酶法水解植物蛋白概况

1、酶法水解植物蛋白概况李宏凯(天津春发食品配料有限公司 , 天津300300)摘要: 总结了传统酸法 HVP的生产、特点 , 酶法水解植物蛋白的研究现状。酸法水解植物蛋白的特点是水解迅速、彻底 , 成本低、投资小 , 广泛用于多种食品之中。缺点是敏感氨基酸被破坏 , 单糖、多糖大部分被破坏 , 导致水解液呈棕黑色。最主要的是水解过程中生成氯丙醇类物质 , 有一定的毒性和一定的致癌性。食品安全越来越受到重视 , 因此酶法水解植物蛋白的研究越来越多。酶法的优点是对敏感氨基酸无破坏作用 , 能最大限度保留原料的风味 , 水解产物含有大量呈味小分子肽。最主要的是不产生氯丙醇类有害物质。酶法水解植物蛋白的

2、水解温度通常在 4565之间 , 水解时间从 3h到 48h不等 , 所用酶包括内切蛋白酶和外切蛋白酶。酶法水解植物蛋白的生产成本较高 , 水解程度较低。酶法水解植物蛋白的成功开发有助于保证食品安全 , 提升产品质量 , 提高竞争力。关键词: 酶法水解 ; 植物蛋白 ; 氯丙醇中图分类号:TS202 3文献标识码: A文章编号 : 1006 - 2513 ( 2010) 04 - 0233 - 05O ve rview of enzym a tic hyd ro lysis vege table p ro te inL I Hong ka i( Tianjin Chunfa FoodIngre

3、dients Co. ,L td. ,Tianjin 300300)Abstract: This paper summarized the p roduction,characteristic of acid hydrolyzed vegetable p rotein, the research ofenzymatic hydrolysis vegetable p rotein. The characteristic of acid HVP is rap id,absolute,low cost. It is w idely app liedin various food.The disadv

4、antage is some am inoacid are destroyed,and most of monose,polysaccharide are destroyed,which results inthe hydrolysis p roduct dark brown.The most important point is chlorohydrine, that is formed in thep rocess, which is of toxicity and carcinogenicity.Peop le put more attention to food safety, so

5、the research of EHVP increase recently.The advantage of enzymatic hydrolisis is not destroying am inoacid, keep ing most the flavor of raw materials,a great lot small molecule pep tides formed in the hydrolysis p roduct. Besides chlorohydrine isnt founded.Generalhydrolysis temperature of EHVP is bet

6、ween 45 65,hydrolysis time is between 3 48hr, the used enzymeincludeendopep tidase and exopep tidase. The cost for p roduct EHVP is relatively high.The degree of hydrolyzation is relativelylow.The successful development of EHVP assures the food safety,step s upthe quality of p roduct and strength fo

7、r competition.Key words: enzymatic hydrolysis; vegetable p rotein;chlorohydrine1 前言简称 HV P, 是美拉德反应的重要前体原料。植物水解植物蛋白 ( Hydrolyzed vegetable p rotein)蛋白包括大豆粕、花生粕、玉米蛋白、小麦蛋白收稿日期: 2009 - 04 - 231, 工程师 , 硕士 , 主要从事肉味香精领域的研究开发。2作者简介: 李文方 , 男 ( 1968 - )222233等植物加工副产品。水解方法主要以酸法为主 ,这项技术最早由瑞士的 Julius M aggi在 186

8、6 年开发 , 主要用于汤的制作。酸水解蛋白是雀巢公司早期的几个重要产品之一 , 推出后在欧洲颇畅销。在二战之前 , 美国的 HVP 主要是由日本供应 , 由于担心战争造成缺货 , 美国的食品工业也从 20世纪 40年代开始发展 HV P的制造技术。我国的 HVP开发技术始于 20世纪 90年代初期 , 但发展势头迅猛。酸水解植物蛋白广泛用于多种食品之中 , 但由于这种食品原料中含有致癌物质氯丙醇 , 限制了 HV P在食品工业中的进一步应用。世界上不少国家已出台相关法规 , 对食品及原料中的氯丙醇含量做出限制 , 禁止进口氯丙醇含量超标的食品。酶法水解植物蛋白( Enzymatically

