酶在谷物食品加工中应用.doc

酶在食品加工中应用 谷物食品08生工2班 王文辉 0820020051摘 要：该文综述谷物食品加工中广泛使用淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶、转谷氨酰胺酶特性及其应用进展，并展望其发展前景。 关键词：酶；谷物食品；食品加工 Abstract：This article introduced properties and application of the amylase，protease，lipase，xylanase，glucose oxidase，transglutaminase used widely in cereal food processing an d promised its future Key Words：enzyme；cereal food；food processing联合国粮食及农业组织提出粮食概念是指谷物(Cerea1)，包括小麦、粗粮和稻谷三大类，其中，粗粮主要包括玉米、大麦、高梁、燕麦、荞麦及其它杂粮；谷物所含营养物质主要是淀粉，其次是蛋白质。随着人们生活水平不断提高，对谷物食品品质提出更高要求；而生物工程技术发展，尤其是酶工程技术发展为谷物食品加工和品质改良提供有利工具。品加工中所用酶的特性及其应用。 一、谷物食品加工中所用酶及其特性 由于谷物含有丰富淀粉、蛋 白质，所以在谷物食品加工中主要使用的酶为淀粉酶和蛋白酶；同时赋予谷物食品特殊风味和良好品质的酶有脂肪酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶、转谷氨酰胺酶等等。 11淀粉酶淀粉酶是谷物食品加工中使用最广泛一类酶，主要有 a一淀粉酶、B一淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、环状糊精葡萄糖基转移酶。a一淀粉酶是内切水解酶，水解中间部位a-1，4糖苷键 ，把庞大淀粉分子迅速断裂成小分子糊精。淀粉酶一般在 pH558时稳定，pH 4以下容易失活，酶最适 pH值为 56，不同来源 一淀粉酶其性质有很大差别。 一淀粉酶主要来源于真菌、细菌及霉菌。在国内，生产上普遍使用 一淀粉酶是由枯草杆菌生产的中温 一淀粉酶，其作用温度范围一般在6580耐高温 一淀粉酶是近几年在我国市场上出现新型酶制剂，其温度适用范围为60110。诺维信有限公司生产诺维信耐高温 一淀粉酶Supra是最新一代液体耐高温 一淀粉酶，除具有很好耐温性及相当酶活力，还可在完全无钙及 pH55以下稳定发挥作用。B一淀粉酶又称麦芽糖苷酶。是一种催化淀粉水解生成麦芽糖淀粉酶。B一淀粉酶作用于淀粉时，从淀粉链非还原端开始，作用于 一1，4一糖苷键，顺次切下麦芽糖单位，同时发生沃尔登转位反应，使生成麦芽糖 由 型转化为 B型。来源不同的酶，其最适 pH有较大差别 ，植物来源 B一淀粉酶最适 pH为 5060，而微生物来源 B一淀粉酶最适 pH为 65-75，B一淀粉酶作用最适温度为 4060，来源不同，其最适温度亦有很大差别。微生物B一淀粉酶耐热性能优于植物B一淀粉酶，植物B一淀粉酶等电点为pH 4860，而微生物B一淀粉酶等电点较高。糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，是一种催化淀粉水解生成葡萄糖的淀粉酶。