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酵素之應用 . 謝寶全 教授 . 目錄. 壹、酵素來源與生產 貳、酵素在產業上應用 參、食品用酵素市場概況 肆、結論 . 酵素的應用. 壹、酵素來源與生產 酵素原本存在於生物體內,人體中的酵素是遺傳基因構造可在體內自行合成的,所以有些天生具遺傳性疾病 ( 如地中海型貧血、尿酮症等 ) 的病人,都是因為體內基因無法合成某些酵素所導致。 . 酵素也可藉由食物補充,其中最好的來源來自於天然蔬菜、水果及草本植物等,日本人常吃的生魚片中也富含許多酵素。但食物經過蒸煮之後,大部分的酵素會受到破壞,使得無法提供酵素至人體中。 .

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酵素之應用

謝寶全 教授

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目錄

壹、酵素來源與生產

貳、酵素在產業上應用

參、食品用酵素市場概況

肆、結論

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酵素的應用

壹、酵素來源與生產

酵素原本存在於生物體內,人體中的酵素是遺傳基因構造可在體內自行合成的,所以有些天生具遺傳性疾病(如地中海型貧血、尿酮症等)的病人,都是因為體內基因無法合成某些酵素所導致。

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貳、酵素在產業上應用

酵素技術在二次大戰之後發展極為快速,1970年代研發出固定化酵素(immobilized enzyme)技術,使得酵素在化工生產及應用上更為普及;1980年代引用重組DNA技術來改良生產菌種及動植物原料,因此酵素的生產與使用,更邁向另一新里程碑。

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由此可知,酵素的應用是非常廣泛,以下將針對食品酵素的應用做介紹:

一、食品酵素的來源

目前食品用的動物來源酵素包括:來自牛肝的接觸酵素(catalase);牛或豬的胰凝乳蛋白酵素(chymotrypsin);植物來源酵素包括:來自未發芽大麥的澱粉酵素(β-amylase);

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發芽大麥的α及β澱粉酵素;鳳梨蛋白酵素(bromelain);微生物來源的酵素發展與應用起源於亞洲,而歐美一般較常使用動植物性來源的酵素。發芽大麥的α及β澱粉酵素;鳳梨蛋白酵素(bromelain);微生物來源的酵素發展與應用起源於亞洲,而歐美一般較常使用動植物性來源的酵素。
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目前,商業上所使用的微生物種類約有25種左右,均屬於GRAS(Generally Recognized As Safe)等級,其主要的微生物來源包括Kluveromyces、Saccharomyces等屬的酵母菌;Bacillus、Aeromonas等屬的細菌;Aspergillus、Rhizopus、Penicillium等屬的絲狀真菌,其中約有40%來自絲狀真菌。
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1930年代,果汁工業應用果膠分解酵素於果汁的澄清,成為工業接受微生物來源酵素之首例。1980年代後期,Genencor公司獲得第一個經由重組DNA及蛋白質工程製造之新種Subtilisin的專利。
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1988年Novo Nordisk公司第一個引進經由遺傳工程修飾Aspergillus oryzae的脂肪酵素,以Lipoiase之商品名上市,而目前釀造上使用的脂肪酵素則以來自Candida cylindracea為主。
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二、食品酵素的應用

酵素的應用由來已久,人類在數千年前就懂得利用麴來釀酒。直到19世紀,Edward Buchner首度證明,酒的發酵,是由酵素而來,酵素的應用發展才真正開始起步。

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1.糖工業

澱粉水解產物於食品工業之應用,主要是當做甜味劑,以取代傳統上所使用的砂糖。早在19世紀初,德國化學家Kichoff就發現加酸去煮澱粉可以產生甜味物質-葡萄糖。之後,由De Saussuer在西元1815年奠立工業化酸水解澱粉的基礎。

