乳糖酶在乳品工业中的应用

乳与乳制品是营养成分十分丰富的天然食品，其营养价值早已得到了世人的公认，然而美中不足的是由于部分人体内缺乏乳糖酶导致的乳糖不耐受现象，影响了他们对乳制品在人们日常中的普及和人体对乳制品营养成分的消化吸收。随着现代生物科学技术的发展，人们利用乳糖酶定向水解乳中大量的乳糖，从而使得从根本上解决乳糖不耐受这一困扰世人多年的医学难题成为可能。本文就乳糖酶在乳品加工业生产中的应用做一简要论述，希望对大家有所启迪和帮助。

β—半乳糖苷酶又称β—D—半乳糖苷半乳糖水解酶，商品名为乳糖酶。它能够催化β—半乳糖苷化合物中β—半乳糖苷键发生水解，还具有半乳糖苷的作用，是一种无毒无副作用的生物酶制剂，已由FDA、FCC、WHO／FAO和JACFA等权威评审机构确认为安全物质，国际生化编号EC3.2.1.23，CAS编号为9031﹣11﹣2。中国卫生部已于1998年10月同意列入GB2760中。利用乳糖酶水解乳糖的性质降低乳制品的乳糖含量，开发更易被人体吸收、被更多的消费群体所适用的低乳糖系列奶制品已成为乳品行业的新亮点。但是众多因素诸如制备酶的过程中酶活力的损失、生产工艺复杂、产量低等制约了乳糖酶在生产中的应用，其中很重要一点是成本太高。因而很多学者在构建高效生产乳糖酶的菌株，筛选酶学性质更为优良的乳糖酶，培养基的优化等方面做了大量研究。

乳糖酶属于糖基水解酶家族的一员，分子量在54万左右，是一个四聚体三维结构；是一种白色粉末，无嗅无味；可催化乳糖水解为半乳糖和葡萄糖。乳糖酶在植物和微生物中分布广泛，植物来源主要有桃、李、杏、苹果、扁桃和咖啡豆等，动物来源主要有肠、脑等器官和皮肤组织，微生物来源主要有大肠杆菌、乳酸杆菌、酵母菌和霉菌等，在实际应用中一般都是从微生物中得到。乳糖酶根据不同来源可分为胞内水解酶和胞外水解酶，其中乳酸酵母、黑曲霉、米曲霉和米根霉等所产生的乳糖酶均为胞外水解酶，胞壁克鲁维酵母和大部分细菌所产生的乳糖酶均为胞内水解酶。通常，霉菌所产乳糖酶适用于水解牛乳（pH＝6.1）中的乳糖。微生物乳糖酶最适作用温度范围较宽，酵母乳糖酶作用温度在35℃左右，而霉菌最适作用温度一般在50℃以上，最高可达60℃，环状芽孢杆菌则可达65℃，嗜热水生菌则为80℃，耐高温微生物菌株使用时可避免杂菌污染。

牛乳含有多种营养成分，是一种营养素比较完善的食品，其中含有5％的乳糖。乳糖是一种由半乳糖和葡萄糖过β－1,4糖苷键构成的双糖，它的甜度在甜味糖中最小，溶解度也最低，在肠道中难被消化吸收。许多儿童和成人因体内缺乏能够分解乳糖的乳糖酶，饮食牛乳后常会引起消化不良，严重者会引起腹泻、呕吐、腹痛和腹胀等不适应症（又称乳糖不适应症）。乳糖酶的应用可以很好地解决这一问题。目前生产的乳糖酶制剂主要有几种类型: ①口服乳糖酶片：包括中性乳糖酶外包溶膜片和酸性乳糖酶片两种，可直接服用；②乳糖酶制剂：粉末状或颗粒状；③固定化乳糖酶制剂:粉末状或颗粒状。后两种乳糖酶制剂主要用于乳品工业。