9、hydrolyzedvegetable p rotein, EVP) , 是应用生物酶技术水解植物蛋白得到的产品 , 历史较短。由于条件温和 , 不产生有毒的氯丙醇。在食品安全要求越来越严格的情况下 , 得到了企业的重视 1 。2 传统 HVP生产制造 HVP常用的原料是花生粕、大豆粕、小麦蛋白等植物型加工副产品。常用的酸为盐酸 , 因其便宜 , 且其中和后的产物为食盐。食盐在调味品中可以用作增味剂。常用的水解方法是: 用36mol/L 的盐酸在 100 125 之间水解 4 24h, 采用碳酸钠或氢氧化钠中和 , 然后再以活性炭过滤。在中和的过程中 , 均匀的搅拌非常重要 , 以避免局部的碱

10、浓度过高而导致某些敏感氨基酸分解。不同等级的活性炭过滤及不同的处理方式 , 都会影响到最终产品中的部分或全部芳香氨基酸的含量 , 尤其是酪氨酸、苯丙氨酸。酸水解液中的一些杂质也会在活性炭处理过程中被除去。酸水解法生产 HVP的特点是水解迅速彻底 ,大部分蛋白质水解成 L 型氨基酸 , 不产生消旋作用。酸水解法生产 HVP具有成本低、投资小的特点 , 是历史最悠久、使用最广泛的生产方法。酸水解植物蛋白调味液标准 SB10338 - 2000 2 , 其理化指标见表 1。表 1酸水解植物蛋白调味液理化指标项 目指 标可溶性无盐固形物 , g /100mL114 00全氮 (以氮计 ) , g/10

11、0mL11501氨基酸态氮 (以氮计 ) , g /100mL11100pH4 805 20尽管如此 , 酸水解法存在许多缺点:( 1) 敏感氨基酸被破坏。在水解过程中由于强酸的作用 , 天冬酰氨酸和谷氨酰氨酸分别被水解为天门冬氨酸和谷氨酸 ; 胱氨酸被水解为半胱氨酸; 色氨酸被破坏; 丝氨酸和苏氨酸被部分破坏 , 破坏率分别在 10%和 5% ;( 2) 单糖、多糖大部分被破坏 , 导致水解液颜色呈棕黑色;( 3) 更为严重的是酸法水解过程中 , 由于植物蛋白原料中的残留油脂会发生水解反应生成丙三醇 , 再与盐酸进一步生成氯丙醇类物质 , 如 3- 氯 - 1,2 - 丙二醇 ( 3 - c

12、hlo ro - 1,2 - p ropanedio1)和1, 3 - 二氯 - 2 - 丙醇(1,3 -dichloro2- 2 - p ropano1 ) 。此类氯丙醇物质有一定的毒性 ,且有一定的致癌性。我国生产的部分调味品由于添加了酸法 HVP, 存在氯丙醇含量超标的问题 , 曾一度遭到欧美发达国家的抵制。氯丙醇的英文名称为chlo rohydrine, 主要包括 3 - 氯 - 1, 2 - 丙二醇 ( 3 - chloro - 1, 2 - p ro2panedio1 )(简称为 3- MCPD ) 、 l, 3- 二氯 - 2 -丙醇(1,3 - dic -hloro - 2 -

13、 p ropano1)(简称为1, 3 - DCP) 、2, 3- 二氯 - 1 - 丙醇 ( 2, 3 - dichloro - 1- p ropano1 )(简称为 2, 3- DCP) 。美国食品用化学品法规 ( FCC ) 1998 年第四版规定 , 酸水解蛋白中氯丙醇限量为: 3 - MCPD 1mg / kg,1,3 - DCP0 05m g / kg,2,3 - DCP0 05m g / kg; 部分欧盟国家检测的测试低限为:3- MCPD 0 5m g / kg, 1, 3 - DCP 0 05mg / kg, 2, 3 - DCP 0 05mg / kg; 1998 年英国

14、FAC211111( Food Advisory Comm ittee) 规定 , 食品及食品原料中 3 - MCPD 含量必须小于 0101m g / kg, 这是欧盟最严格的要求 3 。我国的酸水解植物蛋白调味液标准 SB10338 - 2000中规定: 3 - MCPD 1mg / kg。234为解决酸法 HV P的氯丙醇问题可以从三方面入手。其一是将原料中残留的油脂去除 , 目前还未见这方面的有关报道 , 可见在工艺上存在一定的难度; 其二是改良水解工艺 , 例如采取酶解和酸解工艺相结合; 其三是水解后增加对产品的后处理 , 可以采用减压蒸馏法、碱处理法、凝胶渗透色谱法等方法。但目前这

