酶工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用.ppt

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1、第四章酶工程原理及其在食品 工業(yè)中的應(yīng)用 第一節(jié) 酶工程原理和方法 （一）酶工程的定義 利用酶、菌體細(xì)胞具有的特異催化功能，或?qū)γ附Y(jié)構(gòu) 進(jìn)行修飾改造，并借助于生物反應(yīng)器和工藝優(yōu)化過(guò)程，有 效地發(fā)揮酶的催化特性來(lái)生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。它包 括酶、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)和酶反應(yīng)器設(shè)計(jì) 等。 一、酶工程概述 酶工程一般工藝流程示意圖 胞外酶 胞內(nèi)酶 菌種 基因改造 發(fā)酵 發(fā)酵酶液 預(yù)處理 細(xì)胞分離 細(xì) 胞破壁 碎片分離 提取 精制 酶制劑及其改造

2、 酶制劑 原料 前處理 殺菌 酶反應(yīng)器 反應(yīng)液 產(chǎn)品提取 成品 （二）酶工程的發(fā)展歷程 1.20世紀(jì) 50 60年代早期的酶工程技術(shù)，主要是從 動(dòng)物、植物和微生物原料中提取、分離、純化制造各種 酶制劑，并將其應(yīng)用于化工、食品和醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。 2.20世紀(jì) 70年代后期，酶的固定化技術(shù)取得了突破， 使固定化酶、固定化細(xì)胞、生物反應(yīng)器與生物傳感器等 酶工程技術(shù)迅速獲得應(yīng)用。 3.目前，各種酶工程技術(shù)已用于制造多種精細(xì)化工 產(chǎn)品和醫(yī)藥產(chǎn)品，并且在食品工業(yè)、化學(xué)檢測(cè)和環(huán)境保 護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域中得到了有效的應(yīng)用。 二、酶制劑的生產(chǎn)

3、 1.包括 菌種的來(lái)源 、 產(chǎn)酶菌種的分離 、 篩選 、 育種 和 酶的發(fā)酵生產(chǎn) 等。 2.酶生產(chǎn)菌的要求 （ 1）不能是致病菌，特別是對(duì)食品用酶和醫(yī)藥用酶。 目前認(rèn)為可用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的生產(chǎn)菌種有：枯 草桿菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母和脆壁酵母。 （ 2）不易退化，不易感染噬菌體。 （ 3）產(chǎn)酶量高，而且最好產(chǎn)生胞外酶。 （ 4）能利用廉價(jià)的原料，發(fā)酵周期短，易培養(yǎng)。 三、微生物細(xì)胞的破碎 胞外酶 ：能分泌透過(guò)細(xì)胞壁到細(xì)胞外部的酶。 胞內(nèi)酶 ：存在于細(xì)胞內(nèi)部的酶。 對(duì)于胞內(nèi)酶的提取，需要破碎技術(shù)，胞外酶則無(wú)需 破碎。破碎的目的是將細(xì)胞壁和細(xì)胞

4、膜破壞掉，使胞內(nèi) 物質(zhì)釋放出來(lái)，包括機(jī)械破碎法和非機(jī)械破碎法。 （一）機(jī)械破碎法 1.高壓勻漿法 適合于細(xì)菌和酵母的破碎，不適合于絲狀真菌及某 些基因工程菌。 2.珠磨法 適合于各種微生物細(xì)胞的破碎。 3.超聲破碎法 對(duì)桿菌的破碎較容易，對(duì)酵母菌的破碎效果較差。 （二）非機(jī)械破碎法 1.酶溶法 加酶法 :常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它們 對(duì)細(xì)胞壁或細(xì)胞膜進(jìn)行酶解，使細(xì)胞破碎。 自溶法 ：在微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，控制一定條件， 誘發(fā)微生物產(chǎn)生少量的溶胞酶或激發(fā)自身溶胞酶的活力， 以達(dá)到細(xì)胞自溶的目的。 2.化學(xué)滲透法

5、用有機(jī)溶劑 、 變性劑 、 表面活性劑 、 抗生素或金屬 螯合物等處理 ， 使細(xì)胞壁或膜的通透性 （ 滲透性 ） 改變 ， 從而使胞內(nèi)物質(zhì)有選擇地滲透出來(lái) 。 四、酶的提取與純化 酶的提取 :在一定條件下，用適當(dāng)?shù)娜軇┨幚砗冈?料，使酶充分溶解到溶劑中的過(guò)程，也稱作酶的抽提，即 初步純化。常用的方法： 鹽溶液提取 、 酸溶液提取 、 堿溶 液提取 、 有機(jī)溶劑提取 。 酶的精制 :即高度純化。常用的方法： 沉淀法 、 超濾 法 、 色譜分離法 、 結(jié)晶法 等。其中沉淀法和超濾法既可用 于初步純化，也可用于精制。 （一）根據(jù)酶分子溶解度不同的方法 通過(guò)改變某些條件，使溶液

6、中某種物質(zhì)的溶解度降低， 從溶液中沉淀析出，達(dá)到與其他物質(zhì)分離的目的。 1.鹽析沉淀法 通常采用的鹽有硫酸銨、硫酸鈉、磷酸鉀、硫酸鎂、 氯化鈉和磷酸鈉等。其中以硫酸銨最為常用，因?yàn)樗谒?中的溶解度大而溫度系數(shù)小，不影響酶的活性，分離效果 好，而且價(jià)廉易得。 鹽析沉淀所得到的產(chǎn)品常含有大量鹽分，一般可用超 濾或?qū)游龅确椒擕}，使酶進(jìn)一步純化。 2.等電點(diǎn)沉淀法 在酶的沉淀分離中，等電點(diǎn)沉淀法經(jīng)常與鹽析沉淀、 有機(jī)溶劑沉淀和復(fù)合沉淀等方法一起使用，使其沉淀完全。 3.有機(jī)溶劑沉淀法 利用酶等物質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解度不同而使其分離。 常用的有機(jī)溶劑有 乙

7、醇 、丙酮、異丙酮、甲醇等。 4.復(fù)合沉淀法 在酶液中加入某些高分子聚合物，例如，單寧，使它 與酶形成復(fù)合物而沉淀下來(lái)，分離出沉淀后，再用適當(dāng)方 法將酶從復(fù)合物中重新析出。 （二）根據(jù)酶分子大小和形狀不同的方法 1.離心分離法 在酶的提取分離純化過(guò)程中，細(xì)胞的收集、細(xì)胞碎 片和沉淀的分離以及酶的純化等往往要使用離心分離。 2.體積排阻法 利用具有一定大小網(wǎng)狀的凝膠顆粒（固定相）填 充柱的分子篩作用，利用溶液中各組分的相對(duì)分子質(zhì) 量不同來(lái)進(jìn)行層析分離的一種方法。常用的凝膠有瓊 脂糖凝膠（ Sepharose）、聚丙烯酰胺凝膠（ Biogel） 和葡聚糖

8、凝膠（ Sephadex）等。 3.透析 透析膜可用動(dòng)物膜、羊皮紙、火棉膠或塞璐玢等制 成。使用時(shí)可做成透析管、透析袋或透析槽等形式。 優(yōu)點(diǎn) ：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。 缺點(diǎn) ：時(shí)間長(zhǎng)，若不更換水或緩沖液時(shí)，只擴(kuò)散到 膜內(nèi)外平衡為止。透析結(jié)束時(shí)，透析袋內(nèi)的保留液體積 較大，濃度較低。 透析主要用于酶、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分 離純化，從中除去小分子物質(zhì)。透析在酶純化過(guò)程中極 為常用，通過(guò)透析可以除去酶液中的鹽類、有機(jī)溶劑、 低相對(duì)分子質(zhì)量的抑制劑等。 4.超濾 借助于超濾膜將不同相對(duì)分子質(zhì)量的物質(zhì)分離的技 術(shù)，是在一定的正壓力或負(fù)壓力驅(qū)動(dòng)下，將料液強(qiáng)

9、制通 過(guò)一定孔徑的超濾膜，部分小分子的溶質(zhì)和溶劑透過(guò)膜 而成為超濾液，而大分子的酶和蛋白質(zhì)等物質(zhì)被截留， 從而達(dá)到分離純化的目的，也可用于酶液的濃縮和脫色。 超濾膜截留的顆粒直徑范圍為 2 200nm，相當(dāng)于相對(duì)分 子質(zhì)量 1000 500000。 構(gòu)成超濾膜的主要材料有醋酸纖維、尼龍、聚砜、 陶瓷等。 （ 三 ） 根據(jù)酶分子電荷性質(zhì)的方法 1.離子交換層析 根據(jù)被分離物質(zhì)與分離介質(zhì)（離子交換劑）間異種電 荷的靜電引力的不同來(lái)進(jìn)行物質(zhì)分離的。不同離子交換劑 上的可解離基團(tuán)對(duì)各種離子的親和力不同，而使不同物質(zhì) 分離。 離子交換劑根據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)分為 陽(yáng)離子交換劑 和

