梅果是我國傳統的藥食兩用果品,具有生津、整腸、強肝和消除疲勞等保健功能。梅果中含有味苦且有一定毒性的苦杏仁苷,七成熟的果肉中苦杏仁苷含量達784mg/L,九成熟的為260~270mg/L,仍有難以接受的苦味。林炳芳等試驗由β葡萄糖苷酶等共同作用於青梅原汁,得出青梅原汁酶法脫苦工藝條件的優化組合為:溫度為45~50℃,pH4.6,酶液稀釋度(粗酶液∶青梅原汁)1∶25,反應時間1h。
d.降低非酶褐變。一些果汁加工過程中會發生非酶褐變反應。非酶褐變不僅會使果汁的香味和顏色發生不良變化,還能改變果汁的成分,降低果汁的營養價值,從而影響果汁的儲藏壽命,因此,研究非酶褐變在果汁加工中具有十分重要的意義。抑製非酶褐變反應多采用隔絕氧氣、降低加工溫度和利用亞硫酸鈉、抗壞血酸等抑製劑等方法。蔡誌寧等通過對用果膠酶處理與未用果膠酶來榨取葡萄汁兩者的非酶褐變反應物含量與褐變度出汁率進行比較,結果表明,果膠酶處理較大地提高了葡萄汁的出汁率,降低了褐變度。從非酶褐變的主要反應物總糖、氨基酸、VC和酚類物質的含量來看,果膠酶處理提高了這些非酶褐變反應物的含量,說明經果膠酶處理後,果汁非酶褐變反應物參與非酶褐變反應較少,因而果汁褐變程度較低。
e.測定果汁中的有機酸。水果及其加工品含有豐富的有機酸,它是影響其風味的重要成分,能促進食欲,幫助消化,益於健康。各種水果的有機酸種類及含量是不同的,有機酸的分析不但對水果及其加工品的品評有一定的意義,且由於具有旋光性的有機酸隻存在於天然水果及食物中,所以測定具有旋光活性的有機酸含量可以鑒別果汁飲料摻假與否。
測定有機酸的方法有很多,但一般是測定消旋有機酸,不能用於具旋光活性有機酸的分析。酶法分析具有專一、快速、靈敏的特性,是分析其旋光活性物質的重要手段。Henniger等用酶法測定葡萄酒中的L檸檬酸,BergnerLang等用酶法測定了橙汁中的D異檸檬酸。韓雅珊等用異檸檬酸脫氫酶測定了我國柑橘類水果及其果汁中的D異檸檬酸。
f.增香作用。水果、茶葉等食品中不僅存在遊離態易揮發的多種風味物質,而且還存在著相當部分的風味前體物質——一些次級代謝產物,如糖苷類物質,這些物質本身並無香味且不揮發,若經酸或酶水解,可產生有天然香氣的風味物質。且絕大部分天然糖苷能被β葡萄糖苷酶水解,故β葡萄糖苷酶適於作為水果和茶葉等食品的風味酶。經菌株篩選等技術,獲得生產β葡萄糖苷酶酶活較高的黑曲黴突變株,發酵後提取酶液應用於果酒、茶葉、果汁等食品的增香,顯示出較好增香效果。李平等試驗表明:用2U/mL的β葡萄糖苷酶處理檸檬汁樣品其增香效果最明顯;而對於蘋果汁、茶汁、幹紅葡萄酒、用1U/mL的β葡萄糖苷酶處理樣品效果最佳。這可能與樣品中含風味前體物——糖苷類物質的多少有關,若樣液中糖苷類物質含量較高,濃度較大,處理酶用量也較大,增香效果則更顯著。感官評定結果認為,經β葡萄糖苷酶處理過的樣品,除具有樣品本身固有的特征香氣外,在香氣組成上更顯飽滿、柔和、圓潤,增強了感官效應。
②酶在果酒生產中的應用。果酒是以各種水果為原料,通過微生物發酵而成的含酒精飲料。常見的果酒有葡萄酒、蘋果酒、桃酒、荔枝酒和梨酒等。
在果酒生產的過程中,已廣泛應用到酶製劑,主要有果膠酶和蛋白酶。果膠酶用於果酒生產,不僅可以提高果汁和果酒的產率,有利於過濾和澄清,而且可以提高產品質量。如使用果膠酶後,葡萄中單寧的抽出率降低,使釀製的白葡萄酒風味更佳。在紅葡萄酒釀製過程中使用果膠酶,可提高色素的抽提率,還有助於酒的老熟,增加酒香。在果酒澄清時,通常在果實破碎後加入酶量為果實的0.025%~0.1%果膠酶,處理溫度為30~50℃,酶解時間為60~90min,若在低溫下(≤20℃)處理,酶解時間需大大增加,常為1~2d。
用於果酒生產的果膠酶大多數是複合酶製劑。除了含有各種果膠酶外,還含有少量的纖維素酶和半纖維素酶。在果釀造過程中,還使用蛋白酶,以使酒中存在的蛋白質水解,防止出現蛋白質渾濁,使酒體清澈透明。
由江南大學新開發出的由單一微生物(黑曲黴)培養得到的粥化酶,含有果膠酶、半纖維素酶、纖維素酶及蛋白酶、澱粉酶等,各酶的組成比例可根據使用要求的不同,通過菌種或營養、培養條件的改變而變化。已經用在許多果蔬飲料加工業中,均收到了很好的使用效果,完全可以取代現有由多種單一酶疊加而成的昂貴複合酶,其市場潛力十分可觀。
③酶在低糖果凍生產中的應用。果汁經濃縮成為高濃度果汁後,在高濃度的糖存在的條件下,可以凝結形成果凍。但糖含量太多不僅影響風味,而且不符合當今人們對健康食品的要求。
