酶在淀粉类食品生产中的应用

第八章酶在淀粉类食品生产中的应用（3学时）主要内容：1酶在制糖工业中的应用2酶在功能性大米开发中的应用3酶在焙烤食品中的应用4酶在面条加工中的应用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。在淀粉类食品的加工中，多种酶被广泛地应用，主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、葡萄糖异构酶等。1酶在制糖工业中的应用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。（1）葡萄糖利用酶水解淀粉生产葡萄糖是酶催化工业的一项重大成就，由日本在20世纪50年代末研究成功，现己在全世界普遍采用。现在国内外葡萄糖的生产绝大多数是采用α-淀粉酶将淀粉液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。现在国内普遍使用耐高温α-淀粉酶生产葡萄糖，这种酶具有反应温度高（最适温度90～95℃）、作用力强、反应速度快的优点。耐高温α-淀粉酶不仅可于淀粉糖的制造，还广泛地用于啤酒，酒精，发酵业，制药，纺织，造纸等工业上。（2）果葡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。若将异构化反应完成后，混合糖液经过脱色、精制、浓缩等过程，得到固形物含量达71%左右的果葡糖浆，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右为低聚糖。若将异构化后的混合糖液中的果糖与葡萄糖分离，再将分离的葡萄糖进行异构化，如此反复进行，可使更多的葡萄糖转化为果糖，由此可生产出果糖含量达70%、90%甚至更高的果葡糖浆，称之为高果糖浆。高果糖浆与蔗糖相比具有甜度高，不易结晶，易发酵等特点，故倍受点心及冷饮加工业青睐。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。蜂蜜（3）麦芽糖以淀粉为原料，通过不同的淀粉酶分解淀粉，还可以生产出饴糖、麦芽糊精、麦芽糖浆（三糖、四糖）、高麦芽糖浆（麦芽糖达60%）、麦芽糖、麦芽糖醇和果糖等甜味剂。饴糖生产中所利用的酶，除了从添加的大麦芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制剂的方法提供。添加的酶主要是α-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麦芽糖浆的生产是采用β-淀粉酶和支链淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地转化为麦芽糖。糖化时，将液化后得到的糊精液调至pH5～6，温度50℃左右，加入一定比例的支链淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麦芽糖含量达80%～95%的糖化液。（4）糊精糊精是淀粉的低级程度水解产物，广泛应用于食品增绸剂、填充剂和吸收剂等。糊精和麦芽糊精可用酸法和酶法生产，现在大多采用酶法水解的方法生产。环状糊精是由6～12个葡萄糖单位以α-1，4-葡萄糖苷键连接而成的环状结构的一类化合物，能吸附各种小分子物质，起到稳定、缓解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工业中有广泛用途。β-环状糊精的生产，一般采用嗜碱芽孢杆菌BGT。常用的生产菌株有N-227，NO.38-2等。采用嗜碱芽孢杆菌N-227菌BGT生产β-环状糊精时，可使用木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉为原料，转化率可达35%～40%。