乳糖酶项目(20页).doc

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1、-乳糖酶项目-第 20 页乳糖酶项目2009-08-29 11:15:04|分类：默认分类|字号订阅一 、项目概述随着生长发育，人体内乳糖酶活性却呈规律性衰减，甚至缺乏，最终造成“乳糖不耐症”的发生，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，增加患软骨病和骨质疏松的危险。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，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行。该乳糖酶项目采用现代分子生物学技术、基因工程技术、现代生物发酵技术等开发的乳糖酶，在实际应用中其有效性、热稳定性、抗

2、逆性和广谱性方面均优于国内外同类产品。同时,表达的乳糖酶还可自行分泌到细胞外,一举解决了目前乳糖酶生产过程中的单位产量低、酶后加工困难的问题,使乳糖酶的工业化廉价生产成为可行。另外，利用该技术生产乳糖酶还具有发酵方法简便易操作、发酵原料便宜易得、对设备要求低、乳糖酶产量大且稳定等特点,大、中、小发酵企业均可生产。乳糖酶的生产也不产生任何有毒有害的污染物,不会造成环境污染,为环保型技术,有很好的技术推广前景。乳糖酶技术提供了人们对乳糖不耐受症症状预防与保健的思考方法和有效途径，乳糖酶可减少乳糖不耐受症的发生，乳糖酶项目可促进乳品消费量，对乳业发展以及推动“奶业振兴计划”、“国家学生饮用奶计划”、

3、“学生长高工程”的实施具有重要意义。乳糖酶的产业化一方面能创造巨大的社会、生态和经济效益,对改善人民的生活水平、提高人民的生活质量有重要意义,另一方面,它还将在推动基因工程等高新技术向传统食品工业渗入、开辟食品工业新领域等方面起示范作用。同时，该项目在医药领域和畜牧业也有广泛的应用。乳糖酶产业化的实施利国利民，有利于农业产业结构的调整，对畜牧养殖行业，尤其是乳品产业链都有良性影响，有利于乳品行业调整结构和行业集中度的提高，对地方经济发展和居民收入增加有带头作用。通过促进乳品行业的发展来促进畜牧养殖业的发展，对养殖户增收 ，工人居民就业均有较好的促进，同时又能节省大量的外汇。二、乳糖酶产业的发展

4、现状和趋势1、乳糖酶产业的发展现状全球对于乳糖酶工业化生产的研究已开展几十年，我国的研究历史也较长，但目前乳糖酶并未在食品工业中得到广泛应用，主要原因是：(1)乳糖酶的单位产量较低；(2)市场上销售的乳糖酶多为胞内酶，且大部分来源这种酵母 (Kluyveromyceslactis、Kluyveromycesfragilis)的胞内酶，需破碎细胞才能得到，提取、纯化工艺繁杂；（3）乳糖酶的耐热性差、适用范围窄；（4）生产周期长。由于上述原因致使乳糖酶销售价格过高、应用成本昂贵、适用范围窄,不能满足食品、乳制品工业和医药领域等多方面的需要。2、乳糖酶产业发展趋势低乳糖和低乳糖制品是我国食品工业十五

5、发展规划中重点发展领域，为提高我国普遍存在的乳糖不耐受症人群的生活质量，促进“学生奶计划”的有效实施，因此乳糖酶的低成本产业化生产迫在眉睫。为获得高产菌株，新的基因工程菌不断出现。基因工程技术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。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工程菌中得到高效表达，其表达产物乳糖酶分泌于细胞外，乳糖酶活性高，耐热，稳定性强。现代分子生物学技术、基因工程技术、现代生物发酵技术等高新技

6、术的利用，使乳糖酶高活性、低成本产业化发展更突破性意义，对于乳糖酶的产业化起到了积极重大的推进作用。三、乳糖酶技术依托的技术背景及其技术优势1、乳糖酶技术依托的背景乳糖酶技术依托佛罗里达大学和美国分子克隆公司技术力量，由Florida University分子生物学专家李侍武教授指导的研究小组,利用现代分子生物学、基因工程技术,现代生物发酵技术，通过多年的攻关,获得高产菌株，开发了一种新型高效的乳糖酶及其廉价生产技术。李侍武教授及其研究组在许多领域有突破性的研究，特别是在基因重组、蛋白纯化、生物发酵、制剂研究等方面。2、技术优势李侍武教授所领导的研究组，同时研发了多种不同菌种发酵的乳糖酶生产技