10、陰離子交換劑 。酶具有兩性性質(zhì)，可用陽(yáng)離子交換劑，也 可用陰離子交換劑進(jìn)行酶的分離純化。 2.電泳分離 在外電場(chǎng)作用下，不同蛋白質(zhì)離子所帶凈電荷的多 少和性質(zhì)不同，因而其向兩極泳動(dòng)的方向和速度也不相 同，從而達(dá)到分離的目的。為了減少對(duì)流擴(kuò)散，電泳過(guò) 程一般在浸透了緩沖液的聚丙烯酰胺凝膠、淀粉膠等介 質(zhì)上進(jìn)行。電泳分離的蛋白質(zhì)量通常較?。s數(shù)毫克）， 常用作分析用。但現(xiàn)在已發(fā)展了制備電泳，用這種方法 制備的酶，可以在介質(zhì)中洗脫或直接從電泳柱底部依次 流出。 3.等電聚焦電泳 先從陽(yáng)極頂端擴(kuò)散裝入一種酸（如磷酸），然后從陰 極端擴(kuò)散裝入一種堿（如乙醇胺），用具有不同等電點(diǎn)

11、的 脂肪族聚氨基聚羧基化合物作為兩性電介質(zhì)載體，當(dāng)陰陽(yáng) 兩極通電以后電介質(zhì)在一定范圍內(nèi)便形成 pH值梯度，當(dāng)該 載體電介質(zhì)同樣品一起電泳時(shí)，蛋白質(zhì)便朝其各自等電點(diǎn) 相等的 pH值位臵移動(dòng)而被濃縮。 優(yōu)點(diǎn) ：不但可將各種酶精確分開(kāi)，通過(guò)測(cè)定各段的 pH 值還可以了解該酶的等電點(diǎn)?？梢苑蛛x和檢出等電點(diǎn)相差 僅 0.02的兩種蛋白質(zhì)成分。 （ 四 ） 根據(jù)酶分子專一性結(jié)合的分離方法 1.親和層析 酶的底物、底物類似物及酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑同酶之間 有著較高的親和力，可作為配基固定于不溶性載體，可選 擇性地將酶吸附而同雜質(zhì)分離。然后可以通過(guò)改變緩沖液 的離子強(qiáng)度和 pH值的方法，也可以

12、使用濃度更高的同一配 體溶液或親和力更強(qiáng)的配體溶液，將酶洗脫下來(lái) 。 2.免疫吸附層析 利用抗原一抗體的高親和性反應(yīng)原理進(jìn)行酶的分離純 化。 （ 五 ） 酶分離純化的原則 一般來(lái)說(shuō) ， 根據(jù)溶解度變化的純化方法較適宜于早 期純化階段 ， 規(guī)模較大；而柱層析法或電泳分離更適宜 于后期的純化過(guò)程 ， 規(guī)模較小 。 硫酸銨沉淀法等純化速 度快一些 ， 柱層析純化速度慢一些 。 某些價(jià)格昂貴的層 析介質(zhì)及方法 ， 可只用于純化過(guò)程的最后幾步 。 （六）酶的分離純化應(yīng)注意的問(wèn)題 1.要注意防止酶變性失活 低溫、不能過(guò)酸、過(guò)堿等。 2.酶分離純化的目的是將酶以外的所

13、有雜質(zhì)盡可能 除去，因此選擇分離方法是應(yīng)盡可能不破壞酶所需要的 條件。 3.通過(guò)檢測(cè)酶活性，為選擇適當(dāng)方法和條件提供了 直接依據(jù)。 一個(gè)好的酶分離純化的方法和措施是使酶的純度提 高倍數(shù)大，活力回收高，同時(shí)重復(fù)性好。 （七）酶的純度與酶活力 許多分離方法都可用于檢驗(yàn)酶的純度，實(shí)驗(yàn)室常用 聚丙烯酰胺凝膠電泳來(lái)檢驗(yàn)酶的純度。酶分子結(jié)構(gòu)高度 復(fù)雜，同一種酶制劑，采用不同方法檢驗(yàn)結(jié)果可能不一 致，酶的純度應(yīng)注明達(dá)到哪種純度，如電泳純、 HPLC純 等。 比活力 ：每毫克酶蛋白具有的酶活力單位數(shù)。一般 情況下，酶的比活力隨酶的純度的提高而提高。酶的純 度也可用酶的比活力來(lái)衡量。

14、 測(cè)定酶活力可采用 中止反應(yīng)法 、 連續(xù)反應(yīng)法 ， 或采用 自動(dòng)化酶分析儀 操作進(jìn)行 。 中止反應(yīng)法 : 在恒溫反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行酶促反應(yīng)，間隔 一定的時(shí)間，分幾次取出一定容積的反應(yīng)液，使酶停止作 用，然后分析產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量。幾乎所有的 酶都可根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)出測(cè)定其活力的具體方法。 連續(xù)反應(yīng)法 : 不需要取樣中止反應(yīng)，而是基于反應(yīng)過(guò) 程中光譜吸收、氣體體積、酸堿度、溫度、黏度等的變化， 用儀器跟蹤檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程，記錄結(jié)果，算出酶活力。 連續(xù)法使用方便，一個(gè)樣品可多次測(cè)定，但很多酶反應(yīng)不 能用該法測(cè)定。 自動(dòng)化酶分析儀 : 從加樣、啟動(dòng)反應(yīng)、檢測(cè)、數(shù)據(jù)記

15、錄及結(jié)果處理等，整個(gè)過(guò)程均由儀器自動(dòng)完成。 六、酶的固定化 （一）酶的固定化方法 1.吸附法 （ 1）物理吸附法。酶被物理吸附于不溶性載體的一 種固定化方法。吸附的載體：包括 無(wú)機(jī)載體 （活性炭、 石英砂、多孔玻璃、氧化鋁、硅膠、磷酸鈣）和 有機(jī)載 體 （淀粉、谷蛋白、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖、聚丙烯 酰胺）等。 優(yōu)點(diǎn) ：具有不破壞酶活性中心和酶高級(jí)結(jié)構(gòu)變化少， 若能找到適當(dāng)?shù)妮d體，這是簡(jiǎn)單的好方法。 缺點(diǎn) ：酶與載體結(jié)合力弱、酶易脫落等。 （ 2）離子吸附法。通過(guò)離子效應(yīng)，將酶分子固定到 含有離子交換基團(tuán)的固相載體上。 常見(jiàn)的載體 ： DEAE-纖維素、

16、DEAE-葡聚糖凝膠、 CM-纖維素、 DOWEX-50等。 優(yōu)點(diǎn) ：操作簡(jiǎn)單，處理?xiàng)l件溫和，能得到酶活回收 率較高的固定化酶。 缺點(diǎn) ：酶與載體的結(jié)合力較弱，當(dāng)離子強(qiáng)度高、緩 沖液種類或 pH值發(fā)生變化時(shí)，酶容易脫落。 2.化學(xué)結(jié)合法 （ 1）共價(jià)結(jié)合法。將載體有關(guān)基團(tuán)活化、與酶分子上 的功能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵的一種固定化方法，是 研究得最多的固定化方法之一。 可與載體結(jié)合的酶的功能團(tuán)： 或 -NH2， 、 或 -羧基，巰基，咪唑基，酚基等，但參與共價(jià)結(jié)合的氨 基酸殘基應(yīng)當(dāng)是酶催化活性的非必需基因，否則可能會(huì)導(dǎo) 致固定后酶活力完全喪失。 特點(diǎn)

17、 ：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，容易使酶的高級(jí)結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化而破壞活性中心，操作時(shí)需注意。 （ 2） 共價(jià)交聯(lián)法 。 通過(guò)雙功能或多功能試劑 （ 交聯(lián) 劑 ） ， 在酶分子之間或酶分子與微生物細(xì)胞之間形成共價(jià) 鍵的連接方法 。 它與共價(jià)結(jié)合法的區(qū)別是它使用交聯(lián)劑而 不用載體 。 常用的交聯(lián)劑：戊二醛 、 異氰酸酯 、 順丁烯二酸酐和 乙烯共聚物等 。 特點(diǎn) ：反應(yīng)條件比較激烈，固定化酶的活力回收率較 低，但盡量降低交聯(lián)劑濃度和縮短反應(yīng)時(shí)間，會(huì)有助于固 定化酶比活力的提高。 3.包埋法 可分為 凝膠網(wǎng)格型 和 微囊型 。將酶或微生物包埋在 高分子凝膠網(wǎng)格中的包埋法稱為

