酶在食品工业中的应用研究进展

酶在食品工业中的应用研究进展酶在食品工业中的应用研究进展 班级 班级 451103 姓名 杜以政姓名 杜以政 学号 学号 45110303 酶在食品工业中的应用研究进展酶在食品工业中的应用研究进展 摘摘 要要 浅述了酶工程技术 如酶的固定化技术的概念 性质及应用 介绍了酶工程在食品加 品保鲜和食品分析与检测中的应用现状 并对酶工程的作用和发展作出了展望 关键词关键词 酶工程 生物酶 催化 食品工业是生物酶技术应用的重要领域 生物技术在食品工业中的应用首先是基因工程 的应用 即以 DNA 重组技术或克隆技术为手段 实现动植物 微生物等的基因转移或 DNA 重组 以改良食品原料或食品微生物 如利用基因工程技术改良食品加工的原料 改良微 生物菌种的性能 生产酶制剂 生产保健食品的有效成分等 其次是细胞工程的应用 即 以细胞生物学的方法 按照人们预定的设计 有计划地改造遗传物质和细胞培养技术 包 括细胞融合技术及动植物大量控制性培养技术 以生产各种保健食品的有效成分 新型食 品和食品添加剂 再次是酶工程的应用 酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一 性的生物催化剂 可应用于食品生产过程中物质的转化 如纤维素酶在果汁生产 蔬菜汁 生产 速溶茶生产 酱油酿造 制酒等食品工业中应用广泛 最后是发酵工程的应用 即 采用现代发酵设备 使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵 获得工业化生产预定的食品或食品的功能成分 食品加工方面 酶的固定化技术的应用 固定化葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中 的应用 固定化葡萄糖异构酶是世界上生产规模最大的一种固定化酶 1973 年就已应用在工 业化生产 它可以用来催化玉米糖浆和淀粉生产高甜度的高果糖糖浆 4 用淀粉生产高果糖 浆包含三步 1 用淀粉酶液化淀粉 2 用糖化酶将其转化为葡萄糖 即糖化 3 用葡萄糖异构酶 将葡萄糖异构为果糖 固定化酶用于水解牛奶中的乳糖 牛奶中含有 4 3 4 5 的乳糖 患乳糖酶缺乏症的人饮 用牛奶后将导致不良后果 用乳糖酶可以将乳糖分解为组成乳糖的两个单糖 半乳糖和葡萄 糖 用固定化乳糖酶反应器可以连续处理牛奶 将乳糖分解 用于连续化生产低乳糖奶 该技 术已于 1977 年实现工业化 此外 乳糖在温度较低时易结晶 用固定化乳糖酶处理后 可以防 止其在冰淇淋类产品中结晶 改善口感 增加甜度 固定化乳糖酶还可以用来分解乳糖 制造 具有葡萄糖和半乳糖甜味的糖 果蔬加工中的应用 水果蔬菜加工中最常用的有果胶酶 纤维素酶 半纤维素酶 淀粉酶 阿拉伯糖酶等 其中果胶 酶已成为许多国家果汁 蔬菜汁加工的常用酶之一 利用果胶酶可以明显提高果汁澄清度 增加果汁出汁率 降低果汁相对黏度 提高果汁过滤效果 果胶酶主要由滋生物来生产 人们 通过一系列诱变育种技术 可以筛选优良菌种 3 随着人们对天然健康食品的不断需求 近 年来 采用果胶酶和其他的酶 如纤维素酶等 处理可以大大提高出汁率 简化工艺步骤 并且可 制得透明澄清的蔬菜汁 再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品 如胡萝卜汁 南瓜 汁 番茄汁 洋葱汁饮料等 葡萄糖氧化酶可用于果汁脱氧化 国内外对其生产及固定化方法 进行了深入的研究 特别是近年来 随着葡萄糖酸钙 葡萄糖酸锌 葡萄糖酸铁等葡萄糖酸系 列产品的兴起 