生物酶在發酵生產過程中的增效及作用

林琳 黃菊 楊君麗 劉研

摘 要：隨著發酵工業的迅速發展，酶制劑在發酵制品生產中的應用領域也在不斷拓展。由于具有用量少、催化效率高、專一性強等特點，酶制劑的應用能提高發酵過程中原料的利用率，縮短發酵周期，提高產品品質，降低生產成本，產生巨大的社會經濟效益。本文針對生物酶在發酵制品生產中的發展和應用情況，綜述了生物酶在天然色素及防腐劑等發酵生產、食用膠體生產、調味品釀造生產、酒精釀造以及乳制品生產等發酵行業中的增效應用及作用優勢。

關鍵詞：生物酶;增效;天然色素及防腐劑;食用膠體; 釀造調味品; 酒精生產

傳統發酵制品的生產大多采用制曲工藝，微生物利用生產原料生長繁殖的同時產生蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等各種酶，通過降解、代謝成為所需的各種發酵制品。發酵培養過程中需要添加牛肉膏、蛋白胨等有機營養成分，生產成本高，再加上微生物自身所產生的酶量少、活性低，導致發酵生產原料的利用率較低，發酵周期長，產品質量較難控制。新型酶制劑的開發應用，讓傳統發酵工業煥發出了新的活力。可以通過生物酶對特定發酵及微生物培養需求，進行優質高效的發酵生產。在發酵生產中為增加培養基的營養，可在發酵過程添加生物酶，能將發酵原料的成分水解成為微生物培養的營養物質，增加培養基的營養，促進發酵進程，提高原料利用率。本文概述了目前生物酶制劑在色素及防腐劑等發酵生產、釀造調味品生產、酒類釀造、乳制品生產等發酵行業中的應用及作用，并對生物酶制劑在發酵工業中的增效應用前景進行了展望。

1. 生物酶在天然色素及防腐劑等發酵生產過程中的增效作用

在發酵培養中，利用生物酶制劑對培養基原料進行加工處理，能把原料水解成適合微生物生長所需的營養成分，提高原料的利用率，促進有用代謝產物的產生。經酶解后的原料能夠持續有效地為微生物提供有機氮源等營養成分，其中經水解產生的少量糖類、無機鹽、維生素等能夠促進微生物的生長和產物的生成。

相比于酸堿水解法，生物酶法在微生物發酵培養原料處理等過程中，水解條件溫和，安全衛生，能使原料充分水解的同時，也保持了原有的氨基酸組成營養不損失，酶解產物對微生物的生長和有效產物的積累具有較明顯的促進作用。

2. 生物酶在黃原膠等食用膠體發酵生產過程中的增效作用

食用膠是能溶解于水中，并在一定條件下充分水化形成粘稠、滑膩或膠凍液的一類大分子物質，在食品加工中起到增稠、增黏及乳化等作用，現已廣泛應用于食品、日化及石油開采等領域。

黃原膠的微生物生產包括發酵和提取兩部分，目前生物酶制劑已經被應用于黃原膠的生產過程中。在黃原膠發酵生產過程中，添加纖維素酶、淀粉酶等酶制劑能加速培養基中原料水解為微生物可利用碳源的速率，提高原料的轉化率，縮短發酵周期。陳洪章等[4]將纖維素酶水解后的汽爆秸稈作為用作黃原膠發酵的碳源，同時優化氮源、無機鹽等條件后，獲得高達20.70 g/L的黃原膠產量。菌體蛋白等不容性雜質的存在會影響黃原膠的透明度和色澤，趙蘭坤等[1]在黃原膠的生產中，采用鹽式雙酶法提取新工藝，有效降低了提取過程中酸堿和乙醇的消耗，減輕了后續環保處理壓力，同時產品質量得到大幅度提升，平均收率達到 86.11%，產品透光平均達到91%，與傳統工藝相比，收率提高了5.96%，透光提高了11.97%。

目前市面上已有低成本高效能的新型復合酶制劑用于食用膠發酵生產中，產品蛋白質含量降低，透明度和粘性提高，性能得到改善，相關生物酶的應用能夠使黃原膠成品中蛋白質含量降低至1%以內，結冷膠中的蛋白質含量降低至0.3%。