若要生產低糖果凍,則必須采用酶法處理技術。一般用純化的果膠酯酶處理果汁,使果膠的甲基化程度降低。甲基化程度低的果膠在鈣離子的作用下,即使糖度低,也可形成穩定的果凍。低糖果凍風味好,很受歡迎。在實際生產中,所使用的果膠酯酶(PE)一定不能含有聚半乳糖醛酸酶(PE)、聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL)和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)。否則會導致果膠分解。
④柑橘罐頭防止產生白色渾濁。柑橘中含有橙皮苷,會使汁液出現白色渾濁,嚴重的會形成白色顆粒,從而影響產品質量。橙皮苷又稱為橙皮素7芸香糖苷,其溶解度小,易生成白色渾濁。
橙皮苷可在橙皮苷酶的作用下,水解生成溶於水的鼠李糖和橙皮素7葡萄糖苷,從而防止柑橘罐頭製品出現白色渾濁。在實踐生產中,將去皮柑橘置於一定濃度的酶液中,於60℃浸漬30~40min,即可起到防止白色渾濁產生的效果。
⑤果蔬製品的脫水。許多水果和蔬菜,如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素。花青素是一類水溶性植物色素。其顏色隨pH值的不同而改變,在光照和稍高的溫度下,很快變為褐色,與金屬離子反應則呈灰紫色。因此,含花青素的果蔬製品,如葡萄汁、草莓醬、桃子罐頭、芹菜汁等,必須用花青素酶處理,使花青素水解成為無色的葡萄糖和配基,以防止變色,從而保證產品質量。
花青素酶是催化花青素水解生成β葡萄糖和它的酶基(β葡萄糖苷酶)的一種酶。花青素酶作用的最適PH為4.0,最適作用溫度為40℃,在65℃下穩定性好。在實踐生產中,隻需將果蔬製品加入一定濃度的花青素酶,在40℃保溫20~30min,即可達到脫色效果。
(4)酶在焙烤食品中的應用:真菌α澱粉酶可水解支鏈澱粉中的α1,4糖苷鍵和α1,6糖苷鍵,延長麵包變硬期限,並能使麵包細膩、彈性好。配合糖使用還可提高麵包的柔軟性,再與乳化劑三者合用效果更佳。
在製造麵包等糕點時,麵團中的酵母依靠麵粉本身的澱粉酶與蛋白酶的作用所生成的麥芽糖和氨基酸來進行繁殖和發酵。當使用酶活力不足或用陳舊麵粉來製造麵包時,由於發酵力差,烤製的麵包體積小,色澤差,即使向麵包中補加葡萄糖或蔗糖,效果也不理想。如果使用酶活力高的麵粉來發酵製造麵包,則氣孔細而分布均勻,體積大、彈性好、色澤佳。為了保證麵團的質量,常需添加酶進行強化,一般麵粉中添加α澱粉酶可調節麥芽糖的生成量,使二氧化碳產生並和麵團氣體保持力相平衡。添加蛋白酶可促進麵筋軟化,增加延伸性,減少揉麵時間和阻力,改善發酵效果。添加脂肪酶,可使麵包中的不飽和脂肪同胡蘿卜素等發生共軛氧化作用而使麵包漂白,同時可增進麵包的香味,這是因為脂肪酶可使乳脂中微量的醇酸或酮酸的甘油酯分解,從而生成δ內脂或甲酮等香味物質。乳糖酶也用於脫脂奶粉的麵包製造,乳糖酶分解乳糖生成發酵性糖,可促進酵母發酵,改善麵包色澤。
用蛋白酶強化的麵粉來製造通心麵條,延伸性好,風味佳。用β澱粉酶強化的麵粉可防止糕點老化。糕點餡心常以澱粉為填料,添加β澱粉酶可以改善餡心風味。糕點製作使用轉化酶可使蔗糖水解為轉化糖,從而防止糖漿析晶。
(5)酶在啤酒工業中的應用:啤酒是廣大民眾所喜歡的一種酒類,在啤酒的釀造過程中,運用到酶的兩個階段是製漿和調理。在製漿過程中溫度逐漸升高,有利於使蛋白酶、α澱粉酶和β葡萄糖酶發揮作用,使麥芽中的多糖及蛋白質類降解為酵母可利用的合適營養物質。在啤酒加酒花前,應該煮沸麥芽汁使上述酶失活。在發酵完畢後,啤酒需要加一些酶處理,以使其口味和外觀更容易被消費者所接受。木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶或黴菌酸性蛋白酶都可以降解使啤酒渾濁的蛋白組分,應用糖化酶能夠降解啤酒中的殘留糊精,這在一方麵保證了啤酒中最高的乙醇含量,防止啤酒的冷渾濁,延長了啤酒的儲存期;另一方麵則不必添加濃糖液來增加啤酒的糖度。
(6)酶在乳品工業中的應用:在乳品工業生產過程中常用的酶主要有凝乳酶(製造幹酪)、乳糖酶(分解乳糖)、脂肪酶(黃油增香)等。