15、些方法还存在着很多不足 , 有的方法耗时太长或耗能太大; 有的方法操作繁琐 , 给工业应用带来困难; 有的方法易污染杂菌 , 导致水解液变质发臭; 有的方法使香气和风味成分减少 , 改变了产品的感官品质 ; 有的方法生产成本太高; 有的方法会使氨基酸含量降低。随着人们食品安全意识的增强 , 氯丙醇的问题越来越制约酸法 HVP的发展和应用。3 酶法水解植物蛋白与酸法水解相比较 ,酶法水解具有条件温和、副反应少、不破坏敏感氨基酸、水解程度容易控制的特点。特别是不使用盐酸 , 不生成致癌物氯丙醇 , 具有不可比拟的优点。因此 , 酶法水解工艺越来越受到重视。酶制剂公司和 HVP生产厂家不断进行深入研

16、究 4 - 6 。酶法水解温度通常在 45 60之间 , 水解时间则从 3 48h 不等 , 水解程度受酶的种类和活力、专一性、pH、底物浓度、水解温度、水解时间等诸多因素的影响。如何以较低的生产成本获得较高的水解度是生产 EVP的难点。对于植物性蛋白 , 8085、510m in的预处理以破坏蛋白质的三级结构 , 有助于进一步提高水解度。由于蛋白酶具有底物专一性 , 如羧肽酶从多肽羧基端将氨基酸水解下来; 氨肽酶从多肽氨基端将氨基酸水解下来; 胰蛋白酶专一性水解赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸。采用多种外切酶和内切酶复合使用 , 在相对较低的温度下长时间水解是通用工艺。另外 , 酶解温度的选择也较

17、为重要 , 温度太低 , 不仅酶解速度慢 , 而且酶解液容易腐败变质; 温度太高 , 蛋白酶容易失活导致水解度降低。酶法水解与酸法水解相比具有如下优点 :( 1) 水解条件温和 , 对敏感氨基酸无破坏作用;( 2) 能最大限度保留原料的风味;( 3) 不产生有害的氯丙醇;( 4) 水解产物除含有游离氨基酸外 , 还含有大量呈味小分子肽。酶法水解的缺点在于:( 1) 酶制剂较为昂贵 , 生产成本较高;( 2) 由于酶具有较强的专一性 , 蛋白质的三级结构、氨基酸序列均对酶解有较大影响 , 水解程度相对较低;( 3) 由于酶解条件温和、酶解时间长 , 深度酶解时可能导致微生物滋生 , 酶解条件需要

18、仔细选择和控制。表 2 大豆蛋白的 HVP和 EVP中游离氨基酸占总蛋白的比例氨基酸酸水解液酶水解液酶水解液( 6h)( 4h)( 10h)A sp10 270186133Glu1511572103152A sn018721176Gln030231194Lys412072156195A rg410921181139Pro410220105141Gly310390161162A la311051187155Val211702151161Ser311492179115Thr211432128102Ile211582131143Leu513885122126Phe312603115139Trp010

19、461117127Tyr211462102115Met110771106113Cya01010011515合计701111643016143182235表 2 为 HVP 和 EVP 的游离氨基酸分析 1 。表中列出了酸法水解大豆蛋白 ( 4mol/L 盐酸 ,125, 6h) 和酶法水解大豆蛋白 ( Flavourzyme6600 活力单位 /100g 和 A lcalase214 活力单位 / 100g) 的水解液中游离氨基酸的种类和比例。可以看出 , 酸水解植物蛋白和酶水解植物蛋白在水解度和游离氨基酸的组成上有较大的区别。( 1) 酸水解法的水解度明显高于酶水解法;( 2) 由于强酸的破

20、坏作用 ,HVP中天冬酰氨酸 A sn 和谷氨酰氨酸Gln 被水解为天门冬氨酸A sp 和谷氨酸 Glu而无法检出 ,Trp 被破坏 , 含量远低于 EVP;( 3) 由于Flavourzyme 无法水解氨基末端含有酸性氨基酸( Gln、Glu、A sp、A sn) 、A la、Gly和 Pro, 这些氨基酸在 EVP中的释放率 (游离氨基酸 /总氨基酸 ) 在 20% 60%之间; 在 HVP中上述氨基酸的释放率在 90%以上;( 4) 大分子量疏水性氨基酸和碱性氨基酸在HVP 中的释放率分别在 70% 和 60% 左右 , 在EVP中的释放率均在 80%以上。4 研究现状大连轻工业学院钱方

