在蛋白質食品的生產過程中，主要使用的酶是各種蛋白酶。蛋白質是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子化合物，在蛋白質水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白質水解產物。這些產物在食品、醫(yī)藥、細菌培養(yǎng)等領域有廣泛的應用價值。
蛋白酶（Proteinases）是一類催化蛋白質水解的酶。來自微生物的蛋白酶主要是枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白質在加酶水解之前必須經過一定的處理，以破壞其完整的空間結構，使其變性，以利于酶的水解。一般可以采用加熱處理的方法。也可采用生化分離技術將蛋白質先提取出來，再進行酶解。用蛋白酶水解法生產氨基酸時，要根據所使用的蛋白酶的動力學特性，選擇并控制好各種水解條件，使蛋白質完全水解成氨基酸。
明膠是一種熱可溶性的蛋白質凝膠，在食品加工中有廣泛的用途。生產明膠的原料一般采用動物的皮或骨，這些原料含有豐富的膠原蛋白。天然狀態(tài)的膠原蛋白呈三股螺旋結構，不溶于水，若采用適當?shù)姆椒ㄌ幚�，即可使三股螺旋結構解體成為單鏈，而溶解在熱水中，得到明膠溶液。在蛋白酶法水解生產明膠時原料需先經切割、搗碎處理，然后用清水洗凈、瀝干。
干酪（cheese）又稱奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一種營養(yǎng)價值高、容易消化吸收的食品，其主要成分是蛋白質和乳脂，還含有少量的無機鹽及豐富的維生素。干酪的生產可以采用乳酸菌發(fā)酵的方法，也可采用凝乳蛋白酶的方法進行。用于肉類嫩化的微生物蛋白酶有枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根曲霉蛋白酶等微生物蛋白酶。
4.3.4 酶在果蔬食品生產中的應用
在果蔬類食品的生產過程中，為了提高產量和產品質量，常常使用各種酶。常用果膠酶處理果汁、果酒、果胨、果蔬罐頭等的生產。在果汁生產過程中，應用果膠酶處理，有利于壓榨、提高出汁率。在沉淀、過濾、離心分離過程中，能促進凝聚沉淀物的分離，使果汁澄清。經酶處理的果汁比較穩(wěn)定，可防止混濁。果膠酶已廣泛用于蘋果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生產。用于果汁處理的果膠酶一般均是混合果膠酶，其中含有果膠酯酶（PE）、內切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、內切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、內切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）。在應用果膠酶處理蘋果汁時，要特別注意pH值、溫度、作用時間、酶量等對果汁澄清速度的影響。
果汁經濃縮成為高濃度果汁后，在高濃度的糖存在的條件下，可以凝結形成果凍。但糖含量太多不僅影響風味，而且不符合當今人們對健康食品的要求。若要生產低糖果凍，必須采用酶法處理技術。用純化的果膠酯酶（PG）處理果汁，使果膠的甲基化程度降低。
在果蔬制品的脫色方面也用到酶制劑處理。許多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素�；ㄇ嗨厥且活愃苄灾参锷亍Ｆ漕伾SpH值的不同而改變，在光照和稍高的溫度下，很快變?yōu)楹稚�，與金屬離子反應則呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓醬、桃子罐頭、芹菜汁等，必須用花青素酶處理，使花青素水解成為五色的葡萄糖和配基。以保證產品質量。
4.3.5 酶在果酒生產中的應用
在葡萄酒生產的過程中，已廣泛應用酶制劑，主要應用的酶有果膠酶和蛋白酶。果膠酶用于葡萄酒生產，不僅可以提高葡萄汁和葡萄酒的產率、有利于過濾和澄清，而且可以提高產品質量。如使用果膠酶后，葡萄中單寧的抽出率降低，使釀制的白葡萄酒風味更佳。在紅葡萄酒釀制過程中使用果膠酶，可提高色素的抽提率，還有助于酒的老熟，增加酒香。
用于葡萄酒生產的果膠酶大多數(shù)是復合酶制劑。除了含有各種果膠酶外，還含有少量的纖維素酶和半纖維素酶。在葡萄酒釀造過程中，還使用蛋白酶，以使酒中存在的蛋白質水解，防止出現(xiàn)蛋白質渾濁，使酒體清澈透明。除了葡萄酒以外，在其他果酒如桃酒、荔枝酒等的生產過程中，也可采用酶法處理，以提高產率和產品質量。
