酶在谷物食品加工中应用

1、酶在食品加工中应用谷物食品08生工2班 王文辉 0820020051摘 要：该文综述谷物食品加工中广泛使用淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、木聚 糖酶、葡萄糖氧化酶、转谷氨酰胺酶特性及其应用进展，并展望其发展前景关键词：酶；谷物食品；食品加工Abstract: This article introduced properties and application of the amylase, protease, lipase, xylanase, glucose oxidase, transglutaminase used widely in cereal food processing an d pr

2、omised its future Key Words: enzyme； cereal food； food processing联合国粮食及农业组织提出粮食概念是指谷物(Cereal),包括小麦、粗粮和稻谷三大类， 其中，粗粮主要包括玉米、大麦、高梁、燕麦、养麦及其它杂粮；谷物所含营养物质主要是 淀粉，其次是蛋白质。随着人们生活水平不断提高，对谷物食品品质提出更高要求；而生物 工程技术发展，尤其是酶工程技术发展为谷物食品加工和品质改良提供有利工具。品加工中 所用酶的特性及其应用。一、谷物食品加工中所用酶及其特性由于谷物含有丰富淀粉、蛋白质，所以在谷物食品加工中主要使用的酶为淀粉酶和蛋 白酶；

3、同时赋予谷物食品特殊风味和良好品质的酶有脂肪酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶、转 谷氨酰胺酶等等。1. 1淀粉酶淀粉酶是谷物食品加工中使用最广泛一类酶，主要有a 一淀粉酶、B 一淀粉酶、糖化酶、 葡萄糖异构酶、环状糊精葡萄糖基转移酶。a 一淀粉酶是内切水解酶，水解中间部位a-1，4糖苷键，把庞大淀粉分子迅速断裂成 小分子糊精。淀粉酶一般在PH5. 58时稳定，pH 4以下容易失活，酶最适pH值为56， 不同来源一淀粉酶其性质有很大差别。一淀粉酶主要来源于真菌、细菌及霉菌。在国内， 生产上普遍使用一淀粉酶是由枯草杆菌生产的中温 一淀粉酶，其作用温度范围一般在 65P80P耐高温一淀粉酶是近几年在我国市

4、场上出现新型酶制剂，其温度适用范围为 60-110。诺维信有限公司生产诺维信耐高温一淀粉酶Supra是最新一代液体耐高温 一淀粉酶，除具有很好耐温性及相当酶活力，还可在完全无钙及PH5. 5以下稳定发挥作用。B 一淀粉酶又称麦芽糖苷酶。是一种催化淀粉水解生成麦芽糖淀粉酶。B 一淀粉酶作用 于淀粉时，从淀粉链非还原端开始，作用于一 1，4 一糖苷键，顺次切下麦芽糖单位，同时 发生沃尔登转位反应，使生成麦芽糖由型转化为B型。来源不同的酶，其最适pH有较 大差别，植物来源B 一淀粉酶最适pH为5. 06. 0，而微生物来源B 一淀粉酶最适pH 为6. 5-7. 5, B 一淀粉酶作用最适温度为40-

5、60，来源不同，其最适温度亦有很大 差别。微生物B 一淀粉酶耐热性能优于植物B 一淀粉酶，植物B 一淀粉酶等电点为pH 4. 8 -6. 0，而微生物B 一淀粉酶等电点较高。糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，是一种催化淀粉水解生成葡萄糖的淀粉酶。糖化酶作用方式 是从淀粉分子的非还原性末端开始，逐个水解一 1，4 一葡萄糖苷键，生成葡萄糖；该酶还 具有一定水解a-1，6键和a 一 1，3键能力。糖化酶最适作用温度为50P60C，糖化酶 最适pH为45。不同来源葡萄糖淀粉酶在最适温度和pH上有一定差异。生产上主要使用 来源于曲霉的耐温耐酸型葡萄糖淀粉酶，该酶最适pH 5. 0,最适温度60P，耐酸、耐热，