凝乳酶在乳品工業中的應用最為常見。全世界每年生產幹酪所用的牛奶達一億多噸,占牛奶總產量的1/4。幹酪生產的第一步是將牛奶用乳酸菌發酵製成酸奶,再加凝乳酶水解к酪蛋白,在酸性環境下,Ca2+使酪蛋白凝固,再經切塊、加熱、壓榨、熟化而成。以前所用的凝乳酶均來自小牛,現在絕大部分的動物酶已由微生物酶所代替。凝乳酶的本質是酸性蛋白酶,隻是凝乳作用強而分解蛋白作用弱,在一定程度上使酪蛋白分解形成苦味,現在用基因工程的方法將牛凝乳酶原生成基因植入大腸杆菌,已經表達成功,可生成凝乳酶。
乳糖酶可分解乳糖生成半乳糖和葡萄糖,乳糖是甜味低且溶解度低的雙糖,牛奶中含有4.5%的乳糖,有些人由於體內缺乏乳糖酶,在飲用牛奶後常發生腹瀉、腹脹等現象;由於乳糖難溶於水,常在煉乳、冰淇淋中呈現沙樣結晶而析出,影響風味。如將牛奶用乳糖酶處理,即可解決上述問題。國外已經用固定化黑曲黴乳糖酶處理牛奶生產脫乳糖牛奶。另外,可利用乳糖酶處理乳清,從中回收有用的糖類。
脂肪酶在乳製品的增香過程中發揮著重要的作用。乳製品的特有香味主要是由於加工過程中所產生的揮發性物質(如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺類)帶來的,乳品加工時添加適量脂肪酶可增強幹酪和黃油的香味,將增香黃油用於奶糖、糕點等可節約用量。
2)酶在食品保藏方麵的應用:隨著人們對食品要求的不斷提高和科學技術的不斷進步,酶法保鮮技術正在崛起。酶法保鮮技術是利用生物酶的高效催化作用,防止或消除外界因素對食品的不良影響,從而保持食品原有的優良品質和特性的技術。酶法保鮮與其他方法相比還具有以下優點:①酶本身無毒無味無臭。在加工過程中,不會影響食品的色香味,也不會帶來環境汙染,可采用加熱或其他方法終止反應,十分方便。
②酶作為催化劑,具有高度的底物專一性,隻要選擇適當的酶,就可以有選擇地從食品中除去某種組分,或轉變成有用的產物。
③酶催化反應條件多在常溫常壓和非極端的pH下進行,能夠較好地保持產品的風味和營養價值。所以,酶可廣泛地應用於各種食品的保鮮,有效地防止外界因素,特別是氧化和微生物對食品所造成的不良影響。目前在食品保藏方麵應用比較多的酶是溶菌酶和葡萄糖氧化酶。
(1)溶菌酶:溶菌酶又稱胞壁質酶或N乙酰胞壁質聚糖水解酶,是一種催化細菌細胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它專一地作用於肽多糖分子中N乙酰胞壁酸與N乙酰氨基葡萄糖之間的β1,4糖苷鍵,從而破壞細菌的細胞壁,使細菌溶解死亡。溶菌酶的分子量為14000左右,等電點10.5~11.0,化學性質十分穩定,在pH1.2~11.3範圍內劇烈變化時,其結構幾乎不變,預熱也很穩定,pH4~7時,100℃處理1min仍保持原酶活性,非常適合於各種食品的防腐。它對革蘭氏陽性菌、好氣性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌等都有抗菌作用。且對沒有細胞壁的人體細胞不會產生不利影響。它能殺死腸道腐敗球菌,增強抗感染力,同時還能促進嬰兒腸道雙歧杆菌增殖,促進乳酪蛋白凝乳利用消化,所以是嬰兒食品、飲料的良好添加劑。溶菌酶對人體安全無毒、無副作用,具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤的功效,是一種安全的天然防腐劑。用溶菌酶處理食品,可有效地防止和消除細菌對食品的汙染,起防腐保鮮作用。溶菌酶現已廣泛用於幹酪、水產品、釀造酒、乳製品、肉製品、新鮮果蔬、豆腐、糕點、麵條及飲料等食品的防腐保鮮。
①溶菌酶對乳製品的保鮮與強化。目前,我國液態乳製品發展很快,溶菌酶應用於乳製品中可起防腐的效果,尤其適用於巴氏殺菌奶,可有效地延長產品的保質期。由於溶菌酶具有一定的耐高溫性能,所以可用於超高溫瞬時殺菌奶。添加量為300~600mg/L,其添加方法為包裝前添加,超高溫瞬時殺菌奶也可在殺菌前添加。
在幹酪生產中,添加一定量的溶菌酶,可防止微生物汙染而引起的酪酸發酵,以保證幹酪的質量。新鮮的牛乳中含有少量的溶菌酶,每100mL約含13mg,而人乳中含有40mg/mL溶菌酶。若在鮮乳或奶粉中加入一定量的溶菌酶,不但起到防腐保鮮劑的作用,而且可達到強化嬰兒乳品的目的,有利於嬰兒的健康。
②溶菌酶對低溫肉製品的保鮮。湖南農業大學利用溶菌酶研製出了HNsafety010低溫肉製品保鮮劑,專門適用於低溫肉製品的保鮮。此保鮮劑可耐受95℃以下的溫度,而保持性質穩定,因此,將其添加到原料肉中進行低溫加熱(80℃左右),可保持活力不變。該保鮮劑可延長低溫肉製品保鮮期1倍以上的時間。使用量為肉重的0.01%~0.05%。使用方法為在對肉塊進行滾揉或斬拌時加入。使用該保鮮劑時應注意低溫肉製品的加熱溫度不能超過95℃,否則會影響其活性。
