生物酶在植物蛋白飲料中的應(yīng)用

1、生物酶在植物蛋白飲料中的應(yīng)用劉漢靈1,2 曾吉偉1 玉小金1 李毅1 楊君麗11.南寧龐博生物工程有限公司2.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院摘要：植物蛋白最大的優(yōu)點(diǎn)在于不含膽固醇和飽和脂肪，宜于身體健康。目前國內(nèi)植物蛋白飲料市場份額呈逐年上升趨勢，生物酶可應(yīng)用植物蛋白飲料生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，分解植物蛋白質(zhì)增加營養(yǎng)價(jià)值、改善風(fēng)味以及提高得率等等。本文針對生物酶在不同植物蛋白飲料的應(yīng)用情況，綜述了生物酶在豆乳類飲料、芝麻類飲料、核桃乳飲料、其他植物蛋白飲料等方面的應(yīng)用和發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：生物酶 植物蛋白飲料 多肽 1、前言目前我國植物蛋白飲料行業(yè)規(guī)模近千億,年增速20%30%；植物蛋白代表著飲料的消費(fèi)升級方向營

2、養(yǎng)和健康，2013年中國含乳及植物蛋白飲料行業(yè)規(guī)模為895億元，過去5年年均增速28%，是飲料中增速最快的子行業(yè)。在全世界用于實(shí)際生產(chǎn)的百余種酶中，有3O多種已用于食品加工。用于飲料加工的酶始于60年代，當(dāng)時(shí)人們第一次用酶浸漬果漿解決了黑加侖的榨汁問題；到了7O年代對蘋果漿和梨漿的酶處理做了大量研究工作；80年代，諾和諾德(NNFCH)認(rèn)為用果膠酶，纖維酶和半纖維孝酶處理水果，浸漬和軟化效果最好。訖今為止，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家在飲料生產(chǎn)中已普遍采用酶技術(shù)1。與美國相比，國內(nèi)植物蛋白飲料產(chǎn)品仍處于發(fā)展初期，其產(chǎn)品品類數(shù)量較少、口味較單一；與美國植物蛋白飲料、乳制品及飲用水的消費(fèi)升級相比，國內(nèi)植物蛋白

3、飲料還尚未出現(xiàn)成規(guī)模的高端化產(chǎn)品。為此引入酶工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)植物蛋白飲料產(chǎn)品升級大有可為，本文概述了目前生物酶在植物蛋白飲料中應(yīng)用的最新動態(tài)，并對其應(yīng)用發(fā)展前景進(jìn)行了展望。表1 植物蛋白飲料行業(yè)收入增速表2. 提高營養(yǎng)價(jià)值 經(jīng)酶解的植物蛋白營養(yǎng)價(jià)值能得到提升。以大豆為例，大豆?fàn)I養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量很高，而且都是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，此外還含有脂肪酸，這些脂肪酸大多是人體必需的脂肪酸，經(jīng)過合適的工藝后將脂肪酸保留下來。大豆中含有的大豆異黃酮具有防癌、防止骨質(zhì)疏松、改善婦女更年期障礙和防心血管疾病的生理功能。長期食用大豆食品對于預(yù)防癌癥有著重要作用，王孝研2等人以大豆為主要原料，分別于熱處理前后，選取胃蛋白酶、木

4、瓜蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、Alcalase堿性蛋白酶5種蛋白酶對豆?jié){中大豆蛋白進(jìn)行水解進(jìn)行了不同蛋白酶制備豆乳飲料的效果對比。試驗(yàn)得到的產(chǎn)品既具有大豆本身的營養(yǎng)保健功能，又含有乳酸菌的益生功能，值得一提的是：第一， 大豆經(jīng)酶解后的產(chǎn)物對乳酸菌在其中的增殖有促進(jìn)作用。第二，在蛋白酶的催化作用下，大豆中很多大分子蛋白被水解為小分子肽的形式，更易于人體吸收。第三，大豆中含有的抗?fàn)I養(yǎng)因子也多為生物大分子，大豆水解和乳酸菌發(fā)酵兩個途徑共同起到去除部分大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用，消除危害，避免部分人群對豆乳飲料的不適。最終使得豆乳飲料被更多的人所接受 。3、改善風(fēng)味豆乳類飲料生產(chǎn)需要解決的一大問題就是去除

