纖維素酶、脂肪酶、果膠酶及蛋白酶在食品工業中的應用

                 

随着人們對食品安全、營養、健康和美味的日益重視,食品已經不僅僅隻是滿足人們生存的基本需求品,食品工業正在向着更安全、營養及美味的方向發展。因此,酶作為一種高效生物催化劑,正以它獨特的優勢代替傳統的化學制劑,越來越廣泛地應用在食品工業。酶工業已成為我國最具發展潛力的新興産業之一。

一、纖維素酶

1、纖維素酶的概述

纖維素酶是能将纖維素水解成葡萄糖的一組酶的總稱。纖維素酶來源非常廣泛,除了真菌外,各種原生動物、圓蟲類、軟體動物、蚯蚓、甲殼類、昆蟲、藻類、真菌類、細菌以及放線菌等都能産生纖維素酶。

2、纖維素酶的應用

1)醬油釀造的應用

醬油是大豆蛋白酶水解産物。醬油釀造主要是利用蛋白酶和澱粉酶等酶類對原料進行酶解,若再使用纖維素酶,可使大豆等原料的細胞膜膨脹、軟化、被破壞,使包藏在細胞中的蛋白質、碳水化合物釋放,這樣就可以縮短釀造時間,提高産率,提高産品的品質,使産品的氨基酸還原糖含量增加。

2)啤酒生産的應用

在啤酒生産過程中,使用纖維素酶後,可将澱粉和纖維素轉化為糖,然後經酵母分解全部轉化為酒精,出酒率可提高3%~5%,澱粉和纖維素利用率高達90%。利用纖維素酶水解啤酒糟,将酶解液和殘渣分别進行有效利用,可大大提高啤酒糟的經濟效益和環境效益。

3)果蔬加工的應用

在果蔬加工過程中,為了使植物組織軟化膨潤,一般采用加熱蒸煮、酸堿處理等方法,會造成果蔬的香味和維生素損失。用纖維素酶進行果蔬處理可避免上述缺點,同時可使植物組織軟化膨松,從而提高其可消化性并改良口感。

4)茶葉加工的應用

速溶茶傳統的生産工藝是采用沸水浸泡茶葉以提取茶葉細胞中的有效成分,如氨基酸、糖、咖啡因、皂甙、茶多酚、茶香成分及色素等,再經低溫冷凍幹燥。若用纖維素酶先對茶葉進行适當處理,既可降低固定化産酶溫度,縮短抽提時間,提高速溶茶的品味,又可提高得率。

5)油料作物加工的應用

纖維素酶在油料作物加工中也起着非常重要的作用。傳統上一直采用壓榨法或有機溶劑法生産油類産品,其産品質量差、産量低、操作時間長,同時不可避免有機溶劑殘留。

采用酶處理法代替有機溶劑法,一方面可以提高油的産量和質量;另一方面,控制酶反應條件,使生産加工在較溫和的條件下進行,可以避免劇烈條件對産品質量的影響。因此在農産品加工領域采用酶技術,不僅能提高主産物的産量,還能減少副産物的生成和降低廢物處理費用。

二、脂肪酶

1、脂肪酶概述

脂肪酶是一種三酰基甘油酰基水解酶,它可以催化甘油三酯分解成甘油二酯、甘油單酯、甘油和脂肪酸,是一類特殊的酯鍵水解酶,脂肪酶以氨基酸為基本組成單位,一般隻有一條多肽鍊,催化活性僅決定于蛋白質結構。脂肪酶存在于動物、植物和微生物中。

作為一種生物催化劑,脂肪酶具有一般催化劑的高效性、高選擇性、反應條件溫和等共同優點,是綠色環保的催化劑,對于生化、食品等生活和生産的各個領域的科學發展,有着非常重要意義。

2、脂肪酶在面食品加工中的應用

面類制品的食感主要與小麥粉中的蛋白質、澱粉、脂肪等有關,特别是通過蛋白質的定向和形成網眼結構産生彈性,增加面的黏彈性。在面類食品加工中,以手工方式沿着壓延方向進行多方面揉壓,或是以機械方式沿着單一方向進行長時間的壓延,都會增加面的彈性,提高面類食品的質量,但采用上述2種方法比較耗時。

在面類食品生産時,可以将溶解有脂肪酶的水直接加入面粉中,然後在常溫下放置一段時間進行壓延處理。與添加蛋白質和多糖類等面粉改良劑相比,添加脂肪酶後産品品質會得到大幅度提高,具體表現有以下方面:增加并保持彈性,提高成品率,改良面皮。

3、脂肪酶在油脂工業上的應用

1)酶促油脂水解

将油脂與水一起在催化劑作用下生成脂肪酸和甘油的反應叫油脂水解反應,它在脂肪酸與肥皂工業上廣泛應用。傳統的油脂水解反應使用無機酸、堿及金屬氧化物等化學物質作為催化劑,需要高溫、中高壓、長時間及設備耐腐蝕的條件,其成本高、能耗大、操作安全性差,而且産物脂肪酸顔色深或發生熱聚合。而以生物酶作催化劑的酶促水解則正好克服上述缺點,而且可以具有選擇性,因此有利于減少副反應,提高目标産品脂肪酸的質量和收率。