需求日益增加 因而开发性能优良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生产 葡萄糖酸具有实际意义 酶在烘烤食品方面 可以增大面包体积 改善面包表皮色泽 改良面粉质量 延缓陈变 提高柔 软度 延长保存期限 国外经试验表明 向面粉中添加 0 1 的淀粉酶 就可以使面粉变得完善 大大改进产品的质量 因此国外都把面粉中的淀粉酶活力作为面粉质量指标之一 制作面包 时 当面质很硬或需要面团具有特别的柔韧性和延伸性时加入蛋白酶 能改善面团物理性质和 面包质量 使面团易于延伸 以较快速度成熟 在生产蛋糕过程中 鸡蛋液是主要的关键原料 要求具有良好的乳化性和持泡性 通过添加蛋白酶制剂可有效地改善鸡蛋液乳化性和持泡性 脂肪氧化酶添加于面粉中 可以使面粉中的不饱和脂肪酸氧化 同胡萝卜素发生共扼氧化作用 而将面粉漂白 乳糖酶也用于加脱脂奶粉的面包制造中 它可以分解乳糖生成可发酵性的糖 酶工程的发展在生物工程学科的发展中占有重要位置 21 世纪 生物科学与生物工程的发展 将进步揭示生命的奥秘 在世界科技和经济发展中起主导和支柱作用 作为生物工程重要组 成部分的酶工程亦将飞速发展 前景广阔 生物酶在食品加工过程中的应用取得了巨大的经济效益 其在食品加工中所起的作用是 双方面的 有些酶的反应在加工中是不利的 特别是蛋白水解酶类 我们应力图避免 有些酶的 反应是我们所希望的 如水果的成熟 芳香物质的产生 果胶的分解等等 如何在生产中利 用酶的特性 以达到我们所期待的结果 同样具有深远的意义 根据各类食品的不同特性 同 时结合不同酶制剂的特异效果 并很好地利用不同酶制剂之间 甚至酶制剂与其他食品添加剂 之间的协同性 必然会给食品加工带来可观的经济效益 国际上大的酶制剂公司广泛采用基 因工程 蛋白质工程 定向进化的高新技术 大大提高了菌种产酶能力 增加了酶的稳定性 提高了酶在各种环境中的反应效率 6 7 新工艺要求新的酶 随着食品加工制作方法精细程度的提高 就应不断扩充酶的种类 不断 提高酶的纯度 我国的酶制剂工艺起步晚 底子薄 虽然近年来发展很快 但我们也应清醒地 看到 目前酶制剂工业的发展还不能适应国民经济的发展要求 我国的酶制剂与技术进入国 际市场参与竞争还有相当大的难度 我们还必须继续学习 取人之长 紧跟国际酶工程技术的 最新发展 提高我国的酶工程技术 酶制剂涉及粮食加工 油脂加工 调味品工业 乳品工 业 特种营养食品制备等相关的企业 是一个尚未很好开发但有广阔前途的领域 酶技术可以促使肉类嫩化 牛肉及其它质地较差的肉 如老动物肉 其结缔组织和胶原 蛋白质及单性蛋白质含量高而且结构复杂 胶原蛋白是纤维蛋白 由副键连接成为具有很 强机械强度的组成 这种交联键可分为耐热和不耐热两种 幼动物的胶原蛋白中 不耐热 交联键多 一经加热即行破裂 肉就显得嫩 而老动物的肉因耐热键多 烹饪时软化较难 因而显得肉质粗糙 难以烹调 口感亦差 采用蛋白酶可以将肌肉结缔组织中胶原蛋白分 解 从而成功地使肉质嫩化 作为嫩化剂的蛋白酶可以分为两类 最常用的是植物蛋白酶 如木瓜蛋白酶 菠萝蛋白酶 中华猕猴桃蛋白酶等 另一类是微生物蛋白酶 如米曲霉等 嫩化的肉类品种从牛肉扩大到猪肉 家禽等 工业上软化肉的方法有两种 一种是将酶涂 抹肉的表面或用酶液浸肉 另一种比较先进的方法是在动物宰前用酶肌注 酶的软化作用 发生在贮罐特别是烹煮加热时 这项生物技术新成果对于改善肉类的质地 增强肉制品的 风味 起到了极大的作用 将废弃蛋白 如杂鱼 动物血 碎肉等用蛋白酶水解 抽提 其中蛋白质以供食用或做饲料 