酶在食科与工程中应用

1、第12章酶在食品科学工程中的 应用 食品加工过程中，如何保持食品的 色、香、味是非常重要的问题。 酶制剂用于食品加工中的优点： 酶制剂本身具有安全性,不会有任何有害的残留物质。酶 来自于自然，来自于生命体，如微生物、植物、动物，它 是一种蛋白质。 酶的催化反应具有高度专一性和高效性。 酶的反应条件温和，对营养物质损伤低，因此可以保证食 品的营养。 提高食品质量，许多酶制剂可作为食品原料的品质改良剂 改善食品风味、颜色等，而且不会引起食品结构、物理状 态和风味等的变化。 第1节酶在淀粉类食品生 产中的应用 淀粉类食品是指含大量淀粉或以淀粉为主要原料加工而成 的食品，是世界上产量最大的一类食品。

2、主要应用酶：-淀粉酶、-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉 酶、葡萄糖异构酶等。 淀粉可以通过酶水解作用生成糊精、低聚糖、麦芽糊精和 葡萄糖等产物，这些产物又可进一步转化为其他产物。 一、酶在制糖工业中的应用 二、酶在焙烤食品中的应用 三、酶在面条加工中的应用 一、酶在制糖工业中的应用 液化：液化：用用- -淀粉酶淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖。将淀粉转化为糊精和低聚糖。 糖化：用糖化：用糖化酶糖化酶（又称（又称葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶）将糊精和低聚糖转化为葡萄糖。）将糊精和低聚糖转化为葡萄糖。 淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行，又称双酶法淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行，又称双酶法(double en

3、zyme (double enzyme hydrolysis method)hydrolysis method)。 1、双酶法生产葡萄糖 (1)工艺流程 17 5 3 2 蒸汽 淀粉 碱液 氯化钙 -淀粉酶 糖化酶 双酶法制糖工艺流程图双酶法制糖工艺流程图 水 回流 1 4 6 5 6 11 7 10 8 9 12 13 14 15 16 18 1-调浆配料槽 2，8-过滤器 3，9，14，17-泵 4，10-喷射加热器 5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮罐 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机 16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽 酶作用条件水解位置水解次序 水解产物

4、液化淀粉酶pH6.0-7.0 85-90 1，4糖苷键无先后次 序 葡萄糖、麦芽糖、 麦芽三糖、异麦芽 糖、低聚糖 糖化糖化酶pH 4.0-5.0 50-60 1，4和1，6 糖苷键 从非还原 性末端开 始 葡萄糖 问题 是否液化时间越长越好？ 液化之后为何要做灭酶处理？ 2、酶法生产超高麦芽糖浆 以淀粉为原料经-淀粉酶和-淀粉酶作用形成麦芽糖， 麦芽糖含量的不同而有不同的名称，如饴糖、麦芽糖浆、 高麦芽糖浆及超高麦芽糖浆等。 糖化时添加脱支酶水解支链淀粉的-1,6糖苷键，使之产 生更多的麦芽糖。 酶法生产超高麦芽糖浆工艺流程 问题： -淀粉酶液化程度的控制？ -淀粉酶和脱支酶加入时间？ 3、

5、酶法生产高果糖浆 果葡糖浆是用葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生成果糖，而 得到含有葡萄糖和果糖的混合糖浆。 葡萄糖异构酶生产果糖的技术可用于大规模生产果糖而取代 蔗糖作为甜味剂。 目前世界上淀粉糖的产量已达1000多万t，其中有一半是果葡 糖浆。 果葡糖浆的生产工艺流程 4、啤酒发酵大麦糖浆的生产 二、酶在焙烤食品中的应用 基本原料：面粉、酵母、水 和食盐，辅料是：砂糖、油 脂、乳粉、改良剂以及其他 乳品、蛋、果仁等。 1、面包配方原料 面粉的主要成分有淀粉、蛋白质、脂肪、水、矿物质以及少量的维生 素和酶类。 面粉中绝大部分成分是淀粉，约占75，是由直链淀粉和支链淀粉组 成的。淀粉在酸和酶的作用

6、下，水解成糊精、高糖、麦芽糖和葡萄糖 ，参与美拉德反应和焦糖化反应，赋予面包良好的色泽和风味，同时 也为酵母提供食物。 小麦中的蛋白质（含量816）是构成面团中面筋的主要成分， 在面包生产中起着重要作用。它由四种蛋白质构成：即麦谷蛋白、麦 胶蛋白、麦球蛋白以及麦清蛋白，其中麦胶和麦谷蛋白是形成面筋的 主要成分，两种合计占蛋白质总量的80左右。麦胶蛋白富于延伸性 ，而麦谷蛋白富于弹性。面筋的含量可以反应面粉品质的好坏，而面 筋质量则决定了面包的好坏。面筋的性能主要包括延伸性、弹性和可 塑性几个方面。好面筋的标准是弹性好，延伸性大，易于成型。 2、面粉主要成分 3、面粉中的酶类 小麦中的酶对面粉的