4.3.6 酶在食品添加劑生產中的應用
酶作為一種高效生物催化劑，逐漸在食品添加劑的生產中獲得較廣泛的應用。介于天然提取和化學合成兩種方法之間，酶合成的工藝具有前兩者無法比擬的優(yōu)點：酶的催化活性高，產品合成速度快，酶的催化特異性，產品純度高，且能獲得指定構象的產品。酶的使用確實能解決化學合成和天然提取方法中的問題，也就為食品添加劑的生產提出新的思路。
4.1 主要酶制劑、用途及產酶微生物
酶制劑可以由細菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產。微生物產生的各種酶以及它們在食品工業(yè)中的應用見表7-2。
表7-2微生物酶制劑及其在食品工業(yè)中的應用
酶 用 途 來源
耐高溫a-淀粉酶糖化酶普魯蘭酶蛋白酶脂肪酶纖維素酶半纖維素酶果膠酶葡萄糖氧化酶葡萄糖異構酶菌蔗糖酶橙皮苷酶乳糖酶單寧酶花色素酶凝乳酶胺氧化酶 水解淀粉制造葡萄糖、麥芽糖、糊精水解淀粉成葡萄糖水解淀粉成直鏈低聚糖軟化肌肉纖維、啤酒果酒澄清、動植物蛋白質水解營養(yǎng)液用于制作干酪和奶油，增進食品香味，大豆脫腥等用于大米、大豆、玉米脫皮，淀粉制造用于大米、大豆、玉米脫皮，提高果汁澄清度等用于柑桔脫囊衣，飲料、果酒澄清等用于蛋白質脫葡萄糖以防止食品褐變，食品除氧防腐可使葡萄糖轉化為果糖制造轉化糖，防止高濃度糖漿中蔗糖析出，防止糖果發(fā)沙防止柑桔罐頭的白色沉淀乳糖酶缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出食品脫澀防止水果制品變色，白葡萄酒脫去紅色乳液凝固劑胺類脫臭 細菌、霉菌細菌、霉菌細菌、霉菌細菌、霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌、細菌霉菌細菌、放線酵母霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌酵母、細菌
4.2 微生物酶制劑生產
4.2.1 菌種選擇
任何生物都能在一定的條件下合成某些酶。但并不是所有的細胞都能用于酶的發(fā)酵生產。一般說來，能用于酶發(fā)酵生產的細胞必須具備如下幾個條件：酶的產量高。優(yōu)良的產酶細胞首先具有高產的特性，才有較好的開發(fā)應用價值。高產細胞可以通過篩選、誘變、或采用基因工程、細胞工程等技術而獲得；容易培養(yǎng)和管理，要求產酶細胞容易生長繁殖，并且適應性較強，易于控制，便于管理；產酶穩(wěn)定性好。在通常的生產條件下，能夠穩(wěn)定地用于生產，不易退化。一旦細胞退化，要經過復壯處理，使其恢復產酶性能；利于酶的分離純化。發(fā)酵完成后，需經分離純化過程，才能得到所需的酶，這就要求產酶細胞本身及其它雜質易于和酶分離；安全可靠。要使用的細胞及其代謝物安全無毒，不會影響生產人員和環(huán)境，也不會對酶的應用產生其它不良的影響。
4.2.2 產酶培養(yǎng)
酶的發(fā)酵生產是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產酶細胞以外，還必須滿足細胞生長、繁殖和發(fā)酵產酶的各種工藝條件，并要根據發(fā)酵過程的變化進行優(yōu)化控制。
1) 固體培養(yǎng)法
固體培養(yǎng)是以皮麩或米糠為主要原料，另外添加谷糠、豆餅等為輔助原料。經過對原料發(fā)酵前處理，在一定的培養(yǎng)條件下微生物進行生長繁殖代謝產酶。固體培養(yǎng)法比液體培養(yǎng)法產酶量高。同時還具有原料簡單、不易污染、操作簡便、酶提取容易、節(jié)省能源等優(yōu)點。缺點是不便自動化和連續(xù)化作業(yè)，占地多、勞動強度大、生產周期長。
2) 液體培養(yǎng)法
液體培養(yǎng)法的優(yōu)點是：占地少、生產量大、適合機械化作業(yè)、發(fā)酵條件容易控制、不易污染，還可大大減輕勞動強度。其培養(yǎng)方法有分批培養(yǎng)、流加培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)三種，其中前兩種培養(yǎng)法廣為應用，后者因污染和變異等關鍵性技術問題尚未解決，應用受到限制。在深層液體培養(yǎng)中，pH值、通氣量、溫度、基質組成、生長速率、生長期及代謝產物等都對酶的形成和產量有影響，要嚴加控制。深層培養(yǎng)的時間通過監(jiān)測培養(yǎng)過程的酶活來確定，一般較固體培養(yǎng)周期(1~7d)短，僅需1~5d。與固體培養(yǎng)法相比，