3. 生物酶在釀造調味品生產中的增效作用

3.1 生物酶在醬油生產中的增效作用

醬油是以大豆、小麥等為原料，經微生物制曲發酵而成的具有特殊色、香、味的調味品。在醬油釀造中起主要作用的是微生物所產生的酶，通過酶的作用來完成醬油釀造中蛋白質水解、淀粉糖化、有機酸發酵以及酒精發酵等各類生化反應。

蛋白酶能將蛋白質水解為小分子肽和氨基酸，使醬油產生鮮味;淀粉酶將原料中的淀粉水解成葡萄糖，使醬油產生甜味[2];纖維素酶和果膠酶等能將植物細胞壁裂解，釋放細胞中的蛋白質和淀粉等內含物，提高原料的利用率[3]。施安輝等[8]在醬油大生產的試驗中發現，添加0.1%的纖維素酶，醬油成品中全氮、氨基酸態氮、還原糖、總酸、無鹽固形物分別提高了39.5%、11.9%、20%、33.3% 和12%，并且風味明顯優于不加纖維素酶的產品。在醬油的生產中補充強化相關酶制劑對于提高原料利用率，改善醬油風味具有積極的意義。

3.2生物酶在食醋釀造中的增效作用

食醋是一種傳統的酸性調味品，食醋的釀造主要以大米、玉米和高梁等淀粉質為主要原料，經微生物制曲、糖化、酒精發酵以及醋酸發酵等階段釀制而成。傳統釀醋工藝通常使用大曲、小曲作為糖化劑，采用多菌種低溫混合發酵，其發酵周期長，原料利用率和出品率低，勞動強度大。近年來，隨著對傳統釀醋工藝的改革和各種新型酶制劑的開發應用，給傳統的食醋釀造工藝注入了新的活力。

3.3生物酶在豆腐乳生產中的增效作用

酶制劑在豆腐乳發酵的應用能夠提高原料的利用率，省去毛霉菌的轉接培養等工序，縮短發酵周期，并且不受季節溫度變化的影響。在腐乳的后酵成熟過程中添加風味蛋白酶，能提高淀粉的分解速度，增加腐乳的可溶性固形物含量，縮短腐乳生產周期，提高產品產量[4]。制備膏狀腐乳中，向原料豆腐中添加0.11%脂肪酶、0.24%α-淀粉酶以及0.6%蛋白酶能夠獲得最佳的效果，在發酵5-7天后各項指標都能達到白豆腐乳的行業標準，縮短了腐乳的發酵時間，并且沒有其他不良風味物質產生[5]。

3.4生物酶在豆瓣醬生產中的增效作用

豆瓣醬是以蠶豆、食鹽、辣椒等為原料，經制曲、發酵而制成的調味醬。目前，我國豆瓣醬的生產仍普遍采用傳統的自然制曲和發酵工藝，由于發酵條件不易控制，發酵周期較長，制曲過程易受雜菌污染等因素的限制，豆瓣醬仍以手工小作坊生產為主。傳統豆瓣醬的生產主要是利用各有益微生物產生的酶。因此，我們可以外源添加相應的酶制劑，補充和強化原有釀造微生物酶系，提高原料的利用率，縮短發酵周期，降低生產成本，改善豆瓣醬風味，以提高產品的市場競爭力。在豆瓣醬生產過程中，入發酵罐之前加入0.3%的酸性蛋白酶拌勻，發酵過程中再加入產酯增香酵母，能夠使豆瓣的發酵周期縮短到1個月，提高了豆瓣醬的香氣，減少了生產成本，改善了產品的品質[6]。

4. 生物酶在酒類釀造中的增效作用

4.1生物酶在白酒生產中增效作用

白酒的釀造在我國具有上千年歷史，當前白酒生產在許多方面仍然沿用傳統的生產工藝，其缺點是原料消耗大、出酒率低、生產周期長。酶制劑應用于白酒生產能夠縮短生產周期，提高白酒的出酒率，改善產品質量。目前已有纖維素酶、淀粉酶、酸性蛋白酶以及普魯蘭酶等酶劑在白酒生產中的應用例子。

