復(fù)合酶制劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1、復(fù)合酶制劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用江南大學(xué)生物工程學(xué)院余曉斌酶制劑作為一類綠色食品添加劑,用于改善食品品質(zhì)和食品制造工藝,其應(yīng)用已越來越普遍,品種也不斷增多。為了達(dá)到理想的酶制劑應(yīng)用效果,并幫助酶制劑客戶有效方便地使用酶制劑,酶制造商針對不同的食品加工應(yīng)用領(lǐng)域特點,已經(jīng)開發(fā)出各種專用復(fù)合酶制劑,把幾種酶制劑混合使用往往有協(xié)同增效作用,還可減少單一酶的使用量,其在食品中的應(yīng)用方興未艾,現(xiàn)就復(fù)合酶制劑在食品工業(yè)中的研究與應(yīng)用作一簡單介紹。一、面粉加工小麥、玉米、大麥、高粱、燕麥、蕎麥等谷物主要成分是淀粉,其次是蛋白質(zhì),在其面食品(包焙烤食品、面條、餅干等加工中主要使用淀粉酶和蛋白酶,同時木聚糖酶、脂肪酶

2、、葡萄糖氧化酶、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶、脂肪氧化酶、植酸酶等可賦予谷物食品特殊的風(fēng)味、良好的品質(zhì)以及增加營養(yǎng),因此復(fù)合型酶制劑是面粉改良劑首選。真菌-淀粉酶真菌-淀粉酶由米曲霉或黑曲酶產(chǎn)生,它能從淀粉分子內(nèi)部切開-1,4鍵生成各種寡糖,在長時間作用下,還可切開這些寡糖-1,4鍵而生成麥芽糖,故又稱麥芽糖生成酶。在面團發(fā)酵食品制作過程中,適量加入真菌-淀粉酶,面粉中的淀粉被水解成麥芽糖,麥芽糖又在酵母本身分泌的麥芽糖酶作用下,水解成葡萄糖供酵母利用,從而為酵母的發(fā)酵提供足夠的糖源作為營養(yǎng)物質(zhì),使面包變得柔軟,增強伸展性和保持氣體的能力,容積增大,出爐后制成觸感良好面包。木聚糖酶木聚糖酶是一種戊聚糖酶,面粉

3、中存在著非淀粉多糖戊聚糖,在面粉中添加木聚糖酶,能使水不溶性戊聚糖增溶,可提高面筋網(wǎng)絡(luò)的彈性,增強面團穩(wěn)定性,改善加工性能,改進面包瓤的結(jié)構(gòu),增大面包體積。因面粉中的水不溶性戊聚糖對面包的品質(zhì)有消極影響,它使面包體積減小,面包瓤質(zhì)構(gòu)變差,面包品質(zhì)惡化。而水溶性戊聚糖則對面包品質(zhì)起到積極作用。戊聚糖酶對水不溶性戊聚糖的增溶作用,一定程度上減小了水不溶性戊聚糖的消極影響,改善了面團的操作性能及面團的穩(wěn)定性,增大了成品體積,提高了成品的質(zhì)量。葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶在氧氣的存在的條件下能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸,同時產(chǎn)生過氧化氫。過氧化氫是一種很強的氧化劑,能夠?qū)⒚娼罘肿又械膸€基(-SH氧化為二硫鍵(

4、-S-S-,從而增強面筋的強度。提高面團延展性、增大面包體積,可取代對人體有致癌作用的溴酸鉀KBrO4。在面條生產(chǎn)中,葡萄糖氧化酶有助面筋蛋白之間形成較好的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增加面條的咬勁。脂肪酶脂肪酶能水解脂肪成單酰甘油和二酰甘油,單酰甘油能與淀粉結(jié)合形成復(fù)合粉,從而延緩淀粉的老化,在面包使用脂肪氧化酶,使面包增白,改善風(fēng)味。在面條面團中使用脂肪酶,可使天然脂質(zhì)得到改性,生成脂質(zhì)和淀粉復(fù)合物,可防止直鏈淀粉在膨脹和煮熟過程中滲出,減少面團上出現(xiàn)斑點。植酸酶植酸其化學(xué)結(jié)構(gòu)為肌醇六磷酸酯,由于分子中含有6個磷酸基團,具有強大的絡(luò)合能力。植酸與蛋白質(zhì),鈣、錳、鐵等無機鹽和維生素等螯合,使它們不能被利