（5））抗抗性性淀淀粉粉以玉玉米米淀淀粉粉为为原原料料，，在在糊糊化化时时加加人人耐耐热热αα-淀淀粉粉酶酶，，采采用用脱脱支支反反应应等等手手段段改改变变淀淀粉粉原原有有的的分分子子结结构构并并重重新新晶晶，，可可以以提提高高产产品品中中抗抗性性淀淀粉粉的的含含量量。。老化化淀淀粉粉（6））功能能性性低低聚聚糖糖功能能性性低低聚聚糖糖是是由由3～～9个个单单糖糖苷苷键键连连接接而而成成的的低低度度聚聚合合糖糖，，人人体体不不能能消消化化或或难难于于消消化化，，但但摄摄取取后后能能促促进进人人体体肠肠道道内内固固有有的的有有益益细细菌菌（（双双歧歧杆杆菌菌））的的增增殖殖，，从从而而抑抑制制肠肠道道内内腐腐败败菌菌的的生生长长，，减减少少有有毒毒发发酵酵产产物物的的产产生生，，促促进进人人体体健健康康。。低聚果糖（FOS）低聚果糖是以以蔗糖为原料料，经黑曲霉霉β-果糖基基转移酶的作作用，将蔗糖糖分子的D-果糖以β-2,1键连连接1～3个个果糖分子而而成的蔗果三三糖、蔗果四四糖以及蔗果果五糖与蔗糖糖、葡萄糖以以及果糖的混混合物，甜度度为蔗糖的60%。用离离子交换树脂脂将其中葡萄萄糖与果糖除除去后，可得得到含低聚果果糖95%以以上的产品，，甜度为蔗糖糖的30%。。低聚果糖的主主要成份蔗果果三糖与蔗果果四糖，在人人体中完全不不被唾液、消消化道、肝脏脏、肾脏中的的α-葡萄糖糖苷酶水解，，本身是一种种膳食纤维，，食后可直达达大肠，为大大肠中的有益益细菌优先利利用。食用低低聚果糖不会会引起血糖、、胰岛素水平平的升高，通通过双歧杆菌菌的增殖，肠肠道得以净化化，肌体免疫疫力增强，营营养改善，血血脂降低。异麦芽糖异麦芽糖是淀淀粉经α-淀淀粉酶液化，，β-淀粉酶酶糖化和α-葡萄糖苷酶酶转苷反应而而生成的包括括含α-1,6键的异麦麦芽糖、潘糖糖、异麦芽三三糖等分枝低低聚糖的糖浆浆。异麦芽糖糖在高温、微微酸性和酸性性环境下稳定定，可以添加加于各种食品品和饮料中。。异麦芽糖是难难消化低聚糖糖，不被唾液液、胰液所分分解，但在小小肠可部分被被分解和吸收收。热值约为为蔗糖和麦芽芽糖的70%～80%。对肠道直直接刺激性较较小。可明显显增加肠道中中双歧杆菌、、乳酸菌等有有益菌，而拟拟杆菌、梭状状杆菌等有害害菌受到抑制制，便秘改善善，粪便pH下降，有机机酸增加，腐腐败物减少，，血脂改善，，免疫力明显显增强。低聚木糖低聚木糖（XyLo-Oligosaccharides）是由2～～8个木糖以以β-1,4糖苷键连结结而成。它具具有独特的酸酸稳定性和难难发酵性，故故可用于果汁汁等酸性饮料料，因其不被被多数肠道细细菌利用，只只有双歧杆菌菌等少数细菌菌能利用，因因此是一种强强力双歧因子子，每天摄取取0.7g即即可见效。这这种糖是以玉玉米芯为原料料，提取其木聚糖后，用曲霉木聚糖酶酶水解而得。由由日本首先生生产，我国也也已开发成功功。（7）功能性性糖醇的生产产功能性糖醇包包括山梨糖醇醇、麦芽糖醇醇、异麦芽糖糖醇、甘露糖糖醇等。他们们都是由淀粉粉经α-淀粉粉酶等处理制制得相应的糖糖，糖再经镍镍催化加氢制制得的。例如异麦芽糖糖醇是由蔗糖糖经葡萄糖基基转移酶处理理制得帕拉金金糖，然后在在经镍催化加加氢制得的。。赤藓糖醇由由淀粉经酶解解成葡萄糖后后，由嗜高渗渗酵母发酵制制得。2酶在功能能性大米开发发中的应用（1）有些人人因先天性高高过敏体质遗遗传因素影响响，食用大米米后大米中的的球蛋白可引引起过敏性皮皮炎。为此可可将大米浸泡泡于油酸单甘甘油酯水溶液液中使其组织织膨润后进行行抽真空处理理，然后用猕猕猴桃蛋白酶酶处理分解大大米中的球蛋蛋白，充分洗洗净后进行米米表面蒸煮以以改善口感，，干燥后即为为低变应原米米。（2）发芽糙糙米中的应用用纤维素酶软化化发芽糙米3酶在焙烤烤食品中的应应用在焙烤食品中中应用的酶制制剂主要有淀粉酶、蛋白白酶、葡萄糖糖氧化酶、木木聚糖酶、脂脂酶等，这些酶制制剂的使用可可以增大面包包体积，改善善面表皮色泽泽，改良面粉粉质量，延缓缓陈变，提高高柔软度，延延长保存期限限。