酶在贮藏保鲜中的应ppt课件

酶在贮藏保鲜中的应用,食品在加工、运输和贮藏过程中，常常由于受到微生物、氧气、温度、湿度、光线等各种因素的影响，而使食品的色、香、味及营养发生变化，甚至导致食品腐败变质，不能食用。因此，在食品领域内各类食品的防腐保鲜始终是一个需要解决的重要问题。,据估计，全世界每年约有10%-20%的食品由于腐败而废弃，而在中国，食品的腐败变质状况更为严重，造成了很大的经济损失。 在现有的食品生产和加工中，为了达到食品防腐保鲜、延长保质期的目的，一般大都采用添加防腐剂、保鲜剂或热杀菌等方法，而向食品中添加防腐剂是一种既简便、又行之有效的方法。,目前，绿色健康消费已成为新的消费时尚，食品中一些添加剂、防腐剂也在向着安全、营养、无公害的方向发展。尤其是随着科学技术的进步以及检测手段的不断完善，人们逐渐发现过去认为安全的一些化学防腐剂实际上也具有致癌或潜在致癌的可能性。,寻找并开发一些天然高效、安全无毒、性能稳定、广谱杀菌的食品防腐剂正逐渐成为食品科学研究领域中的一大热点。而酶法保鲜作为一种新型的、无公害的保鲜技术引起了人们的极大关注，具有非常广阔的前景。 酶法保鲜技术是利用生物酶的高效催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质和特性的技术。此法与其他方法相比具有以下优点。,正是由于酶法保鲜具有上述优点，因此可广泛应用于各种食品的保鲜，有效地防止外界因素，特别是氧和微生物对食品造成的不良影响。目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的保鲜技术。,一、葡萄糖氧化酶在食品保鲜方面的应用,Glucose Oxidase，简称GOD，（-D-葡萄糖：氧 氧化还原酶；EC1.1.3.4）是一种需氧脱氢酶，能专一地氧化-D-葡萄糖成为葡萄糖酸。 1928年由Muller首先从黑曲霉（Aspergillus niger）的无细胞提取液中发现葡萄糖氧化酶。一般由青霉（P.Variable）和黑曲霉产生。,葡萄糖氧化酶对-D-葡萄糖具有高度专一性，可催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸和过氧化氢，其催化过程不仅能使葡萄糖氧化变性，而且在反应中消耗掉一个氧分子，因此，可作为除葡萄糖剂和脱氧剂广泛应用于食品保鲜。 葡萄糖氧化酶是食品工业中应用非常广泛的一种酶制剂，作为一种天然食品添加剂，对人体无毒、无副作用。,1、脱糖保鲜,用葡萄糖氧化酶去除食品中残留的葡萄糖，目前应用最多的是脱水制品如蛋白粉、蛋白片的生产。 由于蛋白中含有0.5%0.6%的葡萄糖，因此在蛋类制品加工和贮藏过程中，极易发生葡萄糖分子中的羰基与蛋白质分子的氨基结合生成黑蛋白的美拉德反应。,美拉德反应不但导致食品中葡萄糖和游离氨基消失，还会使食品褐变、营养损失，风味也会发生变化，甚至产生有毒物质。因此，在蛋制品加工过程中往往要先进行蛋白的脱糖处理，以防止食品因氧化而引起的品质下降和变质。 早期在蛋制品工艺中多是采用干或湿酵母发酵的方法除去葡萄糖，该方法的缺点是周期长，卫生条件差，产品质量也不理想。近几年来，在干制蛋品加工中已普遍采用葡萄糖氧化酶进行脱糖处理。,用葡萄糖氧化酶过氧化氢酶体系将还原糖分子上的醛基转变成羧基，这样就消除了美拉德反应中的底物之一-还原糖。反应中需要不断地供给氧气，因此使用葡萄糖氧化酶脱糖时应分次加入适量的H2O2溶液，这样同葡萄糖氧化酶一起使用的过氧化氢酶就能分解H2O2，以补充反应所需要的氧。,2、脱氧保鲜,食品在运输贮藏保存过程中，由于氧的作用，容易发生一系列不利于产品质量的化学反应，引起色、香、味的改变。