5、用,限制了面粉中無機鹽的活性。使用植酸酶,可使面團中植酸水解,解除其螯合,消除抗?fàn)I養(yǎng)因子,提高面粉中營養(yǎng)物質(zhì)的利用率,生產(chǎn)出面包含有較高活性的無機鹽,易為人體吸收。脂肪氧合酶大豆脂肪氧合酶(Lipoxygenase對面粉中具有戊二希1,4雙鍵的油脂發(fā)生氧化,形成氫過氧化物。氫過氧化物氧化蛋白質(zhì)分子的巰基(-SH形成二硫鍵(-S-S-并能誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子聚合,是蛋白質(zhì)分子變得更大,從而增強面筋的作用。脂肪氧合酶可通過偶合反應(yīng)破壞類胡蘿卜的雙鍵結(jié)構(gòu),從而起到漂白面粉,改善面粉色澤的作用。而脂肪氧化酶催化亞油酸生成的過氧化物,可改善面包的香氣,為面包增香。由此可見,脂肪氧合酶兼具強筋和增白的功效,可減

6、少或替代強筋劑溴酸鉀及漂白劑過氧化苯甲酰的用量。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶微生物的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(MTGase能催化食品蛋白質(zhì)中(如大豆蛋白、奶蛋白、雞蛋蛋白及小麥蛋白等-Lys與-谷?；肿觾?nèi)或分子間的交聯(lián)聚合,從而改善各種蛋白質(zhì)的功能性質(zhì),如營養(yǎng)價值、質(zhì)地結(jié)構(gòu)、口感、貯存期等。加入MTGase的食品蛋白質(zhì)發(fā)生聚合作用及凝膠化作用,通過改變其理化性質(zhì)(如粘彈性、凝膠化作用、乳化性、起泡性等可能會影響許多食品的質(zhì)量。小麥面粉中的麥醇溶蛋白及高分子量的麥谷蛋白是MTGase作用的良好底物,可促進面筋中-Lys與-谷?；g的交聯(lián),生成面筋中GL鍵,從而加強面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與L抗壞血酸相比,MTGase是一種更有潛力

7、的焙烤改良劑,添加很少劑量的MTGase就會使面團性質(zhì)發(fā)生明顯改變。蛋白酶餅干專用粉要求面團有較大的韌性、塑性及較小的彈性,一般使用低蛋白含量的低筋粉。在餅干生產(chǎn)中,添加蛋白酶可有效軟化面筋,在餅干生產(chǎn)中添加蛋白酶,使面筋鏈被蛋白酶水解,面粉便變?yōu)槿趿Ψ?可降低面粉筋力,降低面團彈性,使生產(chǎn)的餅干疏松、易干燥、并可防止餅干收縮變形。制作面包時適量添加蛋白酶會使面團中多肽和氨基酸含量增加,亮氨酸和苯丙氨酸是形成香味的中間產(chǎn)物,多肽則是潛在的滋味增強劑、氧化劑、甜味劑或苦味劑,適量添加有利于改善面包皮的顏色和面包的香氣口味;但過量蛋白酶會使面團變粘,導(dǎo)致面包質(zhì)量下降。此外甘露聚糖酶能提高面包的結(jié)構(gòu)

