食品酶學課件

第8章酶在淀粉類食品生產(chǎn)中的應(yīng)用（3學時）主要內(nèi)容：

8.1酶在淀粉類食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

8.1酶在淀粉類食品生產(chǎn)中的應(yīng)用淀粉類食品是指含大量淀粉或以淀粉為主要原料加工而成的食品，是世界上產(chǎn)量最大的一類食品。在淀粉類食品的加工中，多種酶被廣泛地應(yīng)用，主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。淀粉可以通過酶水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產(chǎn)物，這些產(chǎn)物又可進一步轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)物。8.1.1酶在制糖工業(yè)中的應(yīng)用利用酶水解淀粉生產(chǎn)葡萄糖是酶催化工業(yè)的一項重大成就，由日本在20世紀50年代末研究成功，現(xiàn)己在全世界普遍采用。現(xiàn)在國內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)絕大多數(shù)是采用α-淀粉酶將淀粉液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是用葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)果糖的技術(shù)可用于大規(guī)模生產(chǎn)果糖而取代蔗糖作為甜味劑。目前世界上淀粉糖的產(chǎn)量已達1000多萬t，其中有一半是果葡糖漿?，F(xiàn)在國內(nèi)普遍使用耐高溫α-淀粉酶生產(chǎn)葡萄糖，這種酶具有反應(yīng)溫度高（最適溫度90～95℃）、作用力強、反應(yīng)速度快的優(yōu)點，克服了普通α-淀粉酶作用溫度不高的缺點。耐高溫α-淀粉酶不僅可于淀粉糖的制造，還廣泛地用于啤酒，酒精，發(fā)酵業(yè)，制藥，紡織，造紙等工業(yè)上。以淀粉為原料，通過不同的淀粉酶分解淀粉，還可以生產(chǎn)出飴糖、麥芽糊精、麥芽糖漿（三糖、四糖）、高麥芽糖漿（麥芽糖達60%）、麥芽糖、麥芽糖醇和果糖等甜味劑。飴糖生產(chǎn)中所利用的酶，除了從添加的大麥芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制劑的方法提供。添加的酶主要是α-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麥芽糖漿的生產(chǎn)是采用β-淀粉酶和支鏈淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地轉(zhuǎn)化為麥芽糖。糖化時，將液化后得到的糊精液調(diào)至pH5～6，溫度50℃左右，加入一定比例的支鏈淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麥芽糖含量達80%～95%的糖化液。β-環(huán)狀糊精的生產(chǎn)，一般采用嗜堿芽孢桿菌BGT。常用的生產(chǎn)菌株有N-227，NO.38-2等。采用嗜堿芽孢桿菌N-227菌BGT生產(chǎn)β-環(huán)狀糊精時，可使用木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉為原料，轉(zhuǎn)化率可達35%～40%。以淀粉為原料，通過酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)低聚麥芽糖、低聚異麥芽糖，具有原料來源廣、價格低、人口香甜、風味獨特等優(yōu)點。麥芽寡糖酶水解淀粉后，通過絮凝、脫色、離子交換、純化制成3～8個葡萄糖分子組成新型淀粉糖，它不僅是一種科學的、合理的、具有功效的高能營養(yǎng)品，還具有易消化、低甜度、低滲透優(yōu)點。轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶是生產(chǎn)低聚異麥芽糖主要必須使用的酶制劑。