乳糖酶在乳品工业中的主要应用。⑴乳糖水解乳的制造及应用。所有的哺乳动物，尤其是人，在出生后肠道里具有乳糖酶活力，但断奶后其他食物和牛乳等逐渐代替母乳，乳糖酶的活性也逐渐减小，甚至无乳糖酶产生，因而引起乳糖不适应症。乳糖水解是乳糖不适应症的最佳食品，其加工工艺为：新鲜牛乳（含有5％的乳糖）在85—90℃巴氏杀菌条件→灭菌乳在冷却至45—50℃，加入乳糖酶制剂或通过固定化酶分解柱进行连续分解条件→乳糖水解乳（无乳糖或低乳糖乳）→装罐或装袋→114—116℃灭菌20min→成品。乳糖水解乳除用于乳糖不适应症者外，在乳品加工中还有以下几个方面的适应，在浓缩乳制品中的应用：一些浓缩乳制品如甜炼乳，由于乳糖易结晶往往造成产品不合格，若在加工中添加25%~30%的乳糖水解乳，不但可以防止结晶现象，还可以增加产品的甜度，减少蔗糖用量。在发酵乳制品中的应用:用乳糖水解乳制造酸乳时，可以缩短乳凝固的时间约巧15%~20%，由于乳酸菌生长快，菌数多，可延长酸乳的货架寿命。用于加工干酪时，不仅缩短乳酪的凝固时间，而且乳酩凝固坚实，减少乳酪澄清时造成的损失，降低成本。⑵冰淇淋的制作及应用：在冻结的牛奶中呈溶解状态的乳糖与一部分钙盐结合存在, 当乳糖发生结晶后, 脱离乳糖的部分钙盐作用于乳蛋白质, 促进了蛋白质的沉淀, 同时, α—乳糖水合物的生成, 对蛋白质起到一种脱水作用, 所以也构成了破坏蛋白质胶粒稳定性的因素。这也就是甜炼乳中加入蔗糖可增加其酪蛋白稳定性的原因。加入蔗糖可提高牛乳的粘度, 使乳的冰点下降, 节制乳糖结晶而析出, 从而起到增加乳蛋白稳定性的作用, 避免了絮凝现象的发生。乳糖经过酶解后, 可避免上述危险。经过适量水解处理后的脱盐乳清粉或乳清蛋白浓缩粉能大量取代牛奶的固性物, 即使储藏一年也没含沙现象。⑶乳清糖浆和半乳糖葡萄糖浆的制造及应用：乳清糖浆的制造及应用乳清是加工干酪及干酪素的副产品，世界年生产量约9×107吨，其中一半用于生产乳糖和乳清蛋白，其余一半当废水排放，不仅造成浪费，而且污染环境。乳清中含有乳清蛋白、乳糖、矿物质和维生素等营养成分，其中乳清蛋白是完全蛋白质。用乳糖酶水解乳清，使其中4.5%的乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，甜度达到蔗糖甜度的65%—80%，溶解度增加3—4倍，称为乳清糖浆。乳清糖浆可以代替卵蛋白和蔗糖，用于面包、月饼、蛋糕、乳脂搪和乳脂软糖的加工，使产品风味和外观质量大大改善。此外，还可用于制作乳清饮料、乳清酒和格瓦斯等。半乳糖葡萄糖浆的制造及应用：从乳清分离得到的乳糖，经乳糖酶水解形成半乳糖和葡萄糖的混合液，称为半乳糖葡萄糖浆。若再经葡萄糖异构酶将其中的葡萄糖异构化生成果糖，则称为半乳果葡糖浆，其甜度与等浓度的蔗糖相当。这种糖浆主要代替蔗糖作甜味剂，用于各种点心、饮料、罐头食品以及冰淇淋、雪糕的加工，效果很好。综上所述，不同来源的乳糖酶由于其乳糖酶的特性不同使其在乳品工业中的不同领域得到应用，随着研究的深人，我们可以预料，不久的将来乳糖酶在乳品工业中的应用将会日益广泛。

随着科学技术的发展和人们对乳糖酶的进一步研究，乳糖酶的应用范围越来越广，将来乳糖酶的应用就不仅仅局限于解决乳糖不耐受问题，还将在食品、医药、环保、基因治疗等各个领域发挥重要作用，具有广阔的市场前景。例如，在食品上，软化是果实成熟的重要标志，是一个复杂而有序的过程，涉及一系列生理生化反应。果实成熟过程中初生细胞壁在细胞壁多糖降解酶的作用下，细胞壁多糖发生降解，高聚物解离，细胞壁组织变软导致果肉软化。乳糖酶可以使细胞壁的组分变得不稳定，并通过降解具支链的多聚醛酸使

果胶降解或溶解，使果实软化。在医药上，乳糖酶可作为助消化类药物，适用于婴儿各种消化不良症，如原发性乳糖酶缺乏，因胃障碍及缺铁所致的幼儿慢性腹泻、幼儿及新生儿腹泻等，且对新生儿无毒害作用。用于治疗乳糖不耐受的乳糖酶药物还可与其他抗生素联用，此类药物可调整肠道正常菌群，拮抗轮状病毒，对肠黏膜上皮细胞损伤有一定治疗效果。很多药物中都含有乳糖酶，如乳糖酶冻干酵母制剂、酵母乳糖酶肠溶微囊制剂等。在基因上，乳糖酶是一种常用的报告基因分子，经常与荧光素酶报告基因一起转染细胞，被用作荧光素酶报告基因检测的内参照，从而消除因为质粒的转染效率不同而带来的误差。

近年来低温乳糖酶的研究成为热点，由于低温乳糖酶有其本身的优越性，近年来已成为研究的热点，很多科学家都开始研究南极等那些常年冰封的土壤或者湖中的微生物已报道低温乳糖酶产生菌有嗜冷菌和耐冷菌，通过 16S rRNA 序列分析可知，大多数低温乳糖酶产生菌为节杆菌( Arthrobacter) 和交替假单胞菌( Pseudoalteromonas)乳糖酶的生产成本也将大幅降低，乳糖酶的适应性也将提高。目前，本实验室也正在从我国寒冷地区的土样中对低温乳糖酶产生菌株进行筛选并且将克隆其基因到大肠埃希菌中表达，随着研究的深入，低温乳糖酶的工业化生产及其在各个方面的应用将会逐步实现。