8、,環(huán)糊精葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶能使面包心軟化。磷酸脂酶A1能將卵磷脂轉(zhuǎn)化為溶血卵磷脂,它是一種有效的天然乳化劑。日本三井公司已上市銷售磷脂酶A1,用于改質(zhì)卵磷脂,用于面包、糕點生產(chǎn)和油脂制造。目前DSM Bakery Ingredients經(jīng)營的產(chǎn)品有制粉專用酶制劑15種,糕點點心包括蘇打餅、餅干和威化餅等專用酶制劑10種以及面包改良劑和預(yù)配粉用酶13種。其中有以半纖維素酶為主體和添加了淀粉酶、葡萄糖氧化酶及蛋白質(zhì)酶的復(fù)配酶制劑,也有制面包改良劑“費埃爾米扎伊姆”HS2000也是一種半纖維素酶,有改良面團穩(wěn)定性和增大制品容積的效果;還有焙烤用酶制劑SFX,這是一種混合型酶制劑,主要用于防止面包老化。這

9、些酶制劑的市場人氣很好。二、果蔬汁加工、果酒生產(chǎn)果膠酶應(yīng)用與果蔬汁加工已有多年歷史,可有利于壓榨,提高出汁率,并可使處理后的果汁澄清、穩(wěn)定。果膠酶本身就是一種復(fù)合酶,包括果膠酯酶(PE,聚半乳糖醛酸酶(PG,聚甲基半乳糖醛酸酶(PMG,聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL,聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL等,工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的果膠酶制劑不僅僅含有一種酶活性,而是多種酶的復(fù)合體,含有數(shù)量不同的各種果膠分解酶。為了提高果膠酶的破壁效果,目前大多果膠酶均為復(fù)合酶制劑,如含有纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶、阿拉伯聚糖酶及蛋白酶等。果蔬汁是果蔬加工業(yè)最重要的產(chǎn)品之一。果膠普遍存在于果蔬組織中。用果蔬原料生產(chǎn)果蔬汁,果

10、膠對果蔬汁得率、質(zhì)量等有很大影響。生產(chǎn)過程中,普遍應(yīng)用果膠酶,果膠酶可提高果蔬汁的出汁率,可促進果蔬汁的澄清。含有纖維素酶和半纖維素酶的果膠酶制劑,可使果實脫皮,如柑桔囊衣、大蒜的膜衣,蓮子肉的衣等。葡萄糖氧化酶可用于除去果蔬汁、罐頭食品、果蔬干制品中的氧氣,防止產(chǎn)品氧化變色,延長商品保存期。還有一些果品加工專用的酶制劑:柚苷酶水解柑桔中的柚皮苷,脫去苦味;橙皮苷酶水解橙皮苷,防止柑桔罐頭出現(xiàn)白色沉淀等。如諾維信公司生產(chǎn)的漿果專用酶,包含浸漬果漿所需要的專門的果膠酶、半纖維素酶和纖維素酶,能分解可溶性果膠及果蔬細(xì)胞壁,降低果漿粘度,提高榨汁性能,減少果渣和減少榨汁時間,提高生產(chǎn)力。此外日本龜甲

11、萬公司還經(jīng)營一種綠原酸酯酶應(yīng)用在果汁、蔬菜汁防止褐變和降低咖啡苦味,可以減少為防止褐變的維生素C添加量,形成了更接近于自然的原有風(fēng)味,市場發(fā)展順利。果酒生產(chǎn)中使用的酶制劑主要有果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶和風(fēng)味酶等,有利于榨汁、澄清和過濾等作業(yè),并可以在透明度、穩(wěn)定性、營閉養(yǎng)成分、色澤和風(fēng)味等方面改善果酒的質(zhì)量。例如果膠酶復(fù)配纖維素酶,可更有效破壞細(xì)胞壁,提高了出汁率,縮短了壓榨時間。在發(fā)酵前果汁的澄清中,果膠酶復(fù)配淀粉酶、蛋白質(zhì),可將易造成渾濁的果膠物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)徹底水解,有利于汁液的澄清和果酒的提高過濾性能。萜烯類化合物是形成水果風(fēng)味的主要成分,這些萜烯化合物與糖形成糖

