2)化學澄清法:(1)明膠丹寧澄清法:明膠用量由於果汁種類、明膠與丹寧種類的不同而不同,在使用前需進行澄清試驗,以防止果汁發生二次渾濁。明膠和丹寧兩種溶液需現用現兌。一般在攪拌狀態下先往果汁中加入單寧溶液,充分混勻後再徐徐加入明膠溶液,6~12℃條件下靜置6~10h,過濾後即可得澄清果汁。靜置時溫度過高會使澄清緩慢,而過低時則出現混濁現象。明膠和丹寧酸可單獨使用,也可混合使用以利用兩者的協同增效作用。胡連香(1995)利用明膠丹寧澄清獼猴桃汁,取得較好的澄清效果,果汁清亮透明,常溫下放置半年仍可保持穩定的外觀。王習霞等(1994)在研究不同澄清方法對刺梨汁營養成分的影響表明,與其他澄清方法相比,明膠添加量為15~20g/L時,VC損失僅占6.98%,且可有效地保持果汁的營養成分。
(2)殼聚糖澄清法:殼聚糖也是脫乙酰甲殼素,具有良好的生物相容性、適合性與安全性,已被美國食品藥品管理局批準為食品添加劑。殼聚糖可溶於大多數稀酸,在實際應用中一般用1%醋酸液配製成1%殼聚糖溶液使用。在稀酸中殼聚糖會慢慢出現水解現象,故殼聚糖最好隨用隨兌。殼聚糖添加量因果汁種類不同而不同,在使用前可進行澄清試驗以確定最佳使用量。林進妹等(2005)指出,0.4g/L殼聚糖對荔枝果汁有很好的澄清效果,透光率可達99%。王鴻飛等(2003)用殼聚糖對蘋果汁進行澄清試驗則認為,殼聚糖用量為0.5~1.2g/L、溫度45~55℃、pH2.5~4.5的條件下澄清蘋果汁,透光率達97%以上,果汁中可溶性固形物含量基本不變,並采用正交設計法確定了殼聚糖最佳澄清工藝條件為,殼聚糖用量為0.3g/L,溫度45℃,pH4.5。此外有研究表明,用殼聚糖澄清菠蘿汁、水蜜桃汁、楊梅果汁、梨汁均可取得較好的澄清效果,且對果汁中主要營養成分無顯著影響。采用殼聚糖對碭山酥梨汁進行澄清試驗,結果也表明,0.3g/L殼聚糖即可使碭山酥梨汁透光率達97%,而對照僅為56%,可溶性固形物為9.7%,而對照為10%,雖然可溶性固形物有所降低,但不顯著。所以認為殼聚糖是一種較為有效的果汁澄清劑。張文俊等(2004)研究了不同分子量殼聚糖對草莓汁的澄清效果,在0.2g/L隨著殼聚糖分子量的增大,澄清效果增強;殼聚糖脫乙酰度在73.1%~92.8%範圍內澄清效果差異不明顯,對原汁主要營養成分無明顯影響。
3)酶澄清法:酶澄清法能很好地使果汁澄清,同時提高了生產效率與出汁率,具有快速、簡便、澄清效果好等特點,對保持營養成分也十分有利。澄清效果取決於果汁的種類、酶製劑的種類、反應溫度和反應時間。酶製劑一般為果膠酶製劑,它是分解果膠的多種酶的總稱,主要有果膠酯酶(PE)、聚半乳糖醛酸酶(PG)等,幹酶製劑用量一般為2~4g/L;反應溫度45~55℃;反應時間1~3h。酶製劑可在榨出的新鮮果汁中直接加入也可在果汁殺菌後加入。另外,果膠酶還可結合吸附劑(明膠、矽藻土等)使用,如酶製劑加入果汁作用20~30min後再加入明膠,在30~40℃條件下進行澄清效果較好。目前,在大部分的原果汁、濃縮果汁生產過程中,果膠酶也得到了很好地應用。張盛貴(2003)對杏汁澄清方法研究認為,與蜂蜜澄清法、海藻酸鈉碳酸鈉法、丹寧明膠法相比,果膠酶對杏汁澄清效果更好,其最佳組合條件為pH4、酶用量0.1%、時間40min、溫度45℃。鄧勇等(2003)在對蘋果汁澄清研究中指出,果膠酶明膠矽溶膠複合澄清法澄清蘋果汁效果最佳,即在蘋果汁中添加0.07%果膠酶,在45℃條件下保溫2h後,按每100mL果汁加入8g明膠和80g矽溶膠的比例,在常溫條件下60min即可得到透光率為99%、色值為0.14、清澈透明的蘋果汁。此外也有用果膠酶澄清草莓果汁、沙棘果汁、無花果果汁、番荔枝果汁的研究,均取得較好的澄清效果,且對果汁中主要營養成分無明顯的影響。
4)其他澄清法:(1)蜂蜜澄清法:利用蜂蜜中某些蛋白(如果膠酶)作用於果汁中的膠體物質(果膠、鞣酸),使其沉澱而達到澄清的目的。一般將占果汁質量1%~10%的蜂蜜加入果汁中,攪拌均勻,靜置若幹個小時,過濾後可獲得純淨果汁。
(2)甘草汁澄清法:甘草中的甘草次酸和黃酮類物質共同作用使果汁內膠體與蛋白質變性而析出。徐懷德等(1995)利用甘草汁澄清蘋果、柑橘果汁的試驗表明,當添加甘草汁量達到16%時,透光率可達90%以上,且對果汁營養成分無影響。甘草汁富含保健成分和甜味素,可改善果汁風味與顏色。