糖化酶應用于白酒釀造中能夠使淀粉質原料糖化更徹底，提高原料利用率和出酒率。用湖北安琪牌活性干酵母和糖化酶替代傳統（米糠、觀音土、中藥等制造的）小曲釀酒，出酒率提高了16-20%，而酒的質量不受影響[7]。

4.2生物酶在啤酒生產中的增效作用

啤酒主要以大麥芽﹑酒花和水為主要原料，經酵母發酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低濃度酒精飲料，我國啤酒工業發展迅速，目前已成為世界第二大啤酒生產國。酶制劑在啤酒生產中的應用能降低生產成本、縮短生產周期并提高啤酒的質量。普魯蘭酶能夠專一性切開支鏈淀粉分支點中的α-1，6糖苷鍵，啤酒釀造中添加普魯蘭酶能促進使原輔料中淀粉的分解，減少糊精含量，縮短糖化時間，提高啤酒的發酵度。

4.3生物酶在乙醇生物能源發酵中的增效作用

隨著世界經濟的快速發展，能源和環境問題日益突出。生物乙醇作為一種可再生的清潔能源，已成為我國新型能源研發的重點。杰能科公司由于對乙醇纖維素酶Accellerase？系列產品的研發和生產而獲得美國化學工程師學會（AIChE）頒發的可持續能源獎，其最新產品-Accellerase？ TRIO使用酶劑量低，適用范圍廣，能大大提高可再生非食物原料生產纖維素生物燃料的使用效率，減少乙醇生產成本、降低用量并帶來各種環境效益。

5. 生物酶在乳酪、酸奶及低乳糖奶等乳制品發酵中的增效作用

生物酶制劑在乳制品的中應用由來已久，很久以前人們就利用皺胃酶（凝乳酶）來生產干酪。乳糖酶在乳制品加工中的應用，可以有效解決乳糖不耐癥的問題;在甜煉乳加工中添加25-30%乳糖酶，不但可以防止結晶，還能增加產品的甜度，減少蔗糖的用量;酸乳生產中，添加乳糖酶可以縮短乳凝固的時間，延長酸乳的貨架壽命。制備低乳糖酸奶的工藝中，同時添加帝斯曼公司的乳糖酶Maxilact和發酵劑，發酵結束后酸奶中乳糖的水解率可達90%以上，發酵成的酸奶，除了乳糖含量低外，風味特征與普通酸奶完全相同，可以供給患乳糖不耐癥的人食用。

生物酶制劑作為一種生態型的高效催化劑，在發酵制品中的應用可以縮短發酵周期，提高原料利用率，降低生產成本，減少生產過程中污染，改進產品質量，改善產品風味。隨著各種高新技術的廣泛應用及酶工程研究工作的不斷深入，酶制劑在發酵工業中的應用必將取得更快、更大的發展。此外，隨著新的固定化、分子修飾和非水相催化等技術的引入，在不久的將來，生物酶的應用必將達到前所未有的廣度和深度。

參考文獻：

[1]趙蘭坤，朱心雙，王均成，周敬，杜鵬. 高透明黃原膠提取新工藝關鍵技術研究[J]. 發酵科技通訊， 2015， 44（3）：43-46.

[2]呂東津，梁姚順，宋小焱.醬油的色、香、味[J].中國調味品，2004，7（7）：7-9.

[3]竇燁，王清路，李俏俏.纖維素酶的應用現狀[J].中國釀造，2008，12：15-17.

[4]施安輝，周波，張東先，馬增祥. 乾氏曲霉纖維素酶在醬油和食醋釀造中的應用[J]. 中國釀造， 2003（2）：20-23.

[5]郭艷，周鴻翔，邱樹毅，滕鈺. 酶促速熟腐乳發酵過程中成分變化的研究[J].食品科技， 2013（5）：273-277.

[6]周鴻翔，陳龍，滕鈺，郭艷，柳蔭. 酶促膏狀腐乳醬中相關酶的作用研究[J].中國調味品， 2014（7）：57-61.

[7]林曉冬.一種快速發酵增香豆瓣醬的生產方法[P].中國專利：201210444328，2013-03-06.