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而如澱粉酸水解液之DE值高於55時,則會有過量的葡萄糖形成,導致如:5-Hydroxymethylfurfural(5-HMF)及Levulinic Acid等化合物產生,此等副產物不僅難以去除,而且存在苦味,並會最終產品呈現黃色。
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以下介紹製作高果糖糖漿及機能性寡糖的相關酵素以下介紹製作高果糖糖漿及機能性寡糖的相關酵素

(1)高果糖糖漿(High Fructose Syrup,HFS)

果糖於1792年間被發現,但遲至1950年代才被應用於食品加工上,它的甜度約為葡萄糖的兩倍。

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而我國於1984年才開始有果糖的商品於市面上販售,目前有豐年、台榮及環泰三家大廠可生產果糖含量55%以上之HFS,所使用的原料以玉米澱粉及樹薯澱粉為主。而我國於1984年才開始有果糖的商品於市面上販售,目前有豐年、台榮及環泰三家大廠可生產果糖含量55%以上之HFS,所使用的原料以玉米澱粉及樹薯澱粉為主。
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HFS之生產製程分為兩大部分,一為「酵素反應工程」,其內容包括:液化、糖化及異構化反應三部分。液化可降低澱粉乳之黏度,形成安定且易於糖化作用之反應基質;糖化工程係利用amyloglucosidase將麥芽糊精轉化成葡萄糖;異構化工程是利用葡萄糖異構化酵素將葡萄糖轉化成果糖。
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(2)機能性寡糖

除此之外,機能性寡糖也陸續被開發,1995年開始商業化生產的海藻糖(Trehalose),由於具有機能性,產量增加到3萬噸,非還原性的四糖Maltosyl-trehalose,由於產品的多樣性極適宜加工特性,開始以寡糖的方式用於食品加工。

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Branchcoenzyme也可以製造大環狀的糊精,可用於運動飲料。利用葡聚糖轉移酵素(Glucanotransferase)所製成的大環狀直鏈澱粉(Amylose)被視為具機能性而用於食品加工。
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2.製酒工業

在釀造業未來的發展是朝多樣性,賦予更多機能、風味的產品,爲了滿足消費者需求,酵素的利用是必須的。以下介紹改善啤酒及葡萄酒品質相關的酵素:

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(1)啤酒

啤酒及發泡酒類產品,市場競爭十分激烈,業者主要原料的麥芽,或者副原料的米、玉米澱粉的比率,在酵母、酵素使用上也努力做到差別化,例如使用澱粉枝切酵素的高發酵性啤酒,使用轉葡萄糖苷酵素(transglucosidase)改善風味的啤酒。

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傳統啤酒釀造法為主發酵及熟成發酵二階段,其效率差、成本高,故食品酵素可應用於改變下列幾個啤酒製程:傳統啤酒釀造法為主發酵及熟成發酵二階段,其效率差、成本高,故食品酵素可應用於改變下列幾個啤酒製程:

(a)以大麥取代麥芽:可降低成本,須添加額外α-澱粉酵素、葡聚糖酵素、蛋白質分解酵素以補充因麥芽減少而量不足之酵素。

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(b)增加穀物等副原料的用量:提供酵母菌所需的氮源,但須額外添加蛋白質分解酵素。(b)增加穀物等副原料的用量:提供酵母菌所需的氮源,但須額外添加蛋白質分解酵素。

(c)穀物副原料的液化:利用耐高溫的α-澱粉酵素進行穀物副原料的液化。

(d)改善過濾:添加β-聚葡萄糖酵素,以分解β-聚葡萄糖(β-Glucan),提高麥芽汁之過濾速度。

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(e)低熱量啤酒:於醱酵過程中,添加β-澱粉酵素、澱粉葡萄糖苷酵素及澱粉葡萄糖化酵素,會幫助酵母將無醱酵性糊精分解為乙醇和二氧化碳,以減少啤酒成品之熱量。(e)低熱量啤酒:於醱酵過程中,添加β-澱粉酵素、澱粉葡萄糖苷酵素及澱粉葡萄糖化酵素,會幫助酵母將無醱酵性糊精分解為乙醇和二氧化碳,以減少啤酒成品之熱量。