糖化酶作用方式是从淀粉分子的非还原性末端开始，逐个水解 一1，4一葡萄糖苷键，生成葡萄糖；该酶还具有一定水解a-1，6键和 a一1，3键能力。糖化酶最适作用温度为 5060C，糖化酶最适 pH为 45。不同来源葡萄糖淀粉酶在最适温度和 pH上有一定差异。生产上主要使用来源于曲霉的耐温耐酸型葡萄糖淀粉酶，该酶最适pH 50，最适温度60，耐酸、耐热，稳定性好。葡萄糖异构酶正确名称是木糖异构酶，它催化 D一木糖、D一葡萄糖和D一核糖等醛糖可逆地转化为相应酮糖。由于葡萄糖异构使果糖经济效益显著，因此，习惯上将木糖异构酶称为葡萄糖异构酶。葡萄糖异构酶热稳定性好，其作用适宜温度范围是 658O，耐热性葡萄糖异构酶可在 100*C进行催化反应，在 70C条件下，葡萄糖异构酶半哀期长达 120 h。葡萄糖异构酶最适 pH值，根据其来源不同而有所差别，大多数在pH6580范围内，并在碱性条件下稳定性好。葡萄糖异构酶需要二价金属离子存在才有催化活性。 环状糊精葡萄糖基转移酶又称环状糊精生成酶。由于该酶最初是从软化芽孢杆菌中发现，所以也称之为软化芽孢杆菌淀粉酶。环状糊精葡萄糖基转移酶催化淀粉生成环状糊精，不同来源酶催化生成环状糊精有所不同，软化芽孢杆菌催化淀粉主要生成 d一环状糊精；巨大芽孢杆菌催化淀粉主要生成 p一环状糊精。环状糊精葡萄糖基转移酶最适 pH值一般在 4560 范围内，最适作用温度为4560，钙离子对环状糊精葡萄糖基转移酶有保护作用。 12 蛋 白酶11 蛋白酶(蛋白质分解酶)是作用于蛋白质或多肽,催化肽键水解的酶。蛋白酶按其作用可分为内肽酶和外肽酶两大类，内肽酶从蛋 白质或多肽内部切开肽键生成分子量较小的胨和多肽；而外肽酶则只能从蛋白质或多肽氨基酸或羧基末端水解肽键而游离出氨基酸。蛋 白酶也可按酶的来源分类，例如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋 白酶、细菌或霉菌蛋 白酶等。目前人们对木瓜蛋白酶研究最多，由木瓜未成熟果实提取而出，具有较高热稳定性 ，适宜温度范围较宽，最适温度65左右；其最适 pH值随底物而变动，一般在 57 范围内；木瓜蛋 白酶活性受氧化剂或重金属离子抑制，还原剂或 EDTA能恢复酶活力。微生物蛋白酶则常根据其作用最适 pH值分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋 白酶等，总之蛋白酶来源广泛，种类繁多，性质差异很大，面粉中应用蛋 白酶是一种中性蛋 白酶，最适 pH值为 5575，最适温度为 65。13 脂肪酶 脂肪酶是一类脂肪水解酶，能催化天然底物油脂(甘油三酯)水解，产生双甘油酯、单甘油酯、脂肪酸和甘油。脂肪酶是一种糖蛋白，糖基部分以甘露糖为主,约 占分子量 2一15，酶分子由亲水部分和疏水部分组成，活性中心近疏水端。脂肪酶生产方法主要有提取法和微生物发酵法，利用微生物发酵法具有产酶周期短，生产成本低等特点。大部分菌种所产脂肪酶最适作用温度较低(35C40左右)，热稳定性较差，一般在 50C，保温 60min，即丧失大部分酶活性；大多数脂肪酶最适 pH在偏碱性范围，即 pH 8-9。细菌产生脂肪酶热稳定性好、pH范围宽。目前应用于面粉工业脂肪酶主要来源于微生物 ，其最适作用条件为 pH值70，温度 37 0C，可被钙离子及低浓度胆盐激活。 