例如，氧的存在容易引起花生、奶粉、饼干、油炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂酸败，产生不良风味而造成食品营养损失、变质。氧化也会引起去皮果蔬、果酱以及肉类发生褐变。另外氧的存在也为许多微生物生长创造了条件，导致食品风味品质下降。,解决氧化问题的根本办法是脱氧。葡萄糖氧化酶是一种理想的除氧保鲜剂，可有效防止食品因氧化而引起的质量下降和变质。罐藏食品可以使用含葡萄糖氧化酶的吸氧保鲜袋防止氧化，罐装果汁、酒和水果罐头等可以直接加入葡萄糖氧化酶以保持品质，另外葡萄糖氧化酶也可以有效地防止罐装容器的氧化作用。,3、防止微生物繁殖,葡萄糖氧化酶本身并不具有抗微生物的作用，但由于葡萄糖氧化酶能去除氧，所以能防止好气菌的生长繁殖；形成的葡萄糖酸引起pH下降，也有抑制作用；同时由于产生过氧化氢具有细胞毒性，也可起到杀菌的作用。因此葡萄糖氧化酶可用于在特殊情况下防止微生物的繁殖。,二、溶菌酶在食品保鲜方面的应用,溶菌酶（N-乙酰胞壁质聚糖水解酶，EC 3.2.1.17）又称为胞壁质酶，细胞壁溶解酶。是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶。溶菌酶是由129个氨基酸构成的单纯碱性球蛋白，化学性质非常稳定。,在自然界中，溶菌酶普遍存在于鸟类、家禽的蛋清和哺乳动物的眼泪、唾液、血液、鼻涕、尿液、乳汁和组织细胞中(如肝、肾、淋巴组织、肠道等)，从木瓜、大麦、无花果和卷心菜、萝卜等植物中也能分离出溶菌酶，其中以蛋清含量最高，约含0.3%。因而多数商品溶菌酶都是从蛋清中提取的。,溶菌酶本身是一种无毒性的蛋白质，作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因素，溶菌酶对人体完全无毒副作用，并且具有抗菌消炎，抗病毒，抗肿瘤，增强机体免疫力的生理功能，还可激活血小板，改善组织局部血液循环障碍，分泌脓液，增强局部防卫功能，具有止血、消肿等作用。因此，将溶菌酶作为食品贮藏过程中的杀菌剂和防腐剂，代替化学合成的食品防腐剂具有一定的潜在应用价值。,1、 溶菌酶的种类,人们对溶菌酶的研究始于20世纪初，1922年英国细菌学家弗莱明(Fleming)发现人的唾液、眼泪中存在这种能溶解细菌细胞壁的酶，因其具有溶菌作用，故命名为溶菌酶。 根据来源不同，将溶菌酶分为三类：动物溶菌酶、植物溶菌酶和微生物溶菌酶。,动物溶菌酶,动物溶菌酶包括鸡蛋清溶菌酶及人和哺乳动物溶菌酶。鸡蛋清溶菌酶是目前研究和应用最多的，分子量为14000，其等电点在pH11.1左右，最适温度在50，化学性质稳定，pH在1.211.3之间改变时对酶结构影响很小，pH在47范围内100处理1min仍有近100%的活力，在210条件下加热1.5h仍具有活性。,鸡蛋清溶菌酶在碱性环境条件下稳定性较差，分解G+细菌，但对G-细菌不起作用。研究表明其它鸟类蛋清溶菌酶也是由129个氨基酸残基组成，但其排列顺序和鸡蛋清溶菌酶不同，并且活性部位也不相同。,人溶菌酶分子量为14600，对人的溶菌酶研究发现它是由130个氨基酸残基组成，也有4个S-S键，其一级结构氨基酸顺序及组成与鸡蛋清溶菌酶相比有极大的差异，但三级结构有相似性，其溶菌活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍。 对于哺乳动物溶菌酶，目前仅从牛、马、羊等动物的乳汁中分离出溶菌酶，其化学性质与人溶菌酶相似，但结构尚不清楚，其溶菌活性远低于人溶菌酶。,植物溶菌酶,目前发现含溶菌酶的植物有近170种，在木瓜、无花果、大麦等植物中均已分离出溶菌酶。植物溶菌酶分子量较大，约为2400029000，其对溶壁小球菌的溶菌活性不超过鸡蛋清溶菌酶的1/3，但其对胶体状甲壳质的分解活性则是鸡蛋清溶菌酶的10倍。