酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進展

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酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進展 班級：451103 姓名：杜以政 學(xué)號：45110303 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進展 摘要:淺述了酶工程技術(shù),如酶的固定化技術(shù)的概念、性質(zhì)及應(yīng)用。介紹了酶工程在食品加 品保鮮和食品分析與檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀,并對酶工程的作用和發(fā)展作出了展望。 關(guān)鍵詞: 酶工程 生物酶 催化 食品工業(yè)是生物酶技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用首先是基因工程的應(yīng)用，即以DNA重組技術(shù)或克隆技術(shù)為手段，實現(xiàn)動植物、微生物等的基因轉(zhuǎn)移或DNA重組，以改良食品原料或食品微生物。如利用基因工程技術(shù)改良食品加工的原料、改良微生物菌種的性能、生產(chǎn)酶制劑、生產(chǎn)保健食品的有效成分等；其次是細胞工程的應(yīng)用，即以細胞生物學(xué)的方法，按照人們預(yù)定的設(shè)計，有計劃地改造遺傳物質(zhì)和細胞培養(yǎng)技術(shù)，包括細胞融合技術(shù)及動植物大量控制性培養(yǎng)技術(shù)，以生產(chǎn)各種保健食品的有效成分、新型食品和食品添加劑；再次是酶工程的應(yīng)用，酶是活細胞產(chǎn)生的具有高度催化活性和高度專一性的生物催化劑，可應(yīng)用于食品生產(chǎn)過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。如纖維素酶在果汁生產(chǎn)、蔬菜汁生產(chǎn)、速溶茶生產(chǎn)、醬油釀造、制酒等食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛；最后是發(fā)酵工程的應(yīng)用，即采用現(xiàn)代發(fā)酵設(shè)備，使經(jīng)優(yōu)選的細胞或經(jīng)現(xiàn)代技術(shù)改造的菌株進行放大培養(yǎng)和控制性發(fā)酵，獲得工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)定的食品或食品的功能成分。 食品加工方面 酶的固定化技術(shù)的應(yīng)用 固定化葡萄糖異構(gòu)酶在高果糖漿生產(chǎn)中 的應(yīng)用固定化葡萄糖異構(gòu)酶是世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的一種固定化酶,1973年就已應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn),它可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產(chǎn)高甜度的高果糖糖漿[4]。用淀粉生產(chǎn)高果糖漿包含三步:(1)用淀粉酶液化淀粉;(2)用糖化酶將其轉(zhuǎn)化為葡萄糖,即糖化;(3)用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)為果糖。 固定化酶用于水解牛奶中的乳糖牛奶中含有4.3%～4.5%的乳糖?；既樘敲溉狈ΠY的人飲用牛奶后將導(dǎo)致不良后果。用乳糖酶可以將乳糖分解為組成乳糖的兩個單糖:半乳糖和葡萄糖。