12、苷而呈無芳香氣味的風(fēng)味前提物。在發(fā)酵過程中或在葡萄酒的貯存過程中都很穩(wěn)定,添加風(fēng)味酶可將風(fēng)味物質(zhì)釋放出來,從而顯著加葡萄酒的風(fēng)味,風(fēng)味酶主要有D-葡萄糖苷酶、-L-鼠李糖苷酶、-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶和D-芹菜糖苷酶。如果在果漿或果汁中加入一定量的果膠酶和蛋白酶,果膠酶能水解果膠物質(zhì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),蛋白酶則能破壞液泡膜,從而釋放出花青素等色素物質(zhì)。用于紅葡萄酒的釀造時可在發(fā)酵時將果膠酶和蛋白酶與酵母一起加入,可增加色素提取,改善果酒的色澤。此外在茶飲料及綠茶飲料生產(chǎn)中,復(fù)合酶制劑具有明顯優(yōu)勢。由于純茶飲料中茶的成分高,茶湯濃度大,茶湯中主要成分之間容易氧化、絡(luò)合,造成茶湯色澤褐變,形成渾濁、沉淀

13、,影響其外觀品質(zhì)。采用-環(huán)狀糊精、果膠酶、木瓜蛋白酶與單寧酶協(xié)同作用,可有效防止沉淀。單寧酶(tannase 是一種水解酶,可以催化水解單寧中的酯鍵與和縮酚酸鍵,該酶可以將五倍子單寧水解生成沒食子酸和葡萄糖;單寧酶能切斷兒茶酚與沒食子酸的酯鍵,釋放的沒食子酸陰離子又能同多酚類其他氧化產(chǎn)物競爭咖啡堿,成分子量較小的水溶物,從而降低茶湯的渾濁度,茶湯的透光率隨著酯型兒茶素的減少在不斷增大;木瓜蛋白酶可促使蛋白質(zhì)與單寧類物質(zhì)形成沉淀;添加的果膠酶可分解果膠類物質(zhì)生成單糖。研究發(fā)現(xiàn)采用-環(huán)狀糊精、果膠酶、木瓜蛋白酶與單寧酶協(xié)同抗沉淀效果達(dá)顯著水平,葡萄糖氧化酶與單寧酶協(xié)同抗沉淀有效果且差異性達(dá)到極顯著

14、水平。日本龜甲萬公司和我國南寧一公司已有商品化丹寧酶產(chǎn)品?？傊?復(fù)合酶制劑用于食品加工,可彌補單一酶制劑的不足,并有協(xié)同增效作用,是今后食品酶制劑的一大發(fā)展方向。木聚糖酶的食品應(yīng)用功能中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院張彬林煒尚卓木聚糖是自然界中繼纖維素之后含量第二豐富的再生生物質(zhì)資源, 是最具代表性的半纖維素, 占半纖維素的1/31/2。它存在于陸生植物的細(xì)胞壁中,幾乎植株的所有部位都含有它。木聚糖酶是木聚糖水解酶系中最關(guān)鍵的水解酶。木聚糖酶從動物、植物、微生物中均可獲得,以微生物為主?，F(xiàn)在已知的能夠產(chǎn)生木聚糖酶的微生物包括細(xì)菌、曲霉和木霉等。由于大多數(shù)木聚糖是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的具有高度分枝的異

15、質(zhì)多糖,含有許多不同的取代基,因而木聚糖的生物降解需要一個復(fù)雜的酶系統(tǒng),其中多種組分通過相互協(xié)同作用來降解木聚糖,所以木聚糖酶是一組酶,而非一種酶。最近十幾年,隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和進步,特別是基因工程技術(shù)和蛋白質(zhì)工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用后,對木聚糖酶的了解更加深入,已經(jīng)分離出多種木聚糖酶基因,并已工業(yè)生產(chǎn)多種木聚糖酶產(chǎn)品。木聚糖酶在飼料工業(yè)、制漿造紙工業(yè)、食品工業(yè)、能源工業(yè)中都顯示出廣闊的應(yīng)用前景,已經(jīng)引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。現(xiàn)就木聚糖酶的食品應(yīng)用功能進行論述。1 木聚糖酶在釀酒工業(yè)中的功能1.1 利用木聚糖酶提高淀粉酶活力, 提高酒精產(chǎn)率在釀酒行業(yè)中, 作為原料的糧食的淀粉層外圍有纖維素和木聚

