影响酶制剂使用效果及其在食品工业中应用的因素有哪些？

快速回答： 酶和食品加工原料的选择通常取决于底物匹配度、pH值和温度范围、用量，以及最终用途规格是否符合目标工艺的要求。在实际加工条件下表现稳定的产品是最具商业价值的选择。

随着人们对食品安全、营养、健康、美味的日益重视，食品不再仅仅是满足人们生存的基本必需品，食品工业正朝着更安全、更营养、更美味的方向发展。在追求绿色低碳生活的今天，酵素制剂以高效、安全、无毒副作用、对环境影响小等特点，渗透到我们生活的方方面面。如我们吃的面包、馒头，喝的果汁、饮料，炒菜的调料，手里拿的纸质文件都可以用到酵素制剂。

酶制剂作为一种高效的生物催化剂，正以其独特的优势取代传统的化学制剂，越来越广泛地应用于食品工业。目前，酶制剂产业已成为我国最具发展前景的新兴产业之一。因此，认清酶制剂的化学本质，对于合理、正确地使用酶制剂具有重要意义。我们简要介绍影响酶制剂催化效果的几个因素。

01 影响酶制剂使用的因素

I.PH 值的影响

每种酶只有在特定的 pH 值范围内才表现出较强的生命力，这就是酶作用的最佳 pH 值。一般来说，酶在最适 pH 值下最为稳定，所以酶作用的 pH 值也是其稳定的 pH 值。如果酶反应的 pH 值过高或过低，都会对酶造成不可逆的破坏，使酶的稳定性和活力下降，甚至失活。不同的酶有不同的最适 pH 值范围，包括酸性、中性和碱性。例如，根据蛋白酶作用的最适pH值，常分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。酶作用的 pH 值也是在一定条件下测定的参数。温度或底物不同，酶作用的最适 pH 值也不同，温度越高，酶作用的稳定 pH 值范围越窄。因此，在酶催化反应过程中，必须严格控制反应的 pH 值。

温度的影响

在一定条件下，每种酶都有一个最适温度，在这个温度下，酶的活性最高，效果最好，酶比较稳定，酶催化反应的速度加快，酶活性的损失达到热变性的平衡，这个温度就是酶作用的最适温度。每种酶都有一个稳定的温度，在一定的时间、pH值和酶浓度下，酶的活性稳定，不下降或下降很少，这个温度就是酶的稳定温度。超过稳定的作用温度，酶就会急剧失活。酶的这种热敏感性可以用临界失效温度 Tc 来表示，它指的是酶在 1 小时内失去一半活力的温度。因此，一般只有在酶的有效温度范围内，才能进行有效的催化作用，温度每升高10℃，酶的反应速率增加1～2倍。温度对酶作用的影响还与其受热时间有关，反应时间延长，酶的最适温度就会降低。此外，酶反应的底物浓度、缓冲液的种类、活化剂和酶的纯度等因素也会使酶的最适温度和稳定温度发生变化。

第三，酶浓度和底物浓度的影响

在温度、pH 值和酶浓度一定的条件下，底物浓度是决定酶催化反应速度的主要因素。当底物浓度很低时，酶的催化反应速度随着底物浓度的增加而迅速加快，二者成正比。随着底物浓度的增加，反应速度减慢，不再成正比上升。底物浓度与酶催化反应速率之间的关系一般可用米氏方程表示。有时底物浓度很高，也会因底物抑制造成酶反应速率下降。当底物浓度大大超过酶浓度时，酶催化反应速率一般与酶浓度成正比。此外，如果酶浓度过低，酶有时会失效，使反应无法进行。在食品加工中进行酶催化反应时，酶的用量一般远小于底物的用量，还要考虑酶的成本因素。

第四，抑制剂的影响

许多物质可以削弱、抑制甚至破坏酶的作用，这些物质被称为酶抑制剂。如重金属离子（Fe3+、Cu2+、Hg+、Pb+等）、一氧化碳、硫化氢、有机阳离子、乙二胺和四乙酸等。在实际生产中，要了解和避免抑制剂对酶催化作用的影响。