21、等人研究酶解大豆蛋白较多。以大豆分离蛋白为底物 , 通过单因素分析、正交试验以及水解蛋白曲线的分析 , 确定了胃蛋白酶水解大豆蛋白的最佳水解条件: pH 为 210, 水解温度为 37, 酶与底物比为 710% (质量百分比 ) , 底物质量浓度为 0104kg /L , 水解时间为 24h 7 。对胃蛋白酶水解大豆蛋白产生的苦味肽进行粗分 , 得到 3 个苦味肽粗品 , 相对分子量为 868、651和 361 8 。为了研究酶解大豆蛋白之苦味 , 在相同条件下将 5 种不同的蛋白酶分别作用于大豆分离蛋白 9 。结果发现无锡酶制剂厂生产的 HAP低温碱性蛋白酶和 1398 中性蛋白酶、丹麦 N

22、ovo 公司的Flavourzyme复合风味蛋白酶不易产生苦味 , 而胃蛋白酶和丹麦 Novo公司的 A lcalase碱性内切酶较易产生苦味。还进行了脱脂豆粕的酶法水解生产大豆肽的研究 10 。先将豆粕粉碎 , 再进行浸提蛋白 , 酶解等操作。脱脂豆粕蛋白浸出的温度为 50。酶解最佳工艺条件:A s11398 中性酶 400 活力单位 / g,Flavourzyme复合风味蛋白酶 200 活力单位 / g, 酶解温度 55 , pH715, 酶解时间 2h, 相应的肽产率约为 32%。A lcalase碱性内切蛋白酶水解大豆蛋白的最佳水解条件 11 : 底物质量浓度为 60g /L , pH

23、 值为 715, 水解温度为 60, 酶 /底物比为 40mL / kg, 水解时间为 10h。水解度为 89112%。河南工业大学粮油食品学院的王艳 12 研究了以小麦面筋蛋白和风味蛋白酶 (丹麦 Novo 公司 )为主要原料制备水解植物蛋白的工艺条件。酶解最佳条件是: 酶解温度 50, pH615, 底物浓度5% , 酶用量为 80活力单位 / g, 水解时间 7h。反应最终可得蛋白质提取率和游离氨基酸均很高、且没有苦味的植物蛋白水解液。其中蛋白质提取率可达 52% , 酶解液中游离氨基酸含量可达 3144%。天津科技大学食品科学与生物工程学院的武彦文 13 等研究了酶法水解植物蛋白制备肉

24、味香精的工艺条件。其最佳条件是: 将豆粕粉用 2%复合胰酶水解后 , 添加 6%葡萄糖、018% L - 半胱氨酸和 014% DL - 蛋氨酸 , 在 115下 反应60m in。反应产物香气强烈、协调。郑州牧业工程高等专科学校张雪 14 等人利用蛋白酶 (天津利华酶制剂厂 ) 水解豆粕。先将豆粕粉碎 (过 100 目筛 ) 、浸润和热处理。原料预处理条件为液固比 10 1, 温度 100, 时间 30m in。先加入 p romod278 内切蛋白酶 , 水解 2h,调整水解液 pH 后加入具有内切和外切酶特性的混合酶 p romod 279继续水解 2h, 最后加入外肽酶切除多肽键上的疏

25、水基部分以降低苦味。一般较理想的水解度是控制氨基氮与总氮之比为 1 10。南宁职业技术学院的范恒君 15 以豆粕为原料 , 对蛋白酶 (武汉某生物工程有限公司 ) 水解植物蛋白的条件进行了研究。在酶解反应中 , 各因素对酶解作用的影响大小顺序是: 酶解时间 pH 酶用量 酶解温度。酶解反应的最适作用条件为: 酶解温度 45、pH 510 和酶用量 3000 活力单位 / g。豆粕的水解度随时间的延长而增大 ,水解8h 后 , 水解产物的氮收率和水解度分别55146%和 43104%。在同样条件下, 水解油菜饼 , 水解产物氮收率和水解度分别为 57159%和 44165%。北京工商大学化学与环

26、境工程学院的李大236明、宋焕禄、祖道海 16 用几种常用蛋白酶对豆粕进行酶解研究。其中包括: 复合风味酶 F ( Fla2vozym e) 、复合内切酶 P( Protam ex) 和碱性内切酶 (A lcalase) , 均为 Novo Nodisk公司生产。利用均匀设计安排试验 , 确定最佳酶解条件: 酶解温度 51; pH 为 619; F P = 3 1; 加酶量为4% ; 酶解时间为 8h。水解度为 28%。酶水解植物蛋白的成功开发和应用 , 将提供新aroma of a meatlike p rocess flavoring from soybeanbased enzyme -