7、术，用以适应不同的市场需求，比如：食品添加剂方面可以考虑用酵母发酵实现乳糖酶产业化生产，工业方面可采用细菌发酵实现乳糖酶产业化生产，能因时制宜、因地制宜地采取合理、低成本的工艺。2.2开发的乳糖酶性质稳定，活性强李侍武教授研究组研发的乳糖酶，理化性质稳定，在实际应用中的乳糖酶有效性、热稳定性、抗逆性和广谱性方面均优于国内外同类产品，解决了乳糖酶性质不稳定的难题。通过技术攻关，筛选出高效表达菌株，使乳糖酶的单位表达量成为国际领先水平，表达的乳糖酶还可自行分泌到细胞外,一举解决了目前乳糖酶生产过程中的单位产量低、酶后加工困难的问题,四、乳糖酶生产工艺及其仪器设备1、乳糖酶生产工艺保存菌种 活化 一

8、级种子 二级种子 上罐发酵 下罐，收集发酵产品 陶瓷膜微滤或离心 收集上清液 超滤浓缩 喷雾干燥 收集成品保存菌种 活化 一级种子 二级种子 上罐发酵 下罐，收集发酵产品 陶瓷膜微滤或离心 收集菌体 破壁细胞 收集细胞裂解上清 喷雾干燥 收集成品2、仪器设备设备名称数量备注微生物发酵罐若干参数根据产量要求设定紫外分光分析仪1蒸汽灭菌消毒器1或2参数根据产量要求设定陶瓷膜设备1参数根据产量要求设定超滤浓缩机1参数根据产量要求设定喷雾干燥机1参数根据产量要求设定离心机1参数根据产量要求设定医用型洁净工作台2水平摇床2参数根据产量要求设定超低温冰箱1普通冰箱1恒温培养箱2五、乳糖酶应用领域1、乳糖酶

9、在乳品工业中的应用 1.1 低乳糖牛奶用乳糖酶水解乳糖生产出的低乳糖纯牛乳奶香味更浓，甜度更甜，可明显改善口感和提高牛奶的营养价值。1.2 调味花色乳饮料、奶酪用乳糖酶水解乳糖牛乳生产的调味花色乳饮料也比单纯的调制乳饮料甜味更加温和1.3 发酵乳在发酵过程中，一般酸奶仅有20左右的乳糖被分解，如果使用乳糖酶来水解乳糖，最可达90以上的乳糖被分解。在相同水解率的条件下，可降低发酵时间30左右，而且产品又具有较高的粘度，乳香味更浓，口感更佳。另外，在低乳糖酸奶中，由于乳酸菌生长繁殖的速度较快，菌数的含量增高，还可明显的延长发酵乳的货架期寿命。1.4 甜炼乳由于水解了适量的乳糖，在浓缩时避免了乳糖的

10、结晶现象，使得产品的口感细腻，香味十足，增加甜度，减少蔗糖的用量，抑制细菌，从而改善了产品的品质。1.5 低乳糖奶粉可供开发的低乳糖奶粉的品种繁多a.低乳糖婴幼儿奶粉 可供那些先天性缺乏乳糖酶的婴幼儿、早产儿；对于普通婴幼儿，用乳糖酶水解乳糖乳生产的低乳糖婴幼儿奶粉也比现行的婴幼儿奶粉更容易消化吸收得多。b.低乳糖中老年奶粉 现在营养专家倡导人们健康的饮食原则是“低脂、低糖、高蛋白”，这对于中老年人更为适宜。况且用乳糖酶水解乳糖乳生产的低乳糖中老年奶粉中还有8左右的低聚半乳糖，它具有促进肠道有益菌群生长繁殖和调理肠道内微生态平衡的作用。1.6 乳清糖浆乳清和超滤乳清中的乳糖水解后可增加其甜味和