3) 產酶條件的控制
提高微生物酶活性和產率的途徑是多方面的，其中控制營養(yǎng)和培養(yǎng)條件是最基本也是最重要的途徑。改變培養(yǎng)基成分，常常能提高酶活性，改變培養(yǎng)基的氫離子濃度和通氣等條件，可以調節(jié)酶系的比例，改變代謝調節(jié)或遺傳型，可以使酶的微生物合成產生成千倍的變化。上述的這些措施，對于微生物產酶的影響并非孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的。所謂最佳培養(yǎng)條件與培養(yǎng)基的最佳組成，都是保證酶合成達到最高產率的控制條件。通常，菌種的生長與產酶未必是同步的，產酶量也并不是完全與微生物生長旺盛程度成正比。為了使菌體最大限度地產酶，除了根據菌種特性或生產條件選擇恰當?shù)漠a酶培養(yǎng)基外，還應當為菌種在各個生理時期創(chuàng)造不同的培養(yǎng)條件。例如細菌淀粉酶生產采取"低濃度發(fā)酵，高濃度補料"，蛋白酶生產采取"提高前期培養(yǎng)溫度"等不同措施，提高了產酶水平。
① 培養(yǎng)基
a 碳源
碳水化合物是微生物細胞的重要組成材料、能源和酶的組成部分，也是多種誘導酶的誘導物。不同微生物要求的碳源不同，是由菌種自身的酶系（組成酶或誘導酶）所決定。
綜合起來有如下幾點值得注意：葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，對促進細胞的呼吸與生長有利。高濃度下，對產酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等就是如此，也有與此相反的情況；有些微生物不能利用復雜的碳水化合物，必須使用葡萄糖等簡單的碳水化合物時，可采用流加法等避免出現(xiàn)"葡萄糖效應"現(xiàn)象；有時近似的碳源，也會因某些原因，出現(xiàn)不同的產酶情況，如黃青霉（葡萄糖氧化酶產生菌）在甜菜糖蜜作碳源時不產酶，以甘蔗糖蜜作碳源時產酶量顯著增高。此外，碳源類型除了影響產酶外，還能影響微生物胞內酶與胞外酶的比例。
有些碳源本身就是酶的誘導物，如短乳桿菌（葡萄糖異構酶產生菌）必須在木糖培養(yǎng)基上產酶，以葡萄糖作碳源時，盡管菌體繁殖旺盛卻不產酶。當然也有不需木糖作誘導物的葡萄糖導構酶產生菌。至于α-淀粉酶生產培養(yǎng)基中加入淀粉，果膠酶生產時加入果膠或含果膠物質的甜菜渣和水果渣，這都是早為人所共知的誘導物。但是不以底物作誘導物的情況也很多，如以果糖代替果膠，卻能使果膠酶活性提高二倍。乳糖不僅誘導果膠酶，也能誘導綠色木霉增加纖維素酶的產量。
誘導方法有： 直接誘導法，即將誘導劑直接加入培養(yǎng)基中，使之發(fā)酵產酶；兩步培養(yǎng)誘導法，先將微生物接種在不含誘導劑的培養(yǎng)液中，繁殖大量菌絲。在產酶期，把菌體轉入含誘導劑的培養(yǎng)液中，使之大量合成酶。兩步法提高產酶的原因，可能是這種方法可以避免分解代謝物阻遏，使誘導物能充分發(fā)揮其誘導作用；二次誘導法，如焦曲霉在乳糖做碳源時，能產生少量a-半乳糖苷酶，焦曲霉也能在棉子糖誘導下合成α-半乳糖苷酶。若在培養(yǎng)液中先加少量棉子糖，使之起預誘導作用，然后在菌體進入大量合成酶的生長時期，再加入適量的乳糖，進行二次再誘導，可能合成較多的a-半乳糖苷酶。
b 氮源
氮源是蛋白質的組成成分，氯源的不同，也能起到誘導和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生產中，蛋白質能誘導酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用變化很大，有的有利，有的抑制。
氮源對于微生物生長與產酶有幾方面影響：既促進微生物生長，又促進產酶；只促進微生物生長，不促進產酶；只促進產酶，不促進微生物生長；既不促進微生物生長，又不促進產酶。