用固定化乳糖酶反應(yīng)器可以連續(xù)處理牛奶,將乳糖分解,用于連續(xù)化生產(chǎn)低乳糖奶。該技術(shù)已于1977年實現(xiàn)工業(yè)化。此外,乳糖在溫度較低時易結(jié)晶,用固定化乳糖酶處理后,可以防止其在冰淇淋類產(chǎn)品中結(jié)晶,改善口感,增加甜度。固定化乳糖酶還可以用來分解乳糖,制造具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖 果蔬加工中的應(yīng)用 水果蔬菜加工中最常用的有果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果膠酶已成為許多國家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果膠酶可以明顯提高果汁澄清度,增加果汁出汁率,降低果汁相對黏度,提高果汁過濾效果。果膠酶主要由滋生物來生產(chǎn),人們通過一系列誘變育種技術(shù),可以篩選優(yōu)良菌種[3]。隨著人們對天然健康食品的不斷需求,近年來,采用果膠酶和其他的酶(如纖維素酶等)處理可以大大提高出汁率,簡化工藝步驟,并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再經(jīng)過種種調(diào)配就可以制成品種繁多的飲料食品,如胡蘿卜汁,南瓜汁,番茄汁,洋蔥汁飲料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脫氧化,國內(nèi)外對其生產(chǎn)及固定化方法進行了深入的研究。特別是近年來,隨著葡萄糖酸鈣,葡萄糖酸鋅,葡萄糖酸鐵等葡萄糖酸系列產(chǎn)品的興起,需求日益增加,因而開發(fā)性能優(yōu)良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生產(chǎn)葡萄糖酸具有實際意義。 酶在烘烤食品方面,可以增大面包體積,改善面包表皮色澤,改良面粉質(zhì)量,延緩陳變,提高柔軟度,延長保存期限。國外經(jīng)試驗表明,向面粉中添加0.1%的淀粉酶,就可以使面粉變得完善,大大改進產(chǎn)品的質(zhì)量,因此國外都把面粉中的淀粉酶活力作為面粉質(zhì)量指標(biāo)之一。制作面包時,當(dāng)面質(zhì)很硬或需要面團具有特別的柔韌性和延伸性時加入蛋白酶,能改善面團物理性質(zhì)和面包質(zhì)量,使面團易于延伸,以較快速度成熟。在生產(chǎn)蛋糕過程中,雞蛋液是主要的關(guān)鍵原料,要求具有良好的乳化性和持泡性,通過添加蛋白酶制劑可有效地改善雞蛋液乳化性和持泡性。脂肪氧化酶添加于面粉中,可以使面粉中的不飽和脂肪酸氧化,同胡蘿卜素發(fā)生共扼氧化作用而將面粉漂白。乳糖酶也用于加脫脂奶粉的面包制造中,它可以分解乳糖生成可發(fā)酵性的糖, 酶工程的發(fā)展在生物工程學(xué)科的發(fā)展中占有重要位置。21世紀,生物科學(xué)與生物工程的發(fā)展將進步揭示生命的奧秘,在世界科技和經(jīng)濟發(fā)展中起主導(dǎo)和支柱作用。作為生物工程重要組成部分的酶工程亦將飛速發(fā)展,前景廣闊。 生物酶在食品加工過程中的應(yīng)用取得了巨大的經(jīng)濟效益。其在食品加工中所起的作用是雙方面的,有些酶的反應(yīng)在加工中是不利的,特別是蛋白水解酶類,我們應(yīng)力圖避免;有些酶的反應(yīng)是我們所希望的,如水果的成熟、芳香物質(zhì)的產(chǎn)生、果膠的分解等等。如何在生產(chǎn)中利用酶的特性,以達到我們所期待的結(jié)果,同樣具有深遠的意義。根據(jù)各類食品的不同特性,同時結(jié)合不同酶制劑的特異效果,并很好地利用不同酶制劑之間,甚至酶制劑與其他食品添加劑之間的協(xié)同性,必然會給食品加工帶來可觀的經(jīng)濟效益。