第七章-酶的安全评价PPT课件.ppt

第七章工业用酶制剂安全性评价 主要内容 1 食品酶制剂的概念来源与应用2 食品工业用酶制剂的安全性评价3 食品工业酶制剂的安全性管理 1 酶具有改善食品品质和加工性能的作用 酶在食品工业中的应用日益深入和广泛 极大地促进了酶制剂工业的发展 酶的来源及其性质也关乎食品质量安全 特别是随着生物技术的发展 通过基因工程手段改造部分微生物的基因 从而改变酶蛋白的基本结构 达到强化酶在某方面功能特性目的的做法已成为商业上成功的典范 同时 这种做法给食品酶的应用带来安全隐患 对食品工业用酶制剂生产及应用进行安全卫生管理 从而建立一套科学使用规范及酶制剂安全性评价体系 2 第一节食品酶制剂的概念来源与应用 什么是酶制剂 酶制剂是一类从动物 植物 微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质 具有高效性 专一性 在适宜条件下具有活性 酶制剂具有酶特性 主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应 改进食品加工方法 3 酶制剂的应用 酶制剂主要用于食品加工和制造业方面 它在对提高食品生产效率和产量 改进产品风味和质量等方面有着其它催化剂所无法替代的作用 另外 酶制剂在日化 纺织 环境保护和饲料等行业也有着较广泛的应用 第一节食品酶制剂的概念来源与应用 4 酶是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质 因此作用条件非常温和 许多酶所催化的反应从动植物最初生长时就开始了 当它被作为食品时 其体内酶的催化作用仍然继续进行着 1 酶与食品的关系 5 如动物体死后 其合成代谢停止 而分解代谢加快 因此就会导致组织腐败 但这可能也会改善某些食品原料的风味 在大多数成熟的水果中 由于某些酶的增加 会使得其呼吸速度加快 淀粉转变为糖 叶绿素发生降解 细胞体积快速增加 这些变化 对于水果风味的改善是有益的 而对蔬菜来讲 叶绿素的降解则是有害的 1 酶与食品的关系 6 2 1与淀粉糖和甜味剂生产有关的酶制剂 2 2与油脂生产有关的酶制剂 2 3与蛋白质有关的酶制剂 2 4与面包生产有关的酶制剂 2 5与啤酒有关的酶制剂 2 与食品生产有关的酶制剂 7 3 1用于保藏 3 酶在食品工业中的应用 3 2提高食品质量和增加营养价值 3 3增加品种和方便性 3 4提高食品生产效率 8 与淀粉酶和甜味剂生产有关的酶制剂 淀粉酶工业上应用酶制剂已有数十年的历史 淀粉加工用酶所占比例达到15 是酶制剂最大的市场 近年来淀粉酶类耐热性大大提高 并已通过基因工程技术改善其品质 特别要提到的是一系列新的酶制剂的发现和应用 9 如在1995年已经工业化的酶转化淀粉生产海藻糖 改变了先前从酵母等食物中抽提的生产方法 生产成本大大下降 这种糖不仅耐酸 耐热 防龋齿 还可抑制蛋白质变性和油脂酸败 市场日益扩大 与淀粉酶和甜味剂生产有关的酶制剂 10 油脂是人类食品的主要营养成分之一 有赋予食品不可缺少的风味 而且用酶法生产有益健康的油脂的正逐步应用成熟 如用DHA等高度不饱和脂肪酸作为食品的原材料所制作的食品销售额已达400亿日元 与油脂生产有关的酶制剂 11 蛋白质在食品加工中 不仅具有营养的功能还具有各种物理功能 提高这类功能将会增加其附加值 要达到这个目的需要利用蛋白酶类 为了以蛋白质水解后的产物作为生产氨基酸系列的调味品 就必须把蛋白质彻底分解为氨基酸 与蛋白质生产有关的酶制剂 12 在崇尚天然追求健康的背景下 全世界生产面包使用的酶制剂正逐年增加 使用酶制剂可使面包更柔软 抑制淀粉老化 延长保存期 现在面包厂为了改善揣好的生面团中各成分的性质 使用了各种酶制剂 主要是淀粉酶蛋白酶 半纤维素酶 葡萄糖氧化酶 抗坏血酸氧化酶等 与面包生产有关的酶制剂 13 