在嚴格選定氮源類型之后，還應當注意碳源濃度，即碳氮比、無機氮與有機氮的濃度比例、無機氮的種類等。在曲霉淀粉酶的生產過程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌絲體對于氮源的消耗顯著降低，影響淀粉酶的合成。枯草桿菌產生果聚糖蔗糖酶時，培養(yǎng)基中蔗糖濃度10%，銨鹽[如(NH4)SO4]濃度必須超過菌體生長的最高需要量（即達到含氮量0。15%左右），酶的產量才大幅度上升。
c 無機鹽
有些金屬離子本身就是酶的組成部分。鹽對產酶的效應比較復雜，現(xiàn)分述如下：
磷：多數(shù)情況對產酶有促進作用，在蛋白酶中比較明顯；
鈣：Ca2+對蛋白酶有明顯的保護和穩(wěn)定作用。如無Ca2+存在時，灰色鏈霉菌中性蛋白酶只在PH7~7.5很狹范圍內穩(wěn)定，當有Ca2+存在時，穩(wěn)定pH范圍擴大到5~9，在Ca2+存在下，枯草桿菌中性蛋白酶在pH5.5~10可以穩(wěn)定數(shù)小時，其反應最適溫度可以提高到57℃。一種真菌產生的堿性蛋白酶，在Ca2+存在時，37℃時的半衰期由7.5min延長到165min。有Ca2+時半數(shù)以上堿性蛋白酶可在65℃維持15min。50℃培養(yǎng)的耐熱蛋白酶，在Ca2+存在下80℃加熱10min、酶活尚存85%，無Ca2+時76℃經10min，酶活即下降50%。Ca2+對α-淀粉酶的作用更為明顯，純化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但有大Ca2+存在時，酶的熱穩(wěn)性增加。不同的菌種熱穩(wěn)性提高到65℃至90℃。 PH的穩(wěn)定范圍也從5~7擴展至5~11。α-淀粉酶是一種金屬酶，每分子酶含1克原子Ca2+，Ca2+使酶分子保持適當?shù)臉嬒�，從而維持最大的活性與穩(wěn)定性。不同菌種熱穩(wěn)定性的不同是由于高溫對Ca2+的親和力不同所致。α-淀粉酶與Ca2+的結合不因EDTA的處理而失活，除非pH低于3，但若添加與EDTA相當量的Ca2+，并將其復至中性，仍可恢復活性。
Na+、Cl-對提高枯草桿菌液化型a-淀粉酶的耐熱性的作用尤為顯著。
添加適量的Mg2+，Zn2+，Mn2+，Co2+，F(xiàn)e2+等能提高蛋白酶和α-淀粉酶等的產酶量。D-木糖異構酶需要二價金屬離子才有活力，不同菌種需As2+，Mg2+，Mn2+和Co2+等，在一種情況下，一種離子可能是活化劑，在另一種情況下卻成了抑制劑。不同的酶往往需要不同的離子作它的活化劑。
一般說金屬和重金屬離子如Hg2+，Ag2+，Pb2+，Zn2+，Ni2+，Cu2+，A13+及有些情況下的Ca2+，F(xiàn)e2+等對酶活力有抑制。若有適當濃度的Mg2+，Co2+共存時，則可顯著減輕有害離子的抑制作用。
d 生長因素
多種氨基酸維生素是微生物生長與產酶的必要成分，有些維生素甚至就是酶的組成部分。麥芽根、酵母膏、玉米漿、米糠、曲汁、麥芽汁、玉米廢醪中均含有不同程度的微量生長因素，對促進產酶有顯著效應。磷酸酰環(huán)己六醇也是微生物的重要生長因素之一。
2) 培養(yǎng)條件
① pH值
同一菌種產酶的類型與酶系組成可以隨pH值的改變而產生不同程度的變化。如用黑曲霉使腺苷酸氧化脫氨轉變?yōu)榧≤账釙r，培養(yǎng)在pH值6.0以上的環(huán)境中，果膠酶活性受到抑制，pH值改變到6.0以下就形成果膠酶。pH值還決定酶系的組成，泡盛曲霉突變株在pH值6.0培養(yǎng)時，以產生a-淀粉酶為主，糖化型淀粉酶與麥穿糖酶產生極少。在pH值2.4條件下培養(yǎng)，轉向糖化型淀粉酶與麥穿糖酶的合成，α-淀粉酶的合成受到抑制。
在蛋白酶生產中，pH低有利于酸性蛋白酶生成，pH高有利于中性和堿性蛋白酶生成，這是相一致的。產酶pH值常同酶反應最適pH值接近，但酶反應的最適pH也許對某些酶最不穩(wěn)定，在這種場合下只能選擇盡量靠近的pH值。
在有些情況下，由于pH不同，出現(xiàn)胞內和胞外酶的產量比例不同，如α-半乳糖苷酶在PH4.8至6.0范圍內，其胞內酶占74%。當pH升高時胞外酶的比例就升高。
② 溫度
溫度對產酶的影響有以下幾種情況：
產酶溫度低于生長溫度。醬油曲霉蛋白酶合成的適宜溫度在28℃，比生長溫度40℃條件下產酶量高出2~4倍。在異淀粉酶生產中也有這種情況；
產酶溫度與生長溫度一致。如鏈霉菌合成葡萄糖異構酶約在30℃；
產酶溫度高于生長溫度。例如產生糖化型淀粉酶的適宜溫度在35℃，而它生長的最適溫度為30℃。鏈霉菌產生淀粉酶的溫度以35℃合適，而生長溫度則以28℃最好；