第五，激活剂的作用

许多物质具有保护和提高酶活性的作用，或促使无活性的酶蛋白转化为有活性的酶，这些物质统称为酶活化剂。激活剂可分为三类：第一类是无机离子，如 Na +、K +、Ca2 +、Mg2 +、Cu2 +、Co2 +、Zn2 + 等阳离子，以及 Cl -、NO3 -、PO43 -、SO42 - 等阴离子。第二类是小分子有机物质，主要是 B 族维生素及其衍生物。第三类是具有蛋白质特性的大分子物质。活化剂对酶催化反应速度的影响与底物浓度的影响相似，但在实际生产中很少使用。

第六，保存环境的影响

酶制剂在低温环境中处于休眠状态，要使酶长期保存而不失去活性，在10℃保存时酶的活性损失为5-10%/6个月，常温保存时酶的活性损失为10-15%/6个月。所以关键在于环境干燥和低温。热和光容易使酶失去活性，所以酶制剂应在低温避光的密闭环境中保存。另外，酶制剂的含水量越高越容易失活，所以一般粉末状的酶制剂便于储存和运输。此外，一些金属离子也会导致酶失活或抑制酶的活力，应避免在容器中选用金属离子保存酶制剂。

02

各种酶制剂在食品中的应用

I.纤维素酶

纤维素酶概述

纤维素酶是一组能将纤维素水解成葡萄糖的酶的总称。纤维素酶的来源非常广泛，除真菌外，各种原生动物、蛔虫、软体动物、蚯蚓、甲壳动物、昆虫、藻类、真菌、细菌和放线菌都能产生纤维素酶。

纤维素酶的应用

01 在啤酒生产中的应用

在啤酒生产过程中，使用纤维素酶后，淀粉和纤维素可转化为糖，再经酵母分解后全部转化为酒精，酒精率可由 3% 提高到 5%，淀粉和纤维素的利用率可达 90%。

利用纤维素酶水解啤酒糟，可以有效地将酶液和残渣分开使用，大大提高了啤酒糟的经济效益和环境效益。

02 酱油酿造的应用

酱油是大豆蛋白酶水解产物。酱油酿造主要利用蛋白酶、淀粉酶等酶对原料进行酶水解。如果再使用纤维素酶，可使大豆等原料的细胞膜膨胀、软化、破坏，使细胞内包裹的蛋白质和碳水化合物释放出来，从而缩短酿造时间，提高产量，改善产品质量，并使产品中的氨基酸还原糖含量增加。

03果蔬加工应用

在果蔬加工过程中，为了使植物组织软化膨化，一般采用加热蒸煮、酸碱处理等方法，这会造成果蔬风味和维生素的损失。用纤维素酶加工果蔬可以避免上述缺点，同时可以使植物组织软化膨化，从而提高其消化率，改善口感。

04 茶叶加工的应用

速溶茶的传统生产工艺是用沸水浸泡茶叶，提取茶叶细胞中的有效成分，如氨基酸、糖类、咖啡碱、皂素、茶多酚、茶香成分和色素等，然后低温冷冻干燥。如果先用纤维素酶对茶叶进行适当处理，不仅可以降低固定化酶的生产温度，缩短提取时间，改善速溶茶的口感，还可以提高成品率。

05 油料作物加工应用

纤维素酶在油料作物加工中也发挥着非常重要的作用。传统的压榨法或有机溶剂法生产油产品，产品质量差、产量低、操作时间长，同时还不可避免地存在有机溶剂残留。

用酶处理法代替有机溶剂法，一方面可以提高油脂的产量和质量；另一方面可以控制酶反应条件，使生产加工在较温和的条件下进行，可以避免剧烈条件对产品质量的影响。因此，在农产品加工领域使用酶制剂技术，不仅可以提高主产品的产量，还可以减少副产品的产生，降低废弃物处理成本。

脂肪酶

脂肪酶概述

脂肪酶是一种三酰甘油酰基水解酶，能催化甘油三酯分解为二甘油酯、单甘油酯、甘油和脂肪酸，是一种特殊的酯键水解酶。脂肪酶以氨基酸为基本组成单位，只有一条多肽链，催化活性只由蛋白质结构决定。脂肪酶存在于动物、植物和微生物中。