,微生物源溶菌酶,上世纪60年代从微生物中分离出溶菌酶，根据其作用对象分为细菌细胞壁溶菌酶和真菌细胞壁溶菌酶。 细菌细胞壁溶菌酶可分为三大类：N-乙酰氨基己糖苷酶，它破坏细菌细胞壁肽聚糖中-(1，4)糖苷键；酰胺酶，它催化裂解细菌细胞壁肽聚糖中N-乙酰胞壁酸与肽“尾”之间的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸键；内肽酶，它催化裂解肽聚糖肽桥中的肽键。,现在研究发现，细菌细胞壁溶菌酶的抗菌活性不仅表现在其分解细菌细胞壁方面，当酶受到不可逆抑制后，它仍然显示出抗菌效应；不同来源的细菌细胞壁溶菌酶有不同的抗菌范围，并对不同类型的肽聚糖有特异性。,真菌细胞壁溶菌酶包括几丁质酶和-葡聚糖酶。 抗真菌的几丁质酶主要是内几丁质酶，首先是在植物中发现，这类几丁质酶可以对抗侵入植物体的真菌病原体，后来人们在链霉菌属、杆菌和大多数真菌中也发现该酶，真菌几丁质酶与植物几丁质酶相似。几丁质酶主要用于真菌细胞壁的降解和重组，但在大多数产几丁质酶的真菌中，此酶主要用于真菌细胞壁的成型过程，由于肽聚糖和甲壳质的糖骨架具有相似的结构，一些几丁质酶也具有溶菌酶活性。,-葡聚糖酶(-glucanases)是另一类真菌细胞壁溶菌酶，包括-(1，3)葡聚糖酶，-(1，6)葡聚糖酶和甘露聚糖酶等，主要用于分解酵母细胞的细胞壁。如-(1，3)葡聚糖酶主要作用是它能水解-(1，3)糖苷键，还可以对几丁质降解真菌细胞壁起到显著的协同作用。,2、溶菌酶的抗菌机理,细菌的细胞壁由胞壁质组成，胞壁质是由N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine，NAG)及N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acid, NAM)交替组成的多聚物，胞壁酸残基上可以连接多肽，称为肽聚糖(Peptidoycan)。,肽聚糖是细菌细胞壁的主要成分，它是由NAM、NAG和肽“尾”(一般是4个氨基酸)组成，NAM与NAG通过-l，4糖苷键相连，肽“尾”则是通过D-乳酰羧基连在NAM的第3位碳原子上，肽尾之间通过肽“桥”(肽键或少数几个氨基酸)连接，NAM、NAG、肽“尾”与肽“桥”共同组成了肽聚糖的多层网状结构，作为细胞壁的骨架，上述结构中的任何化学键断裂，皆能导致细菌细胞壁的损伤。,溶菌酶能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖，其水解位点是N-乙酰胞壁酸(NAM)的l位碳原子和N-乙酰葡萄糖胺(NAG)的4位碳原子间的-l，4糖苷键，结果使细菌细胞壁变得松弛，失去对细胞的保护作用，最后细胞溶解死亡。 对于G+细菌与G-细菌，其细胞壁中肽聚糖含量不同，G+细菌细胞壁几乎全部由肽聚糖组成，而G-细菌只有内壁层为肽聚糖，因此，溶菌酶只能破坏G+细菌的细胞壁，而对G-细菌作用不大。,G菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。,G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色。,革兰氏-染色原理：,第一步：结晶紫使菌体着上紫色 第二步：碘和结晶紫形成脂溶性大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。 第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。 第四步：沙黄复染，增加脱色菌与背景的反差并区别于未脱色菌。