10.1.2果汁澄清發展展望:目前,澄清工藝正由傳統工藝向現代化大規模澄清工藝轉變,並由使用一種澄清工藝向多種澄清工藝結合應用轉變,不僅取得了較好的澄清效果,也使澄清工藝在食品、醫藥等其他領域取得了突破性進展。在實際生產中,可根據不同果品的特性及不同需要選用不同的澄清方法。近年來,人們對果膠酶法、殼聚糖法、超濾法、樹脂吸附法等一係列澄清方法在不同果汁澄清方麵的研究和應用較多。果膠酶法已開始大規模用於果汁澄清並取得明顯的效果,但目前用酶製劑澄清果汁的成本相對較高,在生產中大規模應用受到限製。超濾技術對簡化工藝流程、降低生產成本顯示出極大的優勢,但在如何進行果汁預處理、膜的使用以及清洗等方麵還有待於深入的研究。殼聚糖具有資源豐富、成本低、無色無味、澄清效果好等優勢,值得在生產中大力推廣應用,但目前的研究正處在起步階段,今後還需加大研究力度,以便在工業化生產中推廣應用。研究單一澄清劑在果汁澄清領域中應用的同時,人們更傾向於多種澄清的方法結合,從而達到更好的澄清效果。易建華等(2001)指出,經過酶處理→超濾→樹脂吸附後的蘋果汁接近無色,透光率達99%,比色值達99%,存放3個月後,透光與色值下降不到2%,完全符合澄清果汁要求。未來的澄清工藝首先要保證澄清穩定性好,能保持色值,同時還要求澄清成本相對較低、工藝簡單、操作方便。隨著人們對果汁飲料感官與品質質量要求的提高,探求適合於不同果汁的澄清工藝還有待於更深入的研究。
技能操作訓練酶法澄清布朗李汁:1)實訓目標:①了解酶法澄清布朗李汁的原理:②掌握酶法澄清布朗李汁的方法。
2)實訓原理:李為薔薇科(Rosaceae)李屬(PrunusL.)植物。布朗李(Prunusamericana)原引種代號為“布朗3號”,是1994年從美國加州引進的優良晚熟李品種,在我國北方栽培,成熟期一般在9月下旬至10月上旬。布朗李果肉致密,風味濃鬱,質地香、甜、脆,富含糖、蛋白質、礦質元素、維生素等多種營養物質,是一種既有營養保健功能,又有藥用價值的水果。經過後熟,汁液豐富,香味濃、甜度高,品質極優,果核極小,半黏核,可食率高達98%。果實耐儲運,常溫下可儲存至元旦,冷庫中可儲至翌年4月底。該品種的優良特性遠高於黑寶石、黑琥珀,是一個很有發展前途的高檔品種。布朗李果實可製作罐頭、果汁、果酒、蜜餞、果奶、冰淇淋和果凍等多種食品,產品風味獨特,營養價值高。
在布朗李果汁加工中,果膠及多糖不僅會影響出汁率,還會使果汁混濁。果汁加工中使用果膠酶,可以使榨取果汁更容易,得到的果汁更澄清。本實驗利用果膠酶對布朗李汁進行澄清,並篩選果膠酶使用的最佳工藝條件。
3)實訓材料與儀器設備:(1)材料:①布朗李鮮果:②果膠酶(商品酶,瑞士SigmaAldrich公司生產):③其他試劑均為分析純。
(2)儀器設備:①TU1810紫外可見分光光度計:②JJ2組織搗碎打漿機:③PHS4CT酸度計。
4)操作要領及步驟:(1)測定項目與方法:①總糖的測定。費林試劑滴定法。
②總酸的測定。NaOH滴定法。
③水分含量的測定。直接幹燥法。
④Vc的測定。2,6二氯靛酚法。
⑤單寧的測定。按SN/T0800.9—1999之方法測定。
⑥出汁率的計算。出汁率%=(布朗李汁重-加水重)/果重×100%。
⑦色度指標的測定。用紫外分光光度計在520nm和420nm下分別測定其吸光度(A值),520nm為花色苷的最大吸收波長,A420表示褐變的強度,A420+A520為總色度;A420/A520為褐變指數,表示褐變程度與色素含量的關係。
⑧透光率或吸光度的測定。用分光光度計在660nm下測定。
(2)布朗李基本營養成分的測定:測定布朗李的水分含量、總糖、總酸、可溶性固形物、維生素C、單寧含量。
(3)布朗李汁的製取:布朗李汁製取采用熱燙時間為4min;維生素C添加量0.06%;最佳酶處理條件為:酶用量為0.10%,酶作用時間為4h,酶作用溫度為50℃,酶作用pH值為4.0,加2倍水進行榨汁,出汁率為80.30%。
(4)布朗李汁澄清方法:①自然澄清。取9份鮮提的布朗李汁,每份100mL,分別於室溫靜置0,2,4,6,8,10,12,14,16h,取上清液測定透光率。
②保溫澄清。
a.不同保溫時間對澄清效果的影響。取9份鮮提的布朗李汁,每份100mL,於50℃水浴中分別靜置0,1,2,3,4,5,6,7,8h,取上清液測定透光率。
b.不同保溫溫度對澄清效果的影響。取7份鮮提的布朗李汁,每份100mL,分別於35,40,45,50,55,60,65℃水浴中靜置5h,取上清液測定透光率。
③離心澄清。取6份鮮提的布朗李汁,每份20mL,置於離心管中,在4000r/min的轉速下離心澄清處理3,6,9,12,15,18min,取上清液測定透光率。
④果膠酶澄清。
a.果膠酶用量。取6份鮮提的布朗李汁,每份100mL,分別加入0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,0.06%的果膠酶,在自然pH值條件下,50℃保溫2h。離心分離,取上清液測定透光率。
