酶與食品加工.

1、第 2 章 酶與食品加工酶是生物活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的蛋白質(zhì)。在酶的分子組成上， 有些酶是單純蛋白質(zhì)，稱為單純酶；有些酶是結(jié)合蛋白質(zhì)，稱為結(jié)合酶。結(jié)合酶 的蛋白質(zhì)部分叫酶蛋白， 非蛋白質(zhì)部分叫輔酶或輔基。 輔酶或輔基多是維生素及 其衍生物或一些金屬離子。酶在作用時(shí)，需在比較溫和的條件下進(jìn)行，如溫度在 2550 范圍內(nèi)，pH 為 中性左右。酶的催化效率比一般非酶催化劑要高得多 ,例如：過氧化氫的分解反應(yīng) ( 2H2O22H2O+O2)，1 mol 過氧化氫酶， 1 min 內(nèi)能夠催化 5×106 mol的過氧化氫分解；同樣條件下， 1 mol 亞鐵離子( Fe2)只能催化 6&

2、#215; 104 mol 的過氧化氫分解； 二者相比， 催化效率相差 1010倍。酶除了具有高的催化效率特 性外，還具有很高的專一性， 利用它能選擇性地將個(gè)別食品組分改性， 而不影響 到其它組分。 因此，酶在食品科學(xué)中相當(dāng)重要， 通過酶的作用能引起食品原料的 品質(zhì)發(fā)生變化，也能在比較溫和的條件下加工和改良食品。在酶促反應(yīng)中，酶不僅需要適宜的溫度和 pH 環(huán)境，而且在溫度、 pH 恒定 的反應(yīng)條件下， 酶濃度和底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度也有很大的影響。 一定條件下 酶促反應(yīng)速度與酶的濃度成正比。 因?yàn)槊高M(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)， 首先要與底物形成一 中間物，即酶 底物復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時(shí)，這種

3、中間物的生成 速度決定于酶濃度。所以，如果此時(shí)增加酶濃度，可提高反應(yīng)速度，即酶促反應(yīng) 速度與酶濃度成直線關(guān)系。 如果酶濃度保持不變， 當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r(shí)反應(yīng)速度隨 之增加，并以雙曲線形式直到達(dá)到最大速度。 這就是說， 酶促反應(yīng)速度并不是隨 著底物濃度的增加而直線增加， 而是在高濃度時(shí)達(dá)到一個(gè)極限速度。 酶的活力除 受溫度、 pH、酶濃度、底物濃度這些因素的影響外，水分活度、一些離子，酶 的抑制劑等因素對(duì)酶的催化活力也有很大的影響。EC 1.1.1.27國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)將酶按功能性質(zhì)分為氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、 裂合酶類、 異構(gòu)酶類和連接酶類等六大類， 食品加工中比較重要的酶類是氧化還 原

4、酶類和水解酶類。在每一大類酶中，又可根據(jù)不同的原則，分為幾個(gè)亞類，每 個(gè)亞類再分為幾個(gè)亞亞類， 最后把屬于每一個(gè)亞亞類的各種酶按照順序排好， 分 別給每一種酶一個(gè)編號(hào)。例如：乳酸脫氫酶( EC 1.1.1.27)，其編號(hào)可作下列解 釋： EC代表酶學(xué)委員會(huì)。表示第一大類，即氧化還原酶類； 表示第一亞類， 被氧化的基團(tuán)為 CHOH 基； 表示第一亞亞類，氫受體是 NAD ； 表示乳酸脫氫酶在亞亞類中的排號(hào)。第一節(jié) 食品加工中酶的作用與食品加工有關(guān)的酶，根據(jù)其來源可分為內(nèi)源酶和外源酶兩大類、內(nèi)源酶的作用內(nèi)源酶是指作為食品加工原料的動(dòng)植物體內(nèi)所含有的各種酶類。 內(nèi)源酶是使 這些食品原料在屠宰或采收后

5、成熟或變質(zhì)的重要原因， 對(duì)食品的貯藏和加工都有 著重要的影響。（一）動(dòng)物性食物原料中內(nèi)源酶的主要作用 畜禽在屠宰后，生命即告終止。但其體內(nèi)的很多酶仍具有很高的活力，使肉 尸的性質(zhì)發(fā)生很多不同于其正常生理活動(dòng)的變化。 如在磷酸化酶、 乳酸脫氫酶等 糖酵解酶的作用下，肌肉中糖原分解成為乳酸，使其 pH 下降。由于肌漿中 ATP 酶的作用，使肌肉中 ATP 含量迅速下降，并在磷酸肌酸激酶和腺苷酸脫氨酶的 作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)烈鮮味的 IMP 。動(dòng)物死后隨著 pH 的降低和組織破壞，組織蛋 白酶被釋出而發(fā)生了對(duì)肌肉蛋白質(zhì)的分解作用， 生成肽和游離氨基酸。 這些肽和 氨基酸使其在加工中形成肉的香氣和鮮味。這