18、凝膠網(wǎng)格包埋型 ，將其 包埋在高分子半透膜中的包埋法稱為 微囊型 。 優(yōu)點(diǎn) ：一般不需要與酶蛋白的氨基酸殘基起結(jié)合反 應(yīng)，較少改變酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)，酶活力的回收率較高。 缺點(diǎn) ：僅適用于小分子底物和產(chǎn)物的酶，因?yàn)橹挥?小分子物質(zhì)才能擴(kuò)散進(jìn)入高分子凝膠的網(wǎng)格，并且這種 擴(kuò)散阻力還會(huì)導(dǎo)致固定化酶動(dòng)力學(xué)行為的改變和酶活力 的降低。 （ 1）凝膠網(wǎng)格型。采用明膠、卡拉膠、海藻酸鈉或 淀粉等天然高分子化合物作為包埋劑時(shí)，可以將酶直接 與溶膠態(tài)的包埋劑混合凝膠化。 缺點(diǎn) ：凝膠孔徑不規(guī)則，有一部分大于平均孔徑， 時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)，酶容易泄漏。常與交聯(lián)法結(jié)合達(dá)到加固的 目的，如先用明膠包埋，再

19、用戊二醛交聯(lián)等。 （ 2）微囊型。利用各種類型的膜將酶封閉起來(lái)，這 類膜能使小分子產(chǎn)物和底物通過(guò)，而酶和其他的高分子 不能通過(guò)。 缺點(diǎn) ：反應(yīng)條件要求高，制備成本高。 （ 二 ） 細(xì)胞的固定化方法 細(xì)胞固定化的主要方法有用載體對(duì)細(xì)胞的 包埋法 和 利用載體與細(xì)胞之間吸引力的 吸附法 兩種。固定化細(xì)胞 的制備方法類似于固定化酶的制備方法。 優(yōu)點(diǎn) ：固定化后酶活基本沒(méi)有損失，它還保留了細(xì) 胞原有的多酶系統(tǒng)，對(duì)于多步催化轉(zhuǎn)換的反應(yīng)，優(yōu)勢(shì)更 加明顯，而且勿需輔酶的產(chǎn)生。 缺點(diǎn) ：在選用固定化細(xì)胞作為催化劑時(shí)，應(yīng)考慮到 底物和產(chǎn)物是否容易通過(guò)細(xì)胞膜，膜內(nèi)是否存在產(chǎn)物

20、分 解系統(tǒng)和其他副反應(yīng)系統(tǒng)，或者說(shuō)雖有這兩種系統(tǒng)，但 是否可事先用熱處理或 pH值調(diào)整等簡(jiǎn)單方法使之失效。 （三）固定化酶（細(xì)胞）的性質(zhì) 1.酶活力的變化 酶經(jīng)固定化后，酶分子的構(gòu)象可能改變，導(dǎo)致了酶與 底物結(jié)合能力或催化底物轉(zhuǎn)化能力發(fā)生變化；載體的存在 給酶的活性部位或調(diào)節(jié)部位造成某種空間障礙，影響酶與 底物的作用；酶包埋于載體，底物必須擴(kuò)散進(jìn)入載體才能 和酶分子接觸，擴(kuò)散速率的不同限制了酶與底物的作用。 2.酶穩(wěn)定性的變化 經(jīng)固定化后，大多數(shù)酶的穩(wěn)定性提高，這對(duì)實(shí)際應(yīng) 用十分有利。固定化酶的穩(wěn)定性常用 半衰期 （ t1/2）表示， 即固定化酶活力降為最初活力一半所

21、經(jīng)歷的連續(xù)工作時(shí) 間。它是衡量固定化酶操作穩(wěn)定性的關(guān)鍵。 3.最適 pH值的變化 氫離子在溶液和固定化酶之間的分配效應(yīng) ， 對(duì)反應(yīng) 速度具有重要影響 。 如果酶反應(yīng)產(chǎn)生酸或消耗酸時(shí) ， pH 值曲線會(huì)發(fā)生顯著變化 （ 曲線向右移動(dòng)或向左移動(dòng) ） ， 最適 pH值也會(huì)相應(yīng)變化 。 4.最適溫度的變化 酶反應(yīng)的最適溫度是酶失活速度與酶反應(yīng)速度綜合 的結(jié)果。在一般情況下，固定化后酶的失活速度下降， 最適溫度也隨之提高。 5.動(dòng)力學(xué)常數(shù)的變化 酶固定于 電中性載體 后，表觀米氏常數(shù)往往比游離 酶的米氏常數(shù)高，而最大反應(yīng)速度變小；而當(dāng)?shù)孜锱c帶 有 相反電荷 的載體結(jié)合

22、后，表觀米氏常數(shù)往往減小，這 對(duì)固定化酶實(shí)際應(yīng)用有利。此外，在高離子強(qiáng)度下，酶 的動(dòng)力學(xué)常數(shù)幾乎不變。 （ 四 ） 固定化酶 （ 細(xì)胞 ） 的評(píng)價(jià)指標(biāo) 1.相對(duì)酶活力 具有相同重量酶蛋白的固定化酶與游離酶活力的比 值 。 它與載體結(jié)構(gòu) 、 顆粒大小 、 底物相對(duì)分子質(zhì)量及酶 的結(jié)合效率有關(guān) 。 相對(duì)酶活力低于 75%的固定化酶 ， 一般 無(wú)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 。 2.酶的活力回收率 固定化酶的總活力與用于固定化的酶總活力的百分 比。一般情況下，活力回收率應(yīng)小于 l。 （五）固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) ：極易將產(chǎn)物和底物分開(kāi)；可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn) 行反復(fù)分批反應(yīng)和裝柱連續(xù)

23、反應(yīng)；在大多數(shù)情況下，可以 提高酶的穩(wěn)定性；酶反應(yīng)過(guò)程可以嚴(yán)格控制；產(chǎn)物中沒(méi)有 酶的殘留，簡(jiǎn)化了工業(yè)設(shè)備；較水溶性酶更適合于多酶反 應(yīng)；可以增加產(chǎn)物的收得率，提高產(chǎn)物的質(zhì)量；酶使用效 率提高，成本降低。 缺點(diǎn) ：固定化時(shí)，酶活力有損失；增加了固定化的成 本，工廠投資開(kāi)始增大；只能用于水溶性底物，而且較適 用于小分子底物，對(duì)大分子底物不適宜；與完整菌體相比， 不適合多酶反應(yīng)，特別是需要輔助因子的反應(yīng)；胞內(nèi)酶必 須經(jīng)過(guò)酶的分離過(guò)程。 第二節(jié) 酶工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 一 ） 淀粉糖加工 1. -淀粉酶 （ EC3.2.1.1） 淀粉內(nèi)切酶，能隨機(jī)水解直鏈或支鏈淀粉分子

24、- 1,4-糖苷鍵 生成不同長(zhǎng)度的寡糖，液化淀粉速度快，最終 產(chǎn)物為 -極限糊精和少量的葡萄糖及麥芽糖。 細(xì)菌 -淀粉酶熱穩(wěn)定性高，主要用于淀粉高溫液化， 作用條件一般為 85 ， pH5.5 7.0。 一、酶工程與食品加工 2. -淀粉酶 （ EC3.2.1.2） 一種淀粉外切酶，在淀粉鏈非還原性末端水解 - 1,4-糖苷鍵 ，產(chǎn)生麥芽糖。與 -淀粉酶相同， -淀粉 酶也不能水解 -1,6-糖苷鍵，形成 -極限糊精，麥芽 糖的含量?jī)H為 60%。如果將 -淀粉酶與脫支酶聯(lián)合應(yīng)用 可將淀粉水解成麥芽糖。 -淀粉酶較佳作用條件為 pH6.5 7.0，

25、溫度 50 。 3.葡萄糖淀粉酶 （ EC3.2.1.3） 也稱糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的 -1,4-糖苷 鍵 水解，從分子的非還原性末端釋放出 -葡萄糖分子。 此酶還可緩慢水解 -1,6糖苷鍵和 -1,3糖苷鍵，水解 后生成 DE值為 97 98，葡萄糖含量為 95% 97%(w w)的 葡萄糖漿。生成的葡萄糖漿也可以脫水得到結(jié)晶葡萄糖， 或用作高果糖漿的原料。 在 pH4.5、 35 60 時(shí)，可將 -淀粉酶生成的糊精 轉(zhuǎn)變成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶對(duì) -1,6糖苷鍵活性較低， 這樣達(dá)到所需要的水解程度，要加大酶用量或延長(zhǎng)保溫 時(shí)間，或?qū)⒃撁概c脫支酶聯(lián)用。