3.1淀粉粉酶焙烤中淀粉酶酶的主要应用用是在面包的的制作过程中中，大量的文文献资料表明明，利用淀粉粉酶能够改善善或控制面粉粉的处理品质质和产品质量量（如面包的的体积、颜色色、货架寿命命）。面粉中中添加α-淀淀粉酶，可调调节麦芽糖生生成量，使二二氧化碳产生生和面团气体体保持力相平平衡，添加ββ-淀粉酶可可改善糕点馅心心风味，还可防止糕点老化化。在面包生产中中采用麦芽和和微生物α-淀粉酶，已已有数十年的的历史。随着着焙烤工业的的发展，以及及消费者对天天然食品的需需求日益增加加，酶在面包包配方中所扮扮演的角色愈愈来愈重要。。试验表明，，向面粉中添添0.1%的的淀粉酶，就就可以使面粉粉变得完善，，大大改进产产品的质量，，因此国外都把面粉粉中的淀粉酶酶活力为面粉粉质量指标之之一。面包老化会会导致严重的的经济损失，，美国每年均均有价值高达达10亿美元元的焙烤食品品因此而废弃弃掉。实验证明，在在面包粉中添添加一种从基基因工程改性性细菌中得到到的麦芽糖αα-淀粉酶，，对面包有独特特的抗老化作作用，能够保持面包包在贮存时的的新鲜度，比比较各种淀粉粉酶与单甘酯酯的抗老化作作用机理的研研究显示，与与真菌α-淀淀粉酶相比，，细菌麦芽糖糖α-淀粉酶酶不仅能大大大改进面包的抗老化化作用，而且对对面包瓤的弹性性也有正面的影影响，从而提高面包的可可口性。在面包粉中添添加适量的αα-淀粉酶，，还可使面包包体积较空白白面包提高10%左右，，这是因为烘烘烤面包时，，α-淀粉酶酶水解部分淀淀粉，生成糊糊精和糖，降低了面团粘粘度，导致面团膨膨胀率提高，，焙烤后面包包体积增大，，面包心柔软软度变好。另外，α-淀淀粉酶在降解解面团中的淀淀粉时有少量量糖产生，有有利于促进焙烤时糖糖和蛋白质的的“美拉德反反应”，形成褐色色的“类黑色色素”，使面面包上色更好好。3.2蛋白白酶蛋白酶添加到到面粉中，使使面团中的蛋蛋白质在一定定程度上降解解成肽和氨基基酸，导致面面团中的蛋白白质含量下降降，面团筋力力减弱，满足足了饼干、曲曲奇、比萨饼饼等对弱面筋力面面团的要求。同时，蛋白质质的降解更有有利于人体对对营养物质的的吸收。研究究发现，还有有一些蛋白酶酶，如“Milensyme”真菌菌蛋白酶，在在面包制作中中能够水解面面筋内部的某某些特定位置置化学键，从从而改善面团延伸伸性，提高面包的的对称性和均均匀性，对面面包的结构及及风味均有改改善。因此，制作面面包时，当面面质很硬需要要面团具有特特别的柔韧性性和延伸性时时，加入蛋白白酶能改善面面团物理性质质和面包质量量，使面团易易于延伸以较较快速度成熟熟。在生产蛋糕过过程中，鸡蛋蛋液是要的关关键原料，要要求具有良好好的乳化性和和起泡性，添加蛋白酶制制剂可有效地地改善鸡蛋液液乳化性和起起泡性。3.3葡萄萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶酶因具有良好好的氧化性可可显著增强面团筋力力，使面团不粘粘，有弹性醒醒发后，面团团洁白有光泽泽，组织细腻腻，烘烤后，，体积膨大、、气孔均匀、、有韧性、不不粘牙。同时时随着葡萄糖糖氧化酶添量量的增加，面面包抗老化效效果也随之增增加，并且效效果显著于溴酸钾。葡萄糖氧化化酶作为一种种面粉改良剂剂有望得到广广泛的应用。。3.4木聚聚糖酶传统用以改进进面团机械加加工性能和烘烘烤膨胀性能能的酶是戊聚聚糖酶，又称称半纤维素酶酶，主要应用用于欧式面包包中调整面引引的性能，使使面包的体积积增大。不过受小麦戊戊聚糖的降解解影响，不论论是戊聚糖酶酶或木聚糖酶酶均会出现过过量使用的情情况，而破环环小麦戊聚糖糖的水结合能能力，从而增增加面团的粘粘性。因此酶酶的添加量尤尤为关键。不过当木聚糖糖酶的添加分分量过高时，，如400FXU/kg面粉，制成成的面则会粘粘稠。