5、磨漿產(chǎn)生的豆腥味，傳統(tǒng)方法有物理法、化學(xué)法和有機(jī)溶劑萃取法。其中，物理法操作簡單，成本低，效果較理想。但有些方法易使大豆蛋白變性，影響了其營養(yǎng)效價(jià)，還有待于研究改進(jìn)；化學(xué)方法也能有效地除豆腥味，但在處理過程中需添加一定量的化學(xué)試劑，某種程度上很有可能導(dǎo)致大豆食品的污染，產(chǎn)生副作用，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加以驗(yàn)證，有機(jī)溶劑萃取法中以己烷-乙醇共沸混合物去豆腥味的效果最好，但也應(yīng)考慮到處理后的大豆食品中有機(jī)溶劑殘留量、蛋白變性、操作安全性及生產(chǎn)成本等問題3。酶解脫豆腥味是近年新發(fā)展起來的一種很有發(fā)展前途的生物方法，已普遍受到有關(guān)學(xué)者的關(guān)注，在特種蛋白分解酶的作用下，在去除大豆腥味的同時(shí)，還會產(chǎn)生一定的香味。從

6、根本上改善了大豆食品的風(fēng)味。日本學(xué)者4采用醇脫氫酶、醛脫氫酶等特異性較高的蛋白酶，均能選擇性作用于己醇、戊醇和庚醇等醇類以及乙二醛、己醛等醛類底物，將這些能產(chǎn)生豆腥味的小分子化合物轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的酸，從而得到幾乎無豆腥味的大豆蛋白，這些酶的專一性很強(qiáng)，只作用于醇、醛底物，而不破壞和影響大豆蛋白中的其它營養(yǎng)成分。且操作簡單，對大豆食品無任何污染，很值得推廣應(yīng)用。芝麻的香味是芝麻植物蛋白飲料必備的特色，許建軍5等人以芝麻分離蛋白為底物，選擇合適的風(fēng)味酶，通過酶水解制備蛋白水解物,水解物在封閉條件下160熱反應(yīng)衍生風(fēng)味,結(jié)果表明溫度升高使產(chǎn)物褐變增加，香味濃郁,所得香氣有芝麻特征香味。這無疑提升了產(chǎn)品的

7、競爭力。4. 乳化性能改善大豆分離蛋白作為表面活性劑可以穩(wěn)定乳化結(jié)構(gòu)，防止脂肪的析出，延長一些產(chǎn)品的貨架期，如湯料、香腸等。表面疏水性、親水性及分子穩(wěn)定性和蛋白質(zhì)的乳化能力相關(guān)。傳統(tǒng)的豆乳生產(chǎn)都是經(jīng)磨碎、提漿、脫腥等工藝把大豆制成漿液再進(jìn)行調(diào)制，前期工序過于繁瑣，如果以大豆分離蛋白為原料，不但能免去前段工序，縮短生產(chǎn)周期，還能減少廢物的產(chǎn)生。但是大豆分離蛋白溶解度低，乳化能力和穩(wěn)定性均不理想。酶法修飾可以改善大豆分離蛋白的乳化能力6 如胰蛋白酶水解可增加表面疏水性，提高大豆分離蛋白的乳化能力 7。徐紅華等8人采用米曲霉蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶對大豆分離蛋白進(jìn)行水解，建立復(fù)合酶配合比例與乳化

