中图版选修一 酶在食品加工中的应用 教案.doc

酶在食品加工中的应用1酶制剂简介酶是细胞原生质合成的一类具有高度催化活性的特殊蛋白质，由许多氨基酸组成,，称为生物催化剂。酶普遍存在于动、植物和微生物中,，通过采取适当的理化方法，将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来，加工成具有一定纯度标准的生化制品，称为酶制剂。酶除具有一般化学催化剂的特性外，还有催化效率高，专一性强，反应条件温和的特性，这些特性使得酶制剂在包括食品工程在内的许多行业内广泛应用。食品加工中所使用的酶，以前多由动物内脏、植物提取而得，现在绝大多数已采用微生物发酵，其主要原因是由于微生物生长速率快，易培养，其酶多为胞外酶，回收简便，且可用突变或遗传工程的方式来增加产量，改变酶的特性及耐受性或生产特殊的酶。在食品加工过程中常用的酶制剂主要有：木瓜蛋白酶、谷氯酰胺转胺酶、弹性蛋白酶、溶菌酶，脂肪酶、葡萄糖氧化酶、异淀粉酶、纤维素酶、超氧化物歧化酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、生姜蛋白酶等1。中国已批准使用于食品工业的酶制剂有a-淀粉酶、糖化酶、同定化葡萄糖异构酶、木瓜蛋白酶、果胶酶、-葡聚糖酶、葡萄氧化酶、a-乙酰乳酸脱氨酶等，主要应用于果蔬加工、焙烤、乳制品加工等方面2。目前，应用在食品加工的酶以糖化酶最多，其次为蛋白酶，脂肪酶和酯酶，然后为氧化还原酶及异构酶。经过几十年的发展，现在中国酶制剂产品已经更新换代，主要包括以下9大类：糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、植酸酶、半纤维素酶、果胶酶、饲用复合酶、啤酒复合酶等，主要应用领域包括：淀粉糖工业、啤酒工业、燃料酒精工业、酒与饮料工业、饲料工业、纺织工业、制药工业、造纸工业、精细化工工业、洗涤剂工业、皮革工业、焙烤工业、乳制品工业、石油工业等。酶制剂产业在中国正逐步成为独立行业，促进了国民经济发展3。2酶制剂在传统食品工业中的应用2.1制糖工业利用酶水解淀粉生产葡萄糖是酶催化工业的一项重大成就。现在，全世界已经普遍采用。在淀粉加工中通过不同的淀粉酶分解淀粉，可以生产出饴糖、麦芽糊精、麦芽糖浆(三糖、四糖)、高麦芽糖浆(麦芽糖达60)、麦芽糖、麦芽糖醇和果糖等甜昧剂，分别用于糖果、冰淇淋、饮料等各类食品的加工。用橙皮苷酶和橙皮苷反应可以生产橙皮素-f-葡萄糖苷二氢查耳酮，这是一种对人体安全的甜味剂，其甜度为蔗糖的70-100倍4 。酶制剂在食品加工业中还用用于异麦芽低聚糖、海藻糖、帕拉金糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖等功能性低聚糖的制造。2.2饮料工业水果蔬菜加工用酶中最主要的是果胶酶，纤维素酶，半纤维素酶，淀粉酶等。其中果胶酶已成为许多国家果汁，蔬菜汁，饮料加工的常用酶之一。用果胶酶处理果实，可加速果汁过滤，促进澄清等。酶制剂应用于果蔬汁饮料加工中可增加出汁率，降低粘度，增加产品色泽风味的稳定性、澄清度、减少苦涩味。绿茶饮料易产生浑浊沉淀，加入果胶酶可分解茶汤中的果胶沉淀，提高产品的澄清度，同时也可使茶叶在低温下萃取，避免高温对茶汤色泽和风味的破坏5。2.3焙烤工业焙烤业是酶工程技术应用的一个非常活跃的领域。