3.5脂肪氧化酶脂肪氧化酶添添加于面粉中中，可以使面面粉中不饱和和脂肪酸氧化化，同胡萝卜卜素发生共轭轭氧化作用，，而将面粉漂漂白。乳糖酶也用于于加脱脂奶粉粉的面包制造造中，它可以以分解乳糖生生成可发酵性性的糖，促进进发酵，改善善面包色泽。。3.6酶的的协同作用当前，酶制剂剂的发展正逐逐步从单一酶酶向复合酶过过渡，因复合合酶制剂作用用全面，可弥弥补单一酶的的专一性，有有利于食品生生产中多种成成分的配比。。在面包制造造中使用复合合酶制剂并不不是一项新技技术。戊聚糖酶或木木聚糖酶与真真菌淀粉酶结结合使用时，，能产生协同同作用。一般般来说，较高高的纯木聚糖糖酶用量可使使面团体积增增大，但当用用量过高时，，面团就会变变得太粘。将将木聚糖酶与与少量的真菌菌淀粉酶结合合使用时。就就可采用较少少分量的α-淀粉酶和木木聚糖酶，制制得较大体积积和较好总体体质量评分的的面团，并避避免发粘的问问题。例如，当使用用由7FAU真菌淀粉酶酶和75FXU真菌木木聚糖酶混合合的酶制剂时时所制得的面面团体积要比比单独使用真真菌木聚糖酶酶为大，面包包瓤的结构也也得到改进。。脂酶不会使面面团发粘，而而且能够大大大地改进面团团的稳定性和和面包瓤的结结构，因此，，木聚糖酶或或淀粉酶与脂脂酶之间的协协同作用，为为改进面包质质量提供了许许多可行性。。例如，，添加加3.3g由真真菌αα-淀淀粉酶酶和木木聚糖糖酶组组成的的混合合酶制制剂，，虽然然能获获得满满意的的面团团稳定定性，，但只只能有有限度度地增增加面面团的的体积积；若若提高高用量量，加加工时时却会会出现现太粘粘的情情况。。把这这种混混合酶酶制剂剂与脂脂酶结结合使使用时时，不不但减减少所所需的的酶制制剂用用量，，且在在较大大程度度地增增加面面团体体积的的同时时，又又不会会使面面团发发粘，，制成成的面面包具具有细细腻、、柔滑滑、均均匀的的面包包瓤结结构。。葡萄糖糖氧化化酶虽虽能使使面团团强度度加大大却会会使之之干硬硬，而而高剂剂量的的真菌菌淀粉粉酶则则能赋赋予面面团较较好的的延伸伸性，，将这这两种种酶结结合使使用，，就能能产生生协同同作用用。此外，，当两两种酶酶与少少量的的抗坏坏血酸酸一起起使用用时，，面团团不仅仅非常常稳定定，而而且能能够增增加1%～～2%的水水吸收收能力力，使使面包包体积积有更更大的的增长长，面面包皮皮也更更为松松脆，，提高高面包包整体体的感感官品品质。。葡萄糖糖氧化化酶与与真菌菌α-淀粉粉酶结结合使使用，，可取取代某某些面面包配配方中中使用用的溴溴酸盐盐，使使面包包的体体积会会增加加约40%，从从而大大大改改进其其外观观质量量。4酶酶在面面条加加工中中的应应用面条是是仅次次于面面包的的世界界第二二大方方便主主食，，是我我国的的传统统食品品，起起源于于我国国东汉汉，距距今已已有二二千余余年的的历史史。我我国的的面条条的品品种和和风味味富于于变化化，在在世界界上都都是最最多的的，据据统计计全国国面条条加工工用小小麦粉粉约占占小麦麦粉总总量的的40%左左右。。我国国在制制面技技术的的研究究和工工业化化等方方面落落后于于日本本、意意大利利等国国家，，许多多传统统制面面技术术、艺艺术、、文化化等逐逐渐流流失，，如何何解决决传统统面条条工业业化是是所有有面条条研究究者和和生产产者共共同努努力的的目标标。目前，，使用用的面面条品品质改改良剂剂如增增白剂剂、氧氧化剂剂、面面筋增增强剂剂等大大多是是由化化学改改良剂剂组成成，存存在安安全隐隐患。。消费费者对对天然然食品品的追追求，，使化化学改改良剂剂的使使用受受到了了很多多限制制。例如溴溴酸钾钾在面面粉改改良中中已有有80多年年的使使用历历史，，现在在许多多国家家中均均已被被禁止止使用用；吊白块块也在在禁用用之列列，吊吊白块块的学学名为为甲醛醛次硫硫酸氢氢钠。。在面条条（米米粉））中添添加吊吊白块块，可可使面面条（（米粉粉）韧韧性好好、弹弹性强强、不不易断断裂和和煮烂烂、色色泽白白、表表面感感观好好。