b.果膠酶作用時間。取6份鮮提的布朗李汁,每份100mL,加入0.03%的果膠酶,各處理在50℃下分別保溫0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0h,離心分離,取上清液測定透光率。
c.果膠酶作用溫度。取6份鮮提的布朗李汁,每份100mL,加入0.03%的果膠酶,分別在35,40,45,50,55,60℃條件下保溫1.5h。離心分離,取上清液測定透光率。
d.果膠酶澄清工藝的正交篩選。在以上單因素試驗的基礎上,對果膠酶用量(A)、酶作用時間(B)、酶作用溫度(C)3因素各取3水平,以透光率為指標,進行L9(34)正交試驗,篩選最佳果膠酶澄清工藝。
e.不同澄清劑的澄清效果。取18份鮮提的布朗李汁,每份100mL,分別加入用量為001%,0.03%,0.05%,0.07%,0.09%,0.11%的明膠、幹酪素、殼聚糖,靜置2h,離心分離,取上清液測定透光率和單寧含量。取3份鮮提的布朗李汁,每份100mL,分別加入用量為009%的明膠、幹酪素、殼聚糖,分別靜置0.5,1.0,1.5,2.0,3.0h,離心分離,取上清液測定透光率和單寧含量。
5)結果與分析:(1)布朗李的基本營養成分:布朗李的基本營養成分的測定:項目水分/%總糖/%總酸/%可溶性固:性物/%維生素C/%單寧:/(mg·100g-1)含量:(2)果膠酶的澄清效果:布朗李汁中懸浮有微小果粒等物質,在果膠酶的作用下果膠分解,懸浮物由於失去了果膠的保護作用而沉澱,從而得到了良好的澄清效果。布朗李汁的pH值在3.5~4.0時,對果膠酶活力影響不大,而布朗李經果膠酶處理榨汁後pH值為3.8,符合酶的使用要求。
①果膠酶用量對澄清效果的影響。
②果膠酶作用時間對澄清效果的影響。
③果膠酶作用溫度對澄清效果的影響。
④果膠酶澄清工藝條件篩選結果。在以上單因素試驗的基礎上,對果膠酶用量(A)、酶作用時間(B)、酶作用溫度(C)3因素各取3水平,選用L9(34)正交試驗。由正交試驗極差分析可知,影響果膠酶澄清工藝的各因素的主次順序為:B>C>A,即酶作用時間>酶作用溫度>酶用量。各因素的最優組合為:A2B3C2,即酶用量為0.03%,酶作用時間為2.0h,酶作用溫度為55℃。在最優組合條件下其透光率可達94.2%,此時測定單寧含量為32.7mg/100mL。而沒有采用果膠酶處理澄清布朗李汁的透光率僅為33.4%,單寧含量為90.08mg/100mL。試驗結果表明,采用果膠酶處理澄清,其透光率可顯著提高,而單寧含量可顯著降低。
由方差分析結果表明,酶作用時間對榨汁效果的影響顯著,而酶用量和酶作用溫度對榨汁效果的影響不顯著。
(3)討論:布朗李汁最佳澄清劑是什麼?最佳澄清工藝如何確定?酶法澄清石榴果汁:1)實訓目標:①了解酶法澄清石榴果汁的原理:②掌握酶法澄清石榴果汁的方法。
2)實訓原理:石榴果汁中含有大量的果膠、鞣質、纖維素、澱粉等大分子以及單寧、蛋白質的絡合物等,這些物質在汁液中進行緩慢的物理變化和化學反應,導致果汁在加工、儲藏和銷售期間變色、變渾。因此,果汁在製成產品前需要澄清,且其澄清效果直接影響製品的透光率、黏度和沉澱等主要理化指標。根據有關資料調查統計,目前僅有安徽、山西、新疆和田等企業生產石榴產品,而石榴的深加工及規模化的程度在國內外都遠遠落後於其他果蔬的加工生產,這一果蔬飲品的開發在國內外市場都亟待普及。但由於石榴汁成分的特殊性,石榴汁的澄清問題始終未能得到很好的解決。針對石榴果汁的特點,根據現代食品加工業發展的要求,經過多次科學實驗,利用果膠酶來處理石榴果汁,在石榴果汁飲品加工方法及品質的保障方麵取得了較大進展,如將食用不便的石榴加工成富有保健功效的飲料。
3)實訓儀器設備與材料:(1)儀器設備:DK98I型2000W電子可調電爐;CS501A超級恒溫器;1011AB型電熱鼓風幹燥箱;BCDDO冰箱;電子天平;離心機;紫外可見分光光度儀UV620;高速組織搗碎機。
(2)材料:石榴;果膠酶(商品用酶,酸性:pH2.0~3.5,測定活力300U/mL);澱粉;碘;碘化鉀;硫代硫酸鈉;重鉻酸鉀基準物。
4)酶活測定方法:(1)酶活定義:溫度為50℃,pH為3.15,每小時酶催化果膠生成1mg遊離半乳糖醛酸的酶量定為一個酶活力單位(U/mL)。