淀粉酶可加快面团发酵速度，促进酵母繁殖，增大面包体积，改善风味；蛋白酶能水解蛋白质，从而降低面筋筋力，使面团弹性降低，易于伸展和延伸；木聚糖酶在面粉中能提高面筋的网络结构和弹性，增强面团的稳定性，改善加工性能，如用以面包生产，可以改善面包的组织结构，增大面包体积；葡萄糖氧化酶能使面粉蛋白质中的硫氢基氧化成二硫键，故具有增筋的作用；脂肪酶也可用于面粉，它具有增筋和增白的双重作用，提高面团稳定性，增大产品体积，改善组织结构6 。面包、蛋糕的保质期通常相当短，仅几天，若添加纤维素酶、半纤维素酶、溶菌酶及配合必要加工、卫生、包装工艺保质期可提高百倍。,2.4乳品工业凝乳酶是干酪生产的主要用酶，干酪通过凝乳酶水解k-酪蛋白，在酸性环境下，钙离子使酪蛋白凝固，再经切块加热压榨后熟化而成。乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味此外，牛乳中含有乳糖，乳糖为葡萄糖和半乳糖结合而成的二糖，大多数成年人因缺乏分解乳糖的酶而具有乳糖不耐症，因而不敢喝牛奶。生产中可以采用固定化的一半乳糖苷酶水解乳糖，从而提高牛奶的消化性能。2.5肉质品工业酶在肉制品加工中主要用来嫩化肉类。蛋白酶嫩化肉类的主要作用是分解肌肉结缔组织的胶朊蛋白，促进嫩化。传统牛肉制品口感坚韧，色泽灰白，出品率低。采用木瓜蛋白酶与外源性ca2+激化剂嫩化处理并经熟制等处理就可得到色泽棕红、口脆脆、嫩，风味良好的牛肉制品7。2.6油脂工业脂肪酶可以催化油脂的水解反应和脂交换反应，主要用于脂肪酸及甘油的改性，利用廉价的、稳定性不好的油脂制取价值较高的、特殊性油脂。酶制剂还可用于精制油脂，生产可可脂等专用油脂。王运吉等8用固定化胞内脂肪酸酶选择性水解鱼油，与非固定化的自由菌丝胞内脂肪酶相比，水解活力提高了25以上，ph和热稳定性也显著提高；半衰期为836h。w-3多不饱和脂肪酸含量由27提高到53以上。3酶制剂的新应用3.1对原料下脚料的利用屠宰加工过程中、常产生大量的肉类副产品，如骨、骨架、骨饼、机械去骨肉、脂肪及油渣等。这些副产品往往被视为低价值产品，有些被当作动物饲料廉价出售，有些则无法加以利用，带来储放及环保等方面的问题。利用酶工程技术水解其中的动物蛋白，将这些副产品加工成肉类抽提物，可添加于火腿肠、香肠等肉制品中，可明显改善肉制品的胶黏性、切割性，并减少肉制品的烹调损失。强化产品中蛋白质含量，替代一部分肉原料，可以节约成本9；黄志勇等10利用枯草杆菌蛋白酶从烤鳗下脚料中提取水解动物蛋白(hap)在50、ph 75、固液比5:8，添加酶量为下脚料中蛋白质含量的2.0，反应时间为5h，其水解度达82.6。三角帆蚌是江浙一带淡水珍珠养殖的主要品种，采珠后的蚌肉数量丰富，含丰富的蛋白质，其中必须氨基酸及谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸等含量较高，具有较高的营养价值和独特的鲜味。长期以来主要用做鲜食、干制，甚至用作饲料。利用枯草杆菌中性蛋白酶对蚌肉进行酶解，其水解液可用于生产功能性蛋白饮料、调味配料及保健饮料等为取珠后蚌肉加工提供了理论依据11。3.2酶法保鲜酶法保鲜的原理是利用酶的催化作用，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。