2)酶促酯交換

将一種酯與另一種脂肪酸或醇或酯混合并伴随酰基交換生成新酯的反應叫酯交換反應。其中,酯–酸交換、酯–酯交換反應可以改變油脂的脂肪酸和甘油酯組成,從而改變油脂的性質,這是油脂工業常用來進行油脂改性的一種重要手段。

傳統的酯交換工藝采用的是化學方法,常用的催化劑是金屬鈉或氫氧化鈉、無機酸等,雖然可以提高甘三酯子酰基的遷移性,但會造成反應體系中酰基間的交換與分布的随機性,緻使副産品增多。如果用非特異性脂肪酶來催化甘三酯的酯交換,也會得到與化學法酯交換類似的結果。

然而,如果使用1,3–定向脂肪酶作為催化劑,酰基的遷移與交換則限制在1–位和3–位上,這樣就能生産出化學法酯交換所無法得到的特定目标産物,這正是酶促酯交換法具有的獨特魅力之處。

三、果膠酶

1、果膠酶概述

果膠酶是指能夠分解果膠物質的多種酶的總稱。Poondla等指出果膠酶具有降解細胞壁果膠的功效,廣泛應用于水果加工、食品工業中。

2、果膠酶在食品工業中的應用

1)果汁澄清

除了柑橘汁以外,大多數基于飲料使用的水果汁,為了避免在最終産品中出現渾濁、沉積等現象,一般都要在加工過程中進行澄清處理。果膠酶澄清的實質包括果膠的酶促水解和非酶的靜電絮凝兩部分;當果汁中的果膠在果膠酶作用下部分水解後,原來被包裹在内的部分帶正電荷的蛋白質顆粒就暴露出來,與其他帶負電荷的粒子相撞,從而導緻絮凝的發生,絮凝物在沉降過程中,吸附、纏繞果汁中的其他懸浮粒子,通過離心、過濾可将其除去,從而達到澄清目的。

2)提高果蔬汁的出汁率

一般果蔬的細胞壁中含有大量果膠、纖維素、澱粉、蛋白質等物質。破碎後的果漿十分黏稠,導緻壓榨取汁非常困難且出汁率很低,而酶解技術則可以克服以上缺點。通常用果膠酶來加速果汁和風味提取,同時可以去除果膠。果膠酶不但能催化果膠解聚,有效降低黏度,改善壓榨性能,提高出汁率和可溶性固形物含量,而且能增加果汁中的芳香成分,減少果渣産生,同時還有利于後續的加工工序。

3)改善酒的品質

在釀酒行業使用果膠酶,可以增加天然色素的提取量,改善酒的色澤與風味,增加酒香,并可産生起泡酒,對提高酒的質量有重要作用。

四、蛋白酶

1、蛋白酶的概述

蛋白酶是一種重要的工業酶制劑,可以催化蛋白質和多肽的水解,廣泛存在于果實、植物莖葉、動物内髒和微生物中。在食品加工中,催化食品蛋白質降解的酶有3種不同的來源:内源蛋白酶、微生物分泌的蛋白酶和人為添加的蛋白酶制劑。食品加工過程中,比較重要的蛋白酶應用包括蛋白質的水解反應、轉蛋白反應和交聯反應。

2、在肉制品工業中的應用

在肉制品加工中,老齡動物的肉經過燒煮會變得粗糙堅硬,生産出來的産品口感很差,利用蛋白酶可使這種肉得到嫩化。在嫩化過程中,蛋白酶随溶液進入肌間,分解肌間結締組織和膠原纖維中的蛋白質,破壞它們的分子結構,使肉的品質變得柔軟、适口、多汁和易于咀嚼;

另外蛋白酶分解破壞肌肉的Z線,引起H帶的變化,從而可促進肉品嫩化。同時蛋白酶也可以作用于肌纖維,裂解部分肌細胞組合蛋白,使肉中的水溶性氨基酸和水溶性鈣、磷、鋅、銅、鐵大大增加,使肉的風味和鮮味有效改善;經過酶處理的肉,仍然可以保持一級鮮度,并使pH和感官指标正常。

3、在面粉中的應用

蛋白酶是一種中性蛋白酶,其最适pH為5.5~7.5,最适溫度為65℃左右。蛋白酶可以水解面筋蛋白,切斷蛋白分子的肽鍵,弱化面筋,使面團變軟,改善面團的黏彈性、延伸性、流動性等性能,從而改善其機械特性和烘焙品質,其主要用于餅幹和面包專用粉中。

五、展望

酶已經在食品工業中得到了廣泛應用。可以預期,随着生物技術本身的迅速發展,尤其是基因工程技術的應用,可用于食品中的酶制劑種類将大大增加。一方面,人們對于食品品種與質量的要求不斷提高,酶制劑的應用将取得長足的發展,其中利用酶制劑來生産具有保健效用的功能性食品将是一個重要的研究領域。

另一方面,人們對食品安全的期望也越來越高,為酶學技術在食品檢測中的應用帶來了新的機遇,今後有望取得新的發展。然而,目前在食品加工領域使用的高活性酶制劑普遍價格不菲,其推廣受到一定程度的制約。因此,如何生産高活性、低價格的酶制劑将成為今後研究的一個方向;而以固定化酶為代表的酶制劑長期使用或者回收再利用,也是降低酶制劑使用成本的一個方向。