(2)酶活測定:取1%果膠溶液10mL,加入到5mL酶液和5mL水中,調pH至3.15,在50℃水浴中保持2h,取出加熱煮沸。冷卻後,取5mL反應液移入碘量瓶中,加1mol/L碳酸鈉溶液1mL、7.0g/L碘溶液10mL,搖勻,加塞,於室溫下放置20min,加1.0mol/L硫酸2mL,用8.4g/L硫代硫酸鈉滴定至淡黃色,加入5g/L澱粉指示劑1mL,繼續滴定至藍色消失為止。記錄所消耗的硫代硫酸鈉毫升數A。空白實驗用10mL果膠溶液、10mL水,不加酶液,不經保溫,直接取此混合物5mL於100mL三角瓶中用於滴定,記錄消耗的硫代硫酸鈉毫升數B。
每毫升酶液的活力單位(U/mL)=(B-A)×C×510×20/(5×2×5):式中C——硫代硫酸鈉的濃度:510——1mg硫代硫酸鈉相當於510mg的遊離半乳糖醛酸:20——分解果膠反應液的總體積數:5,2,5——分別表示反應中加入酶液的毫升數、反應時間、滴定時所取反應液的毫升數。
(3)果汁澄清方法:原料選擇→清洗→剝皮取籽→清洗→破碎壓榨→粗濾→離心→澄清→殺菌→離心→測透光率。
5)果汁的酶法澄清:將製好的果汁稀釋2倍,準備7支試管,各取20mL稀釋後的果汁加入試管中,分別加入0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5mL酶液,在水浴中保溫2h。2h後取出果汁放入沸水浴中煮沸10min滅酶,冷卻後離心分離,取上清液,稀釋10倍後在350nm處測透光率。
6)結果與分析:(1)酶添加量對石榴汁澄清效果的影響:(2)溫度對石榴汁澄清效果的影響:(3)時間對石榴汁澄清效果的影響:(4)稀釋倍數對石榴汁澄清效果的影響:(5)果膠酶澄清石榴汁工藝條件篩選:根據單因素對石榴汁試驗結果,以透光率為參考指標,綜合各因素作正交設計試驗。
通過對正交試驗結果的直觀分析,果膠酶澄清石榴汁工藝條件是果膠酶用量1830U/mL、澄清時間2h、溫度50℃、果汁稀釋倍數0。
酶法澄清蘋果汁:1)實訓目標:①了解酶法澄清蘋果汁的原理:②掌握酶法澄清蘋果汁的方法。
2)實訓原理:在蘋果汁加工中,果膠不僅會影響出汁率,還會使蘋果汁混濁。果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱,它可以使榨取果汁更容易,得到的果汁更澄清。
3)實訓材料和器具:(1)材料:蘋果。
(2)器具:磨漿機;燒杯;試管;量筒;刀片;玻璃棒;漏鬥;紗布等。
果膠酶澄清水果汁實驗設計方案(3)試劑:2%的果膠酶溶液:準確稱取果膠酶2.00g,溶解於100mL蒸餾水中,澄清,過濾,4℃保存待用。
4)實訓步驟及要領:(1)製備果汁的方法:選取一個中等大小的蘋果(約200g)洗淨後,不去皮,切成小塊,放入榨汁機中,加入約200mL水,榨取2min,製得蘋果泥。量取一定體積的蘋果泥,不同條件下處理後,用濾紙進行過濾即可得到果汁。
(2)果膠酶活性的檢測:果膠酶能將果膠分解成小分子物質,小分子物質可通過濾紙過濾,蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠的能力。通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來作為果膠酶活性的檢測指標。
(3)確定果膠酶的最適用量:取5支試管,編號後各加入10mL蘋果泥,依次加入水、0.5,1,2,4mL2%的果膠酶溶液,加水使每支試管反應體係的終體積皆為14mL,室溫下作用足夠長的時間,過濾15min,量取濾出的蘋果汁的體積,確定果膠酶的最適用量。
(4)確定果膠酶的作用時間:取6支試管,編號後各加入10mL蘋果泥,一支加入1mL水作為空白對照,另5支各加入1mL2%的果膠酶溶液,加酶的5支試管依次在室溫下處理1,5,10,15,20min。處理完後用沸水浴使酶失活,過濾15min,量取濾出的蘋果汁的體積,確定果膠酶的作用時間。
(5)探究不同溫度對果膠酶活性的影響:設定溫度梯度為10,20,30,40,50,60,70℃,取7支試管,編號後各加入10mL蘋果泥,另取7支試管,編號後各加入1mL2%的果膠酶溶液,先將蘋果泥和果膠酶溶液分別在10,20,30,40,50,60,70℃水浴保溫10min,然後將經相同溫度處理的蘋果泥和果膠酶溶液混勻後在相應的溫度下再保溫5min,處理完後用沸水浴使酶失活,過濾15min,量取濾出的蘋果汁的體積,確定不同溫度對果膠酶活性的影響。
若實驗室沒有恒溫水浴鍋,可在水浴的大燒杯加入不同比例的冷水和熱水,用溫度計來控製水浴溫度(不時添加適量熱水維持溫度),當室溫大於10℃時,可用冰塊或冰箱的冷藏室來控製10℃的水浴溫度。