7、贮存和面包的生产起着一定的作用。 这些酶主要有淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和氧化酶，以淀粉 酶和蛋白酶的作用最大。 淀粉酶主要包括淀粉酶和淀粉酶，通常面粉中 淀粉酶足够，而淀粉酶含量不足，需要额外人工加 入（添加剂）。淀粉酶可以把淀粉水解成供酵母利用的糖 ，促进发酵。 蛋白酶将蛋白质分解成多肽和氨基酸，提高面包的色、香 、味。 国外都把面粉中的淀粉酶活力为面粉质量指标之一。 4、面包制作过程中相关的酶类 淀粉酶 淀粉酶 蛋白酶 乳糖酶 脂氧化酶(漂白天然色素) 纤维素酶、半纤维素酶、溶菌酶(保质期相关) 5、面包酵母中酶的改良 第一个采用基因工程改造的食品微生物为面第一个采用基因工程改造的食品微生物

8、为面 包酵母。由于把具有优良特性的酶基因转移包酵母。由于把具有优良特性的酶基因转移 至该菌中，因此使该菌含有的麦芽糖透性酶至该菌中，因此使该菌含有的麦芽糖透性酶 (maltose permease)(maltose permease)及麦芽糖酶及麦芽糖酶(maltase)(maltase) 的含量比普通面包酵母高，在面包加工中所的含量比普通面包酵母高，在面包加工中所 产生的二氧化碳气体量也较高，从而制造出产生的二氧化碳气体量也较高，从而制造出 膨发性能良好、松软可口的面包产品。膨发性能良好、松软可口的面包产品。 三、酶在面条加工中的应用 传统面条生产中的添加剂(改善面条品质，提高商 业价值)

9、化学改良剂：增白剂、氧化剂、面筋增强剂等 如：溴酸钾 (禁止使用) 吊白块（ NaHSO2CH22H2O ），可使面条韧性 好、弹性强、不易断裂和煮烂、色泽白、表面感 观好。易受热分解为甲醛和二氧化硫，这两种物 质对人体都有毒性。(禁止使用) 天然安全的添加剂-酶制剂 1、酶制剂的选用 面条的原料主要为粮谷原料，化学组成主要为淀粉和蛋白质，以及少量的非 淀粉碳水化合物和脂质等。 工业化面条的加工和成型方法主要为压延法和挤压法。 酶制剂的选用主要考虑面条的原料组成和加工工艺。 2、氧化酶 主要包括：葡萄糖氧化酶、半乳糖氧 化酶、脂肪氧合酶和一些过氧化物酶 等 对面筋结构和面团流变学性质有一定 影

10、响，可望替代传统的化学氧化剂， 如溴酸盐等。 葡萄糖氧化酶在面条加工中的作用机 理为将葡萄糖氧化生成H2O2，从而将 面筋蛋白中的-SH氧化为-S-S-，有助 于面筋蛋白之间形成较好的蛋白质网 络结构。 脂肪氧合酶是一种氧化还原酶，在氧气的参与下， 将顺、顺-1,4-戊二烯单元的不饱和脂肪酸（如亚 油酸、亚麻酸、花生四烯酸）及酯氧化，反应产生 具有氧化能力的H2O2。 在面条制作中添加脂肪氧合酶，能将面筋蛋白中的 -SH氧化为-S-S-，增强面团的筋力，同时消除面粉 中蛋白酶的激活因子-SH，防止面筋蛋白水解。 3、脂肪酶 面粉中含有1%2%的脂类，且大部分是甘油三酸酯，能被 脂肪酶降解生成游

11、离脂肪酸、甘油单酸酯和甘油二酸酯。 使面粉中的天然脂质得到改性，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的渗出现象。 3、谷氨酰胺转胺酶 通过催化转酰基反应，使蛋白质或多肽之间发生交联反应。 能够促进其它蛋白质与面筋蛋白之间的交联作用，通过强化 网络结构来增强其粘弹性，赋予面条良好的韧性，并且可以 使其韧性保持较长的时间，抑制面条煮沱或糊烂。 蛋白质分子经TG作用模型 谷氨酰胺转胺酶以肽链中谷氨酰胺残基的- 羧酰胺基作为酰基供体，而酰基受体可以是： (1)多肽链中赖氨酸残基的-氨 基：形成蛋白质分子内和分子间 的-(-谷氨酰)赖氨酸异肽键 (图a)，使蛋白质分子发生交联

12、，从而改变食物的质构，改善蛋 白质的溶解性、起泡性、乳化性 等许多物理性质； (2)伯胺基：形成蛋白质分子和小分子伯胺之间的连接(图b)， 利用该反应可以将一些限制性氨基酸引入蛋白质以提高其营养 价值； (3)水：当不存在伯胺时，水会成为酰基受体，其结果是谷氨酰 胺残基脱去氨基生成谷氨酸残基(图c)，该反应可用于改变蛋白 质的等电点及溶解度。 目前，商用面条酶制剂主要基于对蛋 白质或脂肪作用的酶。 实际上，淀粉也是决定面条品质的主 要因素，寻找合适的能够作用于淀粉 或修饰淀粉的酶制剂应该能取得很好 的效果。 面条种类繁多，因原料品种及要求、 制作过程、食用方法和产品形态存在 差异，单独使用某一

