第十一章食品加工中的酶处理.ppt

1、上海水产大学食品科学学院食品加工，电话：真：子邮件：网站3360，第11章食品加工中的酶处理，1。概念1。定义酶工程，也称为酶技术，在生物反应器中。酶工程是利用酶的催化作用将相应的原料转化为有用的物质，与发酵工程密切相关，是发酵工业发展的产物，是酶学原理与化学技术相结合形成的一门理论应用性很强的技术。主要内容包括各种酶的开发、生产和利用、酶的分离纯化技术、酶的化学修饰技术、固定化技术、酶反应器的开发和应用等。酶是生物催化剂和生物体产生的活性蛋白质。它能高效、特异地催化特定的生化反应，酶的催化作用能使反应速度提高8倍10-20倍10。酶促反

2、应具有反应条件温和、能耗低、污染少、操作简单等优点。2.酶的探索和发现：1。在4000多年前的史前龙山文化时期，人们用天然酵母酿酒。在公元前12世纪，它被用来做饺子和调味汁。根据这本书，“如果你酿酒，你就有罪。”“屈”:有霉菌的谷物；“罪”:谷芽。左传用“屈”、“聂”治病。2.现代发展淀粉的第一次酶解1833-1835年，法国化学家安塞尔姆佩因和伊恩弗朗索瓦珀索思描述了从大麦芽中分离淀粉酶聚合物的过程，并将其命名为淀粉酶。1836年，德国生理学家西奥多施旺分离出一种能在胃中消化蛋白质的物质，并将其命名为胃蛋白酶。这是从动物组织中提取的第一种酶。1883年，约翰凯氏建立了一套检测有机物中-3价氮

3、的方法，即测定氮的含量。从1894年到1913年，德国化学家埃米尔费希尔根据糖化酶的特性建立了锁钥理论。1926年，科学家发现酶是蛋白质，沃森和克里克在1953-1958年发现脱氧核糖核酸是双螺旋结构。1963年，碱性蛋白酶-洗涤剂酶突破了。1965-1974年，淀粉工业取得了重大突破。随着能够将淀粉分解成糖并且不含转葡糖苷酶的葡糖淀粉酶的引入，微生物酶在食品工业中的应用的第一次重大突破发生在20世纪60年代。自20世纪50年代初以来，酶和产酶细胞的固定化技术在生产实践中迅速发展，这引起了食品和发酵工业的巨大变化。20世纪70年代初，美国开始采用酶法对玉米淀粉进行液化、糖化和异构化，并采用固定

4、化技术工业化生产第一代、第二代和第三代高果糖糖浆，替代蔗糖作为饮料和食品的甜味剂，如可口可乐和百事可乐。1982年，美国的切赫研究小组发现，核糖核酸分子包含一个具有自我剪接功能的片段，称为内含子，这种催化核糖核酸被称为核酸酶。到目前为止，自然界已经发现了3000多种酶，但真正形成工业规模生产的只有几十种。3.现代酶学的发展20世纪70年代初，基因重组技术或克隆技术的实现将酶学研究推向了一个新的发展阶段。“工具酶”是基因工程中使用的一系列酶的总称。迄今为止，已有500多种工具酶用于基因工程。目前，已经成功克隆了100多个酶基因。过去从小牛胃中提取凝乳酶，每年屠宰约500万头小牛。重组凝乳酶：DN

5、A重组技术，第二部分是酶的生产和利用。首先，生产微生物酶制剂。酶制剂的大规模工业化生产始于二战后，是随着抗生素工业的发展而建立的。1983年，酶制剂在国际市场的产量为6.5万吨，销售额为4亿美元。90年代初，销售额超过10亿美元，销售额超过20亿美元。(1)发酵生产食品级酶的要求：严格控制安全卫生的菌种(2)生产步骤：(1)目标产酶菌株的分离和筛选(1)从自然界中分离和筛选(2)物理和化学因素诱变(3)基因重组或细胞融合技术育种(2)产酶(1)应选择良好的培养方法，包括培养基组成比例、培养温度、酸碱度、通气率等。(图3360:微生物在相当于三层楼高的发酵罐中生长和繁殖，并产生所需的酶)，(2)