11、提高糖的溶解度。不同比例的葡萄糖和半乳糖混合糖浆其甜度相当于蔗糖的6080，乳清糖浆可用于奶糖、棒棒糖、乳脂糖、鲜乳软糖、面包、饼干和月饼等糖果糕点的加工制作中代替部分的蔗糖和卵蛋白，避免乳糖结晶、焦糖、沙包以及纹理等不良现象的发生，使得产品的风味和外观质量大为改善。此外，乳清糖浆还可用于制作三明治、格瓦斯和乳清酒以及乳清饮料等。1.7 半乳糖果葡糖浆从乳清中分离得到的乳糖经乳糖酶的水解后形成半乳糖和葡萄糖的混合液，称为半乳糖葡萄糖浆。若再经过葡萄糖异构酶的异构化处理，则可将葡萄糖部分异构化转变成为果糖，该产品的混合液，就称为半乳糖果葡糖浆。其甜度与蔗糖接近，甜味却更加可口，并具有促进肠道中双

12、歧杆菌增殖的功能。1.8 冰淇淋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，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，既使储藏一年也没有含沙现象。这样既增加了甜度，同时又取代了部分蔗糖的用量，而且较大量的乳清蛋白改善了产品的组织结构，不仅口感更好，奶香味郁浓，同时由于半乳糖能够降低冰点的特性，提高了冰淇淋产品在低温下的抗融化性，同时也降低了成本。1.9 乳味烘焙食品添加乳糖酶水解乳糖的低乳糖奶粉来作为辅料生产面包等烘焙食品，不仅甜度有所增加，而且发酵产气量

13、增大，更利于面包膨大可口，水解产生的半乳糖也有益于褐变现象，从而改善面包色泽，具有良好的色香味。2、乳糖酶在医药保健方面的应用乳糖酶能乳糖分解为葡萄糖、半乳糖，使乳糖在小肠内消化，避免恶心、呕吐、腹胀、腹痛和腹泻等一系列症状的发生。乳糖酶水解乳糖后生成的半乳糖是构成脑及神经组织中糖脂质的一种成分，能促进脑苷和粘多糖类的生成，对婴儿的智力发育十分重要。乳糖还有促进钙吸收、维持肠道内微生态平衡、防治婴儿下痢的作用用牛乳或乳清作为底物经过乳糖酶的转糖苷作用得到的低聚半乳糖是，可以作为双歧杆菌的增殖益菌因子，使得增殖后的双歧杆菌能够竞争性的拮抗腐败菌如产气夹膜梭菌的生长，减少肠道有害毒素物质的产生，防

14、止便秘和腹泻，有整肠的效果。2.4能够提高钙的有效吸收率并防止骨质疏松症的发生。2.5有利于促进有机酸的生成，降低肠道的PH值，抑制外源菌的生长代谢。2.6有利于B族维生素的产生。2.7降低龋齿的发生率。2.8改善脂质的代谢以及抗癌、降低血压和增强肝脏的功能等作用。3、乳糖酶在畜牧业中的应用仔猪的腹泻问题是猪场面临的最大难题之一，对猪场的效益影响巨大。一般认为仔猪发育障碍和体能消耗的主要原因是腹泻造成。乳糖作为幼畜能量的重要来源，是开饲前唯一的碳水化合物，在哺乳仔猪生长代谢中起着重要的作用。当哺乳仔猪的乳糖酶的活性降低（先天性基因缺陷或者后天障碍）时，即出现乳糖不耐受状态而发生腹泻，其特征为粪

