生物酶在植物蛋白饮料中的应用

1、生物酶在植物蛋白饮料中的应用刘汉灵1,2 曾吉伟1 玉小金1 李毅1 杨君丽11.南宁庞博生物工程有限公司2.广西大学化学化工学院摘要：植物蛋白最大的优点在于不含胆固醇和饱和脂肪，宜于身体健康。目前国内植物蛋白饮料市场份额呈逐年上升趋势，生物酶可应用植物蛋白饮料生产的各个环节，分解植物蛋白质增加营养价值、改善风味以及提高得率等等。本文针对生物酶在不同植物蛋白饮料的应用情况，综述了生物酶在豆乳类饮料、芝麻类饮料、核桃乳饮料、其他植物蛋白饮料等方面的应用和发展前景。关键词：生物酶 植物蛋白饮料 多肽 1、前言目前我国植物蛋白饮料行业规模近千亿,年增速20%30%；植物蛋白代表着饮料的消费升级方向营

2、养和健康，2013年中国含乳及植物蛋白饮料行业规模为895亿元，过去5年年均增速28%，是饮料中增速最快的子行业。在全世界用于实际生产的百余种酶中，有3O多种已用于食品加工。用于饮料加工的酶始于60年代，当时人们第一次用酶浸渍果浆解决了黑加仑的榨汁问题；到了7O年代对苹果浆和梨浆的酶处理做了大量研究工作；80年代，诺和诺德(NNFCH)认为用果胶酶，纤维酶和半纤维孝酶处理水果，浸渍和软化效果最好。讫今为止，一些经济发达国家在饮料生产中已普遍采用酶技术1。与美国相比，国内植物蛋白饮料产品仍处于发展初期，其产品品类数量较少、口味较单一；与美国植物蛋白饮料、乳制品及饮用水的消费升级相比，国内植物蛋白

3、饮料还尚未出现成规模的高端化产品。为此引入酶工程技术实现植物蛋白饮料产品升级大有可为，本文概述了目前生物酶在植物蛋白饮料中应用的最新动态，并对其应用发展前景进行了展望。表1 植物蛋白饮料行业收入增速表2. 提高营养价值 经酶解的植物蛋白营养价值能得到提升。以大豆为例，大豆营养丰富，蛋白质含量很高，而且都是优质蛋白质，此外还含有脂肪酸，这些脂肪酸大多是人体必需的脂肪酸，经过合适的工艺后将脂肪酸保留下来。大豆中含有的大豆异黄酮具有防癌、防止骨质疏松、改善妇女更年期障碍和防心血管疾病的生理功能。长期食用大豆食品对于预防癌症有着重要作用，王孝研2等人以大豆为主要原料，分别于热处理前后，选取胃蛋白酶、木

4、瓜蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、Alcalase碱性蛋白酶5种蛋白酶对豆浆中大豆蛋白进行水解进行了不同蛋白酶制备豆乳饮料的效果对比。试验得到的产品既具有大豆本身的营养保健功能，又含有乳酸菌的益生功能，值得一提的是：第一， 大豆经酶解后的产物对乳酸菌在其中的增殖有促进作用。第二，在蛋白酶的催化作用下，大豆中很多大分子蛋白被水解为小分子肽的形式，更易于人体吸收。第三，大豆中含有的抗营养因子也多为生物大分子，大豆水解和乳酸菌发酵两个途径共同起到去除部分大豆抗营养因子的作用，消除危害，避免部分人群对豆乳饮料的不适。最终使得豆乳饮料被更多的人所接受 。3、改善风味豆乳类饮料生产需要解决的一大问题就是去除

5、磨浆产生的豆腥味，传统方法有物理法、化学法和有机溶剂萃取法。其中，物理法操作简单，成本低，效果较理想。但有些方法易使大豆蛋白变性，影响了其营养效价，还有待于研究改进；化学方法也能有效地除豆腥味，但在处理过程中需添加一定量的化学试剂，某种程度上很有可能导致大豆食品的污染，产生副作用，应当进一步加以验证，有机溶剂萃取法中以己烷-乙醇共沸混合物去豆腥味的效果最好，但也应考虑到处理后的大豆食品中有机溶剂残留量、蛋白变性、操作安全性及生产成本等问题3。酶解脱豆腥味是近年新发展起来的一种很有发展前途的生物方法，已普遍受到有关学者的关注，在特种蛋白分解酶的作用下，在去除大豆腥味的同时，还会产生一定的香味。从