在啤酒酿造工业中 为了达到改善麦汁的组成和啤酒风味等目的都添加了酶制剂 双乙酰是啤酒发酵中重要的风味物质 双乙酰浓度极稀时有奶香味 但含量超过一定量时即有馊饭味 因此 双乙酰含量的高低可视为判断啤酒发酵是否成熟 评定啤酒品质好坏的一个重要因素 与啤酒生产有关的酶制剂 14 溶酶菌现已广泛地被用作水产品 肉食品 蛋糕 酒精 料酒 饮料以及日用化妆品的防腐剂 由于食品中的羟基和酸会影响溶酶菌的活性 因此 它一般与酒 植酸 甘氨酸等物质配合使用 用于保藏 15 目前与甘氨酸配合食使用的溶酶菌制剂 应用于面食 水产 熟食及冰淇淋等食品的防腐 在低度酒中添加20mg kg的溶酶菌不仅对酒的风味无任何不良影响 还可防止产酸菌的生产 同时受酒类澄清剂的影响很小 是低度酒类较好的防腐剂 如日本就把溶酶菌用于清酒的防腐 用于保藏 16 乳制品保险牛乳中含有13mg dl的溶酶菌 在人乳中含量为40mg ml 在鲜乳或奶粉中加入一定量溶酶菌 不但可起到防腐作用 而且还有强化作用 能增进婴儿健康 海产品及水产品如虾 鱼和蛤蜊等在含甘氨酸 溶酶菌和食盐的溶液中浸渍5min后 沥干 在5 下保存9d后 无异味 无色泽变化 用于保藏 17 提高食品质量和增加营养价值 复合蛋白酶可嫩化肌肉 使肉制品鲜嫩可口 谷氨酰胺转胺酶 用于鲜肉处理 可以通过催化蛋白质分子之间发生的交联 改善蛋白质的许多重要性能 如用该酶生产重组肉时 它不仅可将碎肉粘结在一起 还可以将各种非肉蛋白交联到肉蛋白上 明显改善肉制品的口感 风味 组织结构和营养成份 18 由淀粉酶 木聚糖酶 葡萄糖氧化酶和脂肪酶等组成的面包 馒头等发酵面食专用复合酶 已经广泛用于面食加工中 代表产品有面包改良剂 通过加入各种酶制剂 是原料的耐搅拌性增强 面团光滑 柔软 有效地缩短发酵时间 提高耐醒发能力 入炉后有较好的膨胀效果 内部细腻 气孔均匀 面包芯洁白 柔软 富有弹性 口味醇香 体积大 冷却后不易收缩 有效地延长了面包的老化周期及货架期 提高食品质量和增加营养价值 19 通过多种蛋白酶的作用生产多功能肽及各种氨基酸已经是营养保健行业常见的加工方法 不同的酶组合加工不同的多肽 如大豆肽 花生多肽 动物多肽等 还有淀粉深加工用复合酶分步反应生产低聚糖 异低聚糖已经成为大工业化生产 为保健品行业提供新原料 提高食品质量和增加营养价值 20 增加品性和方便性 如用纤维素酶及果胶酶处理过的槟榔 使硬组织软化 方便食用 提高适口性 更便于咀嚼 为儿童提高各种酶解后的动植物天然食品 通过纤维素酶 果胶酶 蛋白酶等多种酶作用 去除不易吸收的成分 提高营养价值 更适合婴幼儿的营养吸收 21 提高食品生产效率 丹宁酶消除多酚类物质 去除涩味并消除其形成的沉淀 蛋白酶用于饼干减筋 生产酥性饼干 纤维素酶 果胶酶常用于榨果汁 豆油等多于原料的前处理 通过对果胶和纤维素的降解来解决加工难度 提高出油 出汁率 22 酶制剂作为食品添加剂的活性制剂 在食品加工中发挥着重要作用 它的开发和利用代表着食品添加剂应用技术的先进程度 随着酶制剂在食品应用领域不断扩大 酶制剂的发展也逐步从单一酶向复合酶过渡 新的固定化酶 基因工程酶等新制剂也不断得到应用 酶制剂的发展前景 23 第2节酶与食品质量安全 其一 酶存在于所有的新鲜食品和发酵食品中 例如 坚果 乳 奶油 干酪 新鲜水果和蔬菜 未烧煮的肉 鱼和蛋中都富含各种酶类 当人们食用这些食品时 相当数量的酶就摄入人体中 包括 动物 植物和微生物来源的酶 在发酵和腌制食品中 干酪 酸奶 啤酒和腌黄瓜 就含有微生物来源的酶 其二 作为微生物来源的外源食品酶制剂 通常除了包括酶蛋白本身以外 还含有微生物的代谢产物 以及添加的保存剂和稳定剂 酶作为食品添加剂 应该考虑到其卫生和安全方面的问题 24 1 1酶制剂作为食品添加剂进入食品的潜在危害 酶与其他混入酶制剂的蛋白质 作为外源蛋白质在随同食品进入人体后 