(f)縮短啤酒熟成時間:乙醯乙醇是啤酒風味主要的成分,利用α-乙醯乳酸去羧酵素將α-乙醯乳酸直接轉化成乙醯乙醇,從而縮短啤酒熟成時間。

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(2)葡萄酒

  葡萄酒之製造是以葡萄汁為原料,其使用酵素以果膠分解酵素為主,但與一般加工製程不同的是製程中沒有加熱破壞酵素的步驟,因此必須使用純度較高的酵素製劑,以避免其他酵素活性影響葡萄酒的品質。

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葡萄酒的釀造中,加入β-葡萄糖化酶(Glucoase)、果膠酵素是為了改善製程,如果要使Monoterpene類的風味,可以加入對酒精及葡萄糖具耐性的β-葡萄糖苷酵素(β-Glucosidase)。葡萄酒的釀造中,加入β-葡萄糖化酶(Glucoase)、果膠酵素是為了改善製程,如果要使Monoterpene類的風味,可以加入對酒精及葡萄糖具耐性的β-葡萄糖苷酵素(β-Glucosidase)。
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此外,糖苷酵素(glycosidase)可分解帖烯糖苷(terpinyl glycosides),促使芳香族化合物帖烯(terpene)游離,增加葡萄酒的香氣。
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3.烘焙工業

依據麵粉使用量換算麵包的生產量約為120萬噸,全世界麵包用酵素的市場約為90億日圓。日本所使用的麵粉較其他國家品質高,因此雖然酵素的使用率低,但因為天然意識抬頭,使其需求逐漸增加。

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現在最主要的酵素為澱粉酵素、半纖維素酵素及葡萄糖氧化酵素,以提高麵包的柔軟度、縮短麵糰混合時間、改善麵包質地、提升麵筋蛋白的強度、麵包表皮色澤之控制、增加體積、抑制或延緩老化以延長保存期限。現在最主要的酵素為澱粉酵素、半纖維素酵素及葡萄糖氧化酵素,以提高麵包的柔軟度、縮短麵糰混合時間、改善麵包質地、提升麵筋蛋白的強度、麵包表皮色澤之控制、增加體積、抑制或延緩老化以延長保存期限。
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4.蛋白質加工業

利用各種蛋白酵素及胜肽酵素(peptidase)水解蛋白質素材,可以賦予加工食品各種機能,例如具有起泡性、乳化性的蛋白質素材,由於是可溶性、具生理機能,可以當成健康食品成份物:低過敏性的素材可以做為嬰兒奶粉的材料;消化、吸收良好的蛋白質、胜肽素材可用來製造營養劑,針對以上目的的酵素需求有微幅的增加。

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Casein-phosphopeptide主要是由胰蛋白酵素作用所產生的,除了可以促進鈣質的吸收外,又發現具有抑制過敏的新機能,未來將會朝此方向進行開發。
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與蛋白質組織化有關的氧化酵素有Protein disulfate isomerase及Lysyloxidase,未來可望創造更多樣化的膠質狀食品。隨著低分子化的趨勢,蛋白質脫胺酵素的開發也在進行,脫胺酵素可除去蛋白質中穀胺酸之胺基,使得等電點改變,可以改善蛋白質食品的溶解性及乳化性等加工特性。
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(1)蛋品加工

    全蛋或蛋白在濃縮或乾燥進行之前,進行糖分去除,可避免產品褐化與變味的生成。利用葡萄糖氧化酵素的添加,就可將葡萄糖轉化成葡萄糖酸;而接觸酵素可使雙氧水轉化為氧和水,具有去除氧化物的功效。

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(2)醬油

Novo Nordiske公司利用Aspergillus oryzae發酵可大量製備一種名為Kojizyme的麴酵素,它除有效縮短醬油製造時間外(傳統方法需時6~12月),並可大幅提昇醬油口感品質。