6、确定工业规模大规模生产的一系列工程和技术条件，并控制培养罐的形式、大小、通风条件、温度和酸碱度等。(照片：通过改变培养基的类型、酸碱度、氧浓度和温度，研究人员找到了产生某些酶的微生物的最佳生长条件。)、2。酶的提取、分离和纯化。1.微生物酶制剂的工业提取步骤大致如下：如果是胞内酶，首先要分离收集菌体，破碎菌体，将酶提取到液相中，液相即为起始酶液；如果是胞外酶，其深层发酵液或固体培养物提取物是起始酶液。2.制备工业酶制剂的步骤：在第一步中，除去起始酶溶液中的悬浮固体，得到澄清的酶溶液，然后在必要时减压浓缩；第二步，根据质量要求和经济性，采用适当的方法(如盐析法、有机溶剂沉淀法、单宁沉淀法等。)沉

7、淀分离酶；(照片：只有酶和水可以通过鼓式过滤器；培养基和微生物留在硅藻土上。)，第三步是收集沉淀物，干燥，研磨成粉末，加入适当的稳定剂和填料，制成粉末制剂。酶颗粒是在大型连续卧式混合机中生产的。提取的酶与盐、纤维素和其他成分混合，形成0.5毫米大小的颗粒。然后涂上一层聚合物，以防止使用过程中酶粉尘可能引起的过敏风险。(图3360用聚合物包裹酶，以降低酶粉尘引起的致敏风险。)，3，其他方法当提取液中有其他酶阻碍目标酶的工艺效果，对质量要求高时，通常采用一些特殊的纯化方法将目标酶与其他酶和杂蛋分离，然后分别沉淀。常用的方法有：(1)蛋白质选择性变性法；(2)分段盐析法、有机溶剂分段沉淀法、等电点法

8、、柱层析电泳法、亲和层析法；(3)酶化学修饰技术，(1)金属离子置换修饰，(2)大分子结合修饰，(3)肽链限制水解修饰，(4)侧链修饰(图：修饰后微生物基因能产生所需的酶)；(5)固定化酶和固定化细胞固定化：在一定空间内完全或基本限制游离酶、细胞或细胞器催化活性的过程，可分为固定化酶或固定化细胞。1.固定化酶的特性(1)反应完成后，可以通过简单的分离如过滤或离心来回收和再利用，这降低了酶制剂的成本；(2)可将其装入酶柱中，当底物溶液流经酶柱时，可发生酶促反应，适合工业应用；(3)固定化后，酶的稳定性普遍提高。2.固定化酶的特点(1)节省了酶分离和纯化的时间和成本；(2)可以进行多种酶反应；(3

9、)保持酶的原始状态，从而增加酶的稳定性；(4)由于辅因子的存在和细胞内的连续合成，酶的活性相对较长，半衰期超过一个月，因此具有工业应用价值；(5)可采用固定化细胞反应柱或反应床进行连续发酵，发酵液可在加入培养基的同时排出，避免了副产物对酶活性的抑制。3.固定化酶的方法(1)载体结合法物理吸附法是将酶吸附在惰性载体上，如活性炭、多孔玻璃、酸性粘土、高岭土、硅b、离子结合法是利用离子键结合酶和带有离子交换基团的不溶性载体，如带有交换基团的离子交换树脂或纤维素和葡萄多糖。该方法操作简单，酶回收率高，但在强离子强度下进行酶反应时容易脱落。c、共价键合法是用共价键将酶与载体偶联，但由于所涉及的条件苛刻，