此外，溫度還能影響酶系組成及酶的特性。例如，用米曲霉制曲時，溫度控制在低限，有利于蛋白酶合成，而α-淀粉酶活性受到抑制。
③ 通氣和攪拌
以枯草桿菌產生α-淀粉酶為例。將細菌的生理時期劃分為三個階段：菌體繁殖期，接種后5~13h；
芽胞產生期；產酶期。這三個階段對于供氧要求是不同的。如果第二時期維持缺氧狀態(tài)，有助于抑制芽胞形成，第一和第三生理時期充分供氧，可以促進菌體繁殖并提高產酶量，證明不同時期，對通氣量要求不同。
對于產異淀粉酶的氣桿菌，不同的通氣量和培養(yǎng)方式，酶活亦有很大差別。產異淀粉酶的氣桿菌，生長期間要求有較大的通氣量，而產酶期間通氣量以小為好；就生長而論，通氣量以中等程度較好。也有與此相反的情況，如蛋白深層發(fā)酵時，較小通氣量有利于生長，不利于產酶，較大通風量可促進酶的合成而對生長則抑制。但異構酶產生菌因菌種不同，有的在強通風下產酶，有的需弱通風下產酶。
④ 種齡
過老或過嫩，不但延長發(fā)酵周期，而且會降低產酶量。一般種齡在30至45h的酶活性最高。
4.2.3 分離提純
微生物酶的提取方法，因酶的結合狀態(tài)與穩(wěn)定性的不同，應用部門對產品的純度要求不同，而有一定的區(qū)別。如果提取到的酶是一種可溶于水的復雜混合物，則需要進一步加以純化。適用于大生產的提純方法總是以降低成本、提高效能而同時又提高產品純度和質量為前提，事先應當經小試驗規(guī)模充分對比，從中加以選擇。理想的提純方法應滿足二個條件，即比活性的提高與總活性的回收高，但實際上往往難以兼得。
1) 鹽析法
鹽析劑中性鹽的選擇： MgS04，(NH4)2S04，Na2SO4，NaH2P04是常用的鹽析用中性鹽。其鹽析蛋白質的能力隨蛋白質的種類而不同，但一般說來這種能力按上述順序依次增大。一般可以說含有多價陰離子的中性鹽其鹽析效果好。但實際上(NH4)2S04是最多用的鹽析劑，這是因為它的溶解度在較低溫度下也是相當高的。有的酶只有在低溫下穩(wěn)定，而低溫下Na2S04，NaH2P04的溶解度很低，常常不能達到使這種酶鹽析的濃度。
鹽析劑用量的決定：不同的酶使之鹽析沉淀的鹽析劑用量是不同的，隨共存的雜質的種類和數(shù)量而有所差異。因此適當?shù)氖褂昧恐荒芨鶕䦟嵺`決定，并根據數(shù)據可以繪制出鹽析曲線。
pH和溫度的影響：蛋白質的溶解度在無鹽存在下，以在等電點時為最小，在稀鹽狀態(tài)時大致也是這樣。但在高濃度的中性鹽溶液中，原有蛋臼質溶液pH的影響不大。實際上溶液最終的pH為鹽析劑所決定。
在無鹽或稀鹽溶液中，溫度低，蛋白質的溶解度也低，但在高濃度鹽溶液中，溫度高則蛋白質的溶解度反而低。因此一般說來鹽析時不要降低溫度，除非這種酶不耐熱。
鹽析法的優(yōu)點是在常溫沉淀過程中不會造成酶的失活，沉淀物在室溫下長時間放置也不會失活，在沉淀酶的同時夾帶沉淀的非蛋白質雜質少，而且適用于任何酶的沉淀。它的缺點是沉淀物中含有大量的鹽析劑。如用硫酸按一次沉淀法制取的酶制劑，就含有硫酸銨的氣味，如果這種制劑不經脫鹽直接用于食品工業(yè)，不但影響食品的風味和工藝效果，而且工業(yè)硫酸銨中可能含有毒性物質，不符合衛(wèi)生要求。
2) 有機溶劑沉淀法
① 有機溶劑的選擇
有機溶劑沉淀蛋白質的能力隨蛋白質的種類及有機溶劑的種類而不同，對曲霉淀粉酶而言，有機溶劑的沉淀能力，丙酮>異丙醇>乙醇>甲醇。這個順序還受溫度、pH、鹽離子濃度所影響，不是一成不變的。
② 有機溶劑的用量
有機溶劑的沉淀能力受很多因素影響，特別是溶存鹽類的影響尤為顯著。當存在少量中性鹽(0.1~0.2mol/L以上)時能產生鹽溶作用。蛋白質在有機溶劑水溶液中的溶解度升高。多價陽離子如Ca2+，Zn2+與蛋白質結合，就能使蛋白質在水或有機溶劑中的溶解度降低，因而可以降低使酶沉淀的有機溶劑的濃度。
③工藝參數(shù)的影響
a 溫度
有機溶劑沉淀蛋白質的能力受溫度的影響很大。一般言之，溫度愈低沉淀愈完全。局部區(qū)域有機溶劑過濃，能夠嚴重破壞蛋白質的空間結構造成酶的變性失活，在溫度較高的條件下尤為顯著。有機溶劑，特別是乙醇與水混合時放出大量熱，使混合液的溫度升高。因此在添加有機溶劑時，整個系統(tǒng)需要冷卻，一般保持0℃左右，同時強烈攪拌，以避免有機溶劑局部過熱和液體局部過熱。另外，已經沉淀的酶對有機溶劑變性的抵抗力大，所以過分延長添加溶劑的時間也是不利的。
b pH值
蛋白質在等電點的溶解度最低，但很多酶的等電點在pH4~5值之間，比其穩(wěn)定的pH值范圍低。在這種情況下必須采用目的酶穩(wěn)定的pH值，然后是盡可能靠近其等電點。