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Kojizyme包含高活性的內切蛋白酵素(endoproteases)及外切胜肽之應用方面,成效卓著。另外,Kojizyme具耐鹽及廣泛pH值下安定等特性等,一般製程若想達到胺基態氮與總氮量比值為122需時約70天,而以Kojizyme的添加將使整個發酵時程縮短為50天。
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(3)調味料

天然系調味料市場的量與金額均呈現成長的狀況,自從發生狂牛病以來,動物性抽出物雖然減少,但酵母抽出物彌補了這個缺口,抽取用的溶菌酵素(lysozyme),以及產生呈味效果的phosphodiester、脫胺酵素(deaminase),需求也跟著轉強。

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因此依水解程度的不同,可生產各樣之調味料產品,其中包括動物蛋白水解物(Hydrolyzed Animal Protein,HAP)、植物蛋白水解物(Hydrolyzed Vegetable Protein,HVP)、酵母水解物(Yeast Hydrolysates,YH)等。
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另外,加入核苷酸磷酸二酯酵素(nucleotide phosphodiesterase)將四種5’核甘酸完全釋放;腺苷脫胺酵素(adenylic deaminase)則是將5’-AMP轉化成5’-IMP (更具風味增強效果),以提高酵母核糖核酸的利用率,更增添產品的風味。
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1994年Novo Nordiske公司推出Flavourzyme,可用來製造沒有苦味的蛋白質水解液。
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(4)蛋白質重組

除了水解的酵素之外,轉麩胺醯胺酵素(Tgase)是具有將小分子蛋白質結合具有組織性質地的大分子產品之特殊酵素。

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TGase的應用相當廣泛,包括:

(a)重組魚、雞肉等肉品;(b)酪蛋白在TGase的作用下會變得黏稠,可黏住不同的食品成份;(c)改善香腸與火腿的質地和品質;(d)改善麵食類產品質地並延長貨架壽命

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(e)藉著分子間鍵結的形成,使得魚肉蛋白質泥可以在低溫下變硬;(f)利用TGase改善酸凝酪的生產;(g)用TGase來製造豆腐,高溫下質地好,能提升豆皮薄膜強度;(h)幫助麵包產品維持原來的體積大小;(i)TGase對明膠的凝膠性質也有改善的功效。
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5.油脂工業

(1)製造新型油脂及衍生產品

傳統的油脂工業是利用混合不同的油脂或以化學法(如:氫化、交酯化反應)來改變油脂的特性。目前酵素油脂工業的應用尚處於萌芽階段,脂肪分解酵素可針對甘油三脂特定位置的某些脂肪酸行交酯化作用。

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例如:以Unilever Reserch公司的酵素進行交酯化作用生產高價位可可脂製程,添加固定化特異性微生物脂肪酵素於原料棕櫚油(Palm oil)、甘油三硬脂酸脂(Tristearin)或硬脂酸(Stearic acid)的混合物後,再進行反應。
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棕櫚油中主要的組成油脂1,3-dipalmitoyl-2-oleyl glycerol(POP)在1,3位置的棕櫚酸(almitic acid)於反應時會被單一或全部置換為硬脂酸,生成可可脂的主要成份Palmitoyl-2-oleyl-3-stearoyl glycerol (POP)與Srea-royl-2-oleyl-3-stearoyl glycerol (SOS)。
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(2)改善油脂工業製程