15、便中水分，乳糖和乳酸的含量比正常粪便高，pH值下降等，经过乳糖酶的针对性治疗后能够有效恢复。试验证明小鼠体内乳糖酶获得表达后刺激机体产生抗-半乳糖苷酶抗体。乳糖酶的核酸可以在哺乳动物骨骼肌中表达并刺激机体免疫系统产生免疫应答。六、乳糖酶产业化背景分析和市场前景分析以及国内现有生产企业1、乳糖酶产业化背景分析庞大的乳糖酶不耐受症人群对乳糖酶的迫切需求中国营养学会副秘书长杨月欣教授等人对中国儿童乳糖不耐受的发生率研究表明，35岁、78岁、1113岁组儿童中，乳糖不耐受发生率分别为12.2%、32.2%、29%，乳糖酶缺乏发生率分别为38.5%、87.6%、87.8%。随着年龄的增长，乳糖酶缺乏率也

16、在增长。发生乳糖不耐受的儿童中，80%的儿童虽有不耐受症状但仍能忍受或照常学习和玩耍，有少部分儿童有严重的难忍受的不耐受症状。据我国临床医学专家肖玉桦教授等人的调查结果表明：我国健康成人的乳糖吸收不良率高达92%。多于一半的成年人有乳糖不耐受症状。乳糖酶缺乏的发生率在南方和北方城市是相近的，乳糖不耐受症状发生率则北方城市总体高于南方城市，乳糖酶缺乏的发生率有明显的随年龄升高而升高的趋势。这么庞大的乳糖酶不耐受人群迫切需求低乳糖和低乳糖制品，因此，我国将低乳糖和低乳糖制品作为食品工业十五发展规划中重点发展领域，乳糖酶产业将承担此发展规划的重要使命。我国稳步发展的奶业更期待乳糖酶工业的发展乳糖酶广

17、泛应用于食品行业,特别是乳品工业,现今乳糖酶的需求量以每年40%的增长率逐年增加，在国内属新兴的高科技生物制品行业,国内大量的乳糖酶的需求都基本须来自于进口,价格在100万元/吨以上。我国奶业作为一个产业已基本形成，1985年中国牛奶产量为249.9万吨，奶类产量为289.4万吨，2007年牛奶产量和奶类产量分别上升到3525.2万吨和3633.4万吨，年复合增长率分别达到12.78%和12.19%。尤其是2000年以后乳制品产量增长加速，2000-2007年牛奶产量年均增速达到23%。2007年中国奶量增长占世界奶量增长一半以上，成为世界第三大产奶国。2008年上半年中国牛奶产量达到1860

18、万吨，同比增长12.1%。图：1985-2008年中国牛奶产量和奶类产量（单位：万吨）（数据来源于国家统计局）以上数据说明了我国奶业的迅猛发展，同时奶业的发展催生了各类乳制品的开发。随着低乳糖及低乳糖制品的开发，食品产业对乳糖酶的需求逐渐增长。中国奶业发展势态良好，据中国农业部制订的中国乳业中长期发展目标，到2030年，中国奶类人均占有量将达到25千克，总产量达到4250万吨。从目前到2030年，牛奶年产量在1800万4250万吨，按10%-20%生产低乳糖制品计算，一吨奶需要一公斤乳糖酶，那么从目前到2030年，国内乳糖酶最低年需求量是1800吨/年4250吨/年。目前国内具有规模的生产厂家

19、太少，仅一家，产量和对高温耐受性均远远不能满足乳糖酶市场的需求，因此市场迫切要求乳糖酶产业化的迅速发展。 人们科学健康饮奶意识的形成、消费结构逐步改、消费人群逐步扩大并趋于平衡等因素，促使健康易消化吸收的低乳糖、低乳糖制品和含乳糖酶的食品产业化，乳糖酶的需求稳步增长，乳糖酶的产业化更是迫在眉睫。、乳糖酶缺乏是一个世界性的问题,地球上只有居住在阿尔卑斯山以北的荷兰人、丹麦人和瑞典人等民族有充足的乳糖酶，因为这些地区的人缺乏日照，因而缺乏维生素D而影响钙的吸收，为了避免软骨病，他们的祖先通过喝牛奶，用乳糖代替维生素D来吸收奶中的钙。乳糖酶缺乏状况很严峻，尤其在亚洲、非洲等一些国家,世界上超过三分之