26、 4.葡萄糖異構(gòu)酶 （ EC5.3.1.5） 能夠?qū)⑵咸烟寝D(zhuǎn)化成果糖，它是加工果糖和高果糖 漿（ HFCS）的重要酶類。能產(chǎn)生葡萄糖異構(gòu)酶的微生物 主要有芽孢桿菌、鏈霉菌、密蘇里游動(dòng)放線菌等。 在 pH7.5 8.0、 55 60 下作用效果良好。 Mg2+是葡 萄糖異構(gòu)酶的穩(wěn)定劑和激活劑，木糖可用于這種酶的誘 導(dǎo)。 5.脫支酶 （ 1）異淀粉酶 :能夠?qū)Ｒ蛔饔糜谥ф湹矸壑械? - 1,6-糖苷鍵 ，對(duì)于鏈結(jié)構(gòu)中的 -1,6-糖苷鍵 不能水解。 將這種酶同葡萄糖淀粉酶一起使用，可以產(chǎn)生 DE 96的 葡萄糖漿；與 -淀粉酶一起使用，可將液化后的淀粉漿 轉(zhuǎn)化成麥芽糖漿，

27、麥芽糖的產(chǎn)量比 -淀粉酶單獨(dú)作用時(shí) 顯著增加。 （ 2）普魯藍(lán)酶 :普魯藍(lán)為多聚麥芽三糖，是許多麥芽 三糖經(jīng)由 -1,6-糖苷鍵 聚合的多糖。 實(shí)例 果葡糖漿 1.果葡糖漿的功能和應(yīng)用 以淀粉為原料 ， 通過(guò) -淀粉酶 和 葡萄糖淀粉酶 水 解形成葡萄糖 ， 再利用 葡萄糖異構(gòu)酶 的異構(gòu)化反應(yīng) ， 制 成一種含有果糖與葡萄糖的混合糖漿 。 第一代果葡糖漿含 42%的果糖；第二代果葡糖漿也 稱為高果糖漿 ， 含果糖 55%， 甜度約為蔗糖的 1.1倍；第 三代果葡糖漿被稱為高純度果葡糖漿 ， 果糖含量為 90%， 甜度為蔗糖的 1.4倍 。 果葡糖漿溶解

28、度高，發(fā)酵性能好，化學(xué)穩(wěn)定性高， 并且易為人體所吸收，因此，在飲料工業(yè)廣泛應(yīng)用，在 面包、糕點(diǎn)、罐頭和冷飲等領(lǐng)域也有不同程度的應(yīng)用。 2.果葡糖漿的酶法合成 生產(chǎn)工藝主要包括淀粉的液化、糖化和異構(gòu)化等步 驟。首先，淀粉乳在 -淀粉酶的作用下被液化成 DE值 為 15% 20%的液化液，液化液經(jīng)調(diào)整 pH值和溫度，并加 入糖化酶進(jìn)行糖化至糖化液 DE值達(dá)到 96.7% 98%，然后 過(guò)濾，最后再用活性炭和離子交換樹(shù)脂處理，成為凈化 的葡萄糖液。被凈化后葡萄糖液通過(guò)裝有固定化異構(gòu)酶 的反應(yīng)器被異構(gòu)化，最終得到果糖含量在 42%左右的果 葡糖漿。 20世紀(jì) 70年代初期又研究發(fā)展

29、了固定化葡萄糖異構(gòu) 酶，而且很快商品化。采用固定化葡萄糖異構(gòu)酶已經(jīng)實(shí) 現(xiàn)果葡糖漿的連續(xù)化生產(chǎn)，并且生產(chǎn)效率顯著提高，產(chǎn) 品質(zhì)量明顯改善，從而推動(dòng)了果葡糖漿工業(yè)的發(fā)展。 （ 二 ） 乳品加工 1.乳糖酶 （ EC3.2.1.23） 也稱為 -D-半乳糖苷酶，廣泛存在于桃、杏、蘋(píng)果 等植物及大腸桿菌、乳酸桿菌、酵母菌和霉菌等微生物 中，其作用是將乳糖分解形成葡萄糖和半乳糖。 （ 1）乳糖水解乳的加工 哺乳動(dòng)物尤其是人在出生后腸道里具有乳糖酶活性 ， 但斷奶后用其他食物如牛乳等代替母乳 ， 乳糖酶活性逐 漸減小甚至無(wú)乳糖酶產(chǎn)生 ， 因而引起乳糖不適應(yīng)癥 。 食 后會(huì)引起腹

30、瀉和胃腸不適 。 乳糖水解乳利用乳糖酶將乳 中乳糖水解加工而成 ， 是乳糖不適應(yīng)癥的理想食品 。 （ 2） 防止乳糖結(jié)晶 乳糖溶解度較低 ， 在高濃度時(shí)會(huì)結(jié)晶析出 ， 一些濃 縮乳清在貯運(yùn)中會(huì)出現(xiàn)乳糖結(jié)晶 ， 還有一些濃縮乳制品 如甜煉乳 ， 由于乳糖結(jié)晶析出影響產(chǎn)品外觀和保藏 。 若 在乳清中添加乳糖酶或在 煉乳 加工中添加 25% 30%乳糖 水解乳 ， 可以防止結(jié)晶現(xiàn)象 ， 并且增加產(chǎn)品甜度 ， 減少 蔗糖用量 。 （ 3） 縮短乳凝固時(shí)間 用乳糖水解乳制造酸乳和奶酪等可以加快酸化過(guò)程， 有助于奶酪結(jié)構(gòu)和風(fēng)味的形成，并且可縮短乳凝固時(shí)間， 奶酪凝固也更加堅(jiān)實(shí)。

31、 （ 4） 乳清糖漿及半乳糖葡萄糖漿的制造及應(yīng)用 乳清是加工干酪及干酪素的副產(chǎn)物，世界年生產(chǎn)量約 9 107t，其中一半用于生產(chǎn)乳糖和乳清蛋白，其余一半 當(dāng)廢水排放，不僅污染環(huán)境，而且會(huì)流失有價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)物。 通過(guò)乳糖酶水解乳清，使其中 4.5%乳糖分解成半乳糖 和葡萄糖，所得稱為 乳清糖漿 。乳清糖漿的甜度達(dá)到蔗糖 甜度的 65% 80%，溶解度增加 3 4倍。若再經(jīng)過(guò)葡萄糖異 構(gòu)酶作用，將其中葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，則稱為 半乳糖 果葡糖漿 ，其甜度與等濃度的蔗糖相當(dāng)。水解乳清能夠代 替蔗糖作為甜味劑，用于各種點(diǎn)心、飲料、糖果、焙烤食 品、罐頭食品及冰淇淋加工 。 2.凝乳

32、酶（ EC3.4.4.3） 奶酪加工中一個(gè)重要的步驟就是要使液態(tài)乳轉(zhuǎn)變成 凝乳 ， 這個(gè)凝結(jié)過(guò)程是采用凝乳酶類來(lái)催化完成 。 乳中 的酪蛋白以膠體狀態(tài)存在 ， 其膠粒結(jié)構(gòu)的外圍為 -酪蛋 白 ， 中心為 s1-和 -酪蛋白酸鈣 。 凝乳酶的作用是使 -酪蛋白中苯丙氨酸和亮氨酸間鍵的斷裂 ， 酪蛋白膠粒 成為亞穩(wěn)態(tài) ， 內(nèi)部的 s1-和 -酪蛋白酸鈣會(huì)凝聚成較大 膠體聚合物沉淀出來(lái)形成凝乳 。 傳統(tǒng)使用的凝乳酶是犢牛皺胃酶，但是以犢牛為原 料制取凝乳酶遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足干酪生產(chǎn)需要，各國(guó)都在尋 求新的凝乳酶資源，研究發(fā)現(xiàn)微小毛霉、米曲毛霉及淺 白隱球酵母均能產(chǎn)生凝乳酶，微生物凝

33、乳酶具有巨大的 開(kāi)發(fā)潛力，其不足之處是有些酶熱穩(wěn)定性較高，致使在 乳制品中殘留量升高。 3.蛋白酶 能夠?qū)⑷橹械牡鞍踪|(zhì)分解產(chǎn)生氨基酸和肽類 ， 在奶 酪成熟和風(fēng)味形成中發(fā)揮重要作用 。 并且能夠縮短全脂 奶酪成熟時(shí)間 ， 改善低脂奶酪的風(fēng)味和質(zhì)地 。 4.脂肪酶 在乳品中的應(yīng)用主要是在干酪生產(chǎn)中，用于加速干 酪的成熟，縮短成熟時(shí)間，提高生產(chǎn)效率?，F(xiàn)在的干酪 生產(chǎn)一般都是同時(shí)添加蛋白酶和脂肪酶，以促進(jìn)干酪的 成熟，使干酪產(chǎn)生出其特有的風(fēng)味。此外，還可將脂肪 酶添加到奶油中，以增加奶油的風(fēng)味。 （ 三 ） 果蔬加工 1.果膠酶 （ EC3.2.1.15） 內(nèi)