有可能引起过敏反应 虽然目前还极少见这样的例子 但在新的酶制剂出现时必须以予考虑 另外 来源于微生物的酶制剂也可能带有毒素 必须选择那些不产生毒素的菌种来生产酶制剂 或检查每一批酶制剂以确定其不含毒素 酶制剂作为食品添加剂使用时应符合国家标准GB2760 食品添加剂使用卫生标准 的规定 25 迄今为止 还没有充分的证据表明 用于食品工业中的酶是有害于人体健康的 此外 在大多数情况下 酶在加工中已失活 且在加工中失活的酶经进一步的单元操作是否尚存在于食品中 在很多情况下也是不确定的 目前尚未明确标签上是否需要注明所添加的酶 1 1酶制剂作为食品添加剂进入食品的潜在危害 26 1 2酶催化有毒物质的产生 在生物材料中 酶和底物处在细胞的不同部位 仅当生物材料破碎时 酶和底物的相互作用才有可能发生 其次 湿度 pH 温度 辅酶和金属离子等条件也是重要的 有时底物本身是无毒的 在经酶催化降解后可能产生有害物质 27 例如 木薯含有生氰糖苷 虽然它本身并无毒 但是在内源糖苷酶的作用下 产生氢氰酸 如果将木薯根切成小块后彻底清洗 那么留在组织中的微量HCN在随后的烧煮中就很容易挥发除去 十字花科植物的种子以及皮和根含有葡萄糖芥苷 葡萄糖芥苷属于硫糖苷 在芥苷酶作用下会产生对人和动物体有害的甲状腺肿素 可用加热的方法使芥苷酶失活 因此 食品加工的条件必须按照终产物的物理化学性质而变化 28 1 3酶作用导致食品中营养组分的损失 虽然在食品加工中营养组分的损失主要由于非酶作用所引起 但是食品材料中一些酶的作用也可能发生 例如 维生素的降解 29 维生素的降解 1 脂肪氧合酶催化胡萝卜素降解使面粉漂白 在其他食品如一些蔬菜的加工过程中脂肪氧合酶也参与了胡萝卜素的破坏过程 2 在一些用发酵方法加工的鱼制品中 由于鱼和细菌中的硫胺素酶的作用 使这些食品缺少维生素B1 3 抗坏血酸是最不稳定的维生素 虽然抗坏血酸氧化酶能催化抗坏血酸氧化生成脱氢抗坏血酸 当脱氢抗坏血酸内酯进一步水解生成2 3 二酮古洛糖酸后 Vc的活性才完全丧失 30 1 4 1去除食品中的抗营养因子 植酸以钙 镁 和钾盐的形式存在于豆类和谷类中 易于同膳食中的铁 锌和其他金属离子形成难溶的络合物 因而使人体吸收这些元素变得困难 植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇 显著降低植酸的含量 近年植酸酶还用于酿造和饲料工业 以改善原料中磷的利用 以及用于去钾大豆蛋白食物的生产 成为肾脏病人蛋白质的来源 1 4酶作用的解毒反应 31 1 4 2水解牛乳中的乳糖牛奶中所含的乳糖是一种双糖 因为分子太大 要在小肠中消化成较小的葡萄糖及半乳糖才能穿过肠壁进入血管中被吸收 但当小肠中的乳糖酶未能发挥作用时 乳糖就在大肠内发酵 大约半小时至2小时内出现胀气 腹痛 呕吐或拉肚子等症状 乳糖不耐症是一种相当普遍的现象 特别是亚洲人的乳糖酶缺乏发生率高达90 以上 32 酶法低乳糖牛乳的生产工艺 low temperature lactozymhydrolyzationtechnology低温 乳糖酶 水解技术 LHT 一般是在40度左右用乳糖酶将牛奶中的乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 解决某些人群的乳糖不耐症问题 33 1 4 3降低淀粉类食品高温产生丙烯酰胺含量 自从2002年4月瑞典斯德哥尔摩大学MargaretaTornqvist教授首次发现 在油炸或焙烤的马铃薯和谷物类食品中存在具有神经毒性的潜在致癌物 丙烯酰胺 有关丙烯酰胺的问题立即引起了全世界的广泛关注 随后英国 美国 加拿大等发达国家也开展了相关研究 许多国家和国际性机构对丙烯酰胺在食品中形成机理 危害评估和消除方法等方面进行广泛而深入研究 34 目前 淀粉类食品在加工中丙烯酰胺的生成机理的研究已有突破性进展 