(a)採油

通常橄欖油、大豆油、椰子油、菜籽油等植物油的採油是利用揮發性高的正己烷有機溶劑,如能配合利用添加纖維素酵素、半纖維素分解酵素、果膠分解酵素等酵素,增加其收率。

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(b)去膠

Lurgi公司的Enzy max-process是以磷脂質分解酵素A2分解油中磷脂質,使產生水溶性卵磷脂之後經離心分離去除。

(c)水解

除以高溫、高壓水解油脂之方法外,還可利用脂解酵素進行水解。

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(d)酯縮合

利用脂酵素可在溫和條件下獲得高純度酯。

(e)溶血卵磷脂

大豆磷脂質常被用來當食品用乳化劑,其中有些會用酵素處理以提高其乳化安定性。

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原先來自動物的磷脂酵素(Phospholipase A2),由於原料來源有問題,因此改用微生物發酵產生的酵素,用來改善溶解卵磷脂(Lysolecithin)的性質。溶解卵磷脂可以防止澱粉老化、與糊精結合提高製麵包率,同時具有改善血清脂質的效果。
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Phospholipase D除了可用於磷脂酸(Phosphatidic acid)製造外,也用於改善卵磷脂、磷脂醯絲胺酸(Phosphatidyl serine)的品質,後者被認為有賦活腦機能的效果。
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磷脂質具有降低血漿脂質,及傳達細胞資訊的功用,目前已經開始利用Phospholipase A2及Lipase的酯化交換反應,將EPA及DHA變成高機能性的油脂。
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6.乳製品工業

(1)乾酪

凝乳酵素可將牛乳中的酪蛋白(casein)分解成胜肽,在鈣離子存在下會產生凝乳作用,是乳製品工業使用量最大的酵素。目前使用的凝乳酵素有三種:動物性、微生物發酵產品及基因工程產品。

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西元前800年就已開始利用動物性凝乳酵素,生產製造乾酪;法國的System Bio-Industries(SBI)有專業技術生產動物性凝乳酵素,商品名為GrandineR。
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(2)脫脂奶修飾
  • 被核准於1994年11月29日的美國專利5368869號-「增加脫脂或低脂乳製品之乳酪感、顏色、口感及具高脂牛奶香味組成的製造方法」;為猶他州立大學Mr. Paul Savello和Mr. Hector Solorio兩位學者所獲得。
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此乃利用凝乳酵素將酪蛋白凝集成像全脂牛奶裡脂肪分子的大小,以改善索然無味、低黏稠度、低乳香、顏色灰藍的脫脂奶特性,進而提高其銷售額。此乃利用凝乳酵素將酪蛋白凝集成像全脂牛奶裡脂肪分子的大小,以改善索然無味、低黏稠度、低乳香、顏色灰藍的脫脂奶特性,進而提高其銷售額。
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(3)低乳糖乳
  • 乳糖是牛乳中主要的糖類,據估計全世界約有70%的人口腸道內缺乏乳糖分解酵素,因而無法利用乳糖,造成乳糖不耐症(Lactose Intolerance)。
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  乳糖分酵素一般由酵母菌、黴菌萃取而來;Tetra Pak International公司的Tetra Lacta System將無菌的牛奶混合包裝,在1~2星期的儲存期間,80%的乳糖會被分解,其市場接受度相當高。在低乳糖乳生產技術方面,1995年7月20日美國食品藥物管理局(FDA),通過三醋酸纖維素為固定乳糖分解酵素的固定劑。
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(4)控制乳品中的細菌
  • 乳過氧化物、乳汁中硫氰酸(thiocyanate)以及腸內乳酸菌生成的過氧化氫共同存在下,會形成具有殺菌作用的亞硫氰酸(hypothiocyanate),因此使用乳過氧化酵素(lactoperoxidase)可以控制乳製品的細菌,另外,應用過氧化氫與接觸酵素,也可以對牛乳和乳品進行殺菌作用並延長保存期限。
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7.飲料加工業
  • 2002年飲料的生產量,受到胺基酸系的Near Water及運動飲料市況良好,以及綠茶飲料、礦泉水市場持續呈正成長(102%)。隨著可以增強香味的β-葡萄糖苷酵素的上市,可以安定茶飲料色澤的酵素開始被開發,將對綠茶飲料造成衝擊。
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自從FDA認可大豆蛋白可以減輕心臟病以來,大豆相關產品在美國的市場明顯成長,也影響到日本的豆奶市場,預估2003年產量將超過10萬噸。
  • 有關大豆生理機能的報告很多,利用酵素作用開發出的健康食品素材也非常多樣化。大豆由來的食品其最大的問題是有豆臭味,以含有α-CD的CGT ase可以除去豆奶中豆臭味。
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酵素的用途不斷在擴大及實用化,以下介紹改善飲料品質之相關酵素:酵素的用途不斷在擴大及實用化,以下介紹改善飲料品質之相關酵素:

(1)果汁

  • 酵素應用於水果與果汁加工業有以下的好處:增加果汁的產量、降低果汁黏度,改善果汁過濾效率、改善果汁濃縮穩定性、提升果汁澄清度、降低果汁的苦味及增加水果的脫水速度等。
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橘皮甘酵素(hesperidinase)則可將不溶性的橘皮苷轉化成可溶性的橘皮苷-7-配糖質,同時也改善了產品的風味。此外,藉由CGT ase的移轉作用,可以將葡萄糖附加到各種食品上。加上葡萄糖後,桔皮苷(Hesperid dine)、維生素C、甜菊萃(Srervia)等的安定性及溶解性顯著提高,桔皮苷配糖體還可以抑制果汁飲料中桔皮苷沉殿。
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(2)咖啡及茶飲料
  • 使用單寧酵素(tannase)可防止茶飲料產品因低溫保存時產生的沉澱。而以溫熱狀態出售的罐裝咖啡,往往以由咖啡豆萃取而來的聚半乳甘糖露(galactomannan)會與乳蛋白和脂肪凝集並產生沉澱,為防止此狀況,可在咖啡抽出液或其濃縮液添加咖啡豆重的0.2 %左右之聚半乳甘糖露酵素,50 ℃下處理30分鐘,即可消除因沉澱而產生的澀感。
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8.健康食品產業

(1)保健食品

  • 目前在保健食品市場的酵素產品以混合酵素分解有機物質(蔬菜、水果、穀物)的型態居多,如:以混合酵素分解糙米的產品如糙米酵素;另外,也有單一酵素成份的產品出現,其中銷售量最大的是木瓜酵素和鳳梨酵素,所標榜的保健功效也多以健胃整腸、幫助消化為主。
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酵素劑與許多維生素和礦物質有相乘作用,實際上某些維生素(如:維生素B和C等)和礦物質(如:鋅)等可活化酵素,例如:鋅為超過300種不同酵素之輔助因子。酵素劑與許多維生素和礦物質有相乘作用,實際上某些維生素(如:維生素B和C等)和礦物質(如:鋅)等可活化酵素,例如:鋅為超過300種不同酵素之輔助因子。
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(2)機能性食品
  • 酵素也可當作機能性素材,例如鳳梨酵素具有某些抗發炎的功效,使用之後可以減輕肌肉傷口的疼痛以及減低肌肉磨損和拉傷,故鳳梨酵素很適合添加於運動飲料中,酵素可應用來製造各種機能性素材包含有:
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(a)蛋白質類機能性素材
  • 蛋白質水解物用於營養的添加上通常是使用酪蛋白、乳清蛋白與大豆蛋白等原料,利用蛋白質分解酵素製成部分水解或重度水解的蛋白質水解產品兩大類。部份水解的產品多半只有經過輕微的酵素水解,蛋白質可能還保有其致過敏的特性,因此較少用於嬰兒食品中,因其低黏度與較易接受的香味特性,常常被用於成人營養產品的補充上。
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另外,在日本的特定保健食品中有一項酪蛋白磷酸胜肽(casein phosphorpepti,CPP),是以胰蛋白酵素水解牛奶酪蛋白而得,其強調能提高鈣的吸收率;蛋白質水解物抑制血管收縮素轉換酵素(angiotensin converting enzyme,ACE)的活性,使得人體內的血管收縮素無法活化,而達到降低血壓的效果,如日本合成化學公司以鰹魚為原料,製成茶粉;可爾必斯公司則是以發酵乳為型態開發相關產品,經鑑定其主要有效成分為Val-Peo-Peo與Ile-Pro-Pro兩條胜肽。
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(b)油脂類基能性素材
  • 將棕櫚油三酸甘油脂上的棕櫚酸以油酸來取代,則可提高油脂在嬰兒腸道中的吸收性,因而使得這項產品可以直接應用在嬰兒食品上,含有大約25﹪Omega-3 脂肪酸的Menhaden (鯡魚)含有脂肪分解酵素,可將酯、膽固醇分離後在進行分段結晶即可得含有大約60~70﹪Omega-3脂肪酸的產品,另外若以多元不飽和脂肪酸來強化油脂性能,具有預防心血管疾病的功效。
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以多元不飽和脂肪酸來強化油脂性能,具有預防新血管疾病的功效。
  • 另外採用酵母菌來的脂解酵素,經選擇性水解作用促使DHA濃縮於甘油(glyceride)中,再利用縮合反應或醯(clay)基轉移反應使成為DHA含量50%以上的三酸甘油脂。
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(c)糖類機能性素材
  • 高果糖糖漿與現在風行於全球的寡糖完全是應用酵素所生產的糖類產品。化學鏈分歧的寡糖類益菌助生質,具有刺激腸道優勢乳酸菌和雙歧桿菌叢生長的效果,可以降低腸道癌的危險;另外,聚甘露寡糖可吸附病源菌,降低人體受到感染的危險;耦合糖(coupling sugar)、巴拉金糖(palatinose)更可當抗齲齒糖使用。
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9.飼料產業