6、一過程稱為肉的成熟過程。（二）植物性食物原料中內(nèi)源酶的影響 采摘后的水果仍然具有生命，進(jìn)行著比較旺盛的生理生化活動(dòng)。水果一般都 是在還沒有充分成熟時(shí)進(jìn)行采收， 再經(jīng)過后熟，供食用和加工。 所謂后熟就是果 實(shí)離開母株后進(jìn)行的成熟現(xiàn)象。 果實(shí)的后熟作用是在各種酶的參與下進(jìn)行的極其 復(fù)雜的生理生化過程。 在這個(gè)過程中， 酶的活動(dòng)方向趨向于水解反應(yīng)， 各種成分 都在進(jìn)行著變化。 如淀粉分解為糖， 果實(shí)變甜； 可溶性單寧凝固， 果實(shí)澀味消失； 原果膠水解為果膠，果實(shí)變軟；同時(shí)果實(shí)色澤加深，香味增加。在這個(gè)過程中， 還由于果實(shí)呼吸作用產(chǎn)生了酒精、 乙醛和乙烯等產(chǎn)物， 促進(jìn)了后熟過程， 這雖然 影響了原料的

7、貯存，但對(duì)加工來講還是很重要的。在罐頭加工中，蘋果、梨和馬鈴薯等水果、蔬菜在削皮切開后，由于組織內(nèi) 多酚氧化酶的作用，會(huì)發(fā)生酶促褐變，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀和品質(zhì)。所以，這類 水果蔬菜在去皮切開后，必須盡快將其放入沸水或蒸汽中進(jìn)行短時(shí)間的加熱處 理，以破壞酶的活力。或?qū)⑵浣胂∷嶂?，以?pH 抑制多酚氧化酶活力，也可 以將其浸入亞硫酸鹽溶液中抑制多酚氧化酶活力。綜上所述，可以看出食品原料中的內(nèi)源酶對(duì)其貯藏和加工性能都有著很大的 影響。有些是有利的影響， 可通過適當(dāng)?shù)臈l件來加強(qiáng)這些酶的作用； 有些是不利 的影響，需設(shè)法對(duì)酶的作用進(jìn)行抑制或消除。、外源酶的作用外源酶并非存在于作為食品加工原料的動(dòng)植物

8、體內(nèi)。外源酶有兩個(gè)來源：一 是來源于食品中存在的微生物；二是來源于人為添加的酶制劑。（一）微生物產(chǎn)生的外源酶 微生物在食品中的生長(zhǎng)繁殖給食品的成分和性質(zhì)帶來廣泛而又深刻的變化， 這些變化都是在微生物分泌的各種酶的作用下發(fā)生的。 有些微生物分泌的各種酶 可將食品中蛋白質(zhì)水解成多肽和氨基酸， 并能進(jìn)一步將氨基酸分解生成氨、 酮酸、 胺、吲哚和硫化氫等物質(zhì)， 而引起食品的腐敗變質(zhì)。 但是也有些微生物在食品或 食品原料中生長(zhǎng)繁殖， 通過它們分泌的各種酶的作用以及代謝產(chǎn)物可以改善原有 的營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)。如發(fā)酵食品中所用的微生物。發(fā)酵時(shí)利用的微生物為有益微生物。它們可以來自于大自然（自然發(fā)酵） ，

9、也可以來自于人工培養(yǎng)的純菌種（接種發(fā)酵） 。在人工控制的條件下，利用各種 因素促使這些有益微生物的生長(zhǎng)， 并建立起不利于有害微生物生長(zhǎng)的環(huán)境。 所以， 發(fā)酵不僅為人類提供品種繁多的食品， 還提高了食品的耐藏性。 不少食品的最終 發(fā)酵產(chǎn)物， 特別是酸和酒精， 有利于阻止腐敗變質(zhì)菌的生長(zhǎng)， 同時(shí)還能抑制混雜 在食品中的一些病原菌的生長(zhǎng)活動(dòng)。與未發(fā)酵食品相比， 發(fā)酵食品可提高食品原有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 雖然食品發(fā)酵時(shí)， 微生物會(huì)從它所發(fā)酵的成分中取得能源， 使食品的成分受到一定程度的氧化， 以 致食品中能供人體利用的能量有所減少。但是食品的發(fā)酵都是有控制地進(jìn)行的， 它們的最終產(chǎn)物是乙醇、有機(jī)酸、醛類和酮類