沉淀時酶液的溫度和pH值不但對目的酶的收率具有決定性的影響，而且對酶的組成(各共存酶的比率)及單位重量沉淀物中目的酶的活力都有重要的關系。例如固體培養(yǎng)的米曲霉α-淀粉酶，用水抽出并過濾，清液預先冷卻，在攪拌下加乙醇至終濃度70%，溫度10℃，pH值5.6~6.0，α-淀粉酶的收率約94%。
2) 吸附法
① 白土及活性氧化鋁吸附法
白土類是以硅酸鋁為主要成分的粘土，隨其種類不同，能吸附酶或蛋白質的種類和數(shù)量也不同，一般在弱酸性條件下吸附酶或蛋白質，在中性或弱堿性條件下解吸。白土先用2mol/L鹽酸活化。
活性氧化鋁也是最常用的吸附酶或蛋白質的吸附劑之一�？梢杂妹鞔�、硫酸銨等調制，加熱使之活性化。酶或蛋白質一般在弱酸性條件下吸附，在弱堿性條件下解吸。
② 淀粉吸附α-淀粉酶的方法
一定的酶只作用于特定的基質，這一事實說明兩者之間有一種特別的親和力。因此用基質吸附那種對基質具有特定作用的酶，可以達到很好的效果。但作為吸附劑的基質首先必須是固相物；其次在吸附酶的過程中，這種基質不會被它所吸附而又專門能作用于它的酶所分解，或分解程度極微；第三是單位重量的基質吸附這種特定酶的能力均應該足夠大�，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)生淀粉對α-淀粉酶的吸附是比較接近于上述條件的。
4.2.4 酶制劑化和穩(wěn)定化處理
濃縮的酶液可制成液體或固體酶制劑。酶制劑的出售是以一定體積或重量的酶活計價，所以生產出的酶制劑在出售前往往需要稀釋至一定的標準酶活。同時為改進和提高酶制劑的儲藏穩(wěn)定性，一般都要在酶制劑中加入一種以上的物質，它們既可作酶活穩(wěn)定劑，又可作抗菌劑及助濾劑，它們若制成干粉，則可起到填料、稀釋劑和抗結塊劑的作用�？捎米髅富罘�(wěn)定劑的物質很多，如輔基、輔酶、金屬離子、底物、整合劑、蛋白質等，最常用的有多元醇(如甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等)、糖類、食鹽、乙醇及有機鈣。有時用一種穩(wěn)定劑效果不明顯，則需要幾種物質合用，如明膠對細菌淀粉酶及蛋白酶有穩(wěn)定作用，但效果不明顯，若同時加人些乙醇和甘油，穩(wěn)定效果就顯著了
4.3 酶制劑在食品工業(yè)中的應用
4.3.1 酶制劑在食品保鮮方面的應用
隨著人們對食品的要求不斷提高和科學技術的不斷進步，一種嶄新的食品保鮮技術—酶法保鮮技術正在崛起。酶法保鮮技術是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素對食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質和特性的技術。由于酶具有專一性強、催化效率高、作用條件溫和等特點，可廣泛地應用于各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧化和微生物對食品所造成的不良影響。
葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）是一種氧化還原酶，它可催化葡萄糖和氧反應，生成葡萄糖酸和雙氧水。將葡萄糖氧化酶與食品一起置于密封容器中，在有葡萄糖存在的條件下，該酶可有效地降低或消除密封容器中的氧氣，從而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。
葡萄糖氧化酶可以在有氧條件下，將蛋類制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐變，提高產品的質量；另外在氧的存在下容易發(fā)生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易發(fā)生褐變的馬鈴薯、蘋果、梨、果醬類食品中，利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑，可以有效地防止氧化的發(fā)生。