8、性之間的數(shù)學(xué)模型，水解后乳化能力比原料提高了50.86。5.增加多肽等功能成分天然的植物蛋白都是大分子結(jié)構(gòu)存在，進(jìn)入人體后被胃蛋白酶和胰蛋白酶等分解成多肽和氨基酸，然后才被人體吸收，對于消化能力不足的人群來說，蛋白質(zhì)的攝入極易造成浪費(fèi)。近幾年的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人體吸收蛋白質(zhì)的主要形式不是以氨基酸，而是以短肽的形式吸收的，這是人體吸收蛋白質(zhì)機(jī)制研究的重大突破，具有十大特點(diǎn)：1、不需消化，直接吸收；2、吸收迅速，口服劑如同針劑；3、以完整的形式吸收；4、短肽具有百分之百被人體吸收的特點(diǎn)；5、短肽具有主動被人體吸收的特點(diǎn)；6、短肽具有優(yōu)先被人體吸收的特點(diǎn)；7、短肽在被人體吸收時(shí)，對氨基酸有保護(hù)作用；8

9、、短肽在人體中表現(xiàn)出載體的作用；9、短肽可在人體中起運(yùn)輸工具的作用；10、短肽被人體吸收后，在人體中起著信使作用。生物酶對植物蛋白的水解，使得大部分蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等得到一定的水解，成為小分子蛋白質(zhì)和多肽，更利于人體的吸收，在營養(yǎng)性和功能性上提升一個臺階。6. 提高得率在傳統(tǒng)植物蛋白飲料生產(chǎn)中，往往制成含乳飲料，較高的脂肪極易帶動蛋白質(zhì)和其他膠體物質(zhì)；同時(shí)原料中的較大蛋白顆粒在高溫加熱時(shí)也易沉降。為了使脂肪、蛋白質(zhì)以及一些膠體物質(zhì)高度融合，通過高壓均質(zhì)使脂肪、蛋白質(zhì)及其它膠體物質(zhì)高度破碎，并乳化形成均一的分散體系顯得極為重要10。但即使是高壓均質(zhì)，往往也需要過濾掉不合要求的大顆粒，造成物料

10、的浪費(fèi)。而如果在植物蛋白飲料生產(chǎn)過程中對原料進(jìn)行酶解處理，蛋白酶含有外切酶和內(nèi)切酶，前者從肽鏈游離的羥基端或游離的氨基酸端切下末端氨基酸；后者切斷蛋白質(zhì)分子內(nèi)部肽鍵，使蛋白質(zhì)大分子變成小分子活性多肽, 既提高了植物蛋白飲料的營養(yǎng)價(jià)值，又提升了植物蛋白的溶出率，減少了植物蛋白在濾渣中的殘留，增加了得率。這無疑能有效的降低生產(chǎn)成本。7、生物酶在植物蛋白飲料中的應(yīng)用實(shí)例7.1芝麻多肽制備工藝實(shí)例唐章暉等12人利用多種蛋白酶對芝麻蛋白進(jìn)行水解，在芝麻植物飲料生產(chǎn)中通過酶法提取芝麻多肽，其總氮回收率可達(dá)63.14，可溶性氮指數(shù)可達(dá)55.11，多肽轉(zhuǎn)換率可達(dá)48.99。能有效提升飲品的營養(yǎng)價(jià)值，提高市場競

11、爭力。表2 不同蛋白酶在不同水解時(shí)間下的芝麻水溶性氮指數(shù)表3 不同蛋白酶在不同水解時(shí)間下芝麻多肽轉(zhuǎn)換率7.2、核桃植物蛋白飲料制備實(shí)例核桃( Juglaus regia，L)又名胡桃、羌桃、萬歲子，系胡桃科核桃屬植物。核桃仁富含油脂、蛋白質(zhì)及維生素等營養(yǎng)成分，其中蛋白質(zhì)含量約16%。核桃蛋白含4 種蛋白，分別為清蛋白、球蛋白、醇蛋白和谷蛋白，谷蛋白是構(gòu)成核桃蛋白主要成分。核桃蛋白含有18 種氨基酸，其中包括8 種必需氨基酸，且精氨酸、谷氨酸、組氨酸、酪氨酸等含量相對較高。而核桃肽具有的生理活性如易消化吸收、促進(jìn)微生物發(fā)酵和抗氧化活性等。近年來，采用復(fù)合酶水解制備生物活性肽的研究日漸增多，利用不