34、切或外切聚半乳糖醛酸酶，存在于真菌、植物和 某些細(xì)菌中，它們水解聚半乳糖醛酸殘基的 -1,4-糖 苷鍵 形成小分子果膠，在果蔬加工中應(yīng)用最多，主要用 于果汁和果酒的澄清。 （ 1） 果汁澄清 有些水果如山楂、草莓、柑橘、蘋(píng)果、葡萄等含有 豐富的果膠，在制汁工藝中，由于果膠產(chǎn)生很高的黏性， 影響壓榨取汁和果汁澄清。通常在果實(shí)破碎后添加適量 果膠酶，在適宜條件下作用一定時(shí)間，以分解原料中果 膠，加速果汁的壓榨和澄清。 （ 2） 果酒澄清 在現(xiàn)代果酒釀造過(guò)程中，已普遍使用果膠酶，它對(duì) 果酒質(zhì)量和生產(chǎn)效率發(fā)揮重要作用。 在葡萄酒生產(chǎn)中，同果蔬汁加工相同，果膠酶也是 在

35、果實(shí)破碎后加入，用量為 2.5 4mL 100 L，處理溫度 15 35 ，酶解時(shí)間為 3 10d。經(jīng)過(guò)果膠酶處理的原酒， 其自流汁含量明顯增加，也就是高檔酒產(chǎn)量增加。同時(shí) 原酒過(guò)濾速度加快，色素浸出物增加，能節(jié)約助濾汁皂 土 30%以上。 （ 3） 柑橘去囊衣 去囊衣柑橘罐頭生產(chǎn)傳統(tǒng)的方法是采用酸或堿處理 除去囊衣 ， 這種方法在處理過(guò)程中對(duì)果肉會(huì)造成一定破 壞 ， 耗水量也較大 ， 容易形成酸 （ 堿 ） 殘留 。 利用黑曲霉產(chǎn)生的果膠酶 、 纖維素酶和半纖維素酶 的混合物 ， 在一定溫度 、 pH值條件下 ， 能有效去除囊衣 ， 處理效果優(yōu)于酸堿法 。 此外 ，

36、某些蔬菜 、 水果經(jīng)過(guò)纖維素酶適當(dāng)處理 ， 可 使細(xì)胞壁膨脹軟化 ， 提高其消化性并改進(jìn)口感 。 在果蔬 汁加工中 ， 纖維素酶與果膠酶一起使用可將汁液中纖維 素類物質(zhì)和果膠物質(zhì)分解 ， 促進(jìn)果汁的提取和澄清 。 2.纖維素酶 （ EC3.2.1.4） 一組包含果膠酶、蛋白酶、半纖維素酶和核糖核酸酶 的多酶復(fù)合體，具有很強(qiáng)的降解纖維素和果實(shí)細(xì)胞壁的功 能。纖維素酶能夠?qū)⒅参锢w維素水解為纖維二糖和葡萄糖， 使細(xì)胞內(nèi)容物得以充分釋放。 （ 1） 果汁澄清 纖維素酶經(jīng)常與果膠酶協(xié)同作用進(jìn)行果汁澄清 。 在草 莓果漿中添加適量的纖維素酶和果膠酶 ， 能有效地提高出 汁率 ， 并

37、且縮短壓榨時(shí)間 。 （ 2） 板栗去皮 酶法去除板栗外皮能較好地保持果肉營(yíng)養(yǎng)成分、形狀、 口感及色澤。 3.柚苷酶 某些柑橘中含有苦味的物質(zhì)柚苷，從而會(huì)影響到其 加工品的風(fēng)味和質(zhì)量。真菌柚苷酶能夠?qū)㈣周战到馄鸬?脫苦作用。 在應(yīng)用中，一般應(yīng)選用耐酸性強(qiáng)（ pH2.8左右）、酶 活性高的柚苷酶制劑添加于果汁中，在 30 40 下處理 1 2h，即達(dá)到脫苦效果。柑橘罐頭加工中需要進(jìn)行加熱 殺菌，需選用耐熱性強(qiáng)的柚苷酶。 4.葡萄糖氧化酶 能夠?qū)? -D-吡喃葡萄糖 氧化形成葡萄糖酸，同時(shí)消 耗氧氣。果汁中含有的 L-抗壞血酸在有氧情況下極易被 氧化，尤其

38、在熱加工過(guò)程中損失很大。在果汁加工過(guò)程 中添加一定量的葡萄糖氧化酶，可以通過(guò)它這種耗氧性 質(zhì)對(duì) L-抗壞血酸起到保護(hù)作用。 （ 四 ） 魚(yú) 、 肉制品加工 1.木瓜蛋白酶 來(lái)源于番木瓜，是成分復(fù)雜的多酶體系，主要包括 木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶及番木瓜蛋白酶等，其主 要功能是催化蛋白質(zhì)和肽類水解。目前應(yīng)用較多的是通 過(guò)它的蛋白質(zhì)分解活性，在肉制品加工中用于肉的嫩化。 木瓜蛋白酶可使肌原纖維蛋白溶解加快，使肉松化 和嫩滑，改善肉的口感，提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，促進(jìn)其消化 吸收。木瓜蛋白酶對(duì)于肌原纖維蛋白的作用在 40 70 范圍內(nèi)活性最高。 2.轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶

39、能催化蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng) ， 在肉 品加工過(guò)程中 ， 可應(yīng)用轉(zhuǎn)谷氨酰氨酶這一特性對(duì)低價(jià)值碎 肉進(jìn)行重組 ， 提高肉制品的外觀及質(zhì)構(gòu) ， 增加產(chǎn)品的附加 值 。 在魚(yú)制品加工中 ， 當(dāng)原料品質(zhì)較差時(shí) （ 如凍魚(yú) ） ， 可 以通過(guò)添加轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶提高產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度 。 （五）油脂改良 脂肪酶 是油脂改良中的關(guān)鍵酶，又稱甘油三酯水解 酶，能夠在油水界面上催化天然油脂水解，生成脂肪 酸、甘油和甘油單酯或二酯；在有機(jī)相中進(jìn)行酯的合成 和酯交換反應(yīng)。 天然油脂由于其結(jié)構(gòu)組成不同而具有不同的理化性 質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，利用脂肪酶的多種催化類型和脂肪酶作 用的專一特性，在適宜的反應(yīng)條件下，

40、對(duì)天然油脂的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行改造，能夠合成具有一定營(yíng)養(yǎng)功能和結(jié)構(gòu)特征的 結(jié)構(gòu)脂 （ structured 1ipid），從而合理有效地利用有 限的天然油脂資源，并且提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善其功能 特性，促進(jìn)高附加值產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 1.n-3長(zhǎng)鏈聚不飽和脂肪酸的富集 目前人類膳食中兩種重要的必需脂肪酸 n-6和 n-3PUFA （聚不飽和脂肪酸）比例為 l10 20，明顯高于權(quán)威機(jī) 構(gòu)推薦的比例 13 10。 目前，研究人員利用酶工程的方法對(duì)海魚(yú)魚(yú)油中的 n- 3PUFA進(jìn)行富集以及合成富含 n-3PUFA的甘油酯。通過(guò)脂肪 酶催化的水解、酸解、醇解、酯化和酯交換等反應(yīng)途徑實(shí) 現(xiàn)

41、 n-3PUFA在甘油酯中的富集和合成。 水解是根據(jù)脂肪酶的選擇性，直接作用于魚(yú)油，將飽 和及單不飽和脂肪酸從甘油三酯中分離出來(lái)，而長(zhǎng)鏈 n- 3PUFA仍然留在?；视头肿又?。這樣，通過(guò)控制油脂的 水解程度能夠達(dá)到富集 n-3PUFA目的。 2.中 （ 短 ） 鏈脂肪酸酯的合成 中（短）鏈脂肪酸具有氧化穩(wěn)定性、較低的熔點(diǎn)及 黏度、代謝容易被吸收并且能夠迅速提供能量等優(yōu)點(diǎn)。 近年來(lái)有關(guān)中（短）鏈脂肪酸甘油酯的合成研究也 是油脂改良的重點(diǎn)之一。其中 Sn-2和 Sn-1 3中（短）鏈 脂肪酸甘油酯 的合成特別受到關(guān)注，作為功能型和營(yíng)養(yǎng) 型甘油酯，它能夠提供容易吸收的脂肪酸

42、，改善人體代 謝條件并且治療某些疾病。 3.可可脂替代品的生產(chǎn) 天然可可脂由于價(jià)格昂貴而限制了其在食品中的廣 泛應(yīng)用，有關(guān)利用廉價(jià)脂肪酶催化生產(chǎn)可可脂替代品的 研究受到有關(guān)研究者的關(guān)注。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了許多研究，主要方法為 利用棕櫚油的分餾產(chǎn)物（ POP）與硬脂酸或硬脂酸乙酯由 Sn-1（ 3）脂肪酶作用進(jìn)行酯交換，合成 POS（棕櫚酰油 酰硬脂酸酯）和 SOS（硬脂酰油酰硬脂酸酯）， POS和 SOS均為可可脂的主要成分。 4.塑性脂肪的合成 利用動(dòng)物脂肪和植物油以適當(dāng)比例混合進(jìn)行酯交換 反應(yīng)，在不同條件下可以得到從硬到軟不同的塑性脂肪， 產(chǎn)物隨飽和