③溶菌酶對低濃度釀造酒的保鮮。釀造酒的酒精含量低,有些微生物可以在其中生長從而引起變質。例如,清酒的酒精含量為15%~17%,大部分微生物不能在其中生長,而有一種稱為火落菌的乳酸菌,則可在清酒中生長,並生成乳酸和一種不愉快的味道。若在清酒中加入15mg/kg的溶菌酶,即可起到良好的防腐效果。
④溶菌酶對水產品的保鮮。一些新鮮水產品(如蝦、魚等)在甘氨酸(0.1mol/L)、溶菌酶(0.05%)和食鹽(3%)的混合液中浸泡5min後,瀝去水分,保存在5℃的冷庫中,9d後無異味,並且色澤無變化。
⑤溶菌酶對其他食品的保鮮。在香腸、奶油、生麵條、飲料等食品中,加入溶菌酶均可起到良好的保鮮作用。在使用溶菌酶作為食品保鮮劑時,必須注意到酶的專一性。因為溶菌酶抗菌譜較窄,對於酵母菌、黴菌和革蘭氏陰性菌等引起的腐敗變質,溶菌酶不能起到防腐作用。但如果將溶菌酶與植酸、聚合磷酸鹽、甘氨酸配合使用,因發生協同作用,對革蘭氏陰性菌的抗菌能力則會顯著加強,可大大提高防腐效果。
(2)葡萄糖氧化酶:葡萄糖氧化酶是一種氧化還原酶,它可催化葡萄糖和氧反應,生成葡萄糖酸和雙氧水。將葡萄糖氧化酶與食品一起置於密封容器中,在有葡萄糖存在的條件下,該酶可有效地降低或消除密封容器中的氧氣,從而有效地防止食品成分的氧化作用,起到食品保鮮作用。因此,葡萄糖氧化酶可作為脫氧劑廣泛應用於食品保鮮。
①脫糖保鮮。葡萄糖氧化酶目前應用最多的是生產脫水製品(如蛋白粉、蛋白片),因為葡萄糖氧化酶可以去除食品中殘留的葡萄糖。例如蛋的蛋白中含有0.5%~0.6%的葡萄糖,葡萄糖的羰基與蛋白質的氨基發生Maillard反應,而使產品發生褐變,出現小黑點或使全蛋粉的溶解度下降等。因此,在蛋液中加入適量的葡萄糖氧化酶(100~200mg/kg)並不斷地供給適量的氧氣,在合適的條件下(30~32℃)處理一段時間,可以使葡萄糖完全氧化,從而很好地保持蛋類製品的色澤和溶解度,提高產品的質量。葡萄糖氧化酶也可應用於脫水蔬菜、肉類及蝦類食品的保鮮中,防止因葡萄糖引起的褐變反應。
②防止食品氧化。氧化是造成食品色、香、味變壞的重要因素,含量很低的氧就足以使食品氧化變質,將葡萄糖氧化酶和其作用底物葡萄糖混合在一起,包裝於不透水而可透氣的薄膜袋中,密封後置於裝有需保鮮食品的密閉容器中,當密閉容器中的氧氣透過薄膜進入袋中,就在葡萄糖氧化酶的作用下與葡萄糖發生反應,從而達到除氧保鮮的目的。葡萄糖氧化酶可直接加入罐裝果汁、酒、水果罐頭及色拉調料中,起防止食品氧化變質的作用。如在啤酒加工中加入適量的葡萄糖氧化酶,可除去啤酒中的溶解氧和瓶頸氧,防止啤酒的氧化變質,葡萄糖氧化酶又具有專一性,不會對啤酒中的其他物質產生作用。因此,葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化、保持啤酒風味、延長啤酒保持期方麵有顯著的效果。
葡萄糖氧化酶可防止白葡萄酒在多酚氧化酶的作用下變色、果汁中的維生素C因氧化而破壞、多脂食品中的酯類因氧化而酸敗等。葡萄糖氧化酶還可有效地防止罐裝容器內壁的氧化腐蝕。另外在氧的存在下容易發生氧化作用的花生、奶粉、麵製品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品,以及易發生褐變的馬鈴薯、蘋果、梨、果醬類食品中,利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑,可以有效地防止氧化的發生。瓶裝橘汁儲藏時因氧化而使色、香、味變劣,采用葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶去氧即可保持果汁原有的色、香、味。水果冷凍保藏時,由於果實自身的酶作用而發酵變質,也可用葡萄糖氧化酶保鮮。
此外,木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、黴菌酸性蛋白酶等都可降解啤酒渾濁的蛋白質組分,防止啤酒的渾濁,延長啤酒的儲存期。
