酶在蛋白质类食物生产方面的应用

酶在蛋白质类食物生产方面的应用摘要：该文综述蛋白质类食物加工中普遍利用的蛋白酶、脂肪酶、乳糖酶、转谷氨酰胺酶的特性及其应用进展，并展望其发展前景。关键词：酶；蛋白质类食物；食物加工引言：蛋白质是食物中的主要营养成份之一。以蛋白质为主要成份或以蛋白质为主要原料加工而成的食物称为蛋白质类食物，如乳制品、肉制品、水产制品、植物蛋白制品等。随着人们生活水平不断提高，对蛋白质类食物品质提出更高要求；而生物工程技术发展，尤其是酶工程技术发展为食物加工和品质改良提供有利工具。本文介绍蛋白质类食物加工中常用的几种酶的特性及其应用。一、蛋白质类食物加工中所用酶及其特性由于蛋白质类食物富含蛋白质，所以在蛋白质类食物加工中主要利用的酶为蛋白酶，同时给予食物特殊风味和良好品质的酶有脂肪酶、乳糖酶、转谷氨酰胺酶等。蛋白酶蛋白酶（蛋白质分解酶）是一类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份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结尾水解肽键而游离出氨基酸。蛋白酶也可按酶的来源分类，例如胃蛋白酶、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65°C左右；其最适pH值随底物而变更，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。微生物蛋白酶则常按照其作用最适pH值分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶等，总之蛋白酶来源普遍，种类繁多，性质不同很大。［1］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。脂肪酶是一种糖蛋白，糖基部份以甘露糖为主，约占分子量2%—15%,酶分子由亲水部份和疏水部份组成，活性中心近疏水端。脂肪酶生产方式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，生产本钱低等特点。大部份菌种所产脂肪酶最适作用温度较低（35C〜40C左右），热稳定性较差，一般在50C，保温60min，即丧失大部份酶活性；大多数脂肪酶最适pH在偏碱性范围，即pH8〜9。细菌产生脂肪酶热稳定性好、pH范围宽。［2］目前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37C，可被钙离子及低浓度胆盐激活。乳糖酶乳糖酶是§一D一半乳糖苷酶（E.C.3.2.1.23.,p—D—galactosedase）,是一种无味、无嗅，溶解后呈浅棕色液体，且无毒无副作用的生物酶制剂，该酶可用于降解乳糖为半乳糖和葡萄糖，亦具有半乳糖苷的转移作用。乳糖酶按照不同来源可分为胞内酶或胞外酶，如乳酸酵母、黑曲霉、米曲霉、米根酶等产乳糖酶均为胞外酶，脆壁克鲁维酵母和大部份细菌产胞内酶。霉菌作用最适pH偏酸性(pH2.5〜5.0),酵母和细菌所产乳糖酶最适pH近中性(别离为pH6〜7和pH6.5〜7.5)。因此最适pH决定了各自的用途，如霉菌所产乳糖酶利用于酸性乳清和干酪的水解(含大量乳糖)，酵母和细菌乳糖酶适于牛乳(pH6.6)和鲜乳清(pH6.1)的水解。微生物乳糖酶最适作用温度范围较宽，酵母乳糖酶作用温度在35°C左右，而霉菌最适作用温度一般在5O°C以上，最高可达6O°C,环状芽抱杆菌则可达65C，嗜热水生菌则为8OC，耐高温微生物菌株使历时可避免杂菌污染。［3］转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶(transglutaminase，缩写为TGase,EC2.3.2.13)，可通过催化转酰基反映，使蛋白质或多肽之间发生交联°TGase主要催化三种反映：催化在蛋白质和肽腱中谷氨酰胺残基的Y一羧酰胺基和伯胺之间的酰胺基转移反映，利用该反映可以将赖氨酸引入蛋白质来改善蛋白质的营养特性；当蛋白质中赖氨酸残基的Y一氨基作为酰基受体时，蛋白质在分子内或分子间形成e—(丫一glutamy1)lys共价健，使蛋白质分子发生交联，使食物及其它制品产生质构转变，给予产品特有的质构特性和粘合性能；当不存在可以利用的伯胺或赖氨酸中的e一氨基被某些化学试剂阻断时，水会成为酰基的受体，谷氨酰胺残基通过脱酰胺转变成谷氨酸。［4］转谷氨酰胺酶在自然界中普遍存在，已经从许多动物组织、鱼类和植物中分离出来。大多数转谷氨酰胺酶需要Ca离子参与，微生物所产转谷氨酰胺酶有较广的pH适用范围，最适pH为5〜7，最适作用温度50C〜55C,反映时间为10rnin。2酶在谷物食物加工中应用随着一些新型酶制剂开发，酶在蛋白质类食物中应用愈来愈普遍，归纳起来主要有两个方面应用，即蛋白质类食物深加工和品质改良。