(6)探究不同pH值對果膠酶活性的影響:設定pH值梯度為2,3,4,5,6,7,8,9,取8支試管,編號後各加入10mL蘋果泥,另取8支試管,編號後各加入1mL2%的果膠酶溶液,用0.1moL/L的HCl溶液和質量分數為1%的NaOH溶液分別將蘋果泥和果膠酶溶液pH值設置成2,3,4,5,6,7,8,9共8種pH值梯度,用pH試紙或pH計確定pH值,然後將相同pH值的蘋果泥和果膠酶溶液混合,得到8種不同pH值梯度的反應體係,用蒸餾水將8支試管中溶液的體積調成一致(本實驗反應溶液總體積為16mL),室溫下保溫5min,處理完後用沸水浴使酶失活,過濾15min,量取濾出的蘋果汁的體積,確定不同pH值對果膠酶活性的影響。
知識拓展:1)酶在食品生產方麵的應用:酶在食品工業中如何保持食品的色、香、味是非常重要的問題,因此加工過程中應避免使用劇烈的化學反應。
酶在食品工業中的應用:酶名來源主要用途α澱粉酶枯草杆菌、米曲黴、黑曲黴澱粉液化,製造糊精、葡萄糖、飴糖、果葡糖漿β澱粉酶麥芽、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌製造麥芽,啤酒釀造糖化酶根黴、黑曲黴、紅曲黴、內孢黴澱粉糖化,製造葡萄糖、果葡糖異澱粉酶氣杆菌、假單胞杆菌製造直鏈澱粉、麥芽糖蛋白酶胰髒、木瓜、枯草杆菌、黴菌啤酒澄清,水解蛋白、多肽、氨基酸右旋糖酐酶黴菌糖果生產果膠酶黴菌果汁、果酒的澄清葡萄糖異構酶放線菌、細菌製造果葡糖、果糖葡萄糖氧化酶黑曲黴、青黴蛋白加工、食品保鮮柑苷酶黑曲黴水果加工,去除橘汁苦味橙皮苷酶黑曲黴防止柑橘罐頭及橘汁出現渾濁氨基酰化酶黴菌、細菌由DL氨基酸生產L氨基酸天冬氨酸酶大腸杆菌、假單胞杆菌由反丁烯二酸製造天冬氨酸磷酸二酯酶橘青黴、米曲黴降解RNA,生產單核苷酸用作食品增味劑色氨酸合成酶細菌生產色氨酸核苷磷酸化酶酵母生產ATP纖維素酶木黴、青黴生產葡萄糖溶菌酶蛋清、微生物食品殺菌保鮮:目前,幫助和促進食物消化的酶製劑已成為食品加工市場發展的主要方向,包括促進蛋白質消化的酶(菠蘿蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等),促進纖維素消化的酶(纖維素酶、聚糖酶等),促進乳糖消化的酶(乳糖酶)和促進脂肪消化的酶(脂肪酶、酯酶)等。下麵分別從酶在澱粉類食品、蛋白類食品、果蔬食品、焙烤食品、啤酒工業、乳品工業等方麵的應用進行簡單介紹。
(1)酶在澱粉類食品生產中的應用:澱粉類食品是指含大量澱粉或以澱粉為主要原料加工而成的食品,是世界上產量最大的一類食品。澱粉可以通過水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產物。這些產物又可進一步轉化為其他產物。
在澱粉類食品的加工中,多種酶被廣泛地應用,其中主要的有α澱粉酶、β澱粉酶、糖化酶、葡萄糖異構酶和支鏈澱粉酶等。它們的作用特點各不相同,當對澱粉、糖原和多糖衍生物起作用時,α澱粉酶是從底物分子內部不規則地切開α1,4糖苷鍵,生成麥芽糖、少量葡萄糖與一係列分子量不等的低聚糖和糊精,從而使龐大的葡萄糖分子鏈迅速斷開,變小、變短;β澱粉酶是從底物的非還原性末端切開α1,4糖苷鍵,生成麥芽糖;糖化酶是從底物的非還原性末端切開α1,4糖苷鍵,生成葡萄糖;葡萄糖異構酶則可使木糖、葡萄糖異構化成木酮糖和果糖;支鏈澱粉酶是水解支鏈澱粉的α1,6糖苷鍵,使整個側枝切下而生成直鏈糊精。
澱粉糖加工的第一步是用α澱粉酶將澱粉液化,再經其他各種糖酶的作用生成各種澱粉糖漿,各種澱粉糖漿由於DE值(葡萄糖當量值)不同,糖的成分不同,其性質也各不相同,風味各異,從而適合於不同的用途。隨著人們對食品要求的提高,食品工業廣泛使用各種糖漿來改善食品的風味、組織結構和其他性質。例如,水果罐頭加入葡萄糖與果糖漿後,可保持果實原有的色香味且甜度適中;在製造糕點與膠姆糖時,加入飴糖可增加稠度,且可減輕澱粉老化,保持糕點的柔韌性;澱粉糖漿用於蜜餞製造可放在蔗糖析晶;果葡糖漿以其滲透壓高,防腐性好,在低溫下甜味突出等特點,適合於蜜餞、冷飲等製造,又因吸濕性強,故可用於製造麵包和其他糕點,保鮮期也得到延長;低DE麥芽糊精用於糖果製造可衝淡甜度,使之更接近於天然風味,用於飲料則在增稠和穩定泡沫方麵有很大益處。