3)酶在食品添加劑生產方麵的應用:食品添加劑是指為改善食品品質和色、香、味,以及為防腐和加工工藝需要而加入食品中的化學合成或天然物質。按照添加劑的功能不同,食品添加劑可分為甜味劑、增味劑、酸味劑、香味劑、乳化劑和強化劑等。隨著酶工程的發展,作為高效、安全的生物催化劑,酶在食品添加劑生產中已經得到了較為廣泛地應用。
(1)酶在甜味劑生產中的應用:食品甜味劑能夠改進食品的可口性和其他食用性質,滿足部分人群的愛好,在食品中廣泛應用。通過酶的催化作用可以生成各種甜味劑。
①嗜熱菌蛋白酶催化天冬氨酸和苯丙氨酸反應生成天苯肽。天苯肽是由L天冬氨酸和L苯丙氨酸甲脂縮合而成的二肽甲脂,是一種常見的甜味劑。其性質接近蔗糖,甜味純正,甜度為蔗糖的150~200倍,可以與蔗糖等一起使用。其甜度高熱量低,在甜度相同的情況下,天苯肽的熱量僅為蔗糖的1/200,所以在食品飲料等方麵廣泛應用。天苯肽在pH2~5的酸性範圍內非常穩定,特別適合在微酸性或偏酸性的食品中使用。
天苯肽可通過嗜熱菌蛋白酶在有機介質中催化合成。嗜熱菌蛋白酶是從嗜熱細菌中分離得到的一種蛋白酶。它可以在有機介質中催化L天冬氨酸與L苯丙氨酸甲脂反應以縮合生成天苯肽。在反應過程中,苯丙氨酸的羥基必須酯化,而天冬氨酸的氨基也必須苯酯化加以保護,以免生成其他副產物,如AspAsp、PhePhe、PheAsp等二肽或多肽。在生產中通常采用化學合成法得到的消旋化DL苯丙氨酸甲脂為底物,反應後剩下未反應的D苯丙氨酸甲脂可以分離出來,經過外消旋化後重新使用。
②海藻糖合成酶生產海藻糖。海藻糖是一種新型的多功能食品添加劑。張海平和楊靜從中國土樣中篩選分離得到能產生澱粉轉化為海藻糖的酶菌株,並利用該菌株生產的酶進行澱粉合成海藻糖。產物海藻糖在反應混合物中的含量可達48%。薛璐和馬鶯研究了在不易破壁的情況下取得胞內海藻糖合成酶,他們采用了滲透處理細胞技術生產透性化細胞酶,並獲得了較高的酶活力。海藻糖還可由海藻糖合成酶將麥芽糖直接轉化為海藻糖,在海藻糖的工業生產中有著良好的應用前景。
③果聚糖蔗糖酶生產低聚果糖。低聚果糖是指在蔗糖的果糖基上結合1~3個果糖分子而成的非還原性糖。低聚果糖存在於洋蔥、香蕉等果蔬之中,但含量很低。其甜度約為蔗糖甜度的60%。低聚果糖的生產可采用蔗糖為原料,通過果聚糖蔗糖酶的催化作用生成。果聚糖蔗糖酶可通過黑曲黴發酵得到。在低聚果糖的生產過程中,可以在55%~60%的蔗糖溶液中,加入含有果聚糖蔗糖酶的黑曲黴菌體,在60℃條件下,反應24h而得到低聚果糖。也可采用固定化含酶菌體進行連續化生產。
④β葡萄糖醛酸苷酶生產單葡萄糖醛酸基甘草皂苷。β葡萄糖醛酸苷酶是一種催化葡萄糖醛酸苷水解,釋放出β葡萄糖醛酸的水解酶。甘草皂苷是一種三萜皂苷,由甘草皂苷元與兩分子βD葡萄糖醛酸組成,βD葡萄糖醛酸之間通過β1,4葡萄糖醛酸苷鍵相連。甘草皂苷是甘草的主要有效成分,具有補脾益氣、解毒保肝、潤肺止咳、免疫調節和抗病毒等功效。甘草皂苷及其鈉鹽是一種低熱值的甜味劑,其甜度為蔗糖甜度的170~200倍。甘草皂苷還可用作乳製品、蛋製品、可可製品以及羊肉除膻增香等的香味增強劑。
通過β葡萄糖醛酸苷酶的作用,去除甘草皂苷末端的一個βD葡萄糖醛酸殘基,得到單葡糖醛酸基的甘草皂苷,其甜度約為蔗糖甜度的1000倍,比甘草皂苷的甜度提高了5~6倍。是一種高甜度、低熱量的新型的甜味劑。
⑤酶用於其他甜味劑。葡萄糖基轉移酶生產帕拉金糖。帕拉金糖是一種低熱值甜味劑,是蔗糖的一種異構體,甜味與蔗糖近似,但甜度較低。帕拉金糖可以通過葡萄糖基轉移酶的催化作用,由蔗糖轉化而成。
低聚木糖是一種具有多種保健功能的食品添加劑,主要以富含半纖維素的原料經一定的加工方式製得。石波和李裏特研究了以玉米芯為原料,采用質量分數為2%的NaOH溶液進行預處理,通過sp1E86菌株生產的木聚糖酶酶解製備低聚木糖。他們考察了不同酶解反應時間條件下低聚木糖產物平均聚合度的變化情況,並用TLC法測定出研究所得的產物是以木糖、木二糖為主的低聚木糖產品。林勤保研究了低熱量葡聚糖的製備工藝,發現用α澱粉酶和真菌澱粉酶水解得到的產品色澤好,並且易於噴霧幹燥,是很好的一種水解處理得到低熱量葡聚糖的方式。
甜菊苷是一種非營養型功能性甜味劑。甜菊苷具有輕微的苦澀味,通過酶法改質後可除去該苦澀味從而改善風味。酶處理方法是在甜菊苷溶液中加入葡萄糖基化合物,采用葡萄糖基轉移酶處理,生成葡萄基甜菊苷。