以淀粉為原料，經(jīng)調(diào)乳、液化后，在液化液中添加真菌淀粉酶、葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶進行糖化、轉(zhuǎn)苷反應(yīng)，經(jīng)一定時間后，便產(chǎn)生以異麥糖、異麥芽三糖和潘糖為主要成分的糖液。以玉淀粉為原料，在糊化時加人耐熱α-淀粉酶，采用脫支反應(yīng)等手段改變淀粉原有的分子結(jié)構(gòu)并重新晶，可以提高產(chǎn)品中抗性淀粉的含量。8.1.2酶在焙烤食品中的應(yīng)用在焙烤食品中應(yīng)用的酶制劑主要有淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶、脂酶等，這些酶制劑的使用可以增大面包體積，改善面表皮色澤，改良面粉質(zhì)量，延緩陳變，提高柔軟度，延長保存期限。8.1.2.1淀粉酶焙烤中淀粉酶的主要應(yīng)用是在面包的制作過程中，大量的文獻資料表明，利用淀粉酶能夠改善或控制面粉的處理品質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量（如面包的體積、顏色、貨架壽命）。面粉中添加α-淀粉酶，可調(diào)節(jié)麥芽糖生成量，使二氧化碳產(chǎn)生和面團氣體保持力相平衡，添加β-淀粉酶可改善糕點餡心風味，還可防止糕點老化。在面包生產(chǎn)中采用麥芽和微生物α-淀粉酶，已有數(shù)十年的歷史。隨著焙烤工業(yè)的發(fā)展，以及消費者對天然食品的需求日益增加，酶在面包配方中所扮演的角色愈來愈重要。試驗表明，向面粉中添0.1%的淀粉酶，就可以使面粉變得完善，大大改進產(chǎn)品的質(zhì)量，因此國外都把面粉中的淀粉酶活力為面粉質(zhì)量指標之一。面包老化會導致嚴重的經(jīng)濟損失，美國每年均有價值高達10億美元的焙烤食品因此而廢棄掉。在面包粉中添加適量的α-淀粉酶，還可使面包體積較空白面包提高10%左右，這是因為烘烤面包時，α-淀粉酶水解部分淀粉，生成糊精和糖，降低了面團粘度，導致面團膨脹率提高，焙烤后面包體積增大，面包心柔軟度變好。另外，α-淀粉酶在降解面團中的淀粉時有少量糖產(chǎn)生，有利于促進焙烤時糖和蛋白質(zhì)的“美拉德反應(yīng)”，形成褐色的“類黑色素”，使面包上色更好。8.1.2.2蛋白酶蛋白酶添加到面粉中，使面團中的蛋白質(zhì)在一定程度上降解成肽和氨基酸，導致面團中的蛋白質(zhì)含量下降，面團筋力減弱，滿足了餅干、曲奇、比薩餅等對弱面筋力面團的要求。同時，蛋白質(zhì)的降解更有利于人體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，還有一些蛋白酶，如“Milensyme”真菌蛋白酶，在面包制作中能夠水解面筋內(nèi)部的某些特定位置化學鍵，從而改善面團延伸性，提高面包的對稱性和均勻性，對面包的結(jié)構(gòu)及風味均有改善。因此，制作面包時，當面質(zhì)很硬需要面團具有特別的柔韌性和延伸性時，加入蛋白酶能改善面團物理性質(zhì)和面包質(zhì)量，使面團易于延伸以較快速度成熟。在生產(chǎn)蛋糕過程中，雞蛋液是要的關(guān)鍵原料，要求具有良好的乳化性和起泡性，添加蛋白酶制劑可有效地改善雞蛋液乳化性和起泡性。8.1.2.4木聚糖酶傳統(tǒng)用以改進面團機械加工性能和烘烤膨脹性能的酶是戊聚糖酶，又稱半纖維素酶，主要應(yīng)用于歐式面包中調(diào)整面引的性能，使面包的體積增大。隨著生物科技的進步，通過重組基因由基因變性微生物可以得到木聚糖酶，這種純化的木聚糖酶的酶活力比傳統(tǒng)的戊聚糖酶少，制成的面包更加穩(wěn)定，而且用量也較少，現(xiàn)已逐步替代戊聚糖酶制劑。不過受小麥戊聚糖的降解影響，不論是戊聚糖酶或木聚糖酶均會出現(xiàn)過量使用的情況，而破環(huán)小麥戊聚糖的水結(jié)合能力，從而增加面團的粘性。因此酶的添加量尤為關(guān)鍵。所謂最佳酶用量，指的是能夠最大程度地改進面包性質(zhì)而不會引起面團發(fā)粘的酶用量。不同的面粉，其最佳的酶用量均不盡相同。一項有關(guān)木聚糖酶對面筋流變性影響的研究顯示，在萃取自面團的面筋中添加分量為50～100FXU/kg面粉的木聚糖酶，面筋就會得到強化，呈現(xiàn)出更佳的彈性，面筋的流變性質(zhì)得以改進，說明木聚糖酶能夠增加面團的體積和改進面團的穩(wěn)定性，從而提高面團的烘烤膨脹性。