27、hydrolyzed vegetable p rotein J . Journal of Agricultral and Food Chem istry, 2002, 50: 2900 - 2907. 7 钱方 , 邓岩 , 刘阳 , 等. 胃蛋白酶水解大豆蛋白的研究 J . 中国乳品研究 , 2001, 29 ( 3) : 10 - 13. 8 钱方 , 王凤翼 , 邓岩. 胃蛋白酶酶解大豆蛋白苦味肽的粗分离 J . 中国乳品工业 , 2002, 30 ( 2 ) : 20 - 23. 9 钱方 ,邓岩 ,王风翼 ,等. 蛋白酶及其大豆蛋白水解物苦味的研究 J . 大连轻工业学院学报 , 2

28、000, 19 ( 3) : 182 - 186. 10 谷伟, 钱方, 李顺燕, 等.脱脂豆粕酶法生产大豆肽工艺条件型原料。对于改进产品风味 , 提升产品质量 , 保证食品安全 , 提高产品竞争力有十分重要的作用。参考文献: 1 崔春 , 赵谋明 , 曾晓房 , 等.酸法和酶法水解植物蛋白的差异及原因探讨 J . 中国调味品 , 2006, ( 7 ) : 9 - 13. 2 酸水解植物蛋白调味液标准 SB10338 - 2000. 3 高文宏 , 李国基 , 于淑娟 , 等. 水解植物蛋白 J . 食品科学 , 2000, 21 ( 12 ) : 167 - 171. 4 李克军 , 吕宁

29、华 , 张明. 水解蛋白的研究与应用 J . 食品工业 , 2003, ( 10 ) : 12 - 14. 5 尹树花 , 郭丽梅 , 刘宏魏. 酶解植物蛋白制备小分子肽的研究进展 J . 江西饲料 ,2007, ( 4) :11 - 14. 6 Yi Fang G, W u, Keith R,Cadwallader.Characterization of the的研究 J .中国乳品工业, 2006, 34 (5) : 28 - 30. 11 钱方 ,邓岩 ,王凤翼 ,等. 碱性内切蛋白酶水解大豆蛋白的研究 J . 大连轻工业学院学报 , 2000, 19 ( 1) : 40 - 44. 1

30、2 王艳 , 王金水 ,王玲玲 , 等. 水解植物蛋白的酶法制备 J .粮食加工 , 2006, ( 2 ) : 42 - 45. 13 武彦文 , 张燕 , 欧阳杰 , 等. 酶法水解植物蛋白制备肉味香精的研究 J . 食品工业科技 , 2003, ( 3) : 53 - 55. 14 张雪 , 魏建春 , 李云芳 , 等.酶法水解植物蛋白技术研究 J .郑州牧业工程高等专科学校学报 , 2002, 22 ( 4 ) :246 - 247. 15 范恒君.酶法水解植物蛋白 J . 南宁职业技术学院学报 ,2005,( 3 ) :57 - 61. 16 李大明 , 宋焕禄 , 孙道海 , 等.

31、大豆蛋白酶解的研究 J .粮食与食品工业 ,2006,13( 2 ) :20 - 23.(上接第 190页 )水解法制备没食子酸获得成功 , 用此法生产没食子酸 , 每吨产品消耗五倍子(含单宁 56%以上 )2168 t, 95%硫酸 0188 t, 工业活性碳 0125 t, 转化率约 67%。酸碱法制备没食子酸的缺点是严重污染环境 , 并且对设备要求高 , 及其他一些问题 , 酶法制备没食子酸具有化学法不可比拟的优点:反应条件温和 , 底物转化完全 , 对环境友好 , 能耗低等许多优点。如前所述 , 近期很多研究者开展了酶法转化生产没食子酸的研究 5, 7, 10 。本实验还需进一步研究酶转化法制备没食子酸的工艺优化条件 , 提高产率; 设计黑曲霉单宁酶二步法生产没食子酸的专用反应器; 深入研究采用黑曲霉B0201为菌种 , 利用五倍子为原料 , 直接生料固体发酵未能产生没食子酸的原因。 2 中华人民共和国国家标准.GB2760 - 81 食品添加剂使用卫生标准. 3 殷仕海. 五倍子提取单宁酸及单宁酸制取没食子酸 J . 企业技术开发 , 1991, 9 ( 6 ) : 17 - 18. 4 郭鲁宏