5/5微生物酵素之工業(yè)應(yīng)用與大規(guī)模生產(chǎn)（一）緒言酵素皆來自於生物體（含動(dòng)物、植物及微生物)的細(xì)胞,特別是微生物可易於大量培養(yǎng),且生長速度比其他動(dòng)植物還快好幾倍以上,加上可利用重組DNＡ及人工誘發(fā)突變等技術(shù)，使微生物能生產(chǎn)不易獲得的酵素。因此，微生物可以說是酵素商業(yè)化生產(chǎn)之最佳來源.196０以gｌｕcoamylase進(jìn)行starch的酵素水解,取代以往的酸水解製程。1９６５由Ｂaciｌluslicheniformis生產(chǎn)之proｔease,廣泛應(yīng)用於清潔劑中。1968以無塵化(dｕｓtfreｅ）微粒包覆之酵素技術(shù)發(fā)展成功，解決過敏反應(yīng)問題。19６５-1９70由微生物生產(chǎn)之凝乳成功地應(yīng)用在乳酪製造工業(yè)上。19７0利用ｇlucoseｉsomｅrase固定化技術(shù)將glucose轉(zhuǎn)化成fｒｕcｔｏｓe，大幅降低成本.應(yīng)用於工業(yè)上:利用pｒotｅaｓe添加於清潔劑中.利用glucoseisｏmｅrasｅ固定化技術(shù)將glｕcｏsｅ轉(zhuǎn)化成fructｏse，大幅降低成本.應(yīng)用於農(nóng)業(yè)上：微生物之凝乳酵素來替代小牛的凝乳。釀造業(yè)（如酒醋等)之糖化酵素(α-ａmylase，gluｃoaｍylase）等來提高經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用於製藥工業(yè)上:如胰臟萃取之酵素與微生物酵素混合，作為消化助劑.利用penｉcillinacｙlase來生產(chǎn)青黴素微生物酵素的工業(yè)應(yīng)用工業(yè)用酵素有８0％是屬於具有去聚合能力之水解性酵素，主要是食品業(yè)；有６0%是蛋白質(zhì)分解酵素，應(yīng)用於清潔劑、酪農(nóng)業(yè)及皮革等工業(yè);糖解酵素(caｒbohydrase)佔(zhàn)酵素使用量的3０％,應(yīng)用於澱粉、麵包烘焙、釀造及紡織工業(yè)，其餘為脂肪酵素及其他特用酵素。食品工業(yè)上重要的三大酵素:醣水解酵素(主要為澱粉水解酵素）蛋白質(zhì)水解酵素脂肪水解酵素澱粉水解酵素（ａmｙｌase;ａmyｌｏlyticenzyｍｅs）：staｒch為所有植物的貯存物質(zhì)，主要為Ｄ－ｇlucoｓe的聚合物，依鍵結(jié)方式分為：一、澱粉溶膠質(zhì)（amｙlose）:α-１，4lｉnkagｅ之直鏈聚合體。二、澱粉粘膠質(zhì)(ａｍylopeｃtｉｎ）:同時(shí)以α－1,4（直鏈)&α－1，６（支鏈）ｌinkage之聚合體.Amylasｅ對(duì)澱粉具有糖化之效應(yīng)（saccharifyｉngeffｅｃt)。α—amylase(１，4,-α—Ｄ-gluｃan4-gｌucaｎohyｄｒoｌasｅ）=eｎdｏamｙlａｓｅ只逢機(jī)切斷amylose及ａｍylｏpeｃｔｉｎ的α－1,4linkａge，產(chǎn)生gｌuｃoｓe,malｔｏｓe,直鏈ｏlｉgosａccｈarｉｄｅ，及含有α－1,6linkａｇｅ之有限糊精(limiｔeddextrin）,並使降低澱粉之液體粘度,主要應(yīng)用於澱粉工業(yè)之液化（liquｅｆaｃｔion),釀酒工業(yè)之製醪(masｈinｇ），麵粉烘焙中將澱粉糖化提供酵母菌發(fā)酵所需之單糖及雙糖。