6、稳定性好。葡萄糖异构酶正确名称是木糖异构酶，它催化D 一木糖、D 一葡萄糖和D 一核糖 等醛糖可逆地转化为相应酮糖。由于葡萄糖异构使果糖经济效益显著，因此，习惯上将木糖 异构酶称为葡萄糖异构酶。葡萄糖异构酶热稳定性好，其作用适宜温度范围是65-80， 耐热性葡萄糖异构酶可在100*C进行催化反应，在70C条件下，葡萄糖异构酶半哀期长达 120 h。葡萄糖异构酶最适pH值，根据其来源不同而有所差别，大多数在pH6. 5-8. 0范 围内，并在碱性条件下稳定性好。葡萄糖异构酶需要二价金属离子存在才有催化活性。环状糊精葡萄糖基转移酶又称环状糊精生成酶。由于该酶最初是从软化芽孢杆菌中发 现，所以也称之

7、为软化芽孢杆菌淀粉酶。环状糊精葡萄糖基转移酶催化淀粉生成环状糊精， 不同来源酶催化生成环状糊精有所不同，软化芽孢杆菌催化淀粉主要生成d 一环状糊精； 巨大芽孢杆菌催化淀粉主要生成p 一环状糊精。环状糊精葡萄糖基转移酶最适pH值一般在5-6. 0范围内，最适作用温度为45T60r，钙离子对环状糊精葡萄糖基转移酶有保 护作用。2蛋白酶11蛋白酶（蛋白质分解酶）是作用于蛋白质或多肽，催化肽键水解的酶。蛋白酶按其作用可 分为内肽酶和外肽酶两大类，内肽酶从蛋白质或多肽内部切开肽键生成分子量较小的胨和 多肽；而外肽酶则只能从蛋白质或多肽氨基酸或羧基末端水解肽键而游离出氨基酸。蛋白 酶也可按酶的来源分类，例

8、如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、细菌或霉菌蛋白酶等。 目前人们对木瓜蛋白酶研究最多，由木瓜未成熟果实提取而出，具有较高热稳定性，适宜 温度范围较宽，最适温度65P左右；其最适pH值随底物而变动，一般在5-7范围内；木 瓜蛋白酶活性受氧化剂或重金属离子抑制，还原剂或EDTA能恢复酶活力。微生物蛋白酶 则常根据其作用最适pH值分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶等，总之蛋白酶来 源广泛，种类繁多，性质差异很大，面粉中应用蛋白酶是一种中性蛋白酶，最适pH值为5-7. 5，最适温度为65C。3脂肪酶脂肪酶是一类脂肪水解酶，能催化天然底物油脂（甘油三酯）水解，产生双甘油酯、单甘 油酯、脂肪酸和甘油。

9、脂肪酶是一种糖蛋白，糖基部分以甘露糖为主，约占分子量2% 一 15%，酶分子由亲水部分和疏水部分组成，活性中心近疏水端。脂肪酶生产方法主要有提取 法和微生物发酵法，利用微生物发酵法具有产酶周期短，生产成本低等特点。大部分菌种所 产脂肪酶最适作用温度较低（35C40C左右），热稳定性较差，一般在50C，保温60min， 即丧失大部分酶活性；大多数脂肪酶最适pH在偏碱性范围，即pH 8-9。细菌产生脂肪酶 热稳定性好、pH范围宽。目前应用于面粉工业脂肪酶主要来源于微生物，其最适作用条件 为pH值7. 0，温度37 0C，可被钙离子及低浓度胆盐激活。1. 4木聚糖酶木聚糖酶是指能专一降解半纤维素木聚

10、糖为低聚木糖和木糖的一组酶总称，主要包括三 类：（1）p 1，4-D 一内切木聚糖酶；（2）131，4-D外切木聚糖酶（3）13 一木糖苷酶。目 前对木聚糖酶性质研究主要集中在细菌和真菌上，大多数微生物来源木聚糖酶最适作用pH 值为4-7，pH稳定范围3-10，真菌木聚糖酶最适pH值较细菌酶偏酸性；酶最适反应温 度为40C-75C，一般真菌木聚糖酶热稳定性较细菌酶差。1. 5葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶是催化葡萄糖需氧脱氢生成葡萄糖酸和过氧化氢的一种氧化还原酶，葡萄 糖氧化酶以黄素腺膘吟二核苷酸为辅基。葡萄糖氧化酶最适pH为5. 6，在pH3. 5-6. 5 条件下具有很好稳定性，其底物葡萄糖对酶