葡萄糖是澱粉糖工業中產量最大的一個部門,品種多、形式也多,既有各種不同DE值的澱粉糖漿和各種不同規格和結晶的葡萄糖,又有許多以澱粉為原料的發酵工業的水解糖液。此外,果葡糖漿、山梨醇等產品的生產,也都是以葡萄糖為基礎原料的。現在國內外葡萄糖的生產絕大多數是采用澱粉酶水解的方法。酶法生產葡萄糖是以澱粉為原料,先經α澱粉酶液化成糊精,再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是用葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構化生成果糖,而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。若將異構化反應完成後的混合糖液經過脫色、精製、濃縮等過程,可得到固形物含量達71%左右的果葡糖漿,其中,含果糖42%左右,含葡萄糖52%左右,另有6%左右為低聚糖。若將異構化後的混合糖液中的果糖與葡萄糖分離,再將分離的葡萄糖進行異構化,如此反複進行,可使更多的葡萄糖轉化為果糖,由此可生產出果糖含量達70%~90%甚至更高的果葡糖漿。
高麥芽糖用途廣泛,如用作奶油、糖果、果醬、糕點、麵包、食品餡料、果子凍以及烤鴨等中的甜味劑。低聚異麥芽糖除了用於食品、醫藥、飼料等添加劑之外,低聚糖還是雙歧杆菌的增殖因子。酶法生產高麥芽糖漿的工藝流程如下:(CaCl2、Na2CO3、α澱粉酶)β澱粉酶活性炭:↓↓↓:大米→浸泡→磨漿→調漿→液化→糖化→過濾→脫色→分離→濃縮→成品:操作要點:以大米或玉米為原料,經過浸泡、磨漿,加入α澱粉酶、氯化鈣、碳酸鈉調漿、加溫液化,降溫至60℃,添加β澱粉酶,普魯蘭酶、轉苷酶等參與糖化,過濾、濃縮得到低聚異麥芽糖漿。其中除含有葡萄糖、麥芽糖之外,還有異麥芽糖、異麥芽三糖、潘糖、麥芽四糖、麥芽五糖、麥芽六糖等。
飴糖生產中所用的酶,除了從添加的大麥芽中得到以外,也可采用直接添加酶製劑的方法提供。添加的酶主要是α澱粉酶和β澱粉酶。目前高麥芽糖漿的生產是采用β澱粉酶和支鏈澱粉酶的共同作用,使澱粉更多地轉化為麥芽糖。糖化時,將液化後得到的糊精液調至pH5~6,溫度50℃左右,加入一定比例的支鏈澱粉酶和β澱粉酶,作用10h左右,得到麥芽糖含量達80%~95%的糖化液。
糊精是澱粉的低級程度水解產物,廣泛應用於食品增稠劑、填充劑和吸收劑等。糊精和麥芽糊精可用酸法和酶法生產,現在大多數均采用酶法水解的方法生產。環狀糊精是由6~12個葡萄糖單位以α1,4葡萄糖苷鍵連接而成的環狀結構的一類化合物,能吸附各種小分子物質,起到穩定、緩解、乳化、提高溶解度和分散度等作用,在食品工業中有廣泛用途。β環狀糊精的生產,一般采用嗜堿芽孢杆菌BGT。常用的生產菌株有N227,NO.382等。采用嗜堿芽孢杆菌N227菌BGT生產β環狀糊精時,可使用木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、甘薯澱粉及可溶性澱粉為原料,轉化率可達35%~40%。
(2)酶在蛋白質食品生產中的應用:蛋白質食品是指含大量蛋白質或以蛋白質為主要原料加工而成的食品。在蛋白質食品的生產過程中,主要使用的酶是各種蛋白酶。蛋白質是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子化合物,在蛋白質水解酶的作用下,可水解生成蛋白腖、多肽、氨基酸等蛋白質水解產物。這些產物在食品、醫藥等領域有廣泛的應用價值。蛋白酶是一類催化蛋白質水解的酶。來自微生物的蛋白酶主要是枯草杆菌蛋白酶、黑曲黴蛋白酶等。蛋白質在加酶水解之前必須經過一定的處理,以破壞其完整的空間結構使其變性,以利於酶的水解。一般可采用加熱處理的方法,也可采用生化分離技術將蛋白質先提取出來,再進行酶解。用蛋白酶水解法生產氨基酸時,要根據所使用的蛋白酶的動力學特性,選擇並控製好各種水解條件,使蛋白質完全水解成氨基酸。
①酶應用於肉類食品生產。酶在肉類食品生產中的重要作用是改善組織、嫩化肉類,以及轉化廢棄蛋白成為供人類食用或作為飼料的蛋白濃縮物。用酶對牛肉等肉類產品進行嫩化處理,常使用木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和米曲黴等微生物蛋白酶。蛋白酶軟化肉類的主要作用是分解肌肉結締組織的膠原蛋白,從而促進肉類嫩化。利用廢棄蛋白,如雜魚、動物血、碎肉等用酶水解,提取其中的蛋白質以供食用或做飼料,是增加人類蛋白資源的有效措施,其中以雜魚和漁場廢棄物的利用最為引人注目。蛋白酶還可用於生產牛肉汁、雞汁等以提高產品收率。此外,將酸性蛋白酶在中性pH時處理解凍魚類,可以脫除魚腥味。
