食品用酶制剂的生产及其应用.docx

食品用酶制剂的生产及其应用摘要：本文对食品用酶制剂发展现状进行基本介绍，阐述了食品用酶制剂的生产技术和基本要求；以及酶制剂在食品中的应用,还对食品用酶制剂的发展前景作了展望。Abstract：On the development status of food enzymes used in this paper basic introduction describes technical and basic requirements of food enzymes used in the production and application of enzyme in food and also prospect of food enzymes.关键词:酶制剂；食品；生产；应用1食品用酶制剂从生物（包括动物、植物、微生物）中提取的具有生物催化能力的物质，辅以其他成分，用于加速食品加工过程和提高食品产品质量的制品，称为食品用酶制剂。食品工业用酶制剂在生产使用时必须符合国家有关质量标准，酶制剂的剂型可以是液体的，亦可以是固体的1 。2食品用酶制剂的发展现状我国食品工业酶制剂质量和产量都和国外的差距很大。在国外已工业化应用的许多食品酶,国内还尚未生产;即使已在食品工业应用的酶,既无卫生要求,亦无产品质量标准;同一种酶制剂在一般工业和食品行业同时使用。目前,国内所用的酶制剂提取、纯化方法都采用盐析法。许多酶制剂在生产时,连发酵液中的菌体、残渣都未经除去,就直接盐析,或喷雾干燥,这显然不符合食品卫生法的要求,不能令人满意。3食品用酶制剂的生产技术3.1粗酶制剂的生产技术3.1.1提取分离法产酶技术提取分离法产酶技术主要包括细胞破碎、酶的提取、酶的粗分离和酶的精制等技术环节。细胞破碎机械破碎法：捣碎法、珠磨法、匀浆法物理破碎法： 超声波破碎法、冻融法化学破碎法：有机溶剂渗透法、表面活性剂渗透法酶溶法酶的抽提酶的抽提是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程，也称为酶的提取。该过程实际上经常是在细胞破碎时已经同时进行。抽提方法 稀盐法： 0.020.5mol/L 稀酸法: pH不能太低； 稀碱法： pH不能太高； 有机溶剂法：适用结合酶； 双水相萃取法酶的粗分离 ：过滤分离，沉淀分离，离心分离3.1.2微生物发酵法产酶技术酶的微生物发酵生产方式有两种，一种是固体发酵法，另一种是液体发酵法。 固体发酵法 固体发酵法是利用麸皮和米糠为主要原料，添加谷糠、豆饼等，加水搅拌成半固体状态，供微生物生长和产酶，主要用于真菌来源的商业酶的生产。其中用米曲霉生产淀粉酶，以及用曲霉和毛霉生产蛋白酶在中国和日本已有悠久的历史。固体发酵法操作简单，但条件不容易控制。 液体发酵法 液体发酵法又分液体表面发酵和液体深层发酵法两种。其中液体深层发酵法是现在普遍采用的方法。我国酶制剂、抗菌素、氨基酸、有机酸和维生素等发酵产品均采用此种方法。3.2食品用酶制剂的精制目前,固体型酶制剂的精制方法,常用的是有机溶液沉淀法,丹宁沉淀法、淀粉吸附法和离子交换法等。(一)有机溶剂沉淀法用得最多的溶剂是乙醇和丙酮。由于有机溶剂的加入使蛋白质的空间结构发生改变,使一些疏水键暴露于表面,并与有机溶剂结合成疏水层,从而使蛋白质沉淀下来。这一机理表明过浓的有机溶液或过高的温度都可能使蛋白质变性或使酶失活。因此,其操作温度一般低于5。该法由于流程简短,收率较高,故国外普遍采用。【2】 (二)丹宁沉淀法丹宁属多元酚物质,其分子中的很多羰基、羟基,在一定条件下能和蛋白质分子的肽键,羧基、氨基,借助氢键、酯键或盐键结合【3】,从而形成大颗粒沉淀。但这种酶和丹宁的沉淀物,还必须借助于其他物质,如PVP(聚乙烯氮戊环酮),聚乙二醇、聚环氧乙烷、甘油油酸醋等,才能获得进一步的分离。由于上述这些物质能与丹宁生成树脂状或复合物沉淀,而使酶游离到上层清液。采用该法,可使酶浓缩10倍以上,其质量可达到食品级,甚至药用酶的要求。