10、等，這樣所消耗的能量極其微量。 所以，發(fā)酵食品仍能保持大部分的能量，以供人體需要。在發(fā)酵中，微生物將復(fù) 雜的物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單成分， 把封閉在不易消化的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)素釋放 出來，從而增加了食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 同時(shí)還合成了不少人體必需的維生素。 發(fā)酵 食品還能將人體不能消化的纖維素、 半纖維素和類似聚合物在微生物分泌的酶作 用下，分解形成簡(jiǎn)單的糖類和糖的衍生物供人體利用。（二）酶制劑 采用適當(dāng)?shù)睦砘椒▽⒚笍纳锝M織或細(xì)胞以及微生物發(fā)酵物中提取出來， 加工成為具有一定純度及活力標(biāo)準(zhǔn)的生化制劑，稱為酶制劑。早期的酶制劑生產(chǎn)多數(shù)是從動(dòng)物臟器和高等植物種子、果實(shí)中提取的。隨著 酶制劑應(yīng)用范圍的日益

11、擴(kuò)大， 單純依靠動(dòng)植物來源是不能滿足工業(yè)需要的， 所以 人們逐步把注意力轉(zhuǎn)向以微生物開辟酶制劑的來源上。 微生物種類繁多， 酶的品 種齊全?，F(xiàn)已知一切動(dòng)植物細(xì)胞中存在的酶幾乎都能夠從微生物細(xì)胞中找到。 微 生物具有生長(zhǎng)繁殖快，生活周期短，產(chǎn)量高，不受季節(jié)、地區(qū)的限制；微生物培 養(yǎng)簡(jiǎn)單易行、 生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?； 微生物容易變異， 可采取遺傳工程、 細(xì)胞工程、 基因工程等技術(shù)進(jìn)行菌種選育和代謝控制，來提高產(chǎn)酶量、培育新酶種等優(yōu)點(diǎn)， 目前已成為酶制劑的主要來源。1酶制劑應(yīng)用于食品加工的特點(diǎn) 根據(jù)一定的加工要求，選用適當(dāng)?shù)拿钢?劑應(yīng)用于食品加工， 往往能取得比其他加工方法更好的效果。 這是由酶促反應(yīng)的

12、 特點(diǎn)所決定的。 酶的催化效率高， 很少量的酶制劑就可以完成其他方法很難實(shí)現(xiàn) 的加工要求。酶促反應(yīng)有專一性， 很少有副反應(yīng)， 不會(huì)引起食品成分發(fā)生不需要 的變化。酶促反應(yīng)可以在常溫常壓和接近中性的 pH 條件下完成，因而加工設(shè)備 簡(jiǎn)單，節(jié)省能源而又有利于保存食品的營(yíng)養(yǎng)成分和色香味。 酶促反應(yīng)的速度可以 很容易地通過調(diào)節(jié) pH、溫度和酶制劑加入量等條件加以調(diào)節(jié)。酶本質(zhì)上是天然 產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，作為食品加工材料，理論上是安全的。在酶制劑反應(yīng)后，可以通 過酶變性的簡(jiǎn)單處理方法使其失去活力而消除其影響。 由于以上這些優(yōu)越性， 使 酶制劑在食品加工中的應(yīng)用越來越廣， 并逐步取代了一些原有的加工方法。 如葡 萄糖生產(chǎn)，過去一直沿用酸水解淀粉的方法。自從酶法制葡萄糖研究獲得成功， 投入工業(yè)生產(chǎn)后，使設(shè)備投資大大降低，工序簡(jiǎn)化，產(chǎn)品雜質(zhì)含量低，得糖率接 近 100%，并可以直接利用噴霧干燥法來制葡萄糖粉。2酶制劑的安全和衛(wèi)生 酶制劑來源于生物，一般要比化學(xué)合成物質(zhì)安全。 但是酶制劑通常不是純凈的化學(xué)物質(zhì)，?；煊袣埓娴脑牧?、無機(jī)鹽、稀釋劑、 防腐劑等物質(zhì)。 用微生物發(fā)酵的酶可能伴隨帶來某些生物毒素或殘留抗生素。 因 此，生產(chǎn)食品加工用的酶制劑， 應(yīng)注意原料和提取工藝的選擇， 防止有害物質(zhì)的 污染。聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織的食品添加劑專家聯(lián)合委員會(huì)在 1977年第 21 屆大會(huì)上