國際上大的酶制劑公司廣泛采用基因工程、蛋白質(zhì)工程、定向進化的高新技術(shù),大大提高了菌種產(chǎn)酶能力,增加了酶的穩(wěn)定性,提高了酶在各種環(huán)境中的反應(yīng)效率[6-7]。 新工藝要求新的酶,隨著食品加工制作方法精細程度的提高,就應(yīng)不斷擴充酶的種類,不斷提高酶的純度。我國的酶制劑工藝起步晚,底子薄,雖然近年來發(fā)展很快,但我們也應(yīng)清醒地看到,目前酶制劑工業(yè)的發(fā)展還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟的發(fā)展要求。我國的酶制劑與技術(shù)進入國際市場參與競爭還有相當(dāng)大的難度,我們還必須繼續(xù)學(xué)習(xí),取人之長,緊跟國際酶工程技術(shù)的最新發(fā)展,提高我國的酶工程技術(shù)。酶制劑涉及糧食加工、油脂加工、調(diào)味品工業(yè)、乳品工業(yè)、特種營養(yǎng)食品制備等相關(guān)的企業(yè),是一個尚未很好開發(fā)但有廣闊前途的領(lǐng)域 酶技術(shù)可以促使肉類嫩化。牛肉及其它質(zhì)地較差的肉（如老動物肉），其結(jié)締組織和膠原蛋白質(zhì)及單性蛋白質(zhì)含量高而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。膠原蛋白是纖維蛋白，由副鍵連接成為具有很強機械強度的組成，這種交聯(lián)鍵可分為耐熱和不耐熱兩種。幼動物的膠原蛋白中，不耐熱交聯(lián)鍵多，一經(jīng)加熱即行破裂，肉就顯得嫩；而老動物的肉因耐熱鍵多，烹飪時軟化較難，因而顯得肉質(zhì)粗糙，難以烹調(diào)，口感亦差。采用蛋白酶可以將肌肉結(jié)締組織中膠原蛋白分解，從而成功地使肉質(zhì)嫩化。作為嫩化劑的蛋白酶可以分為兩類：最常用的是植物蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、中華獼猴桃蛋白酶等；另一類是微生物蛋白酶，如米曲霉等。嫩化的肉類品種從牛肉擴大到豬肉、家禽等。工業(yè)上軟化肉的方法有兩種，一種是將酶涂抹肉的表面或用酶液浸肉；另一種比較先進的方法是在動物宰前用酶肌注，酶的軟化作用發(fā)生在貯罐特別是烹煮加熱時。這項生物技術(shù)新成果對于改善肉類的質(zhì)地、增強肉制品的風(fēng)味，起到了極大的作用。將廢棄蛋白，如雜魚、動物血、碎肉等用蛋白酶水解，抽提其中蛋白質(zhì)以供食用或做飼料，是增加人類蛋白質(zhì)資源的一項有效措施。其中一雜魚及魚干廢棄物的利用最為矚目。海洋中許多魚類因其色澤、外觀或味道欠佳等因，都不能食用，而這類水產(chǎn)卻高達海洋水產(chǎn)的80%左右。在肉類食品生產(chǎn)中,添加少量的木瓜蛋白酶可以分解膠原蛋白,軟化肉品;在面包生產(chǎn)中,淀粉酶可防止老化、改善風(fēng)味,脂肪氧化酶可漂白增香[1]，使其中絕大部分蛋白質(zhì)溶解，經(jīng)濃縮干燥制成含氮量高、富含各種水溶性維生素的產(chǎn)品，其營養(yǎng)不低于奶粉，可摻入面包、面條等食用，或用作飼料，其經(jīng)濟效益十分顯著。 其他方面的應(yīng)用 用酸性蛋白酶在PH中性時處理解凍魚類，可以脫腥。利用微生物酸性蛋白酶處理碎皮，萃取后可得到可溶性膠原。這種可溶性膠原纖維遇鹽或洗衣粉時便再生析出，可制人造腸衣。利用堿性蛋白酶水解動物血脫色來制造無色血粉作為廉價而安全的補充蛋白質(zhì)資源已經(jīng)研究成功，并已投入到工業(yè)化生產(chǎn)中。 用葡萄糖氧化酶除去脫水蔬菜的糖分，可防止貯藏過程中發(fā)生褐變。瓶裝橘子汁貯藏時因氧化而使色香味劣變，采用葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶去氧，即可保持果汁原有的色香味。