②酶應用於豆醬(大醬)生產。豆醬是以大豆或脫脂大豆為原料,輔以麵粉,通常配比為2∶1或1∶0.4而製成的。豆醬味鮮、鹹甜適口,色澤紅褐或棕褐,有光澤,有醬香和醇香。傳統生產豆醬采用米曲黴菌種,具有多種酶係,如蛋白酶係有堿性、中性、酸性蛋白酶。使蛋白質降解為腖、肽等可溶性蛋白質。但從蛋白質分解到氨基酸,還必須依靠肽酶(氨基肽酶和羧基肽酶,肽酶多數存在菌絲體內,為胞內酶)把多肽分解成氨基酸。糖化酶係由α澱粉酶降解澱粉為糖,再經糖化酶把多糖分解成雙糖及單糖。植物組織崩潰酶係,如果膠酶分解植物組織纖維素和半纖維素之間的果膠,使植物組織崩潰,有利於各種酶的分解轉化。米曲黴和黑曲黴基本都具有上述各種酶係。米曲黴以蛋白酶係為主兼有糖化酶係;黑曲黴以糖化酶係為主(包括澱粉酶等),其中AS3.350黑曲黴還具有很強的酸性蛋白酶。
要使豆醬風味等符合傳統釀造工藝,必須使用複合酶製劑。經研究表明,釀製豆醬需要中性蛋白酶350U/g,酸性蛋白酶100U/g。中性蛋白酶和酸性蛋白酶主要來自米曲黴和黑曲黴。若以中性蛋白酶為代表的酶製劑4000U/g和酸性蛋白酶為代表的酶製劑3×104U/g計算,每100kg原料需用中性蛋白酶的酶製劑0.88kg,酸性蛋白酶的酶製劑0.34kg,混合的複合酶製劑為1.22kg,可生產豆醬300kg。應用酶製劑生產豆醬可省去種曲培養及製造大曲等工序,為中、小型企業的生產提供方便。酶製劑生產豆醬工藝流程如下:複合酶製劑+水+鹽:大豆片(或脫脂大豆)→潤水→蒸煮→冷卻:麵粉→拌水→蒸煮→冷卻→拌和下罐→前發酵→後發酵→成品:操作要點:大豆片或脫脂大豆的蒸煮參考醬油生產,麵粉拌水為28%~30%,常壓連續蒸熟。
複合酶製劑生產豆醬質量比較:名稱理化指標/(g·100g-1)全氮氨基酸態氮食鹽水分每100kg主料:豆醬產量/kg酶製劑豆醬1.610.7212.3556320全曲豆醬(對照)1.500.6812.0056300:③酶應用於甜麵醬的生產。甜麵醬是以麵粉為原料釀製的。其產品味甜帶鮮,色澤黃褐或紅褐,有光澤,有醬香和酯香,是烹飪、蘸食的調味品。
傳統製作法是將麵粉拌水蒸熟後,接種糖化型米曲黴製曲後加入鹽水發酵。酶製劑生產甜麵醬是將原料麵粉加水蒸煮後直接加入酶製劑及鹽水保溫發酵。需選擇糖化力強的米曲黴和耐熱性強的黑曲黴製備的複合酶製劑,其使用量為200~250U/g,如果酶製劑糖化酶活力4×104U/g,則每100kg麵粉需要酶製劑0.5~0.7kg。酶製劑生產甜麵醬的工藝流程如下:食鹽、水、複合酶製劑:↓:麵粉→潤水→蒸煮→麵糕→冷卻→拌和下罐→前發酵→後發酵→成品:操作要點:麵粉100kg拌水28%~30%,常壓連續蒸煮,得熟麵糕133kg,冷卻為50~60℃,拌入鹽水(其中食鹽16kg、水66kg),加溫至40℃,加入複合酶製劑,拌勻後入發酵罐,稍壓實,使溫度控製在45℃左右。第1天至第2天翻醬1次,以後每日翻醬1次。溫度維持在45~50℃,第5至6天磨醬1次,使麵醬顆粒均勻細膩。第7天起升溫為55~60℃,後發酵4~5d,總發酵期為10d,後期可升溫至70℃,既能提高色澤又能起到滅菌作用。按規定添加防腐劑(先溶化後加入),每100kg麵粉可產甜麵醬2000kg以上,糖分為25%~28%。
④酶應用於醬油釀造。
酶製劑釀製醬油理化檢測結果單位:g/100mL:項目相對密度全氮氨基酸:態氮可溶性無:鹽固形物糖分遊離氨pH值比色檢測結果24.41.510.75118.066.680.1434.51.5:⑤酶釀製食醋。食醋生產在我國產量很大,僅次於醬油的產量。傳統工藝使用大曲、小曲作糖化劑,消耗輔料多,且用曲量大,產率低,發酵周期長,設備簡陋,衛生條件差,澱粉利用率低。近年來,有關資料報道,使用酶製劑和發酵劑進行食醋釀造,其工藝特點是液化酶、糖化酶、酸性蛋白酶代替了製曲;活性酵母菌、活性醋酸菌代替酒藥、麥曲、醋醅等;簡化了工藝,提高了原料利用率。工藝流程如下:水CaCl2,Na2CO3(糖化酶活性醋酸菌→醋酸菌種子罐→二級醋酸種子罐):↓↓↓:碎米→磨漿→調漿→液化→冷卻→糖化→酒精發酵→醋酸發酵→醋醪→後熟→壓濾→滅菌:→配兌→成品:↑↑↑:α澱粉酶(糖化酶、酸性蛋白酶、活性酵母)(糖化酶、酸性蛋白酶):工藝特點有液化、糖化、酒化、醋化等全液態分段酶解發酵法;糖化酶分段多邊糖化;代替後工段添加麩曲,提高澱粉原料利用率;酸性蛋白酶參與多邊發酵;邊酒化、邊醋化分解蛋白質,提高食醋氨基酸態氮及不揮發酸含量;同時分解了食醋中不溶性蛋白質的沉澱,提高了產品的澄清度;發酵周期為6~7d,整個工藝機械化程度較高,環境衛生好。
⑥酶在豆腐乳發酵中的應用。酶製劑在豆腐乳發酵中的應用可省去毛黴菌從試管到克氏瓶培養及腐乳坯接種培養等工序。而且不受夏季高溫影響,同時也省去了醃坯工序。可用一步法直接將豆腐坯裝入瓶中(或壇),並灌入黃酒、食鹽、酶製劑等在瓶中完成發酵。若生產紅方加入紅曲鹵,其操作要點為:豆腐坯400g裝瓶,食鹽15%(60g),黃酒30%(120mL),蔗糖2%~5%(8~20g),味精1%~1.5%(4~6g),紅曲粉1%~1.5%(4~6g),豆醬用複合酶製劑1%~1.5%(4~6g),灌入瓶內,如喜歡辣味,則添加適量辣椒、生薑等封口。如生產糟方不用紅曲粉,可添加酒釀(醪糟)、花椒等,其他工序同上。常溫發酵一般為15~30d,視氣溫高低及含鹽量而決定發酵周期。含鹽及含酒量低的豆腐乳成熟快,但不宜長久儲存。