吊吊白块块属细细胞原原浆毒毒，对对人体体细胞胞功能能损害害较大大，在在国际际上被被列为为能引引起致致癌的的物质质之一一，添添加到到米面面制品品中易易受热热分解解为甲甲醛和和二氧氧化硫硫，这这两种种物质质对人人体都都有毒毒性，，尤其其是甲甲醛对对人体体毒性性更大大。国国家有有关部部门已已明确确规定定，禁禁止生生产和和销售售含有有吊白白块的的食品品。这这就要要求科科研工工作者者研制制天然然安全全的添添加剂剂来满满足市市场需需求，，而酶酶制剂剂是一一种比比较好好的选选择。。加工面面条的的原料料主要要为粮粮谷原原料，，化学学组成成主要要为淀淀粉和和蛋白白质，，以及及少量量的非非淀粉粉碳水水化合合物和和脂质质等。。工业业化面面条的的加工工和成成型方方法主主要为为压延延法和和挤压压法。。酶制剂剂的选选用主主要考考虑面面条的的原料料组成成和加加工工工艺，，以期期最终终达到到改善善品质质的目目的。。目前前，能能够用用于面面条加加工酶酶制剂剂主要要有以以下几几种。。4.1氧氧化酶酶用于面面制品品加工工中的的氧化化酶主主要包包括：：葡萄萄糖氧氧化酶酶、半半乳糖糖氧化化酶、、脂肪肪氧合合酶和和一些些过氧氧化物物酶等等，它它们对对面筋筋结构构和面面团流流变学学性质质有一一定影影响。。目前，，应用用研究究较多多的是是葡萄萄糖氧氧化酶酶和脂脂肪氧氧合酶酶。这这些氧氧化酶酶由于于具有有良好好的氧氧化性性，能能够显显著增增强面面团筋筋力，，可望望替代代传统统的化化学氧氧化剂剂，如如溴酸酸盐等等。葡萄糖糖氧化化酶能能消耗耗氧气气催化化葡萄萄糖氧氧化生生成葡葡萄糖糖酸内内酯，，并释释放出出H2O2。它广广泛应应用于于蛋白白脱糖糖、食食品除除氧及及葡萄萄糖定定量分分析等等，也也是迄迄今为为止生生物传传感器器领域域最主主要的的工具具酶。。在食品品工业业上有有去葡葡萄糖糖、脱脱氧、、杀菌菌和测测定葡葡萄糖糖含量量等用用途。。葡萄萄糖氧氧化酶酶作为为一种种商业业酶制制剂，，能够够改善善面粉粉的加加工性性能，，增强强面团团的筋筋力，，被认认为是是较为为理想想的溴溴酸钾钾替代代物之之一。。葡萄糖糖氧化化酶在在面条条加工工中的的作用用机理理为将将葡萄萄糖氧氧化生生成H2O2，从而而将面面筋蛋蛋白中中的-SH氧化化为-S-S-，有有助于于面筋筋蛋白白之间间形成成较好好的蛋蛋白质质网络络结构构，在在面条条加工工中的的推荐荐用量量为200～300U/kg（面面粉））。脂肪氧氧合酶酶是一一种氧氧化还还原酶酶，在在氧气气的参参与下下，将将顺、、顺-1,4-戊二二烯单单元的的不饱饱和脂脂肪酸酸（如如亚油油酸、、亚麻麻酸、、花生生四烯烯酸））及酯酯氧化化，反反应产产生具具有氧氧化能能力的的H2O2，它能能作用用于食食品中中各种种不同同的组组分。。在面条条制作作中添添加脂脂肪氧氧合酶酶，能能将面面筋蛋蛋白中中的-SH氧化化为-S-S-，增增强面面团的的筋力力，同同时消消除面面粉中中蛋白白酶的的激活活因子子-SH，，防止止面筋筋蛋白白水解解。另另外，，通过过偶合合反应应破坏坏胡萝萝卜素素的双双键结结构，，从而而使面面粉增增白。。实验结果果表明：：它既能能使面粉粉增白，，又能增增强面团团的筋力力。因此此脂肪氧氧合酶可可望替代代现用的的面粉增增白剂过过氧化苯苯甲酰。。小麦粉中中脂肪氧氧合酶活活力很低低，且主主要存在在于胚乳乳和麸皮皮中。但但在大豆豆、扁豆豆和豌豆豆中，脂脂肪氧合合酶活性性很高。。因此，，可添加加一些脂脂肪氧合合酶活性性高的豆豆粉来改改善面条条品质。。4.2脂脂肪酶酶脂肪酶即即甘油三三酯水解解酶，它它催化天天然底物物油脂水水解，生生成脂肪肪酸、甘甘油和甘甘油单酯酯或二酯酯。面粉粉中含有有1%～～2%的的脂类，，且大部部分是甘甘油三酸酸酯，能能被脂肪肪酶降解解生成游游离脂肪肪酸、甘甘油单酸酸酯和甘甘油二酸酸酯。因因此，加加入脂肪肪酶能