11、活性有保护作用。葡萄糖氧化酶在低温下有很好 稳定性，固体酶制剂在-15V可保存8年，在0C可保存2年以上，温度高于40P时，酶 不稳定，活力逐渐降低。酶的水溶液在60P保持30min，酶活力损失80%以上；汞离子 和银离子是该酶抑制剂，甘露糖和果糖对该酶有竞争性抑制作用。1.6转谷氨酰胺酶8 2转谷氨酰胺酶可通过催化转酰基反应，使蛋白质或多肽之间发生交联，它既可发生在 分子内，也可发生在分子间，可将赖氨酸引入蛋白质以改善蛋白质营养特性，也可使蛋白 质分子发生交联引起质构变化大多数转谷氨酰胺酶需要Ca参与，微生物所产转谷氨酰胺酶 有较广pH适用范围，最适pH为57，最适作用温度50P55。C，反

12、应时间为10rnin。二、酶在谷物食品加工中应用随着一些新型酶制剂开发，酶在谷物食品中应用越来越广泛，概括起来主要有两个方面 应用，即谷物食品深加工和品质改良。2. 1在淀粉糖生产中应用利用淀粉为原料生产糖品统称为淀粉糖。由于谷物含有丰富淀粉，所以谷物是加工淀粉 糖理想原料最初淀粉糖生产是用酸水解方法，但随着生物技术飞速发展和酶自身所具有生物 相容性特点，酶法制备淀粉糖已取代传统方法。可根据需要选择合适淀粉酶生产各种各样淀 粉糖，如糊精、环状糊精、饴糖、麦芽糖葡萄糖、果糖等，从而使谷物附加值增加。a-淀粉 酶糖化酶和葡萄糖异构酶可将淀粉转化成高果糖浆，a-淀粉酶通常用于淀粉浆液化过程中， 以使

13、淀粉能充分溶解并为下一步过程作准备，仅一淀粉酶分解大的直链淀粉和支链淀粉分 子，使淀粉能被整理成可溶性糊精。糖化酶可将汤汁般糊精进行糖化，并将聚合体水解成一 个个单独葡萄糖分子。这些连续分子链被从糊精末端开始断开，包括那些支链淀粉分支点。 糖化酶生产葡萄糖可被加工成各种糖浆、结晶葡萄糖、发酵成燃料酒精和饮料用酒精，或被 转化成果糖。2在发酵食品中应用在啤酒、白酒、黄酒、酒精、醋及其谷氨酸等有机酸生产中，酶主要用来处理发酵原料， 提高原料利用率节约粮食，同时赋予发酵食品特殊风味。如在白酒生产中使用纤维酶、淀粉 酶、酸性蛋白酶、酯化酶、阿米诺酶等酶可使白酒生产成本降低，缩短生产周期和提高白酒 出酒

14、率及质量，在醋和有机酸中也起到相同作用。另外，葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化， 保持啤酒原有风味，延长保质期方面具有显著效果。2-3在面条生产中应用酶在面条生产中主要是作为面粉改良剂而使用，最常用的是葡萄糖氧化酶，脂肪酶和转 谷氨酰胺酶。在面条an-r_中加入脂肪酶，可使面粉中天然脂质得到改性，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渗出，同时可减少面团上出现斑点，改善面带压片或通心粉挤出过程中颜色稳定性生面团中加入脂肪酶促进甘油三酯部 分水解形成单甘油酯和双甘油酯使蛋白发泡性得到改善。转谷氨酰胺酶主要影响面筋蛋白组 分中高分子量麦谷蛋白亚基，诱导面筋蛋白中高分子量聚合物形成