(2)酶在增味劑生產中的應用:食品增味劑又稱食品風味增強劑,是指補充或增強食品原有風味的一類物質,通常又稱為鮮味劑。鮮味是由鮮味物質刺激人們的味覺器官而產生的一種鮮美感覺。已知的鮮味物質有40多種。如味精、肌苷酸鈉等。鮮味劑除了本身具有鮮味以外,還可以補充或者增強食品原有的風味。酶在食品增味劑生產中主要用於氨基酸和呈味核苷酸的生產。
①L氨基酸的酶法生產。L氨基酸是組成蛋白質的主要成分,有些氨基酸,如L穀氨酸、L天冬氨酸等具有鮮味,稱為氨基酸類增味劑。氨基酸類增味劑是當今世界上生產量最大、應用最廣的一類食品增味劑。目前中國許可使用的氨基酸增味劑隻有L穀氨酸鈉一種。國際上一些國家許可使用的氨基酸類增味劑還有L穀氨酸、L穀氨酸銨、L穀氨酸鉀、L穀氨酸鈣、L天冬氨酸鈉等。
通過酶的催化作用生產的L氨基酸類增味劑主要有:蛋白酶催化蛋白質水解生成L氨基酸混合液,再從中分離得到鮮味氨基酸;穀氨酸脫酶催化α酮戊二酸加氨還原,生成L穀氨酸;轉氨酶催化酮酸與氨基酸進行轉氨反應,生成所需的L氨基酸;穀氨酸合成酶催化α酮戊二酸與穀氨酰胺反應,生成L穀氨酸;天冬氨酸酶催化延胡索酸(反丁烯二酸)氨基化,生成L天冬氨酸等。
李祥、羅倉學以啤酒廢酵母為原料,添加蛋白酶和葡聚糖酶,經過脫苦、自溶等工序而製成的酵母抽提物,富含多種氨基酸,具有強烈的增鮮效應及醇厚濃鬱的肉香味,其風味、質量達到國外同類產品的先進水平。劉雄、闞健全用酶法提取的米糠蛋白的溶解性、起泡性、乳化特性和營養性等蛋白功能特性上均表現出良好性能,不僅可以作為食品中的營養強化劑,還可作為食品中的風味增強劑。
②呈味核苷酸的酶法生產。呈味核苷酸都是5′嘌呤核苷酸,主要有鳥苷酸和肌苷酸等。通過酶的催化作用生產的核苷酸類增味劑主要有5′磷酸二酯酶催化RNA水解,生成呈味核苷酸(4種5′單核苷酸,即腺苷酸、鳥苷酸、尿苷酸和胞苷酸的混合物);腺苷酸脫氨酶催化AMP脫氨,生成肌苷酸等。
GMP和IMP是高效食品增味劑,一般以鳥苷酸二鈉和肌苷酸二鈉的形式使用。由於呈味核苷酸與穀氨酸鈉的呈味效果有疊加效應,即兩者混合使用時鮮味會大大增強。所以核苷酸類增味劑在使用時通常與穀氨酸鈉混合使用,即在味精中加入5%~10%的呈味核苷酸,可大大增加鮮味。
(3)酶在酸味劑生產中的應用:以賦予食品酸味為主要目的的食品添加劑稱為酸味劑。在食品中添加一定量的酸味劑,可以給人一種爽快的刺激,起到增加食欲的效果,有利於鈣的吸收,有一定的防止微生物汙染的作用。目前廣泛采用酶法生產的酸味劑主要有乳酸和蘋果酸。
①采用乳酸脫氫酶,催化丙酮酸還原為乳酸。乳酸又稱為α羥基丙酸,是一種無色或淺黃色漿狀液體,無臭,略有脂肪酸味,可以與水、乙醇、乙醚、丙酮等混溶。乳酸分子中含有一個不對稱碳原子,故具有旋光性。天然存在於肌肉中的乳酸是右旋體,而在酸奶中存在的乳酸為外消旋體。乳酸具有兩種不同的構型,D型乳酸和L型乳酸,兩者互為對映體。D型乳酸和L型乳酸的等量混合物為外消旋乳酸。D型乳酸由D乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原而成,L型乳酸由L乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原而成。
②采用2鹵代酸脫鹵酶,催化2氯丙酸水解生成乳酸。以L2氯丙酸為底物,通過L2鹵代酸脫鹵酶的催化作用,將L2氯丙酸水解成D型乳酸。
③采用延胡索酸酶催化反丁烯二酸水合,生成蘋果酸。蘋果酸又稱為羥基丁二酸,在蘋果中含量最高並且最早從蘋果中分離得到,故名蘋果酸。蘋果酸由於構型不同,可分為L型蘋果酸和D蘋果酸。現在國內外生產的都是L蘋果酸。蘋果酸的酸味柔和、持久,可以掩蓋蔗糖以外的一些甜味劑的味道,有效提高食品中的水果風味,已在食品生產中廣泛應用。隨著酶工程的發展,特別是固定化技術的應用,酶法生產現在已成為生產L蘋果酸的主要方法。L蘋果酸的酶法生產可用延胡索酸(反丁烯二酸)為底物,通過延胡索酸酶的催化作用,水合生成L蘋果酸。
(4)酶在香味劑生產中的應用:濃香型曲酒以己酸乙酯為主體香,中國科學院成都生物研究所“RMZ”酶研究組與曹雪芹家酒廠科研所合作,將“RMZ”酶工程技術應用在曹雪芹家酒廠,利用“RMZ”香酯酶催化生物合成己酸乙酯,研製出一種優質、濃香型曲酒。
實驗室利用微生物酶類生產香蘭素的研究也有報道,例如利用黑曲黴胺氧化酶和大腸杆菌單胺氧化酶氧化香草胺生產香蘭素;還研究了用固定化胺氧化酶連續生產香蘭素,並預計黑曲黴胺氧化酶連續生產香蘭素的技術將應用於工業生產中。利用脂肪氧化丁子香酚和異丁子香酚生產香蘭素,用異丁子香酚作為底物時,轉化產量為100~150mg/g。