是增加人类蛋白质资源的一项有效措施 其中一杂鱼及鱼 干废弃物的利用最为瞩目 海洋中许多鱼类因其色泽 外观或味道欠佳等因 都不能食用 而这类水产却高达海洋水产的 80 左右 在肉类食品生产中 添加少量的木瓜蛋白酶可以分 解胶原蛋白 软化肉品 在面包生产中 淀粉酶可防止老化 改善风味 脂肪氧化酶可漂白增香 1 使其中绝大部分蛋白质溶解 经浓缩干燥制成含氮量高 富含各种水溶性维生素的产 品 其营养不低于奶粉 可掺入面包 面条等食用 或用作饲料 其经济效益十分显著 其他方面的应用 用酸性蛋白酶在 PH 中性时处理解冻鱼类 可以脱腥 利用微生物酸性蛋白酶处理碎皮 萃取后可得到可溶性胶原 这种可溶性胶原纤维遇盐或洗衣粉时便再生析出 可制人造肠 衣 利用碱性蛋白酶水解动物血脱色来制造无色血粉作为廉价而安全的补充蛋白质资源已 经研究成功 并已投入到工业化生产中 用葡萄糖氧化酶除去脱水蔬菜的糖分 可防止贮藏过程中发生褐变 瓶装橘子汁贮藏时 因氧化而使色香味劣变 采用葡萄糖氧化酶 过氧化氢酶去氧 即可保持果汁原有的色香 味 水果冷冻保藏时 由于果实自身的酶作用而发酵变质 也可用葡萄糖氧化酶保鲜 2 5 饮料 酿酒工业 生产茶饮料最大的难题是变色和沉淀 即所谓冷浑现象 采用单宁酸酶处理是解决这一 现象的有效方法 6 由于茶乳酪沉淀的复杂性 将其他酶配合使用比只用一种单宁酸酶取得效果更为理想 如 加入萄糖氧化酶可消耗掉茶汤中的游离氧 因而避免了氧气对茶汤风味的破坏作用 加入果胶 酯酸酶增加其挥发性香气化合物含量 加入溶菌酶可有效地防止和消除微生物污染 减少杀菌 不良气味的产生和品质的变化 加入多酚氧化酶可减轻速溶茶苦涩味 改善茶叶食品的色泽 而以混合酶制剂纤维素酶 果胶酶 磷脂酶或原果胶酶 蛋白酶等在 25 60 下萃取茶叶 可有效地萃取茶叶中脂溶性维生素 而 的萃取率亦较高 7 加入木瓜蛋白酶可作为沉渣 剂 使茶汤中的蛋白 单宁复合物沉淀 提高产品澄清度等 啤酒是以麦芽为原料 淀粉酶可液化 糖化淀粉 促进酵母的生产 进而生产啤酒 酒精等 麦芽中含降解原料生产可发酵性物质所必需的各种酶类 由于麦芽制造时 原料 大麦 中淀粉呼吸损失 很不经济 因此酿酒厂常用大麦 大米 玉米等作为辅助原料来替代一 部分麦芽 以致引起酶活力不足 使糖化不能充分 蛋白质降解不足 从而影响啤酒的收 率与风味 采用微生物淀粉酶 蛋白酶 淀粉酶 葡聚糖酶等酶制剂 可补充麦 芽酶活力不足的缺陷 特别是在用大麦作辅料或用发芽欠佳的麦芽时 由于其中含有粘性 的 葡聚糖 使麦芽汁难过滤 况且由于 葡聚糖不溶于酒精 从而在啤酒中生成沉 淀而不易滤清 采用 葡聚酶处理就可使其分解而改善过滤操作 原料糖化时添加唐化 酶可增加发酵度 缩短糖化作用时间 可用于生产低热量啤酒 采用中性蛋白酶可分解原 料中蛋白质以增加麦芽汁中氨基酸含量 从而促进酵母发酵 采用木瓜蛋白酶 菠萝蛋白 酶或霉菌酸性蛋白酶则可使啤酒澄清 防止混浊 延长保存期 果酒酿造中采用酸性蛋白酶 淀粉酶 果胶酶可消除混浊或改善溃碎果实压汁操作 白 酒生产中采用糖化酶代替麸曲可提高出酒率 2 7 节约粮食 简化设备 节省厂房场 地 酵母在面团中 依靠面粉本声淀粉酶和蛋白酶的作用生成麦芽糖和氨基酸来进行繁殖个 发酵 目前欧美各国常添加酶进行强化 用酶活力高的面粉制成的面包 气孔细而分布均 匀 体积大 弹性好 色泽佳 面粉中添加 淀粉酶 可调节麦芽糖生成量 使二氧化碳产生和面团气体保持力相平 衡 添加蛋白酶可促进面筋软化 增加伸延性 减少揉面时间和动力 改善发酵效果 用 蛋白酶强化的面粉可防止糕点老化 