43、脂肪酸酯含量的改變，熔點(diǎn)有一定變化，塑 性范圍（固體酯含量）在 15% 35%的塑性脂肪通常涂抹 性能良好。 （ 六 ） 啤酒釀造 1.葡萄糖淀粉酶和 -葡聚糖酶 通常在發(fā)酵后加入，葡萄糖淀粉酶是為了降解殘留 的糊精，以保證啤酒的最高乙醇含量。但在釀制鮮啤酒 中不加葡萄糖淀粉酶，因?yàn)轷r啤酒不經(jīng)過(guò)巴氏殺菌，添 加的酶將存留在啤酒中不能除去。 -葡聚糖酶起到分解 -葡聚糖調(diào)節(jié)啤酒酒精度的 作用，并且有助于啤酒過(guò)濾。 2.蛋白酶 啤酒中的蛋白質(zhì)與多酚 、 碳水化合物容易形成復(fù)合 物 ， 并且產(chǎn)生不溶性膠體沉淀 ， 造成啤酒混濁 。 用木瓜 蛋白酶對(duì)冷凍貯存中的

44、啤酒進(jìn)行處理 ， 降解造成啤酒混 濁的蛋白質(zhì)及其復(fù)合物 ， 保證啤酒在冷凍貯存中的高清 晰度 。 同時(shí) ， 由于木瓜蛋白酶的作用產(chǎn)生了更多的肽和 氨基酸 ， 能夠起到改善啤酒品質(zhì)的作用 。 3.葡萄糖氧化酶 作為新型生物去氧劑，在啤酒中添加的主要作用是 通過(guò)與啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸，除去啤酒中的溶 解氧和瓶頸氧。對(duì)防止啤酒 老化 ，保持啤酒原有風(fēng)味， 以及延長(zhǎng)保質(zhì)期有顯著效果。 （ 七 ） 焙烤食品 1. -淀粉酶 、 -淀粉酶和葡萄糖淀粉酶 與焙烤食品加工過(guò)程有關(guān)的酶主要為 -淀粉酶和 - 淀粉酶，兩者協(xié)同作用使淀粉糖化生成葡萄糖、麥芽糖和 含有 1,6-

45、糖苷鍵 的低分子寡糖。酵母麥芽糖酶再將麥芽糖 分解為可發(fā)酵的葡萄糖并產(chǎn)生氣體。 小麥粉中 -淀粉酶含量和活性基本上能滿足焙烤要 求。 高精度加工使得小麥粉中 -淀粉酶損失很多、含量 較低，產(chǎn)生的糊精濃度較低，最終形成的氣體減少，加工 出的面包體積小、質(zhì)量差。因此，面包加工通常需要補(bǔ)充 外源 -淀粉酶。 一般小麥中 -淀粉酶熱穩(wěn)定性好，在烘烤過(guò)程中它 仍然繼續(xù)作用產(chǎn)生糊精，使得面包變得很黏，細(xì)菌 -淀 粉酶更為耐熱，用于面包加工也會(huì)產(chǎn)生相同問(wèn)題。而真 菌 -淀粉酶，如米曲霉 -淀粉酶在 60 以上失活，可 以防止淀粉過(guò)度糊化，同時(shí)可賦予面包良好的組織質(zhì)量 和良好的

46、色澤，延長(zhǎng)貨架壽命。 添加葡萄糖淀粉酶能夠獲得足量的葡萄糖供酵母發(fā) 酵產(chǎn)氣。 2.蛋白酶 將蛋白酶添加到面粉中可以縮短和面時(shí)間，改善面 團(tuán)黏彈性，調(diào)節(jié)面團(tuán)和面粉的面筋強(qiáng)度，改良面包的口 感和質(zhì)量。 在餅干制造中，需要含有高相對(duì)分子質(zhì)量糊精以及 含有高水解程度面筋的面粉，以便有足夠的彈性利于加 工。許多面粉不具備這種性質(zhì)，而且蛋白酶活性很低， 要外加蛋白酶來(lái)降解面筋，提高面筋的水解程度。 3.葡萄糖氧化酶 改善面包品質(zhì)的新型酶制劑，對(duì)面團(tuán)特性、面包體 積和內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有顯著的改良作用，作用效果優(yōu)于 溴酸 鉀 。但是用量過(guò)大會(huì)造成過(guò)度氧化，面筋過(guò)強(qiáng)，并惡化 面團(tuán)性

47、質(zhì)。 4.脂肪氧化酶 脂肪氧化酶通過(guò)氧化面粉中的胡蘿卜素起到增白作 用。此外，脂肪氧化酶可作為一種面團(tuán)調(diào)節(jié)劑，用于增 加面團(tuán)的混合耐性和面團(tuán)的起發(fā)體積。 （一）低聚糖 又名寡糖（ oligosaccharide），指由 2 10個(gè)單糖 通過(guò)糖苷鍵連接形成的直鏈或支鏈的低度聚合糖，分 功 能性低聚糖 和 普通低聚糖 二類。蔗糖、乳糖、麥芽糖、 麥芽三糖和麥芽四糖等屬于普通低聚糖；異麥芽低聚糖、 殼低聚糖、低聚果糖、木低聚糖、低聚半乳糖、低聚異 麥芽酮糖、低聚龍膽糖和大豆低聚糖等則屬于功能性低 聚糖。 二、酶工程與功能性食品配料 低聚糖的功能特性 （ 1）很難或不被

48、人體消化，產(chǎn)熱低。 （ 2）活化腸道內(nèi)雙歧桿菌并促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖。 （ 3）不被口腔內(nèi)微生物利用，不會(huì)引起齲齒。 作為功能食品的基料，低聚糖廣泛應(yīng)用于各類保健 食品和補(bǔ)品中，其中異麥芽低聚糖和麥芽低聚糖年產(chǎn)量 已超過(guò)萬(wàn)噸。 目前利用酶法制備功能性低聚糖已成為工業(yè)化大規(guī) 模生產(chǎn)低聚糖的主要方法。 我國(guó)已批準(zhǔn)的功能性低聚糖 糖基 原料 名稱 甘露糖、葡萄糖 魔芋 低聚甘露糖 葡萄糖、麥芽糖 淀粉 低聚麥芽糖 果糖、麥芽糖 蔗糖、菊芋 低聚果糖 半乳糖 乳糖 低聚半乳糖 乳糖、果糖 乳糖、蔗糖 低聚乳果糖 半乳糖、葡萄糖、果糖 大豆 水蘇糖 半乳糖、葡萄糖、果糖

49、甜菜、糖蜜 棉籽糖 1.異麥芽低聚糖 又稱分支低聚糖（ Branching oligosaccharide）， 是指葡萄糖之間至少有一個(gè)以 -1,6糖苷 鍵結(jié)合而成、 單糖數(shù)在 2 5不等的一類低聚糖。它是功能性低聚糖中 產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的一種新型糖源，通常以優(yōu)質(zhì)淀 粉為原料，采用多種酶聯(lián)合作用制成。 異麥芽低聚糖能夠提高免疫力和抗病力，是公認(rèn)的 雙歧桿菌的生長(zhǎng)促進(jìn)因子。它甜味柔和，黏度低，保濕 性好，水分活度低，在酸性條件下對(duì)熱穩(wěn)定性好，是兒 童糖果、飲料等食品的理想原料。目前在國(guó)外已經(jīng)廣泛 地應(yīng)用于保健品工業(yè)和其他食品工業(yè)。 生產(chǎn)異麥芽低聚糖的關(guān)鍵酶 為 -

50、葡萄糖苷酶 ，又稱 葡萄糖 基轉(zhuǎn)移酶 ，它能切開(kāi)麥芽糖和低 聚麥芽糖分子中的 -1,4-糖苷 鍵 ，并將游離出的一個(gè)葡萄糖殘 基轉(zhuǎn)移到另一個(gè)葡萄糖分子或麥 芽糖、麥芽三糖分子的 -1,6位 上形成異麥芽糖、異麥芽三糖、 異麥芽四糖等分支低聚糖。 微生物中細(xì)菌、酵母、霉菌 等菌株均能夠分泌 -葡萄糖苷 酶，其中黑曲霉產(chǎn)酶較高。 2.殼低聚糖 一般是指由甲殼質(zhì)或殼聚糖制得的 2 8糖的低聚糖 。 由甲殼質(zhì)制得的低聚糖稱為 甲殼質(zhì)低聚糖 ；由殼聚糖制 得的低聚糖稱為 殼低聚糖 。 目前已有很多有關(guān)酶法制備殼低聚糖的報(bào)道 。 甲殼 質(zhì)或殼聚糖降解酶廣泛分布于細(xì)菌 、 放線