14木聚糖酶 木聚糖酶是指能专一降解半纤维素木聚糖为低聚木糖和木糖的一组酶总称，主要包括三类：(1)p一1，4-D一内切木聚糖酶；(2)131，4-D外切木聚糖酶(3)13一木糖苷酶。目前对木聚糖酶性质研究主要集中在细菌和真菌上，大多数微生物来源木聚糖酶最适作用pH值为 47，pH稳定范围 310，真菌木聚糖酶最适pH值较细菌酶偏酸性；酶最适反应温度为 4075，一般真菌木聚糖酶热稳定性较细菌酶差。 15葡萄糖氧化酶 葡萄糖氧化酶是催化葡萄糖需氧脱氢生成葡萄糖酸和过氧化氢的一种氧化还原酶，葡萄糖氧化酶以黄素腺膘吟二核苷酸为辅基。葡萄糖氧化酶最适 pH为 56，在 pH3565条件下具有很好稳定性，其底物葡萄糖对酶活性有保护作用。葡萄糖氧化酶在低温下有很好稳定性，固体酶制剂在 -15V可保存 8年，在0C可保存 2年以上，温度高于 40时，酶不稳定，活力逐渐降低。酶的水溶液在 60保持 30min，酶活力损失 80以上 ；汞离子和银离子是该酶抑制剂，甘露糖和果糖对该酶有竞争性抑制作用。 16转谷氨酰胺酶8 2 转谷氨酰胺酶可通过催化转酰基反应，使蛋白质或多肽之间发生交联 ，它既可发生在分子内，也可发生在分子间，可将赖氨酸引入蛋白质以改善蛋白质营养特性，也可使蛋 白质分子发生交联引起质构变化大多数转谷氨酰胺酶需要 Ca 参与，微生物所产转谷氨酰胺酶有较广 pH适用范围，最适 pH为 57，最适作用温度 5055。C，反应时间为 10rnin。 二、酶在谷物食品加工中应用 随着一些新型酶制剂开发，酶在谷物食品中应用越来越广泛，概括起来主要有两个方面应用 ，即谷物食品深加工和品质改良。 21在淀粉糖生产中应用 利用淀粉为原料生产糖品统称为淀粉糖。由于谷物含有丰富淀粉，所以谷物是加工淀粉糖理想原料最初淀粉糖生产是用酸水解方法，但随着生物技术飞速发展和酶自身所具有生物相容性特点，酶法制备淀粉糖已取代传统方法。可根据需要选择合适淀粉酶生产各种各样淀粉糖，如糊精、环状糊精、饴糖、麦芽糖葡萄糖、果糖等，从而使谷物附加值增加。a-淀粉酶糖化酶和葡萄糖异构酶可将淀粉转化成高果糖浆，a-淀粉酶通常用于淀粉浆液化过程中，以使淀粉能充分溶解并为下一步过程作准备，仅一淀粉酶分解大的直链淀粉和支链淀粉分子，使淀粉能被整理成可溶性糊精。糖化酶可将汤汁般糊精进行糖化，并将聚合体水解成一个个单独葡萄糖分子。这些连续分子链被从糊精末端开始断开，包括那些支链淀粉分支点。糖化酶生产葡萄糖可被加工成各种糖浆、结晶葡萄糖、发酵成燃料酒精和饮料用酒精，或被转化成果糖 。 22在发酵食品中应用 在啤酒、白酒、黄酒、酒精、醋及其谷氨酸等有机酸生产中，酶主要用来处理发酵原料，提高原料利用率节约粮食，同时赋予发酵食品特殊风味。如在白酒生产中使用纤维酶、淀粉酶、酸性蛋白酶、酯化酶、阿米诺酶等酶可使白酒生产成本降低，缩短生产周期和提高白酒出酒率及质量 ，在醋和有机酸中也起到相同作用。另外，葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化，保持啤酒原有风味，延长保质期方面具有显著效果。2-3在面条生产中应用 酶在面条生产中主要是作为面粉改良剂而使用，最常用的是葡萄糖氧化酶，脂肪酶和转谷氨酰胺酶。