順3己烯醇和反2己烯醇具有新鮮、清香氣息,采用從豆類提取的脂肪氧合酶或均質的植物組織,如萵苣葉可將亞油酸轉化成順3己烯醇和反2己烯醇。
張文啟報道,酶法奶類香精是以稀奶油或奶油為原料,通過脂肪酶或接入某種微生物,使乳脂肪分解,從而得到增強許多倍的乳香原料。廣州百花香料股份有限公司采用酶法水解黃油,生產係列奶類或乳化牛奶香精,取得了良好的經濟效益。
(5)酶在乳化劑生產中的應用:食品乳化劑是使食品中互不相溶的液體形成穩定的乳濁液的一類食品添加劑。目前國內外最普遍使用的乳化劑是甘油單脂及其衍生物和大豆磷脂等。利用脂肪酶的作用,將甘油三脂水解生成甘油單脂,簡稱為單甘脂,是一種應用廣泛的食品乳化劑。目前的工業產品主要是經過分子蒸餾含量達90%以上的單甘脂,以及單甘脂含量為40%~50%的單雙脂混合物。
采用酶法生產工藝,以飴糖生產的下腳料為原料,酸性蛋白酶生產米蛋白,生產出的米蛋白可作為食品工業上優質的乳化劑。李和平、李夢琴采用玉米麩質粉為主要原料,經α澱粉酶液化、水解、脫色脫臭及幹燥製得新型食品添加劑玉米蛋白發泡粉,所得產物的蛋白質含量為63.8%,得率達53.4%。
(6)酶在營養強化劑生產中的應用:SOD具有抗氧化、抗輻射和抗衰老的功效,是一種頗受關注的酶。目前SOD主要從動物血液中分離純化得到。由於血液中含有大量的雜蛋白,分離純化工藝複雜,因此難以達到要求。從天然植物中分離純化SOD,又受到地理環境和氣候條件等影響,難以滿足需要。
張毅、李弘劍從大蒜的外植體中誘導、選育得到優良的大蒜細胞,再通過大蒜細胞培養進行SOD生物合成及其調節控製的研究。其結果表明,果膠酶等生物刺激劑可明顯提高SOD的生成率,這為大蒜細胞SOD的工業化生產打下了基礎。
鄧尚貴、章超樺研究了以價廉的相手蟹、翡翠貽貝、馬氏珍珠貝和青鱗魚為原料,采用雙酶法(枯草杆菌中性蛋白酶和胃蛋白酶)水解它們的蛋白質,經減壓濃縮或噴霧幹燥製作水產HAP(水解運動蛋白產物)的工藝。結果表明,四種水產原料的蛋白質水解度分別為43.4%,82.0%,82.6%和93.6%;並且,用雙酶法研製的水產HAP使用方便、價廉物美,具有獨特的海鮮風味和特殊的營養保健功能,是一種營養保健型的食品添加劑。
橘皮苷是一種營養添加劑,具有降低血壓、抗過敏和強化毛細血管壁等作用,但其在水中的溶解度極低。在橘皮苷中加入糊精,采用環糊精葡聚糖轉移酶處理,能生成水溶性的橘皮苷。
果汁澄清的主要方法有物理澄清法、化學澄清法、酶澄清法和其他澄清法。物理澄清法主要包含自然澄清法、吸附澄清法、超濾澄清法、冷凍澄清法和加熱凝聚澄清法。化學澄清法主要有明膠單寧澄清法和殼聚糖澄清法。其他澄清法主要有蜂蜜澄清法和甘草汁澄清法。其中酶澄清法是利用果膠酶、澱粉酶等酶製劑進行水解果汁中能夠引起混濁的果膠物質以及多糖,使果汁中其他膠體失去果膠的保護作用而共同沉澱,從而達到澄清的目的。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,且對保持營養成分也十分有利。技能訓練部分本項目重點講述了酶法澄清布朗李汁、酶法澄清石榴果汁、酶法澄清蘋果汁的生產工藝和方法。本項目知識拓展部分簡單介紹了酶在各類食品生產、保藏及食品添加劑生產方麵的應用。
1.名詞解釋:自然澄清法吸附澄清法超濾澄清法冷凍澄清法加熱凝聚澄清法明膠單寧澄清法殼聚糖澄清法酶澄清法蜂蜜澄清法甘草汁澄清法:2.簡答題:(1)請舉例說明果汁的主要澄清方法有哪些?(2)酶法澄清水果汁有何優缺點?成本如何?(3)酶法澄清布朗李汁與酶法澄清石榴果汁在步驟上有哪些異同?(5)在酶法澄清布朗李汁試驗中,哪幾個因素與布朗李汁透光率有關?(6)在酶法澄清石榴汁試驗中,哪幾個因素與石榴汁澄清效果有關?(7)為什麼在混合蘋果泥和果膠酶之前,要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理?(8)在探究溫度或pH的影響時,是否需要設置對照?如果需要,又應該如何設置?為什麼?(9)想一想,為什麼能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低?(10)簡述酶在食品工業生產中的應用。知識目標:了解葡萄糖的生產概況:掌握葡萄糖酶法生產的原理:掌握葡萄糖酶法生產工藝:了解葡萄糖的用途和發展前景。