糕点馅心常用淀粉为填料 添加用 淀粉酶可改善 馅心风味 面包制作中适当添加脂肪酶可增进面包的香味 这是因为脂肪酶可使乳脂中微 量的醇酸或酮酸的甘油酯分解 从而生成 内酯等香味物质 2 7 制糖 传统制糖工业主要以甘蔗 甜菜为原料生产蔗糖 糖源不足 价格昂贵是制糖工业面临 的第一大难题 而产品甜度不高则是面临的第二大问题 若以蔗糖甜度为 100 计算 则葡 萄糖只有 73 而果糖则高达 174 生物技术在这里发挥了其巨大作用 首先 食品科学家将糖源目标转移向来源充足 价 格低廉的淀粉 淀粉水解后可生成饴糖 麦芽糊精 葡萄糖 麦芽糖与麦芽糖醇 果糖 低聚糖等食品原料 分别用以糖果 冰淇淋 饮料等各类食品的加工 蛋白酶可以生产天冬甜 素 这是一种非糖高甜度甜味剂 已广泛用于各类食品的生产 11 12 最先应用的是玉米淀粉 继而扩大到谷类 玉米 粘玉米 高粱等 为了提高产品的甜度 食品科学家使用葡萄糖 异构酶成功地将葡萄糖转化甜度远高于蔗糖的果糖 产品称为高果糖浆 和蔗糖相比 高果 糖浆有许多优点 1 不易结晶 2 高甜度 3 易发酵 4 保湿性强 5 低糖度 6 无色 所以在点 心制造业和冷饮生产业都受到欢迎 13 葡萄糖转化酶和磷酸葡萄糖异构酶生产果糖的技 术可以用于大规模生产 取代蔗糖作为甜味剂 由于该项技术在各国得到广泛应用 国际市场 糖价大幅度下降 14 目前可口可乐公司和百事可乐公司的饮料 都采用了该项技术生产的 果葡浆作为原料 15 高果糖浆第一代产品果糖含量占 42 继而出现了果糖含量占 55 90 的产品 其甜度也越趋增高 酶对食品工业发展的影响及其发展前景 综上所述 酶工程在食品工业中已经得到了广泛应用 随着基因工程等新技术的发展 酶工 程应用潜力有望进一步发挥 展望末来 这种源于自然界自身的清洁技术在寻找创新 有经 济效益和利于环保的方法 为遍及全球的工业问题提供解决方案方面有着广阔的应用前景 参考文献 1 生吉萍 罗云波 申琳 脂氧合酶在食品贮藏加工中的作用 食品科学 1999 12 22 24 2 文泽富 酶在柑桔加工中的应用 食品与机械 1992 5 31 33 6 Smallwood K C 一种茶产 品的生产工艺 欧洲专利 0381462 1 1984 3 王元凤 王登良 魏新林 酶技术在茶叶深加工中的应用研究 饮料工业 2000 6 18 22 8 方元 超 4 赵晋府 酶技术在茶饮料生产中的应用研究 饮料工业 1999 1 12 15 9 黄海丹 酶在食 品及饮料加工中的应用 食品研究与开发 1996 1 29 31 5 林勉 刘通讯 内肽酶与端解酶水解花生粕蛋白的研究 食品科学 2000 1 22 24 11 英 酶与食品加工 北京 轻工业出版社 1991 93 139 6 吕加平 肖锐 酶在食品工业中的开发利用 食品研究与开发 1997 3 29 32 13 粱华 酶 催化作用的应用 江西教育学院学报 1996 17 6 44 47 7 张斌 金莉 固定化酶及其在食品中的应用 J 中国食品添加剂 2006 1 147 151 8 袁勤生 赵健 酶与酶工程 M 上海 华东理工大学出版社 2005 3 唐忠海 饶力群 酶工程技术 在食品工业中的应用 J 食品研与开发 2004 25 4 10 14 9 陈红霞 酶工程研究及应用 J 化学工程师 2005 9 29 33 5 史先振 现代生物技术在食品领 域的应用研究进展 J 食品研究 与开发 2004 25 4 40 43 10 尤新 积极开拓酶制剂的应用领域 J 中国食品添加剂 2001 2 1 5 段杉 11 彭志英 食品工业新酶