溶菌酶（Lysozyme）是一種催化細菌細胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它專一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4鍵，從而破壞細菌的細胞壁，使細菌溶解死亡。一般可從雞蛋的蛋清中得到。用溶菌酶處理食品，可以有效地防止和消除細菌對食品的污染，起到防腐保鮮作用。溶菌酶由于其專一地作用于細菌的細胞壁，使細菌溶解，而對沒有細胞壁的人體細胞不會產生不利的影響，所以廣泛地應用于醫(yī)藥、食品等需要殺滅細菌的領域。在食品保鮮方面，可用于各種食品的防腐保鮮等，如干酪、水產品、低濃度釀造酒、乳制品等其它食品的保鮮。采用溶菌酶進行食品的防腐保鮮，一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶對人體無害，可有效地防止細菌對食品的污染，它已廣泛地用于各種食品的防腐保鮮。
4.3.2 酶制劑在淀粉類食品生產中的應用
淀粉類食品是指含大量淀粉或以淀粉為主要原料加工而成的食品，是世界上產量最大的一類食品。淀粉可以通過水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產物。這些產物又可進一步轉化為其他產物。在這些產物的生產中，已廣泛應用各種酶。
在淀粉類食品的加工中，多種酶被廣泛地應用，其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、葡萄糖異構酶等�，F(xiàn)在國內外葡萄糖的生產絕大多數(shù)是采用淀粉酶水解的方法。酶法生產葡萄糖是以淀粉為原料，先經a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是有葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。若將異構化反應完成后，混合糖液經過脫色、精制、濃縮等過程，得到固形物含量達71%左右的果葡糖漿，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右為低聚糖。若將異構化后的混合糖液中的果糖與葡萄糖分離，再將分離的葡萄糖進行異構化，如此反復進行，可使更多的葡萄糖轉化為果糖，由此可生產出果糖含量達70%、90%甚至更高的果葡糖漿，稱之為高國糖漿。
飴糖生產中所利用的酶，除了從添加的大麥芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制劑的方法提供。添加的酶主要是a-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麥芽糖漿的生產的生產是采用β-淀粉酶和支鏈淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地轉化為麥芽糖。糖化時，將液化后得到的糊精液調至pH5~6，溫度50℃左右，加入一定比例的支鏈淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麥芽糖含量達80%~95%的糖化液。
糊精是淀粉的低級程度水解產物，廣泛應用于食品增綢劑、填充劑和吸收劑等。糊精和麥芽糊精可用酸法和酶法生產，現(xiàn)在大多采用酶法水解的方法生產。環(huán)狀糊精是由6~12個葡萄糖單位以a-1，4-葡萄糖苷鍵連接而成的環(huán)狀結構的一類化合物，能吸附各種小分子物質，起到穩(wěn)定、緩解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工業(yè)中有廣泛用途。β-環(huán)狀糊精的生產，一般采用嗜堿芽孢桿菌BGT。常用的生產菌株有N-227，NO。38-2等。采用嗜堿芽孢桿菌N-227菌BGT生產β-環(huán)狀糊精時，可使用木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉為原料，轉化率可達35%~40%。
4.3.3 酶在蛋白質食品生產中的應用
蛋白質食品是指含大量蛋白質或以蛋白質為主要原料加工而成的食品。在蛋白質食品的生產過程中，主要使用的酶是各種蛋白酶。蛋白質是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子化合物，在蛋白質水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白質水解產物。這些產物在食品、醫(yī)藥、細菌培養(yǎng)等領域有廣泛的應用價值。