13、种酶剂多存在一 些不足。 课堂练习 简述淀粉生产葡萄糖的酶解过程和其中酶的催化性能。 第2节 酶在食品储藏保鲜中 的应用 我国目前每年生产的果蔬从田间到餐 桌损失率高达25%30%，年损失近 800亿元人民币 。 发达国家果蔬损失率则普遍控制在5% 以下，美国果蔬在保鲜物流环节的损 耗率仅有1%2%。 如何尽可能地保留食品原有的品质特 性始终是食品加工 、运输和贮存过 程中的一个重要问题 目前，控制果蔬采后病害的最有效手 段是冷藏结合化学杀菌剂处理。 化学杀菌剂残留危害人类健康及植物 病原菌对化学杀菌剂产生抗药性。 酶制剂保鲜作为一种新型的保鲜技术 正引起人们的极大关注 1、酶制剂保鲜技术 酶

14、制剂保鲜技术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品质与 特性的技术。 2、酶制剂保鲜的特点 (1)无毒性。酶制剂本身无毒、无味、无臭，不会影响食品的安全和食用价值 (2)高度催化性。酶制剂有高度催化性，用低浓度的酶也能使反应迅速地进行。 如 l g 一淀粉酶晶体可以在65条件下，只需 15 min即可使 2 t淀粉转化为糊精 。 (3)作用条件温和。酶制剂作用所要求的温度、pH值等 作用条件都很温和，不会损害食品的质量。 (4)对底物专一性。酶制剂对底物有严格的专一性，添 加到成分复杂的原料中不会引起不必要的化学变化。 (5)加热可终止反应。必要时可

15、用简单的加热方法就能 使酶制剂失活，终止其反应，反应终点易于控制。 3、利用葡萄糖氧化酶保鲜 1) 防止食品氧化 除氧是食品保藏中的必要手段。 啤酒在溶解氧和瓶颈氧作用下的氧化变质 白葡萄酒在多酚氧化酶的作用下变色 果汁中的VC因氧化而破坏 多脂食品中脂类因氧化而酸败 罐装容器内壁的氧化腐蚀等 2)添加方式 将葡萄糖氧化酶和其作用底物葡萄糖 混合在一起，包装于不透水而可透气 的薄膜袋中，封闭后置于装有需保鲜 食品的密闭容器中，当密闭容器中的 氧气透过薄膜进入袋中，就在葡萄糖 氧化酶的催化作用下与葡萄糖发生反 应，从而达到除氧保鲜的目的 。 也可直接加入到罐装果汁、酒、水果 罐头及色拉调料中，起

16、到防止食品氧 化变质的作用 3)脱糖保鲜 生产脱水制品( 如蛋白粉、蛋白片等)，防止葡萄糖的羰基与蛋白质的氨基发生 Ma i l l a r d反应 葡萄糖氧化酶也可应用于脱水蔬菜、 肉类及虾类食品保鲜中，防止因葡萄糖 引起的褐变反 应 4、利用溶菌酶保鲜 溶菌酶又称胞壁质酶或 N一乙酰胞壁质聚糖水解酶， 可以水解细菌细胞壁肽 聚糖的 -l ,4糖苷键 ，导致细菌自溶死亡。 溶菌酶是一种碱性蛋白，无毒、无害、安全性高，化学性质非常稳定，耐酸 性、耐热性强，在含食盐、糖等的溶液中稳定。 对人体完全无毒、无副作用，是一种安全的天然防腐剂。 1)乳制品的保鲜与强化：新鲜牛乳 约含 1 3 mg/ l

17、 O O m l ，人乳中含有4 0 m g / m l 溶菌酶。添加溶菌酶，强化婴儿 乳品。 2)低温肉制品保鲜：使用浓度为肉重的0.01 0 .0 5 。 使用方法为在肉块进行滚揉或进行斩拌时加入。 3)水产品的保鲜：一些新鲜水产品( 如： 虾、 鱼等) 在含 甘氨酸 ( 0.1mol/ L ) 、 溶菌酶( 0.05%) 和食盐( 3 ) 的混 合液中浸渍 5 m i n 后， 沥去水分， 保存在 5 的冷库中 ， 9 d 后无异味 、 色泽无变化。 其他食品的保鲜：在香肠、奶油、生面条、饮料等食品中 ，加入溶菌酶均可起到良好的保鲜作用。 对于酵母、霉菌和革兰氏阴性菌等引起的腐败变质，溶菌 酶不能起到防腐作用。 5、控制酶的基因表达进行 果蔬保鲜 利用果蔬的遗传基因特性的改变，改 善贮藏特性，延缓果蔬衰老，进行保 鲜。 促进果实和器官衰老是乙烯最主要的生理功