水果冷凍保藏時，由于果實自身的酶作用而發(fā)酵變質(zhì)，也可用葡萄糖氧化酶保鮮。2.5飲料、釀酒工業(yè) 生產(chǎn)茶飲料最大的難題是變色和沉淀,即所謂冷渾現(xiàn)象。采用單寧酸酶處理是解決這一現(xiàn)象的有效方法[6]。 由于茶乳酪沉淀的復(fù)雜性,將其他酶配合使用比只用一種單寧酸酶取得效果更為理想。如加入萄糖氧化酶可消耗掉茶湯中的游離氧,因而避免了氧氣對茶湯風(fēng)味的破壞作用;加入果膠酯酸酶增加其揮發(fā)性香氣化合物含量;加入溶菌酶可有效地防止和消除微生物污染,減少殺菌不良氣味的產(chǎn)生和品質(zhì)的變化;加入多酚氧化酶可減輕速溶茶苦澀味,改善茶葉食品的色澤;而以混合酶制劑纖維素酶、果膠酶、磷脂酶或原果膠酶、蛋白酶等在25-60℃下萃取茶葉,可有效地萃取茶葉中脂溶性維生素,而Ｖｃ的萃取率亦較高[7]。加入木瓜蛋白酶可作為沉渣劑,使茶湯中的蛋白─單寧復(fù)合物沉淀,提高產(chǎn)品澄清度等[ 啤酒是以麥芽為原料，淀粉酶可液化、糖化淀粉、促進酵母的生產(chǎn),進而生產(chǎn)啤酒、酒精等。麥芽中含降解原料生產(chǎn)可發(fā)酵性物質(zhì)所必需的各種酶類。由于麥芽制造時，原料（大麥）中淀粉呼吸損失，很不經(jīng)濟，因此釀酒廠常用大麥、大米、玉米等作為輔助原料來替代一部分麥芽，以致引起酶活力不足，使糖化不能充分，蛋白質(zhì)降解不足，從而影響啤酒的收率與風(fēng)味。采用微生物淀粉酶、蛋白酶、β—淀粉酶、β—葡聚糖酶等酶制劑，可補充麥芽酶活力不足的缺陷。特別是在用大麥作輔料或用發(fā)芽欠佳的麥芽時，由于其中含有粘性的β—葡聚糖，使麥芽汁難過濾，況且由于β—葡聚糖不溶于酒精，從而在啤酒中生成沉淀而不易濾清，采用β—葡聚酶處理就可使其分解而改善過濾操作。原料糖化時添加唐化酶可增加發(fā)酵度，縮短糖化作用時間，可用于生產(chǎn)低熱量啤酒。采用中性蛋白酶可分解原料中蛋白質(zhì)以增加麥芽汁中氨基酸含量，從而促進酵母發(fā)酵。采用木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶或霉菌酸性蛋白酶則可使啤酒澄清，防止混濁，延長保存期。 果酒釀造中采用酸性蛋白酶、淀粉酶、果膠酶可消除混濁或改善潰碎果實壓汁操作。白酒生產(chǎn)中采用糖化酶代替麩曲可提高出酒率（2~7%），節(jié)約糧食，簡化設(shè)備，節(jié)省廠房場地。 酵母在面團中，依靠面粉本聲淀粉酶和蛋白酶的作用生成麥芽糖和氨基酸來進行繁殖個發(fā)酵。目前歐美各國常添加酶進行強化，用酶活力高的面粉制成的面包，氣孔細而分布均勻、體積大、彈性好、色澤佳。 面粉中添加α—淀粉酶，可調(diào)節(jié)麥芽糖生成量，使二氧化碳產(chǎn)生和面團氣體保持力相平衡。添加蛋白酶可促進面筋軟化，增加伸延性，減少揉面時間和動力，改善發(fā)酵效果。用蛋白酶強化的面粉可防止糕點老化。糕點餡心常用淀粉為填料，添加用β—淀粉酶可改善餡心風(fēng)味；面包制作中適當(dāng)添加脂肪酶可增進面包的香味，這是因為脂肪酶可使乳脂中微量的醇酸或酮酸的甘油酯分解，從而生成δ—內(nèi)酯等香味物質(zhì)。2.7制糖 傳統(tǒng)制糖工業(yè)主要以甘蔗、甜菜為原料生產(chǎn)蔗糖。糖源不足、價格昂貴是制糖工業(yè)面臨的第一大難題，而產(chǎn)品甜度不高則是面臨的第二大問題（若以蔗糖甜度為100計算，則葡萄糖只有73，而果糖則高達174）。 生物技術(shù)在這里發(fā)揮了其巨大作用。首先，食品科學(xué)家將糖源目標(biāo)轉(zhuǎn)移向來源充足、價格低廉的淀粉。淀粉水解后可生成飴糖、麥芽糊精、葡萄糖、麥芽糖與麥芽糖醇、果糖、低聚糖等食品原料,分別用以糖果、冰淇淋、飲料等各類食品的加工;蛋白酶可以生產(chǎn)天冬甜素,這是一種非糖高甜度甜味劑,已廣泛用于各類食品的生產(chǎn)[11,12]。