蛋白酶（Proteinases）是一類催化蛋白質水解的酶。來自微生物的蛋白酶主要是枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白質在加酶水解之前必須經過一定的處理，以破壞其完整的空間結構，使其變性，以利于酶的水解。一般可以采用加熱處理的方法。也可采用生化分離技術將蛋白質先提取出來，再進行酶解。用蛋白酶水解法生產氨基酸時，要根據所使用的蛋白酶的動力學特性，選擇并控制好各種水解條件，使蛋白質完全水解成氨基酸。
明膠是一種熱可溶性的蛋白質凝膠，在食品加工中有廣泛的用途。生產明膠的原料一般采用動物的皮或骨，這些原料含有豐富的膠原蛋白。天然狀態(tài)的膠原蛋白呈三股螺旋結構，不溶于水，若采用適當?shù)姆椒ㄌ幚�，即可使三股螺旋結構解體成為單鏈，而溶解在熱水中，得到明膠溶液。在蛋白酶法水解生產明膠時原料需先經切割、搗碎處理，然后用清水洗凈、瀝干。
干酪（cheese）又稱奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一種營養(yǎng)價值高、容易消化吸收的食品，其主要成分是蛋白質和乳脂，還含有少量的無機鹽及豐富的維生素。干酪的生產可以采用乳酸菌發(fā)酵的方法，也可采用凝乳蛋白酶的方法進行。用于肉類嫩化的微生物蛋白酶有枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根曲霉蛋白酶等微生物蛋白酶。
4.3.4 酶在果蔬食品生產中的應用
在果蔬類食品的生產過程中，為了提高產量和產品質量，常常使用各種酶。常用果膠酶處理果汁、果酒、果胨、果蔬罐頭等的生產。在果汁生產過程中，應用果膠酶處理，有利于壓榨、提高出汁率。在沉淀、過濾、離心分離過程中，能促進凝聚沉淀物的分離，使果汁澄清。經酶處理的果汁比較穩(wěn)定，可防止混濁。果膠酶已廣泛用于蘋果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生產。用于果汁處理的果膠酶一般均是混合果膠酶，其中含有果膠酯酶（PE）、內切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、內切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、內切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）。在應用果膠酶處理蘋果汁時，要特別注意pH值、溫度、作用時間、酶量等對果汁澄清速度的影響。
果汁經濃縮成為高濃度果汁后，在高濃度的糖存在的條件下，可以凝結形成果凍。但糖含量太多不僅影響風味，而且不符合當今人們對健康食品的要求。若要生產低糖果凍，必須采用酶法處理技術。用純化的果膠酯酶（PG）處理果汁，使果膠的甲基化程度降低。
在果蔬制品的脫色方面也用到酶制劑處理。許多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素�；ㄇ嗨厥且活愃苄灾参锷亍Ｆ漕伾SpH值的不同而改變，在光照和稍高的溫度下，很快變?yōu)楹稚�，與金屬離子反應則呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓醬、桃子罐頭、芹菜汁等，必須用花青素酶處理，使花青素水解成為五色的葡萄糖和配基。以保證產品質量。
4.3.5 酶在果酒生產中的應用
在葡萄酒生產的過程中，已廣泛應用酶制劑，主要應用的酶有果膠酶和蛋白酶。果膠酶用于葡萄酒生產，不僅可以提高葡萄汁和葡萄酒的產率、有利于過濾和澄清，而且可以提高產品質量。如使用果膠酶后，葡萄中單寧的抽出率降低，使釀制的白葡萄酒風味更佳。在紅葡萄酒釀制過程中使用果膠酶，可提高色素的抽提率，還有助于酒的老熟，增加酒香。
用于葡萄酒生產的果膠酶大多數(shù)是復合酶制劑。除了含有各種果膠酶外，還含有少量的纖維素酶和半纖維素酶。在葡萄酒釀造過程中，還使用蛋白酶，以使酒中存在的蛋白質水解，防止出現(xiàn)蛋白質渾濁，使酒體清澈透明。除了葡萄酒以外，在其他果酒如桃酒、荔枝酒等的生產過程中，也可采用酶法處理，以提高產率和產品質量。
4.3.6 酶在食品添加劑生產中的應用
酶作為一種高效生物催化劑，逐漸在食品添加劑的生產中獲得較廣泛的應用。介于天然提取和化學合成兩種方法之間，酶合成的工藝具有前兩者無法比擬的優(yōu)點：酶的催化活性高，產品合成速度快，酶的催化特異性，產品純度高，且能獲得指定構象的產品。酶的使用確實能解決化學合成和天然提取方法中的問題，也就為食品添加劑的生產提出新的思路。