10、化学反应激烈，酶的回收率低，操作复杂，但酶与载体的结合相当牢固。(2)交联方法这是使用双功能试剂在没有载体的情况下交联酶分子。常用的交联剂是戊二醛、异氰酸酯、重氮联苯胺或乙烯双马来酰亚胺(形成重氮盐)。这种方法的反应也很剧烈，影响酶的回收，但固定化酶具有良好的稳定性。(3)包埋法A，网格型是将酶固定在具有网格结构的聚合物凝胶中。通常，合成高分子材料如聚丙烯酰胺和聚乙烯醇以及天然高分子材料如海藻酸、明胶和胶原用作凝胶材料。该方法操作简单，很少改变酶的高级结构，回收率高。然而，在反应中存在一种“固相”扩散阻力，这种阻力只适用于小分子底物和产物，其机械强度往往很差。微胶囊型是将酶溶液包埋在一个微小的

11、(300米)半透性高分子材料外壳中形成的小珠。该方法操作复杂，酶回收率一般不高，但包埋的酶不易流失，微胶囊的比表面积很大，因此只能应用于小分子底物和产品。6.酶反应器，酶催化反应：在均相或非均相体系中将底物转化为产物的过程。酶催化反应器：该反应中使用的设备：酶反应器、游离酶反应器、均相、非保留、固定化酶反应器、异相、非保留：指酶一次性分批使用，不再回收。可截留：酶在反应系统中被超滤膜截留。第三节酶工程在食品工业中的应用，1。酶在食品工业中的应用1。酶在淀粉糖生产中的应用以淀粉为原料，通过淀粉酶和糖化酶的催化水解得到右旋葡萄糖，再通过固定化右旋葡萄糖异构酶柱将右旋葡萄糖转化为右旋果糖，然后通过精

12、制和浓缩得到不同种类的高果糖糖浆(图3360:酶将玉米或小麦等作物的淀粉转化为糖)。2.酶用于甜味剂生产。阿斯巴甜是一种高甜度的甜味剂，在国外大量生产。阿斯巴甜是一种二肽甜味剂，其甜度是蔗糖的200倍。过去的化学合成。目前，日本采用酶法合成新工艺，可以用价格较低的DL苯丙氨酸为原料，产品形态多样(形态有苦味)，生产成本降低30%。3.乳制品加工中使用的酶(1)奶酪生产世界上奶酪生产消耗超过1亿吨牛奶，占牛奶总产量的1/4。奶酪制作：牛奶用乳酸菌发酵制成酸奶，然后加入凝乳酶水解酪蛋白，在酸性条件下，酪蛋白被钙离子固化，然后切成小块，加热，压制和固化。凝乳酶：未断奶犊牛第四胃的天冬氨酸蛋白酶。干酪

13、成熟过程：慢而可控的脂肪、蛋白质和碳水化合物在腐乳中的降解和成熟技术：成熟干酪的典型风味和味道在三或四个月内产生。牛奶加速乳糖发酵蛋白质脂肪乳酸成熟醋酸肽酮丙酸氨基酸内酯二乙酰胺乙醇硫化合物脂肪酸协同作用特性温和奶油风味硫脂肪干酪。提高温度：增加微生物腐败的可能性。添加酶：酶的来源是有限的。过度成熟的风险。3.起动机的改进：工艺复杂，目前不经济。蛋白酶、脂肪酶、半乳糖苷酶、发酵酶复合物(包埋在脂肪中以产生更多的醋味)、脱硫酶、去甲基硫水合酶(一种产生挥发性硫化物的酶)、肽酶、脂肪酶起始物、凝乳酶，其中凝乳酶和蛋白酶一起作用以将酪蛋白降解成肽。许多苦味或酸味胞内肽酶降解具有风味增强特性的氨基酸和