早期是由大麥麥芽中分離α-ａmylaｓe，目前可由Bacillussｕbtiｌｉs，Asｐergｉlluｓoryzae工業(yè)化生產(chǎn)。β—amylase（１,４-α-D－gｌuｃaｎmａｌtohｙdroｌaｓe）=ｅxoamylａse只切ａmyｌose及amyｌｏpectｉn尾端之α－１，４linkage鍵結(jié)水解，從高分子鏈之非還原端開始，一次切掉一個(gè)ｍaltoｓe(麥芽糖)為限，大約可以生產(chǎn)５0~60%之ｍaltose，其餘為糊精（dｅxtrin).此酵素主要存在於大多數(shù)的高等植物中，微生物較少（如Bacｉlｌuｓｃｉrｃuｌans，Bacillusmｅｇatｅriuｍ），故商業(yè)化之生產(chǎn)主要源自於大麥麥芽及大豆。Ｇｌuｃｏamylａｓe(amｙloglucｏsidase,exo-1，４—α-glucｏsidａse）是一種eｘｏｅｎｚyｍe，由非還原端一個(gè)個(gè)將gｌuｃose移去，同時(shí)也可將oliｇosacｃharide水解成最終產(chǎn)物─glｕcose，應(yīng)用於澱粉之糖化製成葡萄糖糖漿(dexｔroｓeｓyrｕｐs).所有的glucoamyｌase幾乎皆來自於黴菌,主要商業(yè)化生產(chǎn)菌種為Aｓpeｒｇiｌluｓnigｅr及Rhizｏｐusnivｅｕｓ。其他如Aｓｐerｇｉlｌusorｙzae，Rhizｏpusｄeｌｅmar&Asｐergilｌuｓｐｈｏｅnｉcｉs。Puｌlulａnａｓｅ(pullulan6—glucanoｈｙdrolａse）Puｌlulａｎase具有水解α—１,6linkage及直鏈性多醣類的能力，故可作用於aｍyloｐｅｃtｉn，肝糖及l(fā)imiteddextrｉn之支鍵結(jié)點(diǎn)上,可完全分解成maltoｔriose及maltｏse。與maltdiaｓtase一起使用可將starｃｈ轉(zhuǎn)化成高麥芽糖漿(higｈmalｔosesｙrｕp），食品工業(yè)上具有發(fā)展?jié)摿?。Pｕｌlｕlａnase大多來自於細(xì)菌,如Ａeroｂactｅraerogeneｓ,Klebsｉellaａeｒｏgeｎes，亦可自Ｅschericｈiaintermｅｄiｕm及Ｓｔreptｏcｏｃｃusｍitiｓ中分離出此酵素.Iｓｏａmｙlaｓe（ｇｌicogｅｎ6-ｇｌｕcanohydrolaｓe)此酵素作用能力與pｕlluｌanase很類似，唯不能分解直鏈型之ｐulluｌane之聚合物，可自細(xì)菌及酵母菌分離，如ＰseuｄomoｎａｓSB１5及Cｙtopｈaｇa等。其他與amylａｓe作用相似的酵素有：Dextranaｓe&Invertaseα－1，6—glucａn6—glucanｏhydrolasｅ：suｃroｓe來源為甘蔗及甜菜,但製程中因糖汁中有澱粉及葡聚糖（ｄextraｎ）,主要為α－1,6lｉnkage之聚合物，使糖汁粘度增大，使真空澄清(clarｉｆicａt(yī)ion）及結(jié)晶（crysｔａlｌizatiｏn)操作中,熱傳導(dǎo)不良,澄清效率不佳,結(jié)晶時(shí)間長,為解決此問題,通常加入耐熱的α-amylaｓe去除澱粉及α—１,6-glucan6—glucanohydrolａse分解dｅxtｒan。由於dｅｘtran非天然成份，細(xì)菌中Lｅuconｏstoc易滋生而使甘蔗變質(zhì)或酸化。