技能目標:能用酶法生產葡萄糖:能正確計算葡萄糖的收率及效益值:能進行酶解過程的工藝控製。
酶在葡萄糖生產中的應用項目簡介:葡萄糖是澱粉完全水解的產物,由於生產工藝的不同,所得葡萄糖產品的純度也不同,一般可分為結晶葡萄糖、液體葡萄糖漿和全糖3類。液體葡萄糖漿是控製澱粉適度水解得到的葡萄糖、麥芽糖以及麥芽低聚糖組成的混合糖漿。結晶葡萄糖和全糖是澱粉經酸或酶完全水解的產物。
液體葡萄糖漿主要成分為葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、麥芽四糖及四糖以上等。澱粉糖工業上常用葡萄糖值(dextroseequivalent)簡稱DE值(糖化液中還原性糖占幹物質的百分率)來表示澱粉水解的程度。液體葡萄糖按轉化程度可分為高、中、低3大類。工業上產量最大、應用最廣的中等轉化糖漿,其DE值為30%~50%,其中DE值為42%左右的又稱為標準葡萄糖漿。高轉化糖漿其DE值在50%~70%,低轉化糖漿的DE值在30%以下。不同DE值的液體葡萄糖在性能方麵有一定的差異,如甜度、黏度、吸濕性、滲透壓、發酵性等,這些性質又和糖的應用範圍有關。
工業上生產的葡萄糖產品還有“全糖”,是為省掉結晶工序而由酶法得到的糖漿直接製成的產品。酶法所得澱粉糖化液的純度高,甜味純正,經噴霧幹燥直接製成顆粒狀全糖,或濃縮後凝固成塊狀,再粉碎製成粉末狀全糖。這種產品其質量雖遜於結晶葡萄糖,但生產工藝簡單,成本較低,在食品、發酵、化工、紡織等行業應用也十分廣泛。
葡萄糖生產基本方法有3種:酸解法、酸酶結合法、雙酶法。這3種方法因糖化方法不同導致在工藝和產品方麵都存在差別。酶法生產的葡萄糖純度高、甜味純正,在食品工業中可作為甜味劑代替蔗糖,還可作為生產食品添加劑焦糖色素、山梨醇等產品的主要原料;在發酵工業上,可作為微生物培養基的最主要原料(碳源),廣泛用於釀酒、味精、氨基酸酶製劑及抗生素等行業;全糖還可作為皮革工業、化纖工業、化學工業等行業的重要原料或添加劑等。本項目主要介紹酶法生產果葡糖漿的工藝流程和生產方法。
重點作業:(1)觀看葡萄糖生產影像資料或參觀葡萄糖生產企業,了解葡萄糖生產工藝及生產過程。
(2)查閱相關資料並進行企業、市場調研,就葡萄糖生產前景及效益問題形成一份調研報告,製作PPT課件,分組進行專題研討。
工作任務:任務葡萄糖的酶法生產:應知詞彙:葡萄糖:又稱為玉米葡糖、玉蜀黍糖,是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖。
糖化酶:又稱葡萄糖澱粉酶,α1,4葡萄糖水解酶。能把澱粉、糊精從非還原性未端水解α1,4葡萄糖苷鍵產生葡萄糖,也能緩慢水解α1,6葡萄糖苷鍵,轉化為葡萄糖。
相關知識:11.1.1葡萄糖的質量指標:食用葡萄糖的感官指標:項目指標一水葡萄糖無水葡萄糖全糖分外觀結晶性粉末,無肉眼可見雜質無定形粉末,無肉眼可見雜質氣味無異味滋味甜味溫和、純正、無異味香氣和白色或無色:食用葡萄糖的理化指標:項目指標一水葡萄糖無水葡萄糖優級品一級品優級品一級品全糖分比旋光度〖4〗52.0~53.5葡萄糖含量(以幹物質計)/%≥99.599.099.599.095.0pH〖4〗4.0~6.5氯化物/%≥〖4〗0.01水分/%≤10.0〖4〗2.0〖6〗10.0硫酸灰分/%≤〖4〗0.25:葡萄糖的微生物指標:項目指標菌落總數/(cfu·g-1)≤3000大腸菌群/(MPN·100g-1)≤30致病菌(沙門氏菌、誌賀氏菌、金黃色葡萄球菌)不得檢出:11.1.2葡萄糖的性質:生產的葡萄糖雖然有多種類型,但它們的主要成分均為葡萄糖,所以,這些產品有很多相同的特性。
1)甜味:葡萄糖是由澱粉製成的甜味劑,在澱粉糖中其甜度僅次於果糖,而高於麥芽糖、山梨醇等。
葡萄糖與幾種糖類的比較:糖品相對甜度糖品相對甜度乳糖0.4蔗糖1.0DE42澱粉糖0.5一代果葡糖1.0麥芽糖0.6二代果葡糖1.1葡萄糖0.75三代果葡糖1.4麥芽糖醇0.9果糖1.5~1.7:2)風味:葡萄糖具有特殊的風味,甜味溫和,特別是味涼,吃在口中有涼爽的感覺;葡萄糖在溶解時為吸熱反應,故葡萄糖特別適用於做夏季食品的甜味劑,如薄荷糖果、冷凍食品等。
葡萄糖的另一特性為冰點降低,相同濃度的葡萄糖液冰點比蔗糖低,如30%濃度的葡萄糖溶液冰點為-6℃,而相同濃度的蔗糖溶液冰點為-4℃,這一特性非常有利於食品工業,深度冷凍的液體飲料不易出現冰碴,增強口感。