目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的保鲜技术。葡萄糖氧化酶对食品有多种作用，作为在食品保鲜及包装中最大的作用是除氧，延长其食品的保鲜保质期很多食品，尤其是生鲜食品，其保藏过程中或加工过程中，氧的存在使其保鲜受到很大影响，除氧是食品保藏中的必要手段。很多除氧方法效果都不佳，从选择抗氧剂的特性来说，利用葡萄糖氧化酶除氧是一种理想的方法，葡萄糖氧化酶具有对氧非常专一性的理想的抗氧作用。对于已经发生的氧化变质作用，它可阻止进一步发展；或者在未变质时，它能防止发生。研究表明：在果汁加工生产过程中添加葡萄糖氧化酶的能把溶解氧迅速降低10-6以下，从而显著的保护柑桔果汁中的抗坏血酸12。溶菌酶是一种无毒性的高盐基蛋白质，由于其溶菌性而具有防腐和杀菌作用，安全性很高。目前溶菌酶已作为一种防腐剂，广泛应用于水产品、肉制品、水果蔬菜、蛋糕、清酒、料酒及饮料中，欧洲已经用其代替亚硫酸盐作为防腐剂。马美湖等13利用溶菌酶、乳酸菌肽进行了冷却肉保鲜的实验研究，发现当两种保鲜剂单独使用时，溶菌酶的保鲜效果明显地优于对照组，也优于乳酸链球菌肽组。3.3食品检测分析中的应用酶检测法就是用酶来测定某些用一般化学方法难于检测的食品成分的含量或测定食品中某些特殊酶的活性或含量，具有准确、快速、特异性和灵敏性高的特点。酶法分析包括食品组分的酶法测定、食品质量的酶法评价及食品卫生与安全等方面的问题。酶制剂应用在食品分析检测的方法有：酶免疫测定法（将酶促反应的高效率和免疫反应的高度专一性有机地结合起来，可对生物体内各种微量有机物的含量进行测定），聚合酶链式反应（在dna聚合酶的作用下，通过dna模板的变性，达到基因扩增的目的，是目前转基因食品检测较为成熟的方法），酶生物传感器（利用它对生物体的催化特性，把这种特异性与电化学分析的迅速性和简便性结合起来，实现无试剂分析，如酶电极，淀粉双酶传感器等），酶抑制率法（在底物的作用下，酶分解成可发生显色反应的硫代胆碱，可判定蔬菜中农药残留的存在情况），此外，用溶液凝胶法固定淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖氧化酶，将其用于流动注射化学发光分析体系，可实现对淀粉的快速检测14。3.4天然抗氧化剂的研发通过控制一定的反应条件，可以开发出美拉德反应产物天然抗氧化剂mrps。研究表明，这类物质具有一定的抗氧化性能，其中某些物质的抗氧化强度可以和食品中常见的抗氧化剂相媲美。随着褐变反应生成醛、酮等还原性物质，它们对食品有一定的抗氧化能力，尤其是对防止食品中油脂的氧化较为显著。番茄红素是类胡萝卜素的一种，是一种很强的抗氧化剂，具有极强的清除自由基的能力，有植物黄金之称，被誉为“21世纪保健品的新宠”。通过酶反应法，利用番茄皮自身酶或外加酶反应来提取番茄红素，在碱性条件下使果胶酶和纤维素酶发生水解反应，分解果胶和纤维素，使得番茄红素的蛋白质复合物从细胞中溶出。4总结我国酶制剂的发展虽然取得了很大的发展，但是仍存在许多问题，如研发投入和力度不够，生产工艺和设备水平相对落后，产品结构不合理，应用深度不够等，严重制约了酶制剂在食品工业中的进一步快速发展。因此要想扩大酶制剂在食品工业乃至其他行业的发展，就必须快速发展技术创新，形成自主强有力的技术创新体系。如在酶制剂生产菌种方面，采用基于组学的酶编码基因挖掘技术；对合