最先應(yīng)用的是玉米淀粉，繼而擴大到谷類（玉米、粘玉米、高粱等），為了提高產(chǎn)品的甜度，食品科學(xué)家使用葡萄糖異構(gòu)酶成功地將葡萄糖轉(zhuǎn)化甜度遠高于蔗糖的果糖，產(chǎn)品稱為高果糖漿。和蔗糖相比,高果糖漿有許多優(yōu)點:(1)不易結(jié)晶;(2)高甜度;(3)易發(fā)酵;(4)保濕性強;(5)低糖度;(6)無色。所以在點心制造業(yè)和冷飲生產(chǎn)業(yè)都受到歡迎[13]。葡萄糖轉(zhuǎn)化酶和磷酸葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)果糖的技術(shù)可以用于大規(guī)模生產(chǎn),取代蔗糖作為甜味劑。由于該項技術(shù)在各國得到廣泛應(yīng)用,國際市場糖價大幅度下降[14]。目前可口可樂公司和百事可樂公司的飲料,都采用了該項技術(shù)生產(chǎn)的果葡漿作為原料[15]。高果糖漿第一代產(chǎn)品果糖含量占42%，繼而出現(xiàn)了果糖含量占55%、90%的產(chǎn)品，其甜度也越趨增高。 酶對食品工業(yè)發(fā)展的影響及其發(fā)展前景 綜上所述,酶工程在食品工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。隨著基因工程等新技術(shù)的發(fā)展,酶工程應(yīng)用潛力有望進一步發(fā)揮。展望末來,這種源于自然界自身的清潔技術(shù)在尋找創(chuàng)新、有經(jīng)濟效益和利于環(huán)保的方法,為遍及全球的工業(yè)問題提供解決方案方面有著廣闊的應(yīng)用前景。 參考文獻： 1.生吉萍,羅云波,申琳.脂氧合酶在食品貯藏加工中的作用[Ｊ].食品科學(xué),1999(12):22-24. 2.文澤富.酶在柑桔加工中的應(yīng)用[Ｊ].食品與機械,1992(5):31-33.[6]Smallwood,K.C.一種茶產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝.歐洲專利,0381462Ａ1,1984. 3.王元鳳,王登良,魏新林.酶技術(shù)在茶葉深加工中的應(yīng)用研究.飲料工業(yè),2000,6:18-22[8]方元超 4.,趙晉府.酶技術(shù)在茶飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[Ｊ].飲料工業(yè),1999(1):12-15.[9]黃海丹.酶在食品及飲料加工中的應(yīng)用[Ｊ].食品研究與開發(fā),1996(1):29-31. 5.林勉,劉通訊.內(nèi)肽酶與端解酶水解花生粕蛋白的研究[Ｊ].食品科學(xué),2000(1):22-24.[11][英].酶與食品加工[Ｍ].北京:輕工業(yè)出版社,1991.93-139. 6.呂加平,肖銳.酶在食品工業(yè)中的開發(fā)利用[Ｊ].食品研究與開發(fā),1997(3):29-32.[13]粱華.酶催化作用的應(yīng)用.江西教育學(xué)院學(xué)報,1996,17(6):44-47. 7.張斌,金莉.固定化酶及其在食品中的應(yīng)用[J].中國食品添加劑,2006(1):147-151. 8.袁勤生,趙健.酶與酶工程[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2005.[3]唐忠海,饒力群.酶工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品研與開發(fā),2004,25(4):10-14. 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