工業(yè)上使用的α—1,6-ｇlucaｎ6—glucａnｏｈｙdrolaｓe生產(chǎn)菌係由Ｐenicilｌｉumlｉｌａｃinum(Paeciｌomyceslilaciｎｕｍ）生產(chǎn)而來。蛀牙現(xiàn)象（toｏtｈdecay）主要發(fā)生是微生物生成的ｄeｘtran所引起的，若是將α—１，6—glucan6-ｇlucanohｙｄrｏlase加入牙膏或口香糖中,可做為預(yù)防蛀牙之藥劑.iｎvｅｒｔaseSｕcｒoｓe=glucose+ｆｒuctoseiｎveｒtａｓｅ可將ｓucｒoｓe水解成還原糖(glucｏｓe+frｕctose)之能力，因果糖(frｕctoｓe）的甜度比蔗糖(sucrosｅ）還高出許多,故可使甜度大大提高，在食品工業(yè)上非常重要。常應(yīng)用於糕餅業(yè)、果糖工業(yè)（ｃonfectioｎery)、人造蜂蜜、巧克力工業(yè)等.目前微生物中只有Sａcｃharｏmycesｃｅｒevisｔｉａe及S.cａrｌsｂergeｎsis具有商業(yè)價(jià)值.Gluｃosｅiｓomerase(Ｄ—ｘylｏsｅｋetol—isomeｒａse）Frｕctｏsｅ是所有糖類中甜度最高的,故含量愈高，甜度就愈高。Ｇｌucoｓe為一種便宜且易取得的原料,以往利用鹼性異構(gòu)化（aｌkalinｅiｓｏmｅrizaｔｉｏn）將gｌucｏse轉(zhuǎn)換成fｒuctose，但效率極低,直到1970年發(fā)展出用酵素來進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)，在鹼性條件下可獲得52％fructose及48％gｌucose之最高平衡濃度，此種果糖糖漿(HFS,highfｒuctoｓesyrup)，在甜味劑市場需求量很大。常使用的菌類生產(chǎn)此酵素主要有：Sｔｒeptｏmyｃesspp.，Bａｃiｌlusｃoagulａns,Aｃtiｎｏｐlanesｍissｏｕrieｎsiｓ等.由於gluｃｏsｅｉsomerase為一種胞內(nèi)酵素，製備成本高,克服此問題則為利用固定化的形式使酵素能重覆使用。GalactosidasｅＬａcｔaｓe(β-galaｃtoｓｉｄase;β-D—galaｃｔosidegalactohydroｌaｓe)乳糖水解乳糖（ｌactoseｏrmilkｓugａr)為一種低溶性及低甜度之雙醣類,存在於牛乳及乳製品中，被ｌａcｔase（orβ—galaｃtｏsidaｓｅ)水解時(shí)會(huì)形成一分子的ｇlucose（葡萄糖)及一分子的gａlａcｔｏse（半乳糖).Lactaｓｅ主要存在於哺乳階段的幼兒腸內(nèi)，隨年齡增長，除歐洲人及少數(shù)非洲人的小腸內(nèi)仍具活性外,其餘的大多只有少量的酵素活性,因此飲用或食用牛乳或乳製品時(shí)會(huì)發(fā)生乳糖不耐癥（lactoｓｅiｎtolerancｅ）而腹瀉（ｗａt(yī)ｅｒｙdｉarrhea）。另外，由於乳糖之溶解度很低,故酪農(nóng)在製作乳酪時(shí),濃縮後的乳酪易造成結(jié)晶現(xiàn)象，因此以lacｔａse進(jìn)行水解可克服此一問題，並可增加乳酪的風(fēng)味及甜味.Ｌａcｔase（β-gaｌactoｓidaｓe）可以由微生物生長,具代表性的商業(yè)化菌種為Saｃcｈａrｏmyceｓｆｒagilis,Ｋｌuyverｏｍycｅslactis，Cａｎdidaｐｓeudotｒopiｃaｌis，Aｓpergilusniger，Ａsｐｅrgilusｏｒyzae,Ｌacｔｏｂacillussｐp.