在乳制品生产中的应用通过乳糖酶水解的牛奶具有以下特点：增加滋味，明显提高奶香，改善口感等。甜度比未水解的提高3倍。主要是因为水解后乳糖生成a—D一葡糖和§一D一半乳糖。a—D—葡萄糖是人体各部份代谢的能量来源；§一D—半乳糖是人体大脑和黏膜组织代谢时必需的结构糖；另外还产生8%左右低聚糖。［3］在TGase的作用下，用葡萄糖一8一内酯酸化酪蛋白或预先在50°C下用酶处置酪蛋白溶液lh,再酸化，可形成较强的凝胶。TGase形成的凝胶具有良好的特性，强度大，增强了对酸对热的抵抗性，提高了保水性。因此，在酸奶生产中添加TGase可改善酸奶品质，提高酸奶质量。另外，在重制奶酪生产中，添加TGase处置后，使乳清蛋白和酪蛋白交联在一路，可以提高奶酪的质量，增加经济效益。用该酶处置牛奶，可使牛奶黏性增加。［5］另外，TGase还可以改善乳蛋白乳化特性、提高乳蛋白的热稳定性、减少乳制品的脂肪含量、提高保水性。在加工炼乳进程中加入少量的TGase,炼乳不易出现脂肪上浮和蛋白质颗粒沉淀现象，而少量的TGase容易使冰淇淋成型且不易融化。［6］脂肪酶应用于乳酯水解，包括奶酪和奶粉风味的增强、奶酪的熟化、代用奶制品的生产、奶油及冰淇淋的酯解改性等。脂肪酶作用于乳酯并产生脂肪酸，能给予奶制品独特的风味。脂肪酶释放的短碳链脂肪酸(C4〜C6)使产品具有一种独特强烈的奶风味，而释放的中碳脂肪酸(C10-C14)使产品具有皂似的风味。同时，由于脂肪酸参与到类似微生物反映的进程中，增加了一些新风味物质，如甲基酮类、风味酯类和乳酯类等。[7]在肉制品中的应用在屠宰场和肉类加工厂如何有效利用含肉类物质的副产物是一个较为复杂和困难的问题。屠宰场的分割车间，一般在骨头上平均残余5%的瘦肉。由于利用机械法从切割肉剩下的骨头回收部份肉，本钱较高，目前大部份加工厂仍采用人工方式回收部份肉蛋白，但所需人工及费用很高。此刻已开始采用加中性蛋白酶制剂法，从骨上回收肉蛋白，回收率大大提高，本钱也随之大幅度降低。[8]TGase可使肉类中的肌球蛋白B、肌球蛋白发生聚合，在热诱导的肌球蛋白B凝胶和生香肠肉中，TGase处置后用电子显微镜可以发现网络结构比对照好。研究表明TGase形成的交联增强了香肠和火腿肠等肉制品中蛋白质的网络结构，使其弹性、硬度等物理性质取得提高。而且不受高温和冷冻的影响。在水产制品中的应用微生物脂肪酶（黑曲霉脂肪酶等）可选择性水解鱼油，使其中n-3多不饱和脂肪酸含量提高。[9]Samuelsen在研究一种微生物脂肪酶对鲑鱼品质影响时发现，脂肪酶添加对鲑鱼中单不饱和脂肪酸会产生影响。[9]另外，国内也有利用木瓜蛋白酶水解罗非鱼蛋白质生产多肽液的研究报告。添加到鱼团中的TGase在成型进程可以催化交联反映，随着TGase添加量的增加，鱼团凝胶的断裂强度和交联度增加，而肌球蛋白的重链减少，从而提高鱼团凝胶的持水性。TGase在海洋食物中还有其它方面的应用，蒸馏产品和冷冻食物质构的转变在某种程度上可利用TGase和酪蛋白酸盐溶液预防，这种作用对蒸馏或冷冻海洋食物产品如必需维持其质构特性的虾类制品是十分有效的。[4]在植物蛋白制品中的应用在面筋的生产进程中，利用TGase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，改变面筋粘弹性，使面筋网络结构增强，所以淀粉能很好维持在面筋网络中，减少淀粉损失，面条或面团彼此粘结减少。[10]TGase在豆腐生产中利用是其另一个实际应用的例子，用TGase处置可以提高豆腐的持水能力，质构好，滑腻。由于转谷氨酰胺酶形成的交联有较好的热稳定性能，即即是加热处置后许多物理性质也仍然维持不变°[4]Kato将豆浆与葡萄糖酸内酯、TGase混合，在5O°C下保温1h,经110°C杀菌处置制成耐保留的麻婆豆腐。这种豆腐在25C保留6个月后仍有良好的口感、质构与风味。[11]3、结束语酶作为一种食物添加剂，与传统改良剂相较，具有显著优越性。首先，它不会有任何有害残留物质；其次，酶的催化反映具有高度专一性和高效性，且用量少，经济上合算；再者，酶反映条件温和、易操作、能耗低；同时可避免因猛烈操作所造成营养成份损失。但由于酶的开发在技术上要求较高，加上我国在这方面研究起步较晚，应用到食物加工尤其是蛋白质类食物加工方面酶制剂十分有限。在开发多样化的蛋白质类食物新制品的现今，酶的需求也是多样化的。此后，随着基因工程和蛋白质工程的发展，可用于蛋白质类食物的酶也将会有新的进展，酶在蛋白质类食物工业中的应用前景将更为广漠。—［参考文献］［1］ 郭勇，郑穗平.酶在食物工业中的应用M.北京：中国轻工业出版社，1996.［2］ 李香春，甄宗园.脂肪酶特性及其应用J］.粮食与油脂，2003［3］ 王敏，檀建新，张伟，李长文，马雯，路玲玲.乳糖酶的应用及发展现状［4］ 王金水，赵谋明.转谷氨酰胺酶的性质、制备及在食物加工中的应用，2005年9月.［5］ 刘心伟，吕如平，范贵生.微生物T