引言
　　乳与乳制品是一种营养成份十分丰富的天然食品，它的营养价值早已得到了世人的公认，然而美中不足的是由于大多数人体内缺乏乳糖酶导致的乳糖不耐受现象，从而影响了人们对于乳制品的正常摄入，这在很大程度上也就制约了乳制品在人们日常生活中的普及和人体对乳制品营养成份的消化吸收。随着现代生物科学技术的发展，人们利用乳糖酶定向水解牛乳中大量的乳糖，从而也就使得从根本上去解决乳糖不耐受这一困绕世人多年的医学难题成为可能。本文就乳糖酶的来源种类特性及其在乳制品加工业生产中的应用作一简要论述，以期对大家有所启迪和帮助。

　　1 乳糖酶的来源及其应用特性
乳糖酶，又称b－半乳糖苷酶，或b－D－半乳糖苷半乳糖水解酶，它的作用就是在特定的条件下水解b－D－半乳糖苷键，将乳糖水解成a－D－葡萄糖和b－D－半乳糖，乳糖酶同时也具有半乳糖苷的转移作用，能把半乳糖连接到乳糖上，生成低聚半乳糖，作为一种益菌作用因子而用于功能性食品的开发。乳糖酶是一种白色粉末，无嗅无味，溶解后是一种浅棕色的液体，是一种无毒副作用的生物酶制剂，已由FDA、FCC、WHO/FAO和JACFA等权威机构评审确定为安全物质，国际生化编号为EC.3.2.1.23，CAS编号为9031-11-2。我国卫生部已于1998年10月同意将其列入食品添加剂卫生使用标准GB2760之中，允许在食品工业生产中使用。
　　乳糖酶在动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、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，然而在实际应用中一般都是从微生物中得到的。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，脆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。
　　乳糖酶因其来源不同、性质不同，所以也就决定其有着不同的应用特性及其使用范围。
　　a. 米曲霉之乳糖酶：该酶在PH值为4.0-4.5和温度为50-55℃时相对活力最高。在PH值3.5-6.0的范围内主要是用来处理牛乳或酸乳，该酶的热处理温度超过70℃很快就会失去活性。
　　b. 黑曲霉之乳糖酶：该酶在PH值为3.5-4.0和温度60-65℃时相对活力最高，从酶的热稳定性考虑，工业上常选用50℃或低于这一温度更为适宜，以免由于高温使酶失活。主要应用在处理干酪和酸性乳清上，在此条件下，90％以上的常见腐败细菌的生长可以受到抑制，由于该酶的分子量较小，且加工时不需要相关金属离子的稳定与激活，所以在乳品工业中的应用也较为方便。
　　c. 乳酸克鲁维酵母菌之乳糖酶：由于这种酶是从生存于牛乳中的一种微生物所产生的，因此，该酶在PH值为6.0－7.0和温度为35－40℃时相对活力最高，这个最适PH值与鲜牛乳的天然PH值6.6－6.8最为接近，因此，更适合牛乳和甜乳清的加工处理，对酸性乳清则需先调节PH值至中性才能使用，由于钠离子和铵离子对该酶的活力有轻微的抑制作用，钙离子有强烈的抑制作用，所以应选用氢氧化钾或磷酸钾作为中和剂较为适宜。该酶的最大优点是在4℃时仍具有一定的活力，这点在乳品加工中是大有益处的，因为在4℃的低温条件下那些引起牛奶酸败的腐败菌生长繁殖的速度非常缓慢，该酶的这一优点，可使牛奶与乳清即使在4－5℃时分解乳糖过上一夜也不会使其发生酸败变质，这一特点也就决定了该种乳糖酶更适宜于在乳品加工业中使用。
　　该酶的商品名称是中性乳糖酶，系统名称为β－D－半乳糖苷半乳糖水解酶，活力单位为NLU/L。目前，在国内已有包括美华生物、中牧科技等在内的几家专业的生物技术公司生产销售这种乳糖酶，其使用的效果普遍反映良好，可以和国外的同类产品相媲美。

　　2 乳糖酶在人体内的代谢
　　2.1 正常人体内乳糖的代谢
　　乳糖是由葡萄糖和半乳糖通过β－1，4糖苷键连接而形成的一种双糖类化合物。乳糖进入人体后首先被体内的乳糖酶分解为葡萄糖和半乳糖再被小肠吸收，葡萄糖比半乳糖的吸收速度漫，两者的吸收系数分别为100与122。葡萄糖可被人体直接吸收利用，而半乳糖则主要是在肝脏中转化为葡萄糖后才能能被人体所消化吸收利用。在此代谢途径中起调节作用的是尿苷二磷酸半乳糖-4-表异构酶。正常情况下有94%的半乳糖通过这条途径代谢，除此以外也可由红细胞代谢或者通过尿液排除。
　　2.2 乳糖酶缺乏患者体内的乳糖代谢
乳糖进入乳糖酶缺乏者体内后，由于缺乏乳糖酶，大部分乳糖不能在小肠中分解，而是直接进入结肠，在结肠中被肠道细菌分解产生甲酸等短链脂肪酸和CO2、CH4等不良气体，这些低分子物质由于渗透作用又会使肠道水分增加，从而导致了肠鸣、腹泻等不良症状。不过遇到这些症状消费者也不必太过惊慌，一般在发生4小时左右随着消化物的排泄能够自行消失。