,3、溶菌酶在食品保鲜中的应用,（1）用于水产类熟制品、肉类制品的防腐和保鲜 溶菌酶可作为鱼丸等水产类熟制品和香肠、红肠等肉类熟制品的防腐剂。只要将一定浓度(通常为0.05%)的溶菌酶溶液喷洒在水产品或肉类上，就可起到防腐保鲜的作用。,（2） 用于新鲜海产品和水产品的保鲜 一些新鲜海产品和水产品(如：鱼、虾、蛤蜊肉等)在含0.1mol/L甘氨酸、0.05%-0.1%的溶酶菌和2%-4%的食盐溶液中浸渍5min后，沥去水分，进行常温或冷藏储存，均可延长其储存期，且无异味和色泽的变化。,（3）在乳制品中的应用 溶菌酶在人乳中含量最高，是牛乳的3000倍，是山羊乳的1600倍，溶菌酶是婴儿生长发育必需的抗菌蛋白，在人工喂养或食用母乳不足的婴儿食品中添加溶菌酶是非常必要的。因为溶菌酶是人体的一种非特异性免疫因子，对杀死肠道腐败球菌有特殊作用。溶菌酶在婴儿体内可以直接或间接促进婴儿肠道细菌双岐杆菌增殖，它可以促进婴儿胃肠内乳酪蛋白形成微细凝乳，有利于婴儿消化吸收；,溶菌酶也可以促进人工喂养婴儿肠道细菌群的正常化；它能够加强对血清灭菌蛋白，r-球蛋白等体内防御因子的作用，以增加对感染的抵抗力，特别是对早产婴儿有预防体重减轻，预防消化器官疾病，增加体重的功效。所以溶菌酶是婴儿食品、婴儿配方奶粉等的良好添加剂。,在奶酪生产中使用溶菌酶，特别是中期、长期熟化奶酪中，可以防止奶酪的后期起泡，以及奶酪风味变化，而且不影响在老化过程中的奶酪基液。溶菌酶不仅对乳酸菌生长很有利，而且还能抑制污染菌引起的酪酸发酵，这种特性为一般防腐剂不能达到的。 溶菌酶还可用于乳制品防腐，尤其适用于巴氏杀菌奶，能有效地延长其保存期，由于溶菌酶具有一定的耐高温性能，也适用于超高温瞬时杀菌奶。,（4）在糕点和饮料上的应用 在糕点中加入溶菌酶，可防止微生物的繁殖，特别是含奶油的糕点容易腐败，在其中加人溶菌酶也可起到一定的防腐作用。 在pH6.07.5的饮料和果汁中加入一定量的溶菌酶具有较好的防腐作用。在低度酒方面的应用是日本已成功地使用鸡蛋蛋清溶菌酶代替水杨酸作为防腐剂用于清酒的防腐，其加入量为15mg/kg。此外溶菌酶还可作为料酒和葡萄酒的防腐剂和澄清剂，使用量为0.005%0.05%。,（5）在食品包装中的应用 将溶菌酶固定化在食品包装材料上，生产出有抗菌功效的食品包装材料，以达到抗菌保鲜功能。目前许多肉制品软包装都需要经过高温灭菌处理。经过处理的肉制品脆性变差甚至产生蒸煮味。如果在产品真空包装前添加一定量的溶菌酶(1%3%)，然后巴氏杀菌(80100，2530min)，可获得很好的保鲜效果。,三、其他酶在食品保鲜中的应用,1、过氧化氢酶用于食品保鲜 过氧化氢酶本身并不具有防腐保鲜作用，在食品中的应用主要是除去食品中残存的过氧化氢。用于食品保鲜系统时，与葡萄糖氧化酶同时使用而达到除糖去氧和保鲜杀菌的目的，另外，也可与过氧化氢一起用于食品的杀菌，以除去残留的过氧化氢。,由于过氧化氢并未被批准作为可加入食品的防腐剂，杀菌后必须将其除去。所以用过氧化氢进行杀菌保鲜必须要注意过氧化氢的残留问题，需要通过结合过氧化氢酶来分解除去过氧化氢。,在其他国家，过氧化氢杀菌法被广泛用于牛乳生产或干酪制造，这种方法在杀菌后利用过氧化氢酶将剩余的过氧化氢除去，以达到食品卫生的要求，既简便实用，效果又好。特别是酶固定化技术兴起后，以过氧化氢作为奶保鲜剂更为可行。固定化过氧化氢酶技术保鲜奶制品的方法已被世界粮农组织和世界卫生组织批准，并确认不会对健康带来任何危害。,2、乳过氧化物酶体系在奶类食品中的应用,乳过氧化物酶（简称LP）是一种天然的捕杀微生物剂，自然的生牛乳、人体的唾液和眼泪中都含有此酶。其本身单独存在时并没有杀菌作用，但与硫氰酸根SCN-和过氧化氢共同形成的乳过氧化物酶体系（LP体系）可通过酶反应杀死微生物或使广谱微生物失活。,LP体系的杀菌机理是在乳过氧化物酶的催