15、，改变面筋粘弹性，使面 筋网络结构加强，所以淀粉能很好保持在面筋网络中，减少淀粉损失，面条或面团相互粘结 减少，对生产和消费者有利，目前在日本，转谷氨酰胺酶广泛应用于面条和面团生产。葡 萄糖氧化酶将面筋蛋白中-SH氧化为一 s s 一，有助于面筋蛋白之间形成较好蛋白质网 络结构，增加面条咬劲，被认为是较为理想溴酸钾替代物之一。目前，国外开发面条加工 用酶制剂有北美诺优酶制剂公司开发生产诺帕酶和日本味之素公司开发活力发IGM（溶水 型）面用改良剂；诺帕酶是一种来源于微生物脂肪酶，活力发以转谷氨酰胺酶为主要成分。4在焙烤食品中应用在焙烤食品中，应用最广泛是淀粉酶，淀粉酶水解产物糖和糊精，可结合面团

16、中水分， 降低蛋白质胶粒膨润度，限制蛋白面筋形成，提高面团延展性，获得柔软性、稳定性更好面 团；可提高面团发酵性能，增大面包体积，减少重量损失，赋予面包芯良好质地，及面包表 皮棕黄色色泽和香味，防止面包老化，延长货架寿命。在焙烤食品中，蛋白酶也被大量应用。 完好面粉中蛋白酶含量很低，制作面包时若添加蛋白酶，会使面团中多肽和氨基酸含量增加， 氨基酸是形成香味物质中间产物，多肽则是潜在滋味增强剂、氧化剂、甜味剂或苦味剂。若 蛋白酶种类不同，产生化合物也不同，若蛋白酶中不含产生异味的酯酶，适量添加有利于 改善面包香味。木聚糖酶与可溶性及不可溶性戊聚糖发生反应从而提高面筋网络弹性，改 善面团加工和稳定

17、性能，及面包瓢组织结构，增大面包体积。还有一些酶制剂，如葡萄糖 氧化酶，脂肪酶在焙烤食品中也有使用。在饼干生产中，蛋白酶添加是更有效软化面筋，而不影响营养成分有效方法。由于生产 饼干大都采用可塑性良好软质面粉，与生产面包面粉完全不同。生产饼干需要蛋白质含量 较低面粉，否则面粉达不到饼干生产要求，除使用饼干专用粉，就是加入某种物质使面筋软 化。工业上一般用还原剂加重亚硫酸钠软化面筋，但由于其添加会破坏某些营养素(如维生 素B)，对人体健康不利，在某些国家已被禁用，因此，最好办法就是使用蛋白酶。三、结束语酶作为一种食品添加剂，与传统改良剂相比，具有显著优越性。首先，它不会有任何有 害残留物质；其次

18、，酶的催化反应具有高度专一性和高效性，且用量小，经济上合算；再者， 酶反应条件温和、易操作、能耗低；同时可避免因剧烈操作所造成营养成分损失。但由于我 国在这方面研究较晚，应用到谷物an-r_方面酶制剂十分有限；目前，实际得到广泛应用的 酶只有两种，即淀粉酶和蛋白酶。可以预期，随着酶制剂技术不断发展和谷物食品an-r_研 究深入，将合适酶制剂应用到谷物加工中，必然会给谷物食品加工带来可观经济效益。参考文献1郭勇，郑穗平.酶在食品工业中的应用M.北京：中国轻工业出版社，1996.2陈国斌.酶制剂在谷物食品加工中的应用J.食品科技，2003, (4)： 4648.3刘慧清，李宏高.酶在食品工业中的应用J.农产品加工，2005, (7)： 41-43.4彭照文.淀粉糖工业相关的酶制剂J.福建轻纺，2002，(9)： 11 一 14.5周晨妍，邬敏辰.木聚糖酶的酶学特性与分子生物学J.生物技术，2005，15(3)： 8992.6侯炳炎.木聚糖酶及其应用J .动物科学与动物医学，2002，19(