酶法生產豆腐乳的特點為:因為沒有培養毛黴,所以豆腐乳表麵沒有皮膜;口感酥糯、細膩、滑嫩、味鮮鹹甜適口,風味獨特。
(3)酶在果蔬食品生產中的應用:果蔬類食品是指以各種水果或蔬菜為主要原料加工而成的食品。在果蔬類食品的生產過程中,為了提高產量和產品質量,常常加入各種酶。常用的有果膠酶、柚皮苷酶、橙皮苷酶、花青素酶等,主要用於果汁、果酒、果凍、果蔬罐頭等的生產。
①酶在果汁加工中的應用。在果汁加工中,酶處理常用來澄清果汁、提高果汁的出汁率、脫除苦味物質、降低非酶褐變、測定有機酸以及增香作用等。
a.澄清果汁。在果蔬類食品的生產過程中,為了提高產量和產品質量,常常使用各種酶。例如,常用果膠酶處理果汁、果酒、果腖、果蔬罐頭等。在果汁生產過程中,應用果膠酶處理,有利於壓榨、提高出汁率。在沉澱、過濾、離心分離過程中,能促進凝聚沉澱物的分離,使果汁澄清。經酶處理的果汁比較穩定,可防止混濁。果膠酶已廣泛用於蘋果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生產。用於果汁處理的果膠酶一般均是混合果膠酶,其中含有果膠酯酶(PE)、內切聚半乳糖醛酸酶(endoPG)、外切聚半乳糖醛酸酶(exoPG)、內切聚半乳糖醛酸裂解酶(endoPGL)、外切聚半乳糖醛酸裂解酶(exoPGL)、內切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(endoPMGL)、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(exoPMGL)。在應用果膠酶處理蘋果汁時,要特別注意pH值、溫度、作用時間以及酶量等對果汁澄清速度的影響。
b.增加水果的出汁率。果膠在植物中作為一種細胞間隙填充物質而存在,它是由半乳糖醛酸α1,4糖苷鍵連接而成的聚合物,其羧基大部分與甲醇發生甲酯化而形成果膠酸。果膠在酸性和高濃度糖存在下可形成凝膠的性質是製造果凍、果醬等食品的基礎。但是在果汁加工中,卻導致壓榨與澄清發生困難。酶法液化是通過特殊的酶處理工藝破壞果蔬原料的細胞結構,提高果蔬原料浸出率,從而最大限度地獲得果蔬汁的新型果蔬汁加工工藝。據資料報道,酶法液化可使蘋果和梨的浸出率達到90%~95%。液化用酶中的果膠酶能有效水解果汁中懸浮的果膠質,在提高得率的同時可澄清果蔬汁。
漿果類一般果膠較多,果實破碎後所得的果漿黏稠,自流汁少,榨汁困難。通過漿汁酶化法可獲得更多的透明度高、色澤鮮豔的果汁。試驗表明,酶法處理後漿果出汁率高,出渣少,可提高果汁的可溶性固形物含量,且工藝設備簡單,製汁效果優於其他製汁方法。例如,杭青梨果實的果膠含量較高,破碎的果漿出汁率低,隻有76.1%,且汁液混濁,給澄清梨果汁加工的後續工序——果汁的過濾和超濾澄清帶來困難。利用果膠酶酶法液化技術處理梨果漿,有利於提高出汁率。其主要機理是果膠物質在果膠酶的作用下水解,使果肉組織分解,改善果漿的壓榨性能,降低其黏度,從而提高了出汁率。林河通等研究表明酶處理後杭青梨出汁率可提高12.1%。
c.酶法脫苦。柑橘果實製品,如柑橘罐頭、橘子汁、橘子漿等具有苦味。針對脫除柑橘類苦味物質的問題,許多學者都做了廣泛的研究,並提出了許多脫去苦味物質的方法,其中酶法脫苦具有操作簡單、脫苦條件溫和、脫苦效率高、便於應用等優點,受廣大柑橘類果汁生產廠家的青睞。柑橘類苦味物質主要分為兩大類:一類是黃烷酮糖苷類化合物,主要代表物為柚皮苷、新橙皮苷等;另一類是三萜係化合物,主要代表物為檸檬苦素和諾米林等。由於柑橘類果汁特別是柚汁中,苦味的主要來源是柚皮苷,去除柚皮苷就會使果汁苦味減輕。酶法脫苦所用到的酶主要是柚皮苷酶,它由αL鼠李糖苷酶和βD葡萄糖苷酶組成。αL鼠李糖苷酶可將柑橘類果汁中黃烷酮糖苷類化合物的柚皮苷水解成櫻桃苷和鼠李糖,櫻桃苷的苦味約為柚皮苷的1/3,因此苦味有所減輕;櫻桃苷可在βD葡萄糖苷酶的繼續作用下生成無苦味的柚皮素和葡萄糖。王鴻飛等研究表明,柚皮苷酶用量為0.5g/L、果汁溫度為60℃、果汁pH為4、作用時間為90min時,用柚皮苷酶對柑橘類果汁進行脫苦具有良好的效果,且脫苦率達到9055%。柚皮苷酶可由黑曲黴、米曲黴、青黴等微生物生產,鼠李糖和各種鼠李糖苷對該酶的生物合成有誘導作用。