  動物飼料主要的組成是植物材料,包含穀類和蔬菜蛋白質等,不易消化和利用,而酵素添加在飼料中的目的就是分解這些植物材料,以增加利用率和消化率,並促進養份吸收、增進動物的消化酵素系統。

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應用於飼料之酵素介紹如下:

(1)植酸酵素

  • 飼料中大部分以磷化植酸(phytic acid)的型式結合,因而非反芻動物不能利用飼料中的植磷酸,所以通常還需另外補充昂貴的無機磷,如此容易造成環境的污染。
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為了提升飼料中植酸磷的有效使用率,可加入微生物來源的植酸磷酵素(phytase)以釋放結合的磷,並且可回復飼料中30﹪的磷含量,如此不僅可以提高動物對飼料的利用率,並可降低排泄物中的磷含量,此法較提高飼料磷的含量更具經濟效益,也減少環保問題。為了提升飼料中植酸磷的有效使用率,可加入微生物來源的植酸磷酵素(phytase)以釋放結合的磷,並且可回復飼料中30﹪的磷含量,如此不僅可以提高動物對飼料的利用率,並可降低排泄物中的磷含量,此法較提高飼料磷的含量更具經濟效益,也減少環保問題。
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1997年Novo Nordisk公司已將基因重組的植酸酵素產品使用於飼料添加物上,其他多家公司亦朝基因重組技術研發方向改進中。動物飼料工業也因使用基因重組酵素的使用,快速成長中。日本天野(Amano)酵素製造商,近期將應用植酸酵素開發人類新產品。
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(2)碳水化合物分解酵素和蛋白質酵素(carbohydrases,proteases)(2)碳水化合物分解酵素和蛋白質酵素(carbohydrases,proteases)
  • 許多穀類的熱量被鎖在非澱粉多醣類(Non-Starch Polysaccharides,NSPs)中,例如纖維,利用carbohydrases可分解NSPs,如此會使能量代謝和蛋白質利用率增加。
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玉米具低含量的可溶性NSPs,故是一理想穀類,被廣泛的使用,但有些穀類NSPs是可溶的,因此會增加非反芻動物小腸的黏性,阻礙消化,選擇適當微生物酵素可以部分分解NSPs,降低小腸黏性並且改善飼料的利用率。蔬菜蛋白質來源,例如:大豆配料也包含NSPs,正確的結合使用carbohydrases和proteases,可增加蔬菜蛋白質的利用。玉米具低含量的可溶性NSPs,故是一理想穀類,被廣泛的使用,但有些穀類NSPs是可溶的,因此會增加非反芻動物小腸的黏性,阻礙消化,選擇適當微生物酵素可以部分分解NSPs,降低小腸黏性並且改善飼料的利用率。蔬菜蛋白質來源,例如:大豆配料也包含NSPs,正確的結合使用carbohydrases和proteases,可增加蔬菜蛋白質的利用。
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參、食品用酵素市場概況