在面条an-r_中加入脂肪酶，可使面粉中天然脂质得到改性，形成脂质、直链淀粉复合物，从而防止直链淀粉在膨胀和煮熟过程中渗出，同时可减少面团上出现斑点，改善面带压片或通心粉挤出过程中颜色稳定性生面团中加入脂肪酶促进甘油三酯部分水解形成单甘油酯和双甘油酯使蛋白发泡性得到改善。转谷氨酰胺酶主要影响面筋蛋白组分中高分子量麦谷蛋白亚基，诱导面筋蛋白中高分子量聚合物形成，改变面筋粘弹性，使面筋网络结构加强，所以淀粉能很好保持在面筋网络中，减少淀粉损失，面条或面团相互粘结减少，对生产和消费者有利，目前在 日本，转谷氨酰胺酶广泛应用于面条和面团生产。葡萄糖氧化酶将面筋蛋白中-SH氧化为一ss一，有助于面筋蛋白之间形成较好蛋 白质网络结构 ，增加面条咬劲，被认为是较为理想溴酸钾替代物之一。目前，国外开发面条加工用酶制剂有北美诺优酶制剂公司开发生产诺帕酶和日本味之素公司开发活力发IGM(溶水型)面用改良剂；诺帕酶是一种来源于微生物脂肪酶，活力发以转谷氨酰胺酶为主要成分。 24在焙烤食品中应用 在焙烤食品中，应用最广泛是淀粉酶，淀粉酶水解产物糖和糊精，可结合面团中水分，降低蛋白质胶粒膨润度，限制蛋白面筋形成，提高面团延展性，获得柔软性、稳定性更好面团；可提高面团发酵性能，增大面包体积，减少重量损失，赋予面包芯良好质地，及面包表皮棕黄色色泽和香味，防止面包老化，延长货架寿命。在焙烤食品中，蛋白酶也被大量应用。完好面粉中蛋白酶含量很低，制作面包时若添加蛋白酶，会使面团中多肽和氨基酸含量增加，氨基酸是形成香味物质中间产物，多肽则是潜在滋味增强剂、氧化剂、甜味剂或苦味剂。若蛋白酶种类不同，产生化合物也不同，若蛋 白酶中不含 产生异味的酯酶，适量添加有利于改善面包香味。木聚糖酶与可溶性及不可溶性戊聚糖发生反应从而提高面筋 网络弹性，改善面团加工和稳定性能 ，及面包瓤组织结构，增大面包体积。还有一些酶制剂，如葡萄糖氧化酶，脂肪酶在焙烤食品中也有使用。在饼干生产中，蛋白酶添加是更有效软化面筋，而不影响营养成分有效方法。由于生产饼干大都采用可塑性 良好软质面粉，与生产面包面粉完全不同。生产饼干需要蛋白质含量较低面粉，否则面粉达不到饼干生产要求，除使用饼干专用粉，就是加入某种物质使面筋软化。工业上一般用还原剂加重亚硫酸钠软化面筋，但由于其添加会破坏某些营养素(如维生素B)，对人体健康不利，在某些国家已被禁用 ，因此，最好办法就是使用蛋白酶。 三、结束语 酶作为一种食品添加剂，与传统改良剂相比，具有显著优越性。首先，它不会有任何有害残留物质；其次，酶的催化反应具有高度专一性和高效性，且用量小，经济上合算；再者，酶反应条件温和、易操作、能耗低；同时可避免因剧烈操作所造成营养成分损失。但由于我国在这方面研究较晚，应用到谷物an-r_方面酶制剂十分有限；目前，实际得到广泛应用的酶只有两种，即淀粉酶和蛋白酶。可以预期，随着酶制剂技术不断发展和谷物食品an-r_研究深入，将合适酶制剂应用到谷物加工中，必然会给谷物食品加工带来可观经济效益。 参考文献1郭勇，郑穗平酶在食品工业中的应用M北京：中国轻工业出版社，1996 2陈国斌酶制剂在谷物食品加工中的应用J食品科技，2003，(4)：4648 3刘慧清，李宏高酶在食品工业中的应用J农产品加工，2005，(7)：41-43 4彭照文淀粉糖工业相关的酶制剂 J福建轻纺，2002，(9)：11一l4 5周晨妍，邬敏辰木聚糖酶的酶学特性与分子生物学J生物技术，2005，15(3)：8992 6侯炳炎木聚糖酶及其应用J动物科学