20、二的人缺乏乳糖酶，这使乳糖酶有着更广阔的国际市场需求。西方许多国家的乳制品摄入量较高，目前，全世界每天消耗19亿升牛奶，乳糖消化吸收和营养作用受到高度重视，乳糖酶缺乏和不耐受的宣传也非常广泛，这为乳糖酶项目能顺利发展提供了知识普及和文化铺垫。2、乳糖酶市场前景分析目前我国对乳糖酶的需求主要靠进口解决，国内生产能力远远不能满足国内市场需求，仅国内几大牛奶生产商伊利、蒙牛、完达山、光明等大型企业需求在鲜奶中添加乳糖酶每年不少于2000吨，由于对乳糖酶在牛奶吸收认识的增加，使得对乳糖酶的需求量每年将以40%的速度递增，在未来5年内仅乳制品行业需求量就在3000吨以上。采用基因重组发酵得到高纯度乳糖酶

21、的方法实现乳糖酶规模化产业化的发展，批产能从公斤级提升至吨位级，使得生产成本大幅度降低，由于供需严重不平衡，产量在短期内远远达不到全民需求，加上微生物生物工程产业化人才奇缺，在产业化过程是一种需要长期经验积累的过程，培养一名优秀的生产技术型人才需要多年时间，在该项目选择时，不完全是资本就能决定生产厂家遍地开花，因此，乳糖酶产品在近10年内只能满足少量人的需求，其市场单价跟随市场需求满足率变化，将稳定在一定水平。2、国内现有生产企业目前，国内乳糖酶生产企业大造声势的很多，其实真正生产的只有一家，仅哈尔滨美华生物技术股份有限公司，年产量不到20吨，而且该公司是中型乳糖酶，不耐高温，热稳定性不强。其

22、余的属于一些生物科技研究单位，处于实验室水平，每批产能仅为10g500g之间的水平。七、环境保护1、生产厂区与生活办公区分开，不产生交叉污染，按环境保护规划要求设计各功能区域布局及绿化面积、风向、周边环境要求。2、严格执行废液、废渣、废气排放标准，对生活污水与工业污水分开分别净化处理，工业废水主要成分为少量的无机盐：磷酸钾、磷酸钙、硫酸钾、硫酸镁，通过离子交换处理系统达到排放标准，不会对水源造成污染；废渣为酵母菌体，经高温灭菌作为高蛋白饲料原料或生物肥料；废气为及其微量的二氧化碳，不会对空气环境造成污染。3、本项目实施在理论上不会造成环境污染。八、经济效益分析1、项目投资需求以年产40吨规模设

23、计，投入10条发酵生产线，一套分离纯化干燥线，每周生产1批，按每年40批计算：需要配备厂房2座，各1000平方米；辅助生产厂房3座，动力厂房500平方米，污水处理区域500平方米，原辅料仓库500平方米；综合办公用房1座1000平方米；生产技术工人30人；生产检测设备900万元，厂房土建700万元，厂房净化装修800万元，土地购置使用50亩，按工业产业园区招商优惠政策土地转让金为500万元，技术引进使用费用200万元，前期投入合计为人民币3100万元。2、项目成本效益计算本项目原辅材料为水、酵母浸膏、蛋白胨、葡萄糖、淀粉、无机盐、少量酸碱度调节剂和甲醇等，均廉价易得。每生产1吨乳糖酶需要2吨原

24、辅料（不含水），成本为1万元；燃料动力水电每吨需耗费0.8万元；人员工资管理费用每吨3万元；折旧费用分摊每吨计3.6万元；应缴税收、运输及其他费用每吨1.5万元。每吨实际综合成本为9.9万元，国际市场食品添加型乳糖酶活力6000u以上的价格为130万元/吨，国内工业要求乳糖酶活力3000u以上，35万元/吨；作为食品添加型耐高温的乳糖酶适用于液态牛奶添加和固态奶粉添加，不会因为70度热水冲泡而失去活力，吨位单价不低于100万元。税后毛利为70万元/吨X40吨/年=2800万元/年。建设期为1年，调试试运行到达产1年，资金回收周期为3年。参考文献：1 ，：2 ， ， ，3 4 ， ： ，5 ，：

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