14、小肽，其破坏酪蛋白网络结构、增加脆性、软化质地并被混合酶包裹：酶解物本身与蛋白酶结合，812 (2)分解乳糖。牛奶含有4.5%的乳糖。乳糖是一种二糖，甜度差，溶解度低，难以消化。有些人喝牛奶后经常会腹泻和腹痛，这就是原因。此外，乳糖不溶于水，通常会沉淀在炼乳和冰淇淋中，从而影响食物的风味。上述问题可以通过用乳糖酶处理牛奶以将乳糖水解成半乳糖和葡萄糖来解决。(3)奶油风味乳制品的特殊风味主要是由挥发性物质(如脂肪酸、醇类、醛类、酮类、酯类和胺类等)引起的。)在加工过程中产生。在乳制品加工过程中添加适量的脂肪酶可以增加奶酪和黄油的风味。在牛奶糖果和蛋糕等食品中使用调味黄油可以节省黄油的用量，改善风

15、味。(4)婴儿奶粉和牛奶的区别之一是溶菌酶含量的不同。在奶粉中添加蛋清溶菌酶可以预防婴儿肠道感染。4.肉类和鱼类加工中使用的酶(1)改善组织和嫩化肉类和牛肉：结缔组织和肌肉纤维中的胶原蛋白和弹性蛋白含量高。交联键可分为耐热和耐热。幼小动物的胶原蛋白有许多耐热的交联键，加热时会断裂；老动物的肉有许多耐热的键，这使得它在烹饪时很难软化，肉粗糙，难以烹饪，味道不好。肌肉结缔组织中的胶原蛋白可以被蛋白酶分解，从而使肉变嫩。作为嫩化剂的蛋白酶可分为两类：最常用的一类是植物蛋白酶，另一类是微生物蛋白酶。嫩化酶：从八坡树和番木瓜树收集的叶子包裹的肉在烹饪时从植物汁液中吸收半胱氨酸蛋白酶。木瓜蛋白酶产生硬度的

16、原因是，过度耐热的结缔组织植物蛋白酶与哺乳动物半胱氨酸蛋白酶具有同源性。植物和动物有共同的古老基因吗？粗制：含有木瓜凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶()和蛋白酶。使用的方法有：喷粉、浸渍、浸泡、混合、多针注射和血管泵注射。英国牛肉制品在死亡前大约两天注射，在美国这一比例更高。(2)转化废蛋白质水解废蛋白质，如杂鱼、动物血、肉末等。用蛋白酶，并提取蛋白质用于食品或饲料，这是人类蛋白质资源的增加。海洋中的许多鱼因为颜色、外观或味道不好而不能食用，但这种水产品约占海洋水产品的80%。随着生物技术的这一新成就，大部分蛋白质被溶解，通过浓缩和干燥可以制得含氮量高、富含各种水溶性维生素的产品。其营养不低于奶粉，可与

17、面包、面条混合适量食用或作为饲料使用，经济效益十分显著。(3)其他用途：未冷冻的鱼可以用酸性蛋白酶在中性酸碱度下处理，可以去除鱼腥味。现在，无色的血粉末是通过用碱性蛋白酶水解动物产生的。作为一种廉价、安全的补充蛋白资源，该技术已用于工业生产。5.酶用于水果和蔬菜加工(1)当加工水果罐头和制作桔子罐头时，有必要取出桔子瓶。过去，使用碱处理，这消耗大量的水和时间。目前，黑曲霉生产的半纤维素酶、果胶酶和纤维素酶的混合物可以去除橘皮瓣胶囊，避免上述缺点。罐装橘子经常是白色和浑浊的，这是由橘子肉中的橙皮苷引起的。利用橙皮苷酶，可以将橙皮苷水解成水溶性的橙皮苷，从而消除桔子罐头的白色浑浊。桃果实含有红色花青素，当储存在罐子里时，花青素会与金属离子发生反应，变成紫棕色。桃汁、葡萄汁等。用花色苷酶处理，可以脱色，提高经济价值。这是因为花色素苷酶可以水解花青素并将其转化为无色物质。(2)柑橘脱苦一直是水果加工中的一个主要问题。柑橘中的柠檬苦素是造成橙汁苦味的原因，可以通过固定化球