1.全球酵素產業

  • 依日本產經新聞的調查,全球酵素市場大約在10億美元左右,2004及2005年日本酵素市場維持在160億日圓(約1.5億美元)。銷售量最大的酵素有製造乾酪用凝乳酶、添加在清潔劑的蛋白酶、生產果糖用的異構化酶、澱粉及葡萄糖工業用的澱粉糖化及液化酶、飼料添加用酵素,以及醫療、農業用相關酵素等。
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目前全球酵素產業大部分為歐洲公司所控制,且多半屬於小國,例如丹麥的Novo公司與荷蘭的Gist-Brocades NV公司即佔全球市場的六成左右,其餘則是由生技大國如美國與日本等國家所瓜分。因此,其他國家在酵素產業幾乎無立足空間。
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2.台灣的酵素產業

(1)過去

  • 台灣地區自行研發酵素源自於1970年代,當時台灣有風光一時的鳳梨加工品,而加工後的廢棄物如鳳梨皮及心富含有酵素,之後便利用鳳梨莖萃取鳳梨酵素,稱為「stem bromelian」。
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當時台灣鳳梨酵素產量曾是全球第一,與美國夏威夷並列全球鳳梨酵素王國。當時台灣鳳梨酵素產量曾是全球第一,與美國夏威夷並列全球鳳梨酵素王國。
  • 此時期台灣也曾研發木瓜酵素(papain),可惜因為木瓜的病蟲害問題沒有完全解決,以致影響了原料的供應。另外值得一提的是,當時也成功的由人體的尿液中萃取尿激酶(urokinase),這是與目前流行的納豆激酶具類似功能的醫用酵素,其後尿激酶外銷金額曾創下每年2億元新台幣的佳績。
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(2)現在
  • 目前台灣每年的酵素產值大約在2~3億元新台幣左右,包括鳳梨酵素、蛋白質分解素、飼料添加用細胞壁分解酵素、xylanase、納豆激酶以及用於製造果寡糖的轉化酵素等,但此酵素均以自產自用為主。
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日常生活中,在生鮮蔬菜、生魚、肉、醱酵食品中也含有酵素,人類由外部攝取的食物酵素愈多,身體生化反應便會進行得更為順暢,身體更為健康。日常生活中,在生鮮蔬菜、生魚、肉、醱酵食品中也含有酵素,人類由外部攝取的食物酵素愈多,身體生化反應便會進行得更為順暢,身體更為健康。
  • 在這種教育推廣有所成果的情況下,台灣民眾開始相信酵素的功能,並相信天然植物萃取酵素是最佳酵素補充來源。
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由天然植物中萃取,並經由生物技術方法醱酵所得到的酵素綜合液,是現代人補充酵素之最佳來源,這類天然植物包括蔬菜、水果、以及草本植物等。由天然植物中萃取,並經由生物技術方法醱酵所得到的酵素綜合液,是現代人補充酵素之最佳來源,這類天然植物包括蔬菜、水果、以及草本植物等。
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(c)未來
  • 由於台灣生物技術發展的重點為醫藥品,作為特化產品之ㄧ的酵素,目前並非是政府推動生技產業的主流。未來只能依市場需求,由民間業者自行研發,期待能有一番作為。
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肆、結論
  • 酵素工業源自於19世紀,但在20世紀末融入新生物技術,無論生產技術或應用都有突破性發展,而且酵素與日常生活息息相關。在台灣目前大力推動生技產業的情況下,各界注意力也應關切未來台灣酵素產業的發展。