16、糖等半纖維素的包圍, 從而影響到對淀粉的利用率。目前, 對纖維素酶的利用研究較多, 而半纖維素酶的應(yīng)用尚處于初級階段。利用木聚糖酶作用于半纖維素層, 降低物料粘度, 可以有利于淀粉酶作用于淀粉層, 提高淀粉利用率, 增加酒精的產(chǎn)率。目前, 對于適合某類酒的釀造的木聚糖酶生產(chǎn)菌還缺少針對性的篩選,產(chǎn)酶過程的優(yōu)化及酶類的提純方面也少有研究, 故其應(yīng)用成本較高, 尚未有工業(yè)化應(yīng)用于酒類釀造過程。1.2 木聚糖酶提高酒液澄清度我國是啤酒生產(chǎn)大國, 啤酒業(yè)對國民經(jīng)濟的發(fā)展有重要影響。啤酒生產(chǎn)原料中由于- 葡聚糖和木聚糖含量較高,造成麥汁過濾困難,酒液混濁, 啤酒濾膜堵塞等問題。為解決這些問題需要大量的資

17、金和技術(shù)投入,這樣就增加了啤酒的生產(chǎn)成本。而木聚糖酶可以和- 葡聚糖酶協(xié)同作用,從而解決濾膜堵塞問題, 可提高酒液的澄清度, 降低釀酒成本。對酒液的澄清, 目前研究較多的是自然靜置、過濾、加懸浮澄清劑等物理過濾方法, 添加絮凝澄清助劑等, 并且在加入過程中用量或時間控制不當(dāng)會嚴(yán)重影響澄清效果,而且除了會影響酒體本身的穩(wěn)定性外, 還會帶來新的不穩(wěn)定的因素; 對于目前應(yīng)用的多種過濾機還需經(jīng)常更換過濾材料, 費時、費力, 并且嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。而一些酶制劑的應(yīng)用, 由于其活化前處理工藝復(fù)雜,成本偏高, 澄清效果也未達(dá)到理想狀態(tài)。木聚糖酶應(yīng)用于酒液澄清是一個有潛在應(yīng)用價值的研究方向。2 在小麥

18、面食工業(yè)中的功能木聚糖酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要是在小麥改良方面。就面包而言,木聚糖酶的添加主要在制作過程及防止老化這兩方面起著積極的作用。2.1 在面包制作過程中的作用許多試驗觀察得出,適量添加木聚糖酶的面團彈性顯著增強;切分、搓團、成型時易于操作;面團的形成時間和穩(wěn)定時間明顯縮短;醒發(fā)后的面團體積明顯增加;烘烤后的面包不僅表皮顏色適中且硬度下降;而且質(zhì)地潔白、組織細(xì)膩、氣孔均勻;入口松軟且有咬勁。這是因為用于制作面包的改良劑中有葡萄糖氧化酶的存在,它能產(chǎn)生大量的氧化劑,使面粉中的AX產(chǎn)生氧化膠凝作用,膠凝強度會隨著WEAX的增加而增強,這會使面團的凝聚力增強,彈性增加,延伸性下降。隨著木聚糖