不過當木聚糖酶的添加分量過高時，如400FXU/kg面粉，制成的面則會粘稠。8.1.2.5脂酶脂酶在面包生產(chǎn)中，有顯著延緩老化、提高面團流動性、增加面團在過度發(fā)酵時的穩(wěn)定性、增加烘烤膨脹性以使面包有更大的體積改進，不含起酥面團的面包瓤結(jié)構(gòu)等作用。如同大多數(shù)酶一樣，脂酶的烘烤膨脹性功效亦取決于面粉的種類和面包的生產(chǎn)配方。對不添加起酥油的面包，添加脂酶在增大體積、改善面包心質(zhì)地及延長保存期方面與添加3%～6%起酥油相似。脂酶亦能改進以無油配方或含油配方面包的膨脹性，但對于含有氫化起酥油的面包配方，則沒有什么作用。至于在改進面包瓤的彈性方面，脂酶卻沒有太大的作用。8.1.2.6酶的協(xié)同作用當前，酶制劑的發(fā)展正逐步從單一酶向復合酶過渡，因復合酶制劑作用全面，可彌補單一酶的專一性，有利于食品生產(chǎn)中多種成分的配比。在面包制造中使用復合酶制劑并不是一項新技術(shù)。戊聚糖酶或木聚糖酶與真菌淀粉酶結(jié)合使用時，能產(chǎn)生協(xié)同作用。一般來說，較高的純木聚糖酶用量可使面團體積增大，但當用量過高時，面團就會變得太粘。將木聚糖酶與少量的真菌淀粉酶結(jié)合使用時。就可采用較少分量的α-淀粉酶和木聚糖酶，制得較大體積和較好總體質(zhì)量評分的面團，并避免發(fā)粘的問題。例如，當使用由7FAU真菌淀粉酶和75FXU真菌木聚糖酶混合的酶制劑時所制得的面團體積要比單獨使用真菌木聚糖酶為大，面包瓤的結(jié)構(gòu)也得到改進。隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對酶在焙烤食品中應(yīng)用的興趣更加濃厚，相信在不久的將來，會有更理想、更先進的酶產(chǎn)品問世。與此同時，更多的研究成果，將使我們能更好地了解焙烤食品用酶的機理，進而開發(fā)出質(zhì)量更上乘的酶產(chǎn)品，生產(chǎn)出成分天然優(yōu)質(zhì)的焙烤面包制品。8.1.3酶在面條加工中的應(yīng)用面條是僅次于面包的世界第二大方便主食，是我國的傳統(tǒng)食品，起源于我國東漢，距今已有二千余年的歷史。我國的面條的品種和風味富于變化，在世界上都是最多的，據(jù)統(tǒng)計全國面條加工用小麥粉約占小麥粉總量的40%左右。我國在制面技術(shù)的研究和工業(yè)化等方面落后于日本、意大利等國家，許多傳統(tǒng)制面技術(shù)、藝術(shù)、文化等逐漸流失，如何解決傳統(tǒng)面條工業(yè)化是所有面條研究者和生產(chǎn)者共同努力的目標。在面條的生產(chǎn)中，一般要加入一定量的添加劑來改善面條的品質(zhì)，同時提高其商品價值。目前，使用的面條品質(zhì)改良劑如增白劑、氧化劑、面筋增強劑等大多是由化學改良劑組成，存在安全隱患。消費者對天然食品的追求，使化學改良劑的使用受到了很多限制。例如溴酸鉀在面粉改良中已有80多年的使用歷史，現(xiàn)在許多國家中均已被禁止使用；吊白塊也在禁用之列，吊白塊的學名為甲醛次硫酸氫鈉，分子式為NaHSO2·CH2·2H2O，是工業(yè)上常用的還原劑和漂白劑。在面條（米粉）中添加吊白塊，可使面條（米粉）韌性好、彈性強、不易斷裂和煮爛、色澤白、表面感觀好。吊白塊屬細胞原漿毒，對人體細胞功能損害較大，在國際上被列為能引起致癌的物質(zhì)之一，添加到米面制品中易受熱分解為甲醛和二氧化硫，這兩種物質(zhì)對人體都有毒性，尤其是甲醛對人體毒性更大。國家有關(guān)部門已明確規(guī)定，禁止生產(chǎn)和銷售含有吊白塊的食品。這就要求科研工作者研制天然安全的添加劑來滿足市場需求，而酶制劑是一種比較好的選擇。加工面條的原料主要為糧谷原料，化學組成主要為淀粉和蛋白質(zhì)，以及少量的非淀粉碳水化合物和脂質(zhì)等。工業(yè)化面條的加工和成型方法主要為壓延法和擠壓法。酶制劑的選用主要考慮面條的原料組成和加工工藝，以期最終達到改善品質(zhì)的目的。目前，能夠用于面條加工酶制劑主要有以下幾種。8.1.3.1氧化酶用于面制品加工中的氧化酶主要包括：葡萄糖氧化酶、半乳糖氧化酶、脂肪氧合酶和一些過氧化物酶等，它們對面筋結(jié)構(gòu)和面團流變學性質(zhì)有一定影響。