6、根本上改善了大豆食品的风味。日本学者4采用醇脱氢酶、醛脱氢酶等特异性较高的蛋白酶，均能选择性作用于己醇、戊醇和庚醇等醇类以及乙二醛、己醛等醛类底物，将这些能产生豆腥味的小分子化合物转变成相应的酸，从而得到几乎无豆腥味的大豆蛋白，这些酶的专一性很强，只作用于醇、醛底物，而不破坏和影响大豆蛋白中的其它营养成分。且操作简单，对大豆食品无任何污染，很值得推广应用。芝麻的香味是芝麻植物蛋白饮料必备的特色，许建军5等人以芝麻分离蛋白为底物，选择合适的风味酶，通过酶水解制备蛋白水解物,水解物在封闭条件下160热反应衍生风味,结果表明温度升高使产物褐变增加，香味浓郁,所得香气有芝麻特征香味。这无疑提升了产品的

7、竞争力。4. 乳化性能改善大豆分离蛋白作为表面活性剂可以稳定乳化结构，防止脂肪的析出，延长一些产品的货架期，如汤料、香肠等。表面疏水性、亲水性及分子稳定性和蛋白质的乳化能力相关。传统的豆乳生产都是经磨碎、提浆、脱腥等工艺把大豆制成浆液再进行调制，前期工序过于繁琐，如果以大豆分离蛋白为原料，不但能免去前段工序，缩短生产周期，还能减少废物的产生。但是大豆分离蛋白溶解度低，乳化能力和稳定性均不理想。酶法修饰可以改善大豆分离蛋白的乳化能力6 如胰蛋白酶水解可增加表面疏水性，提高大豆分离蛋白的乳化能力 7。徐红华等8人采用米曲霉蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶对大豆分离蛋白进行水解，建立复合酶配合比例与乳化

8、性之间的数学模型，水解后乳化能力比原料提高了50.86。5.增加多肽等功能成分天然的植物蛋白都是大分子结构存在，进入人体后被胃蛋白酶和胰蛋白酶等分解成多肽和氨基酸，然后才被人体吸收，对于消化能力不足的人群来说，蛋白质的摄入极易造成浪费。近几年的科学研究发现，人体吸收蛋白质的主要形式不是以氨基酸，而是以短肽的形式吸收的，这是人体吸收蛋白质机制研究的重大突破，具有十大特点：1、不需消化，直接吸收；2、吸收迅速，口服剂如同针剂；3、以完整的形式吸收；4、短肽具有百分之百被人体吸收的特点；5、短肽具有主动被人体吸收的特点；6、短肽具有优先被人体吸收的特点；7、短肽在被人体吸收时，对氨基酸有保护作用；8

9、、短肽在人体中表现出载体的作用；9、短肽可在人体中起运输工具的作用；10、短肽被人体吸收后，在人体中起着信使作用。生物酶对植物蛋白的水解，使得大部分蛋白质、脂肪、纤维素等得到一定的水解，成为小分子蛋白质和多肽，更利于人体的吸收，在营养性和功能性上提升一个台阶。6. 提高得率在传统植物蛋白饮料生产中，往往制成含乳饮料，较高的脂肪极易带动蛋白质和其他胶体物质；同时原料中的较大蛋白颗粒在高温加热时也易沉降。为了使脂肪、蛋白质以及一些胶体物质高度融合，通过高压均质使脂肪、蛋白质及其它胶体物质高度破碎，并乳化形成均一的分散体系显得极为重要10。但即使是高压均质，往往也需要过滤掉不合要求的大颗粒，造成物料

10、的浪费。而如果在植物蛋白饮料生产过程中对原料进行酶解处理，蛋白酶含有外切酶和内切酶，前者从肽链游离的羟基端或游离的氨基酸端切下末端氨基酸；后者切断蛋白质分子内部肽键，使蛋白质大分子变成小分子活性多肽, 既提高了植物蛋白饮料的营养价值，又提升了植物蛋白的溶出率，减少了植物蛋白在滤渣中的残留，增加了得率。这无疑能有效的降低生产成本。7、生物酶在植物蛋白饮料中的应用实例7.1芝麻多肽制备工艺实例唐章晖等12人利用多种蛋白酶对芝麻蛋白进行水解，在芝麻植物饮料生产中通过酶法提取芝麻多肽，其总氮回收率可达63.14，可溶性氮指数可达55.11，多肽转换率可达48.99。能有效提升饮品的营养价值，提高市场竞