脂肪酶作为一种生物催化剂，具有一般催化剂的高效、高选择性和反应条件温和等共同优点，是一种绿色催化剂，对生物化学、食品等生活和生产领域的科学发展具有重要意义。

脂肪酶在面条食品加工中的应用

面制品的口感主要与小麦粉中的蛋白质、淀粉和脂肪有关，特别是通过蛋白质的取向和网状结构的形成产生弹性，增加面条的粘弹性。在面条食品的加工过程中，用手工沿压延方向多方向揉压或用机械沿单一方向长时间压延，都能增加面条的弹性，提高面条食品的质量，但使用上述 2 种方法比较费时。

在面食生产中，可以将溶解了脂肪酶的水直接加入面粉中，然后在室温下放置一段时间进行压延。与添加蛋白质和多糖以及其他面粉改良剂相比，添加脂肪酶会大大提高产品的质量，具体表现在以下几个方面：增加并保持弹性、提高产量、改善面皮。

脂肪酶在油脂工业中的应用

01 脂肪和油的酶水解

油和水在催化剂作用下结合生成脂肪酸和甘油的反应称为油脂水解反应，广泛应用于脂肪酸和肥皂行业。传统的油脂水解反应使用无机酸、碱和金属氧化物等化学物质作为催化剂，需要高温、中高压、长时间和耐腐蚀的设备，其成本高、能耗大、操作安全性差、产物脂肪酸颜色深或发生热聚合。而以生物酶为催化剂的酶法水解，恰恰可以克服上述缺点，且具有选择性，有利于减少副反应，提高目标产物脂肪酸的质量和收率。

02酶法酯交换反应

将酯与另一种脂肪酸或醇或酯混合，并伴随酰基交换生成新酯的反应称为酯交换反应。其中，酯-酸交换反应和酯-酯交换反应可以改变油脂的脂肪酸和甘油酯组成，从而改变油脂的性质，是油脂行业常用的油脂改性的重要手段。

传统的酯交换工艺采用化学方法，常用的催化剂有金属钠或氢氧化钠、无机酸等。虽然可以改善甘油三酯亚酰基的迁移性，但会造成酰基在反应体系中交换和分布的随机性，从而导致副产物的增加。如果使用非特异性脂肪酶来催化甘油三酯的酯交换反应，结果与化学方法的酯交换反应类似。

但是，如果使用 1,3 向脂肪酶作为催化剂，酰基的迁移和交换就会被限制在 1 位和 3 位，这样就可以生产出化学酯交换法无法获得的特定目标产物，这正是酶法酯交换法的独特魅力所在。

果胶酶

果胶酶概述

果胶酶是能分解果胶物质的各种酶的总称。Poondla 等人指出，果胶酶具有降解细胞壁果胶的作用，被广泛应用于水果加工、食品工业。

果胶酶在食品工业中的应用

01果汁澄清

除柑橘类果汁外，大多数用于饮料的果汁一般都会在加工过程中进行澄清，以避免最终产品出现浑浊和沉淀。

果胶酶澄清的实质包括两部分：果胶的酶水解和非酶静电絮凝。当果汁中的果胶在果胶酶的作用下部分水解后，原来被包裹在其中的部分带正电荷的蛋白质颗粒暴露出来，与其他带负电荷的颗粒发生碰撞，从而导致絮凝的发生，絮凝物在沉降过程中，吸附、缠绕果汁中的其他悬浮颗粒，通过离心、过滤即可除去，从而达到澄清的目的。

02 提高果蔬汁的出汁率

一般果蔬细胞壁中含有大量果胶、纤维素、淀粉、蛋白质等物质。破碎后的果肉非常粘稠，导致压榨果汁非常困难且出汁率低，而酶解技术可以克服上述缺点。果胶酶通常用于加速果汁和香精的提取，并去除果胶。果胶酶不仅能催化果胶解聚，有效降低粘度，改善压榨性能，提高果汁产量和可溶性固形物含量，还能增加果汁中的芳香成分，减少果渣的产生，也有利于后续加工工序的进行。