(三)吸附法采用经特殊处理的淀粉,从发酵液中提取a一淀粉酶,是一种比较经济而有效的方法,因作为吸附剂的淀粉,可当作填充剂留在酶中。此外,活性氧化铝、高岭土等的土类都可用作酶的吸附剂。白土类吸附剂,一般在弱酸性条件下能吸附酶或蛋白质,在中性或碱性条件下则解吸,从而达到分离。 (四)离子交换法离子交换法的基本原理和吸附法是相同,工业上多采用改变pH值法。由于该法选择余地较大,预计今后应用前景广阔。4.食品用酶制剂的要求世界卫生组织(W.H.0)和联合国粮农组织(F.A.O),在日内瓦联合议定了食品工业用酶制剂的质量标准。对酶制剂原料,酶制剂生产过程以及最终产品的要求。酶制剂生产过程的规定:(1)生产菌种必须严格限制。美国食品及药物管理局宣布,除枯草杆菌、米曲霉菌,黑曲霉菌、啤酒酵母和脱壁酵母为安全菌株外,其它菌株生产酶,必须经过它的鉴定和批准,获得世界各国公认。(2)酶的发酵液或抽提液,必须经过滤或分离,发酵残渣不允许留在食品中,残留的细菌要控制在允许范围内。 (3)食品中不允许加入作为盐析剂的硫酸按类和作为填充料的硫酸钠等水溶性无机盐。因为这类盐一旦进入食品就不能从食品中分离出来,但食盐除外。发酵时作为营养添加的盐类,在发酵终了时,必须全部利用或所剩甚微。(4)不能用于食品的物质,禁止加入食品酶制剂中,例如非食品用杀菌剂、防腐剂等。(5)食品酶制剂中,可以含有色素、多糖类杂质和少量杂蛋白,也可以有不妨碍其工艺效果的其它杂质酶。5食品用酶制剂的应用5.1 酶制剂在焙烤行业的应用酶制剂在烘焙行业中广泛应用广泛，酶制剂可替代溴酸钾，溴酸钾是一种面粉强筋剂，也是致癌有害物。 使用葡萄糖氧化酶、真菌淀粉酶、木聚糖酶 、脂肪酶 、糖基水解酶和谷氨酰胺转移酶等多种酶共同作用于面团，可全面提升面制品品质， 达到甚至超过使用溴酸钾的效果，与溴酸钾相比，酶制剂更加健康，更符合当今社会人们对食品的要求 。酶制剂可使生物增白，如在面制品中使用脂肪酶，可代替化学增白剂，改善面制品内部的白度和组织结构，提高馒头表面的光亮度和白度，实现生物法增白。 酶制剂可延长面制品货架期，如使用麦芽糖淀粉酶可延缓面包、 馒头等面制品老化现象 4；酶制剂可提供安全食品，如淀粉类食品在高温（120 ）烹调下容易产生丙烯酰胺，使用适当的酶制剂处理淀粉类食物原料，在加工过程中可减少丙烯酰胺生成，不会影响食品原有风味保证食品安全 5。5.2 酶制剂在啤酒行业的应用在啤酒加工过程中， 加入适量的葡萄糖氧化酶可除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧， 延长保质期 6；加入 -乙酰乳酸脱羧酶可促进啤酒成熟，缩短发酵周期，节约制冷能耗 7；加入-葡聚糖酶和葡萄糖苷酶可有效降低麦芽汁黏度， 防止啤酒浑浊，稳定啤酒质量 8；在啤酒的制造和储存过程中， 利用脯氨酸蛋白内肽酶可代替甲醇应用于啤酒去除混浊，不会影响啤酒泡持性 9。5.3 酶制剂在调味品行业的应用豆腐乳、酱油、食醋等调味品与人民生活密切相关，食品卫生安全尤为重要。 酶法与酸法相比，工艺条件温和， 生产过程中不产生腐蚀物质和有毒物质，使发酵调味品符合卫生要求，安全可靠，且投资少。 市售酱油绝大部分为配制酱油， 使用的是酸法蛋白水解物作配料， 然而酸法蛋白水解物会带来三氯丙醇等致癌物，产生卫生安全问题。 2001 年 9 月国家新酱油质量标准执行， 迫切需要寻找一种卫生安全，有质量保证的蛋白水解物，以满足酱油生产的需要。 利用植物蛋白水解酶水解植物蛋白，在酸性条件下反应获得的水解产物， 避免了产生三氯丙醇等卫生安全性问题，并且其营养丰富，口味好，此外，缩短了发酵周期和提高了产品收率 10。 使用酶法提取酵母中核苷酸， 可以改进目前传统工艺中存在的用盐量过高、收率低、成本高等不足。5.4 酶制剂在油脂加工行业的应用酶法脱胶：将酶法脱胶应用于大豆油精炼中，可使脱胶过程在含水量低的条件下高效进行，提供了一个安全、经济的替代方法。酶法转化甘油三酯： 利用酶制剂通过酯交换可使甘油三酯转化为甘油二酯， 在小肠内消化吸收， 不会形成脂肪，在食用口感上不会发生变化，并可降低血脂，长期食用还可以防止体内脂肪尤其是内源性脂肪的积累。 