在食品贮藏和加工方法方面 欧美和日本等国对食物加工前的保存条件 加工温度对食品中丙烯酰胺含量的影响进行了研究 并提出减少丙烯酰胺的方法 如降低加工温度 体系pH值 减少原料中天门冬酰胺的含量等 瑞士科学家Vass等研究发现天门冬酰胺酶应用可降低薄脆饼干70 丙烯酰胺含量 但作用机理还有待于进一步深入分析和研究 1 4 3降低淀粉类食品高温产生丙烯酰胺含量 35 1 4 4其他有研究发现 葡萄糖基转移酶用于甜叶菊加工 可以脱苦涩味 黄曲霉毒素B1经黄曲霉毒素脱毒酶处理后毒性 致畸性极大降低 所有这些都证明酶法解毒是一种安全 高效的解毒方法 对食品无污染 有高度的选择性 且不影响食品的营养物质 36 2 酶制剂的安全评价 对酶制剂产品的安全性要求 联合国粮农组织 FAO 和世界卫生组织 WHO 食品添加剂专家委员会 JECFA 早在1978年WHO第2届大会就提出了对酶制剂来源安全性的评估标准 37 酶制剂来源安全性的评估标准 1 来自动植物可食部位 即传统上作为食品成份 或传统上用于食品的菌种所生产的酶 如符合适当的化学与微生物学要求 即可视为食品 而不必进行毒性试验 2 由非致病的一般食品污染微生物所产的酶要做短期毒性试验 3 由非常见微生物所产生的酶要做广泛的毒性试验 包括实验动物的长期喂养试验 38 以上标准为各国酶的生产提供了安全性评估的依据 即生产菌种必须是非致病性的 不产生毒素 抗生素和激素等生理活性物质 菌种需经各种安全性试验证明无害才准使用于生产 对于毒素的测定 除化学分析外 还要做生物分析 39 微生物来源的食品酶制剂的安全特性评价 菌种产毒素的可能性和潜在的致病性致过敏性和刺激性致癌性和诱导突变性影响生育和导致胎儿畸形酶反应的产物酶与其他食品成分之间的反应和酶对消费者的直接作用等 40 2 1潜在的产毒素性 作为菌种必须具备基本的安全性 一般来说 菌是否具有潜在的产毒素的特性 尤其是那些通过口服起作用的毒素作为重点考虑的因素 由于在商品酶制剂中不会含有活微生物 因此潜在的致病性不是重点考虑的因素 但是对酶制剂生产工厂的工人来说 这一点要尤为注意 41 2 2潜在的致病性 一般来说 明显的人类致病菌不能在食品酶制剂工厂的生产中应用 同时微生物也不可能在成品的酶制剂中存活 即便如此 作为常规的工业化操作规范 还是要通过动物模型来确定未知微生物的潜在的致病危害 区分致病性和偶然的感染非常重要 许多微生物可以通过寄主的免疫系统到达一定位置就可以产生感染 已有研究证实 无论寄主的健康与否 真正的致病性细菌可以侵入免疫系统 从而产生疾病和感染 42 另外 分清微生物自身作用和寄主对微生物的反应过程是非常重要的 研究表明 给动物注射已死的细菌会导致代谢紊乱 最终死于败血病 因为注射的是已死的细菌不会产生病变 所以动物的死亡不是微生物的致病性引起的 43 2 3安全菌株 国际食品与饮料咨询委员会 IFBC 认为 已确定无致病性 不产毒素的菌种 尤其是那些在安全用于食品酶制造方面具有悠久历史的微生物 即便它们经过传统的或导入DNA的改造 仍然是产生安全菌种系属的最优的选择 建立一个安全的菌种还需彻底搞清楚寄主机体的特征 确保所有导入寄主机体的DNA的安全 保证整个改造寄主机体的过程适合食品生产的应用 44 被筛选出的菌种通过诱变 如化学诱变 紫外线照射诱变 从而获得产酶量高的菌种 利用传统的方法和基因技术可以减少和消除一些不想要的内源酶和其他的物质 例如 许多微生物会分泌蛋白酶 虽然这一特征在特殊场合下是有用的 但它会造成目的酶水解 还有可能会对食品有不好的影响 因此 一些特殊的菌种被开发出来 它们的产蛋白酶的基因被去除或钝化 45 2 4工程化酶 蛋白质工程是通过改变蛋白质肽链内在的氨基酸的排列顺序从而影响蛋白质功能 可以通过化学诱变 紫外线辐射 菌种突变等诱导和随机诱变技术实现 另外 也可采用定点突变技术 针对确定蛋白质功能的基因片断