　　3 乳糖酶的生物学功能及其反应机理
　　3.1乳糖酶的生物学功能
　　乳糖酶可将人体内的乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，葡萄糖是人体各部分代谢的能量来源，半乳糖则是人大脑和黏膜组织代谢时所必须的结构糖，是婴儿大脑发育的必要组织，与婴儿大脑迅速成长有着密切的联系。再者，乳糖酶还可以在人体内通过转糖苷作用生成低聚糖，这些低聚糖是一种低分量，不黏稠的水溶性膳食纤维，它在人体肠道内作为益菌增殖因子仅能被双歧杆菌所利用，却不能被腐败细菌所利用，如此可大大的减少肠道内有害毒素物质的产生，对预防便秘和腹泻有很重要的作用。
　　3.2 乳糖酶的反应机理
　　早期的研究工作表明，乳糖酶的反应机理至少可分为以下三步：
　　（1）乳糖＋酶→乳糖－酶
　　（2）乳糖－酶→半乳糖苷－酶＋葡萄糖
　　（3）乳糖苷－酶＋受体→半乳糖—受体＋酶
　　乳糖酶能够催化β-半乳糖苷类化合物中的β-半乳糖苷键，使其发生水解断裂，除能使乳糖分解生成葡萄糖和半乳糖外，还具有转移半乳糖苷的作用。专家们早期的研究工作表明，乳糖酶的活性位点上包含有硫氢基和咪唑基这两个功能基团，其中硫氢基可作为广义酸使β-半乳糖苷的氧原子质子化，咪唑基可作为亲核试剂进攻半乳糖分子上第一个碳原子上的亲核中心促进核苷键的断裂。近年来的研究认为，乳糖酶的催化机制与溶菌酶相类似，即硫氢基团作为酸提供一个质子给糖苷上的氧原子，另一个带负电的基团则可能通过形成过渡态的共价键来稳定中间过渡物糖苷上带正电的碳原子。
　　在上述反应的第三步中，乳糖酶将半乳糖苷转移给含羟基的亲核受体。当半乳糖苷的受体为水时，则发生水解，生成葡萄糖和半乳糖；当受体为另外的糖或醇时，则生成转半乳糖苷；当受体为乳糖时则生成相应的低聚半乳糖。这些产物反应过来又可以作为底物被乳糖酶缓慢水解。因此，乳糖的水解反应可视为半乳糖苷转移反应的特殊情况，即以水作为半乳糖苷的受体。在大多数情况下，由于反应体系中水的高浓度使水解反应占主导地位，从而使低聚半乳糖的生成量很少。

　　4 乳糖酶的获取技术方法
　　微生物产生的乳糖酶是胞内水解酶，传统的方法是需要破壁获得乳糖酶，破碎微生物细胞的方法很多，如自溶法、机器破碎法、冻融法、超声波破壁法等，每中方法需要经过比较后来采用。也可采用现代生物技术和膜分离技术在一定的温度和PH值条件下，对细胞进行渗透性处理一定时间，改变细胞壁和细胞膜的通透性，使细胞的乳糖酶表现活力大大增加，底物及水解产物更易于进出细胞，进行透性化细胞乳糖酶的生产，也有采用基因重组方法将酶自行分泌于胞外，外源新乳糖酶基因在宿主细胞中得到高效表达，其表达产物乳糖酶分泌于胞外，通过应用试验所获结果表明新构建的“工程菌”生产的乳糖酶在各种不同的温度条件下对乳糖的水解均产生姣好的效果，其水解率高达80-90%以上。此外，乳糖酶的获得也可采用酵母乳糖酶提取法，及采用多种无毒副的有机溶剂作用按一定比例配制成破膜溶剂，使酵母细胞在短时间内破膜，并使用外源性蛋白酶加速乳糖酶从酵母细胞膜上释放出来，然后用蛋白酶抑制物将蛋白酶灭活，即可得到初步纯化的酵母乳糖酶提取液，该方法可使乳糖酶产出率高且保持良好的保存性能，该方法获取的乳糖酶不低于总活性的35%，生产时间短、保存性能提高。
　　基因工程技术，对于乳糖酶的生产可以将活性高的乳糖酶基因导入易于培养、生长繁殖迅速的微生物体内，从而大大降低生产成本。为提高酶的产量和质量，常采用定点诱变，原生质体融合和DNA重组技术。为了进一步获得高产菌株，新的基因工程菌不断出现。我国科学家已经运用现代生物技术开发出了一种新型的乳糖酶，并构建出一种具有“真核反应器”功能和特点“工程酵母”，其外源新乳糖酶的基因在毕赤酵母中得到高效表达，其表达产物分泌于细胞外，产量达到6g/L，乳糖酶新基因于宿主酵母菌中的表达产物乳糖酶的活性为3600NLU/L，比目前国际上报道的“工程米曲霉”最高表达产量高出6倍。

　　5 乳糖酶的固定化及其应用
　　目前，国内外生产低乳糖乳制品主要是采用直接添加乳糖酶水解技术。尽管游离态乳糖酶水解乳糖的工艺技术比较简单成熟，但商业化乳糖酶制剂存在价格昂贵、添加量偏大等缺点，从而影响和限制了它的推广和使用。随着固定化技术的兴起与发展，固定化乳糖酶以其对酸碱的耐受力增强、热稳定性增强、较游离态乳糖酶的活力显著提高、保质期延长，而且又具有可以反复使用、连续化操作、缩短生产周期、显著降低使用成本等诸多优点，目前已经在美国、英国、法国、日本和意大利等国家进行大规模的工业化推广使用。乳糖酶的固定化主要包括吸附法、包埋法、结合法、热处理法和共价交联法等几种常用的技术方法。专家们经过比较研究发现，乳糖酶的固定化在工业化生产中采用包埋法最为理想。具体方法是：按照一定的比例将丙烯酰胺单体、N.N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合配制成溶液，过滤除去不溶性物质，然后再与适量的乳糖酶混合，立即加入四甲基乙二胺，迅速混匀，倒入

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