生产人造奶油和起酥油：利用酶制剂进行酯交换生产，可避免以大豆油为原料氢化生产的人造奶油生成反式酸 11。5.5 酶制剂在果蔬加工行业的应用使用果胶酶、纤维素酶、-淀粉酶、木瓜蛋白酶及复合酶粥化酶，可提高果汁出汁率、澄清度，增强果汁中营养成分及其稳定性 12。在水果加工中，蛋白酶等对苹果、葡萄汁和马铃薯汁的褐变具有明显的抑制效果。 利用酶法可除去橙柑橘汁中的苦味，操作简单，脱苦条件温和，脱苦效率高 13。5.6 酶制剂在食品保鲜中的应用与其它保鲜方法相比， 酶法保鲜具有很多优点：酶本身无毒、无味、无嗅，不会损害产品本身的价值。酶对底物有严格的专一性，添加到成分复杂的原料中不会引起不必要的化学变化。 酶的催化效率高，用低浓度的酶即可使反应迅速地进行。酶作用所需温度、pH 值等条件较温和， 不会损害产品的质量。 用酶进行保鲜，必要时只需用简单的加热方法即可使酶失活，反应终点易于控制 14。6.食品用酶制剂的前景展望食品酶制剂以其催化特性专一、催化速度快、天然环保等特性， 在食品生产和人们生活中扮演越来越重要的角色。 酶制剂还具有缩短生产过程，使用时无需大量添加等优势，且绿色、安全、高效。开发高效、新型食品用酶制剂，建立食品级规模化表达体系，优化酶制剂发酵清洁工艺，研制和检测专业复合酶制剂，建立食品酶制剂安全性评价体系， 对于提高食品品质及安全水平将起到良好的推动作用，也必将产生巨大的经济和社会效益。开发食品加工中新型酶种食品加工业种类的增多，使酶制剂在食品中应用越来越广，同时，食品加工过程中涉及高温、低温、高盐、高压、酸性及碱性等条件，现有的酶种不能很好地满足加工底物和加工过程的需求，因此开发适应各种食品加工条件的新型高效能酶具有重要的意义34。 我国拥有较好的微生物多样性以及亚洲最大的菌种库。 近年来我国成功地从常温和低温环境筛选到大量的具有优良性质的工业用酶， 包括木聚糖酶、-半乳糖苷酶、-葡聚糖酶、乳糖酶、-甘露聚糖酶、纤维素酶等 35，可为食品工业用酶研究提供所需的起点酶蛋白分子。 在国际上，酶制剂生产、应用公司都建有巨大的菌种和酶库， 如 Novozymes 拥有的微生物资源保藏物超过12 万株。 近年来在传统筛选技术基础上，宏基因组技术、 宏转录组技术和基于基因组序列数据库发现新酶的数据挖掘技术得到了较大的发展 36-40。我国虽然也建立和发展了相关技术，但实际应用的例子不多。 另外，来源于自然生物资源的酶， 通常需对其进行分子水平的改造以满足食品加工业的应用条件 41-45。目前国际上分子改造的趋势是继续发展更高效的理性设计和非理性设计的组合方法 46-51。 我国发展了若干具有国际水平的原创技术，如细菌自裂解筛选技术和计算机辅助分子设计，但未获得较显著的成果，因此，需加大对计算生物学、统计学、分子生物学方法的多交叉结合，寻找蛋白结构-功能的内在联系，最终为科学改造酶分子提供理论依据。7.参考文献【1】李凤林、黄聪亮、余蕾 食品添加剂 ：化学工业出版社 ，2008【2】陈孝国，姚怒，朱自强。加速开发食品用酶制剂。第21卷第3期浙江化工3赵永芳,生物化学技术原理及其应用,武汉大学出版社,(1988)4 姜国龙， 赵红双， 赵鑫酶. 在焙烤食品制作中的应用及研究进展J. 内蒙古科技与经济， 2009， 7： 176-182.5 莫小曼. 酶在焙烤工业中的应用J. 中国食品， 2000， （19）： 21.6 姜锡瑞， 段钢. 酶制剂在酿酒生产上应用技术J. 山东食品发酵， 2003， （2）： 12-16.7 王荣辉， 韦航， 韦朝英， 等. 酶制剂在食品工业的应用J. 大众科技， 2009， 9： 107-108. 8 费英敏， 石彦国. 不同酶解程度的大豆分离蛋白在配制酱油中的应用J. 大豆科技， 2011， （1）： 23-26. 9 王瑛瑶， 栾霞， 魏翠平， 等. 酶技术在油脂加工业中的应用J. 油脂加工， 2010， 35（7）： 8-11. 10 魏翠平， 王瑛瑶， 栾霞. 人造奶