目前，應(yīng)用研究較多的是葡萄糖氧化酶和脂肪氧合酶。這些氧化酶由于具有良好的氧化性，能夠顯著增強面團筋力，可望替代傳統(tǒng)的化學氧化劑，如溴酸鹽等。葡萄糖氧化酶能消耗氧氣催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸內(nèi)酯，并釋放出H2O2。它廣泛應(yīng)用于蛋白脫糖、食品除氧及葡萄糖定量分析等，也是迄今為止生物傳感器領(lǐng)域最主要的工具酶。在食品工業(yè)上有去葡萄糖、脫氧、殺菌和測定葡萄糖含量等用途。葡萄糖氧化酶作為一種商業(yè)酶制劑，能夠改善面粉的加工性能，增強面團的筋力，被認為是較為理想的溴酸鉀替代物之一。葡萄糖氧化酶在面條加工中的作用機理為將葡萄糖氧化生成H2O2，從而將面筋蛋白中的-SH氧化為-S-S-，有助于面筋蛋白之間形成較好的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在面條加工中的推薦用量為200～300U/kg（面粉）。脂肪氧合酶是一種氧化還原酶，在氧氣的參與下，將順、順-1,4-戊二烯單元的不飽和脂肪酸（如亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸）及酯氧化，反應(yīng)產(chǎn)生具有氧化能力的H2O2，它能作用于食品中各種不同的組分。在面條制作中添加脂肪氧合酶，能將面筋蛋白中的-SH氧化為-S-S-，增強面團的筋力，同時消除面粉中蛋白酶的激活因子-SH，防止面筋蛋白水解。另外，通過偶合反應(yīng)破壞胡蘿卜素的雙鍵結(jié)構(gòu)，從而使面粉增白。實驗結(jié)果表明：它既能使面粉增白，又能增強面團的筋力。因此脂肪氧合酶可望替代現(xiàn)用的面粉增白劑過氧化苯甲酰。小麥粉中脂肪氧合酶活力很低，且主要存在于胚乳和麩皮中。但在大豆、扁豆和豌豆中，脂肪氧合酶活性很高。因此，可添加一些脂肪氧合酶活性高的豆粉來改善面條品質(zhì)。8.1.3.2脂肪酶脂肪酶即甘油三酯水解酶，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油單酯或二酯。面粉中含有1%～2%的脂類，且大部分是甘油三酸酯，能被脂肪酶降解生成游離脂肪酸、甘油單酸酯和甘油二酸酯。因此，加入脂肪酶能夠獲得乳化劑對面團的改善效果。在面條加工中，通過此酶的作用，可以使面粉中的天然脂質(zhì)得到改性，形成脂質(zhì)、直鏈淀粉復合物，從而防止直鏈淀粉在膨脹和煮熟過程中的滲出現(xiàn)象。8.1.3.3木聚糖酶β-1,4-木聚糖酶（EC.3.2.1.8）能夠以內(nèi)切方式作用于木聚糖主鏈產(chǎn)生不同長度的木寡糖和少量木糖，是木聚糖降解酶系中最主要的酶。尚未有木聚糖酶應(yīng)用于面條加工的研究報道，但由于木聚糖酶能夠水解戊聚糖，增加非淀粉多糖的水溶性，降低它們與水的結(jié)合力，這樣就可以釋放出大量的結(jié)合水。這些水可以提供給淀粉和面筋，使面團能夠形成更好的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高面團的機械加工性能，改善面條的品質(zhì)。8.1.3.4諾帕酶諾帕酶是由北美諾優(yōu)酶制劑公司開發(fā)生產(chǎn)的一種可以提高東方面條和意大利式通心面條整體品質(zhì)的專用酶制劑。諾帕酶是一種來源于微生物脂肪酶，由基因工程改變的米曲霉經(jīng)深層發(fā)酵并提取純化而得。試驗表明：面粉在添加該酶后，可以增加60%以上的復合物，防止面條和通心面條中的淀粉在煮制時滲出，同時還可以提高面條或通心粉的咬勁，使面條在水煮過程中不粘連，不易斷，表面光亮、滑爽。此外，還能減少面團上出現(xiàn)的斑點，提高面帶壓片或通心粉擠出的過程中產(chǎn)品顏色的穩(wěn)定性。酶活力為600kU/g，在面條加工中建議用量為5～60kU/kg（面粉）。8.1.3.5面用改良劑作為面用改良劑的酶制劑以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶為主要成分，能改善面類的口感。該添加劑能夠?qū)π纬傻馁|(zhì)地構(gòu)造產(chǎn)生直接的影響，通過強化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來增強其粘彈性，