12、同酶的專一性將幾種酶結(jié)合起來使用，則可提高酶解效率。靜思群13 以核桃為原料，采用復(fù)合蛋白酶水解制備多肽，經(jīng)脫苦、調(diào)配、均質(zhì)、微波-高溫聯(lián)用殺菌制成核桃多肽飲料，70%以上核桃肽的分子質(zhì)量10000，DPPH 的清除率為68. 41%。表4 核桃蛋白水解液的分子量分布圖8、應(yīng)用前景從整個飲料行業(yè)的發(fā)展趨勢看，植物蛋白飲料已經(jīng)成為飲料市場上不可或缺的成員, 植物蛋白飲料的異軍突起得益于現(xiàn)在消費(fèi)者消費(fèi)理念的提升，消費(fèi)者更加關(guān)注食品“天然”、“營養(yǎng)”和“健康”的特性，而植物蛋白飲料正是迎合了消費(fèi)者這樣的需求。正因如此，國內(nèi)飲料商家紛紛看中了這塊大蛋糕，在今年集體發(fā)力：完達(dá)山推出綠豆花生牛奶符合蛋白飲

13、料、娃哈哈推出新品“來一榨”椰汁和“都是核桃”進(jìn)軍該領(lǐng)域；紅牛收購美國知名椰汁企業(yè)VitaCoco25%的股份，并開始在內(nèi)陸地區(qū)推出在國外風(fēng)靡多年的VitaCoco椰汁飲料，蒙牛乳業(yè)公布的2014半年報(bào)中表示，“計(jì)劃于年底推出植物蛋白飲品，填補(bǔ)國內(nèi)高端植物蛋白飲品市場的空白，豐富蒙牛的產(chǎn)品線。國內(nèi)傳統(tǒng)的植物蛋白飲料商家也開始在今年紛紛布局，力爭在激烈的市場競爭中占有一席之地。市場對植物蛋白飲料未來發(fā)展持樂觀態(tài)度，我國飲料行業(yè)協(xié)會也建議將“植物蛋白飲料”、“果汁及蔬菜飲料”、“谷物飲料”一同作為鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)階段飲料市場上，瓶裝水、茶飲料、碳酸飲料等各大飲料細(xì)分市場均呈現(xiàn)寡頭壟斷局面，而植物

14、蛋白飲料市場上目前尚未形成一個占絕對優(yōu)勢的品牌，市場空間和發(fā)展?jié)摿薮?。在競爭如此激烈的背景，快速的搶占植物蛋白飲料新興市場成為決定未來命運(yùn)的關(guān)鍵，生物酶做為一種溫和高效安全的催化劑，能有效的提高植物蛋白飲料產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值，提升產(chǎn)品的市場競爭力，隨著生物酶技術(shù)的不斷成熟，生物酶必將會廣泛的應(yīng)用到植物蛋白飲料生產(chǎn)當(dāng)中。參考文獻(xiàn):1李婉濤.酶與飲料加工J.鄭州牧專學(xué)報(bào).1996.16(4)：29312 王孝研,李妍,柳羽豐. 不同蛋白酶制備豆乳飲料的效果比對J.黑龍江科學(xué).2014.5(3):34363張延坤.大豆腥味的產(chǎn)生及其去除方法J.天津農(nóng)業(yè)科學(xué).1998.4（2）：41464 朱婉華等綜述

15、大豆不良味道的產(chǎn)生和處理方法食品科學(xué)，1986:(9)：395徐建軍,周瑞寶.芝麻蛋白的酶解及水解物制備風(fēng)味的研究J.食品科技.2004.46Sook Y Kim, Goto S ,Yamada Y.Functional proteolytic enzyme modified soy protein isolateJ.Jagric.Chem,1990.38(12):6516567Qi H,Hettiarachchy M, Kalapathy N S .Solubility and emulsifying peoperties if soy peotein isolates modified by pancreatinJ.J.Food Sci ,1997,62(6):111011158徐紅華,劉欣,溫其標(biāo).復(fù)合酶法改善大豆分