19、酶的添加,WUAX降解為WEAX,可以明顯縮短面團的形成時間和穩(wěn)定時間。面包品質(zhì)的優(yōu)劣主要由產(chǎn)氣能力和持氣能力決定,由于木聚糖酶的添加使得WEAX水解為木糖、木二糖等,為酵母生長提供了碳源,使面團的產(chǎn)氣能力大大增強;同時,WUAX降解為WEAX,導(dǎo)致黏度更高的WEAX的含量顯著增加,WEAX包裹在CO2 氣泡的液膜周圍,增加了面筋淀粉膜的強度和延伸性,優(yōu)化了面筋網(wǎng)絡(luò),使焙烤時氣泡不容易破裂,且CO2 擴散離開面團的速度減慢,提高了面團的持氣能力。木聚糖酶通過提高面團的產(chǎn)氣和持氣能力,最終使面包的體積增加,而且使面包組織細(xì)膩、氣孔均勻且口感良好。另外,優(yōu)化了的面筋網(wǎng)絡(luò),能更有效的減緩面包皮水分的

20、揮發(fā),最終導(dǎo)致了面包皮硬度的下降。2.2 在面貯藏過程中的作用面包在貯藏過程中會產(chǎn)生非常顯著的老化現(xiàn)象:表皮干裂、內(nèi)部組織變硬、易掉渣、風(fēng)味損失等,喪失了食用功能。面包老化主要是由于水分的損失、重新分配及結(jié)構(gòu)的變化所導(dǎo)致的。試驗觀察發(fā)現(xiàn),適量添加木聚糖酶可延緩面包的老化,面包在貯藏7 d后,其硬度和彈性沒有明顯的變化。這是由于隨著木聚糖酶的添加,使得WUAX降解為WEAX,導(dǎo)致黏度更高的WEAX的量顯著增加,提高了面包在貯藏過程中的持水性,優(yōu)化了面筋網(wǎng)絡(luò),從而阻礙了水分的損失和重新分配,穩(wěn)定了面包的組織結(jié)構(gòu)。以上是以面包為例對木聚糖酶在小麥?zhǔn)称分械膽?yīng)用機理作以簡要說明。木聚糖酶同樣可以應(yīng)用在饅

21、頭、蛋糕等其它小麥?zhǔn)称分?通過改 善面團的持水性和面筋結(jié)構(gòu)進而改善其品質(zhì),并延長其貨價期。我國年消費面粉 8 000 萬 t?？梢?木聚糖 酶在小麥?zhǔn)称芳庸ぶ杏兄浅４蟮膽?yīng)用潛力 3 在果汁生產(chǎn)中的功能 新鮮蔬菜、水果是富含維生素營養(yǎng)的食品,一般可直接食用,但要加工成嬰兒食品、膏狀物、干燥蔬菜粉 末和速溶食品等,主要是利用其嫩軟組織中所有的物質(zhì)。而這些物質(zhì)通常被一層堅硬的細(xì)胞壁所包圍,成熟 的細(xì)胞壁主要是由纖維素、半纖維素、果膠等物質(zhì)組成。常見的生產(chǎn)方法是將果蔬榨汁或?qū)⑺鼈兘萑≈?再進行冷凍干燥或直接噴霧等。這樣一方面被纖維素、半纖維素果膠包裹的淀粉蛋白質(zhì)、油脂、色素、精 油、香料、維生素不能充分提取,如果采用蒸煮、酸堿等法,使組織柔化來充分提取,會使維生素等遭到破壞, 色香味發(fā)生變化,很不合理;另一方面可溶性的木聚糖、果膠都是粘性物質(zhì),會造成提取液粘度過大給后來的 濃縮干燥等帶來困難。 如果采用含有纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶的酶制劑來處理,則可在極溫和條件下使組織柔化,使細(xì)胞破 壁,將有效物質(zhì)充分提取出來,同時大大地降低提取液的粘度,而粘度的降低,可使生產(chǎn)中的濃縮或干燥效率 成倍提高,也相應(yīng)降低生產(chǎn)成本,在果汁生產(chǎn)過程中,特別是用超濾的方法來生產(chǎn)濃縮蘋果汁,單獨使用果膠 酶是不夠的,往往在這種酶中添加一定比例的木聚糖酶,來分解其中的阿拉伯木聚糖,這樣可提