51、菌 、 霉菌等微 生物中 。 甲殼質(zhì)低聚糖具有非常爽口的甜味 ， 隨著聚合度的 增大其甜味 、 吸濕性和溶解度降低 ， 具有調(diào)節(jié)食品水分 和改善食品結(jié)構(gòu)等功能 。 3.低聚果糖 （ Fructo-oligosaccharides， FOS） 又名寡果糖，通常指利用 -果糖基轉(zhuǎn)移酶 在蔗糖的 果糖殘基 C1和 C2位臵上，通過(guò) -1,2-糖苷鍵 與 1 3個(gè)果 糖分子結(jié)合形成蔗果三糖（ GF2）、蔗果四糖（ GF3）和 蔗果五糖（ GF4），屬于果糖和葡萄糖構(gòu)成的直鏈雜低聚 糖。低聚果糖是腸道內(nèi)雙歧桿菌的活化增殖因子，具有 低聚糖的一般功能。 低聚果糖最先由日本明治制

52、果公司研究開(kāi)發(fā)，并于 1984年以產(chǎn)品形式投放市場(chǎng)，銷售前景良好。工業(yè)上低 聚果糖有兩種生產(chǎn)方法。 （ 1）以菊芋為原料提取菊粉，經(jīng)酶水解而成 具有工藝簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)化率高和副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn) 的關(guān)鍵在于 菊粉酶 的提取。菊粉酶為 - 1,2 -D-呋喃果 糖水解酶 ，許多微生物如酵母、黑曲霉及少數(shù)幾種細(xì)菌 枯草芽孢桿菌均能合成此酶。菊粉用內(nèi)切型菊粉酶水解 可得到聚合度為 2 8的蔗果低聚糖，菊粉若用外切型菊 粉酶水解則得到果糖。 （ 2）由蔗糖經(jīng) -果糖基轉(zhuǎn)移酶或 -呋喃果糖苷酶 通過(guò)轉(zhuǎn)果糖基反應(yīng)生成蔗果低聚糖類 固定化細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)在蔗果低聚糖生產(chǎn)中得到成功 的應(yīng)用

53、，由于 -呋喃果糖苷酶和 -果糖基轉(zhuǎn)移酶都是 胞內(nèi)酶，因此可以直接固定細(xì)胞或菌絲體。 4.木低聚糖 （ xylooligosaccharide） 由 2 7個(gè)木糖以 -1,4-糖苷鍵 結(jié)合而成的直鏈低 聚糖。一般以富含木聚糖（ xylan）的植物材料（如玉 米芯、蔗渣、棉子殼、麩皮等）為原料，通過(guò)木聚糖酶 的水解作用分離精制而獲得。木低聚糖的主要成分為木 糖、木二糖、木三糖和三糖以上的木聚糖，其中木二糖 為主要有效成分。 酶法制備木低聚糖時(shí)，由木聚糖酶從主鏈內(nèi)部作用 于長(zhǎng)鏈木聚糖的糖苷鍵，能將木聚糖隨機(jī)地切成不同鏈 長(zhǎng)的木低聚糖。 （ 二 ） 水解動(dòng)植物蛋白

54、1.水解植物蛋白 （ HVP） 指在酸、堿或酶作用下，水解含蛋白質(zhì)的植物組織 所得到的產(chǎn)物。這些產(chǎn)物通常相對(duì)分子質(zhì)量小；水溶性 較高、無(wú)蛋白質(zhì)變性及在人體內(nèi)容易消化吸收；不但具 有可適用的營(yíng)養(yǎng)保健成分，而且可用作食品調(diào)味料和風(fēng) 味增強(qiáng)劑。植物蛋白水解物的生產(chǎn)一般采用蛋白質(zhì)含量 為 50% 80%的植物組織，例如，脫脂大豆粕、玉米、麥 類、稻米、菜籽和花生等，目前研究最多的是水解大豆 蛋白。 （ 1） 水解大豆蛋白的功能特性及應(yīng)用 大豆蛋白資源豐富，價(jià)格低廉，并且具有豐富的營(yíng)養(yǎng) 價(jià)值，但是大豆蛋白分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 80%的蛋白質(zhì)相對(duì)分 子質(zhì)量在 10萬(wàn)以上，因此，存在溶解性低、消

55、化率和生物 效價(jià)也不如蛋和奶等動(dòng)物性蛋白的問(wèn)題。 大豆蛋白經(jīng)蛋白酶水解、分離和精制后可以得到相對(duì) 分子質(zhì)量低于 1000的低聚肽為主的混合物，即大豆肽。大 豆肽的氨基酸組成與大豆蛋白相同，必需氨基酸平衡且含 量豐富，同時(shí)無(wú)蛋白質(zhì)變性，無(wú)豆腥味。此外大豆肽還具 有比大豆蛋白更豐富的加工特性、營(yíng)養(yǎng)特性和生理功能。 （ 2）大豆肽的主要功能特性 具有良好的水溶性和較低的黏性 ， 流動(dòng)性良好 。 具有酸溶性 。 在大豆蛋白的等電點(diǎn) pH4.3附近保持 溶解狀態(tài) ， 這為開(kāi)發(fā)酸性飲料提供了條件 。 具有易消化吸收 、 能迅速給機(jī)體提供能量 、 促進(jìn) 脂質(zhì)代謝和恢復(fù)體力等

56、功能 。 可用于特殊病人 、 消化功 能衰退的老年人以及消化功能未成熟的嬰幼兒的營(yíng)養(yǎng)劑 和流態(tài)食品；還可用于制造運(yùn)動(dòng)員食品 、 蛋白質(zhì)強(qiáng)化食 品和能量補(bǔ)給飲品等 。 具有促進(jìn)乳酸菌 、 雙歧桿菌 、 酵母和霉菌等多種微 生物生長(zhǎng)發(fā)育和活躍代謝的作用 。 用于酸奶 、 干酪 、 醋 、 醬油和發(fā)酵火腿等食品生產(chǎn)時(shí) ， 可明顯起到提高生產(chǎn)效率 、 穩(wěn)定品質(zhì)及增強(qiáng)風(fēng)味等效果 。 具有低抗原性 。 其抗原性通常比大豆蛋白降低 1% 2%， 食后不會(huì)引起過(guò)敏反應(yīng) ， 可用于制造嬰幼兒奶粉和甜 點(diǎn)心等非致敏性食品 。 具有降低和抑制膽固醇的作用。利用這一特性可生 產(chǎn)降膽固醇、降血壓、

57、預(yù)防心血管系統(tǒng)疾病等功能食品。 （ 3） 水解大豆肽的酶法制備 主要有酶法和化學(xué)法。由于酶法水解效率高，反應(yīng)條 件溫和，產(chǎn)生毒性物質(zhì)的可能性較小，控制反應(yīng)時(shí)間可以 得到具有不同生物活性的大豆肽，因此受到國(guó)內(nèi)外研究者 的廣泛關(guān)注。目前應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的酶有胰蛋白酶、堿性 蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶等。 2.水解動(dòng)物蛋白（ HAP） 指蛋白酶作為生物催化劑 ， 把肉類 、 水產(chǎn)品及乳品中 的蛋白質(zhì)分解成含有多種氨基酸和肽類的水解液 。 水解動(dòng) 物蛋白產(chǎn)品含有多種氨基酸 、 肽類物質(zhì) 。 因此營(yíng)養(yǎng)豐富 ， 易于消化吸收 。 游離的氨基酸和肽類都具有極好的呈味能 力 ， 味道

58、鮮美 ， 香氣自然 ， 穩(wěn)定性較高 ， 可作為調(diào)味劑或 營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑應(yīng)用于多種食品的加工 。 與水解植物蛋白相同，水解動(dòng)物蛋白的某些功能特性 和風(fēng)味特征會(huì)發(fā)生一定程度的改變，通常是溶解性增加； 熱穩(wěn)定性提高，受熱不凝聚；黏度、乳化性能、滲透性減 小。 （ 1） 水解魚(yú)蛋白 魚(yú)類蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良 ， 其氨基酸比例與人體肌肉成 分極為接近 ， 人體吸收利用率較高 。 魚(yú)類蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)水 解 ， 其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和功能特性將進(jìn)一步得以改善 ， 因此對(duì) 魚(yú)類蛋白水解物進(jìn)行開(kāi)發(fā)已經(jīng)引起人們的關(guān)注 。 特別是 當(dāng)今魚(yú)類資源的日益匱乏 ， 對(duì)低值魚(yú)和魚(yú)類加工副產(chǎn)物 的加工利用更具有重要的意義 。