03提高葡萄酒质量

在酿酒业中使用果胶酶，可以提高天然色素的提取率，改善葡萄酒的色泽和风味，增加葡萄酒的香气，生产起泡酒，对提高葡萄酒的质量具有重要作用。

IV.蛋白酶

蛋白酶概述

蛋白酶是一种重要的工业酶制剂，可催化蛋白质和多肽的水解，广泛存在于水果、植物茎叶、动物器官和微生物中。

在食品加工过程中，催化食品蛋白质降解的酶有三种不同的来源：内源性蛋白酶、微生物分泌的蛋白酶和人工添加的蛋白酶制剂。蛋白酶在食品加工中的一些重要应用包括蛋白质水解反应、转蛋白反应和交联反应。

在肉类工业中的应用

在肉类加工中，老龄动物的肉在煮沸后会变得粗糙坚硬，生产出来的产品口感很差，使用蛋白酶可以使这种肉质变得嫩滑。

在嫩化过程中，蛋白酶随溶液进入肌间，分解肌间结缔组织和胶原纤维中的蛋白质，破坏其分子结构，使肉质变得柔软、适口、多汁、易嚼。

同时，蛋白酶还能作用于肌纤维，裂解部分肌细胞结合蛋白，使肉中的水溶性氨基酸和水溶性钙、磷、锌、铜、铁大大增加，使肉的风味和鲜度得到有效改善。经酶处理后的肉仍能保持一流的鲜度，pH值和感官指标正常。

在面粉中的应用

蛋白酶是一种中性蛋白酶，其最适 pH 值为 5.5~7.5，最适温度约为 65℃。蛋白酶能水解面筋蛋白，切断蛋白质分子的肽键，削弱面筋，使面团柔软，改善面团的粘弹性、延伸性、流动性等性能，从而提高面团的机械性能和烘焙质量，主要用于饼干和面包专用粉。

03各种酶制剂的未来应用前景

酶制剂已广泛应用于食品工业。可以预见，随着生物技术本身的快速发展，特别是基因工程技术的应用，可用于食品的酶制剂种类将大大增加。

一方面，人们对食品品种和质量的要求不断提高，酶制剂的应用将取得长足进步，其中利用酶制剂生产具有保健作用的功能食品将是一个重要的研究领域。

另一方面，人们对食品安全的要求也越来越高，这为酶技术在食品检测中的应用带来了新的机遇，并有望在未来取得新的发展。

目前，食品加工领域使用的高活性酶制剂普遍价格低廉，在一定程度上制约了其推广。因此，如何生产高活性、低价格的酶制剂将成为今后的研究方向，而以固定化酶为代表的酶制剂的长期使用或循环利用也是降低酶制剂成本的一个方向。

买家通常如何评估酶和食品加工原料

在酶和食品加工项目中，最有用的决策框架通常是应用契合度和工艺稳定性：哪种成分能够在预期的 pH 值、温度、时间和底物条件下发挥作用，而不会造成下游质量或合规性问题。

• 首先定义处理目标： 风味、水解、质地、发酵、清洁和生物工艺应用通常需要非常不同的活性特征。
• 查看实际操作窗口： pH值、温度、停留时间和底物类型通常比产品宣传的噱头更重要。
• 审查一致性和下游影响： 剂量、感官影响、过滤和保质期行为都会影响最终的商业价值。
• 使用试点验证： 小规模生产测试通常能揭示活动、效率和工艺匹配度方面最有用的差异。

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买家和配方师的常见问题解答

为什么高活性酶不一定是最佳的商业选择？
因为最好的酶是在实际工艺条件下能够可靠地发挥作用，并能产生所需的下游结果，而不会产生新的问题的酶。

食品和生物技术原料的选择是否应该仅依据产品数据表？
通常来说，将规格审查与试点或应用测试结合起来会更安全，因为实际的基材和工艺窗口可能会对结果产生很大影响。

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