等等。α-gaｌａctosidase（α－Ｄ—galａｃtosidｅgalacｔohｙdｒolase)α—半乳糖甘甜菜製糖工業(yè)中,因糖蜜中含有少量的蜜三糖（rａffinｏｓｅ），其成份為glucose,ｆructoｓｅ，galａctｏse，在甜菜蔗糖（ｂeetsugａr)的濃縮及結(jié)晶過程中會(huì)干擾而造成結(jié)晶不同的外觀,影響品質(zhì)。故加入α－galactosiｄaｓe可以將之分解為gａｌacｔｏsｅ及sugar，可解決結(jié)晶問題，又可提高ｓucｒose（sugar）的產(chǎn)率.動(dòng)物體內(nèi)缺乏α－gaｌａcｔosiｄase，而大豆所含有的ｒafｆinose及菜豆糖不能被動(dòng)物利用，而常引起小腸內(nèi)受細(xì)菌發(fā)酵所引起之氣脹現(xiàn)象(flａｔulｅｎce)，若在飼料中加入α—gａlactoｓiｄasｅ則可增加大豆在動(dòng)物體內(nèi)的營養(yǎng)效應(yīng)，亦可避免flatulｅnｃe現(xiàn)象.微生物可產(chǎn)生α-galacｔosｉdase的有Bacｉｌlｕsstearothermｏphｉlus，Ciｒcinelｌamｕsｃaｅ,Ｐenicilliumduponｔｉ。Celｌulolyticenｚymｅｓ（纖維水解酵素)Ceｌｌulose是植物主要結(jié)構(gòu)物質(zhì)，係由葡萄糖以β—1，4linｋagｅ之直鏈性聚合物，纖維水解酵素可水解以β-1，４linkage之直鏈性聚合物,其種類有：C1－cellulaｓｅ可打斷高度結(jié)晶性的纖維素Cx－cellulasｅ只能作用於C1－celluｌasｅ水解後的纖維素片斷,且水解方式為內(nèi)型，即隨機(jī)地將纖維素分解成葡萄糖。β-1，4－glｕｃｏsiｄase對(duì)低分子量的反應(yīng)物具有很大的親和力。纖維素水解酵素的工業(yè)上的應(yīng)用，可增加劣質(zhì)蔬菜質(zhì)地（tｅxturｅ）的柔軟性及美味（palaｔaｂility)，另亦可再透過其他後續(xù)的酵素作用,將纖維素轉(zhuǎn)化成ｇlucｏsｅ及其他糖類以提供微生物生長而產(chǎn)生單細(xì)胞蛋白或經(jīng)微生物發(fā)酵生成之化學(xué)物品(如酒精等）.生產(chǎn)纖維素分解酵素之菌株為Aspergillusniger，Tｒｉchｏdｅrmaviride及大多數(shù)木材腐朽菌（擔(dān)子菌).其中，Ａsｐergillusnigｅr所生成之纖維素水解酵素對(duì)羧甲基纖維素（carboxymethyｃelluｌoｓｅ，CMＣ)具有很高的活性，但對(duì)於固態(tài)的纖維素卻沒有作用，因?yàn)榇司鄙貱１－ｃｅllｕlaｓe。Trichoderｍaｖiｒiｄe能生成大量的C1—celｌulａse，以分解不溶性的纖維素。Glｕｃaｎａse（醣解)β－gｌuｃan是由β-1，3及β—1,4ｌinkage(ｇlｕｃopyranoｓｅrｅsiｄue)構(gòu)成之直鏈性聚合物,在乾態(tài)時(shí)是一種極具纖維性的物質(zhì),故其溶液具有高度的粘度，造成製膠或釀造過成中過濾上的困難度.大麥麥粒中具有高量的β-gluｃan，若用來當(dāng)雞飼料，