11、争力。表2 不同蛋白酶在不同水解时间下的芝麻水溶性氮指数表3 不同蛋白酶在不同水解时间下芝麻多肽转换率7.2、核桃植物蛋白饮料制备实例核桃( Juglaus regia，L)又名胡桃、羌桃、万岁子，系胡桃科核桃属植物。核桃仁富含油脂、蛋白质及维生素等营养成分，其中蛋白质含量约16%。核桃蛋白含4 种蛋白，分别为清蛋白、球蛋白、醇蛋白和谷蛋白，谷蛋白是构成核桃蛋白主要成分。核桃蛋白含有18 种氨基酸，其中包括8 种必需氨基酸，且精氨酸、谷氨酸、组氨酸、酪氨酸等含量相对较高。而核桃肽具有的生理活性如易消化吸收、促进微生物发酵和抗氧化活性等。近年来，采用复合酶水解制备生物活性肽的研究日渐增多，利用不

12、同酶的专一性将几种酶结合起来使用，则可提高酶解效率。静思群13 以核桃为原料，采用复合蛋白酶水解制备多肽，经脱苦、调配、均质、微波-高温联用杀菌制成核桃多肽饮料，70%以上核桃肽的分子质量10000，DPPH 的清除率为68. 41%。表4 核桃蛋白水解液的分子量分布图8、应用前景从整个饮料行业的发展趋势看，植物蛋白饮料已经成为饮料市场上不可或缺的成员, 植物蛋白饮料的异军突起得益于现在消费者消费理念的提升，消费者更加关注食品“天然”、“营养”和“健康”的特性，而植物蛋白饮料正是迎合了消费者这样的需求。正因如此，国内饮料商家纷纷看中了这块大蛋糕，在今年集体发力：完达山推出绿豆花生牛奶符合蛋白饮

13、料、娃哈哈推出新品“来一榨”椰汁和“都是核桃”进军该领域；红牛收购美国知名椰汁企业VitaCoco25%的股份，并开始在内陆地区推出在国外风靡多年的VitaCoco椰汁饮料，蒙牛乳业公布的2014半年报中表示，“计划于年底推出植物蛋白饮品，填补国内高端植物蛋白饮品市场的空白，丰富蒙牛的产品线。国内传统的植物蛋白饮料商家也开始在今年纷纷布局，力争在激烈的市场竞争中占有一席之地。市场对植物蛋白饮料未来发展持乐观态度，我国饮料行业协会也建议将“植物蛋白饮料”、“果汁及蔬菜饮料”、“谷物饮料”一同作为鼓励发展的产业。现阶段饮料市场上，瓶装水、茶饮料、碳酸饮料等各大饮料细分市场均呈现寡头垄断局面，而植物

14、蛋白饮料市场上目前尚未形成一个占绝对优势的品牌，市场空间和发展潜力巨大。在竞争如此激烈的背景，快速的抢占植物蛋白饮料新兴市场成为决定未来命运的关键，生物酶做为一种温和高效安全的催化剂，能有效的提高植物蛋白饮料产品的营养价值，提升产品的市场竞争力，随着生物酶技术的不断成熟，生物酶必将会广泛的应用到植物蛋白饮料生产当中。参考文献:1李婉涛.酶与饮料加工J.郑州牧专学报.1996.16(4)：29312 王孝研,李妍,柳羽丰. 不同蛋白酶制备豆乳饮料的效果比对J.黑龙江科学.2014.5(3):34363张延坤.大豆腥味的产生及其去除方法J.天津农业科学.1998.4（2）：41464 朱婉华等综述

15、大豆不良味道的产生和处理方法食品科学，1986:(9)：395徐建军,周瑞宝.芝麻蛋白的酶解及水解物制备风味的研究J.食品科技.2004.46Sook Y Kim, Goto S ,Yamada Y.Functional proteolytic enzyme modified soy protein isolateJ.Jagric.Chem,1990.38(12):6516567Qi H,Hettiarachchy M, Kalapathy N S .Solubility and emulsifying peoperties if soy peotein isolates modified by pancreatinJ.J.Food Sci ,1997,62(6):111011158徐红华,刘欣,温其标.复合酶法改善大豆分