59、（ 2） 水解乳蛋白 乳蛋白是一種重要的蛋白質(zhì)資源 ， 在食品加工中具有 重要的作用 。 但是在酸性條件下 ， 乳蛋白不穩(wěn)定 ， 易于沉 淀 ， 這使其應(yīng)用受到一定限制 。 乳蛋白水解物具有優(yōu)良的 營(yíng)養(yǎng)特性和加工特性 ， 因此能夠更加廣泛地應(yīng)用于各類食 品加工 。 酪蛋白是牛乳中主要的蛋白質(zhì) ， 其中富含生物活性序 列 ， 在特定條件下對(duì)其進(jìn)行酶水解時(shí) ， 可使其被釋放出來(lái) ， 從而獲得具有生物活性的酪蛋白生物活性肽 ， 如免疫調(diào)節(jié) 活性肽 、 酪蛋白磷酸肽 （ CPP） 、 降血壓肽 、 阿片肽以及 抗菌肽等 。 實(shí)例 酪蛋白質(zhì)磷酸肽（ CPP） 一種促進(jìn)鈣和鐵吸收的

60、肽，它是含有 25 37個(gè)氨基 酸殘基的肽。兩種 CPP都在連續(xù) 3個(gè) ser-P殘基后連接谷酰 胺基部分（核心部位），核心部位能在 pH7 8的條件下 有效地與鈣形成可溶性復(fù)合物（可以防止在各種鈣磷比 條件下產(chǎn)生不溶性磷酸鈣）。 CPP可用于食品的鈣強(qiáng)化劑，增強(qiáng)腸道對(duì)鈣的吸收以 及鈣在體內(nèi)的保持。 CPP還可作為許多礦物元素，如鐵、 錳、銅及硒的載體，是一種良好的金屬結(jié)合肽。 （一）轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的功能特性及其應(yīng)用 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶 可通過(guò)催化轉(zhuǎn)?；饔茫沟鞍踪|(zhì)或 肽之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。 轉(zhuǎn)酰基反應(yīng)的 ?；w 為蛋白質(zhì)或肽鏈上谷氨酰胺 殘基的 -羥基酰胺基 ， 受體 可以為

61、蛋白質(zhì)肽鏈上 賴氨酸 殘基的 -氨基 、 游離氨基酸的 -氨基 和 初級(jí)氨或水 。 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶所催化的反應(yīng)既可以發(fā)生在分子間 ， 也可 以發(fā)生在分子內(nèi) ， 決定分子間交聯(lián)反應(yīng)程度的因素主要 為蛋白質(zhì)本身的構(gòu)象以及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的類型 。 三、新型酶制劑及其應(yīng)用 1.轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的功能特性 （ 1） 成膠特性 使未加熱狀態(tài)的各種食品蛋白質(zhì)成膠；賦予不能成 膠的蛋白質(zhì)（如乳蛋白）成膠；提高成膠的黏彈性；形 成耐熱性、耐酸性及耐水性等穩(wěn)定性高的膠體；一般情 況下所形成的膠體強(qiáng)度會(huì)隨轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的添加量增加 而增加。但是添加過(guò)多的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶會(huì)導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度 的降低。 （

62、2） 改善乳化性 （ 3） 提高發(fā)泡性能 WPI大豆 11S球蛋白混合物的發(fā)泡穩(wěn)定性較低 ， 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn) 谷氨酰胺酶處理過(guò)的 WPI大豆 11S球蛋白具有良好的穩(wěn)定性 。 這可能是由于 WPI和大豆 11S球蛋白形成的聚合物分子中緊 密二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)很少 ， 它所具有柔韌無(wú)規(guī)則的蛋白 質(zhì)更易形成泡沫 ， 穩(wěn)定性也更好 。 此外 ， 由于交聯(lián)作用而 使蛋白質(zhì)流動(dòng)性提高 ， 賴氨酸殘基上氨基電荷的去除也有 利于增加泡沫的穩(wěn)定性 。 （ 4） 增強(qiáng)蛋白質(zhì)溶液的黏稠性 蛋白質(zhì)經(jīng)聚合相對(duì)分子質(zhì)量增加后，其溶液的黏度通 常也會(huì)增強(qiáng)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理過(guò)的蛋白質(zhì)溶液往往 具有較高的

63、黏度。 （ 5） 提高凝膠的持水性 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化形成的 Glu-Lys鍵可提高凝膠的 持水性能，使?jié)舛葹?2%的蛋白質(zhì)溶液也可以膠體化。這 主要是因?yàn)樗纬傻哪z連鍵使蛋白質(zhì)形成復(fù)雜的、嚴(yán)密 的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)水分的束縛包容能力增強(qiáng)。 （ 6） 提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性 通過(guò)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶發(fā)生交聯(lián)所產(chǎn)生的 Glu-Lys共價(jià) 結(jié)合鍵，熱穩(wěn)定性較高，增強(qiáng)了蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度和凝膠 斷裂強(qiáng)度。此外，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化交聯(lián)的 -乳 球蛋白同樣表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性， 1%的聚合 -乳球 蛋白即使在 100 的環(huán)境下也可持續(xù) 30min也不變性，而 天然 -乳球蛋白在 70 時(shí)就

64、很快變性。 2.轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶在食品中的應(yīng)用 （ 1） 在肉制品中的應(yīng)用 提高原料利用率和產(chǎn)品得率；改善肉制品的質(zhì)構(gòu)； 生產(chǎn)低鹽 、 低脂肪的肉制品 2.在乳制品中的應(yīng)用 3.在水產(chǎn)品中的應(yīng)用 4.在面制食品中的應(yīng)用 5.在烘焙產(chǎn)品中的應(yīng)用 6.在植物蛋白制品中的應(yīng)用 7.在可食性保鮮膜上的應(yīng)用 （ 二 ） 氨肽酶和羧肽酶及其在蛋白水解物脫苦中的應(yīng)用 1.蛋白質(zhì)水解物苦味產(chǎn)生的原因 蛋白質(zhì)水解后經(jīng)常表現(xiàn)出苦味，其原因是形成了苦味 肽，許多研究者已經(jīng)研究認(rèn)為末端含有疏水性氨基酸的苦 味肽是水解產(chǎn)物產(chǎn)生苦味的主要原因。 在完整

65、的球蛋白分子中，大部分疏水性側(cè)鏈藏在內(nèi)部， 它們不接觸味蕾，因此，感覺(jué)不到苦味。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水解成 小分子的肽時(shí)，肽鏈含有的疏水性氨基酸充分暴露出來(lái)， 接觸味蕾產(chǎn)生苦味。隨水解進(jìn)程的繼續(xù)，越來(lái)越多的疏水 氨基酸側(cè)鏈暴露出來(lái)使苦味增加。 能夠產(chǎn)生苦味的氨基酸約有 8種，分別為纈氨酸、亮 氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、精氨酸和 組氨酸。水解蛋白質(zhì)苦味的強(qiáng)弱與蛋白質(zhì)來(lái)源、種類及水 解程度等密切相關(guān)。 （ 1） 與疏水氨基酸的含量 、 序列及其所處的位臵和空 間結(jié)構(gòu)等有密切的關(guān)系 蛋白質(zhì)中疏水氨基酸含量越高 ， 水解后產(chǎn)生苦味的可 能性越大 。 （ 2） 與肽鏈相對(duì)分子

66、質(zhì)量的大小有關(guān) 一般相對(duì)分子質(zhì)量大于 5000的大豆肽沒(méi)有苦味 ， 相對(duì) 分子質(zhì)量在 500 1000的大豆肽苦味最強(qiáng) 。 當(dāng)大豆蛋白水解 度約為 25%時(shí) ， 大豆肽混合物相對(duì)分子質(zhì)量絕大多數(shù)在 500 1000之間 。 （ 3） 與酶的來(lái)源和種類之間也有一定的關(guān)系 蛋白質(zhì)水解物中含有的苦肽會(huì)隨蛋白質(zhì)種類以及水解 用的內(nèi)切型蛋白酶的種類不同而有所不同。 2.氨肽酶和羧肽酶的脫苦作用 蛋白質(zhì)水解物的苦味脫除方法至目前為止主要有 選擇 性分離法 、 掩蓋法 、 類蛋白反應(yīng) 、 膜分離法 及 酶法 。 以上 各種脫苦方法各有利弊 ， 其中最受關(guān)注和研究的最多的為 酶法脫苦 。 酶法脫苦 即采用蛋白酶作用于苦味肽 ， 將疏水 性氨基酸切除而達(dá)到脫苦目的 。 酶法脫苦效率高 ， 而且條 件溫和 ， 不會(huì)使肽的營(yíng)養(yǎng)成分丟失 ， 水解過(guò)程易于控制 ， 同時(shí)不改變肽的各種重要特性 （ 如溶解性 、 低抗原性 ） 等 優(yōu)點(diǎn) 。 蛋白酶按其水解蛋白質(zhì)的方式可分為 內(nèi)肽酶 和 外肽酶 。 內(nèi)肽酶 作用于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部肽鍵，生成小分子肽段，脫 苦效果較差。 外肽酶 作