酶在貯藏保鮮中的應用課件

關于酶在貯藏保鮮中的應用第1頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三食品在加工、運輸和貯藏過程中，常常由于受到微生物、氧氣、溫度、濕度、光線等各種因素的影響，而使食品的色、香、味及營養(yǎng)發(fā)生變化，甚至導致食品腐敗變質，不能食用。因此，在食品領域內各類食品的防腐保鮮始終是一個需要解決的重要問題。第2頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三據估計，全世界每年約有10%-20%的食品由于腐敗而廢棄，而在中國，食品的腐敗變質狀況更為嚴重，造成了很大的經濟損失。在現有的食品生產和加工中，為了達到食品防腐保鮮、延長保質期的目的，一般大都采用添加防腐劑、保鮮劑或熱殺菌等方法，而向食品中添加防腐劑是一種既簡便、又行之有效的方法。第3頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三目前，綠色健康消費已成為新的消費時尚，食品中一些添加劑、防腐劑也在向著安全、營養(yǎng)、無公害的方向發(fā)展。尤其是隨著科學技術的進步以及檢測手段的不斷完善，人們逐漸發(fā)現過去認為安全的一些化學防腐劑實際上也具有致癌或潛在致癌的可能性。第4頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三尋找并開發(fā)一些天然高效、安全無毒、性能穩(wěn)定、廣譜殺菌的食品防腐劑正逐漸成為食品科學研究領域中的一大熱點。而酶法保鮮作為一種新型的、無公害的保鮮技術引起了人們的極大關注，具有非常廣闊的前景。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(yōu)良品質和特性的技術。此法與其他方法相比具有以下優(yōu)點。第5頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三（1）酶制劑本身無毒、無味、無嗅，安全性高（2）酶作用條件溫和，一般不會損害食品的質量。酶制劑在常溫下反應，反應的酸堿條件要求不苛刻，一般可在pH3-9進行反應，反應溫度在25-90℃之間。第6頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三（3）酶對底物有嚴格的專一性，添加到成分復雜的原料中不會引起不必要的化學變化。（4）酶的用量少。由于酶催化具有高效性，用低濃度的酶也能達到防腐保鮮的目的。（5）反應終點易于控制，必要時簡單的加熱方法就能使酶失活，終止其反應。第7頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三正是由于酶法保鮮具有上述優(yōu)點，因此可廣泛應用于各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧和微生物對食品造成的不良影響。目前應用較多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的保鮮技術。第8頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三一、葡萄糖氧化酶在食品保鮮方面的應用GlucoseOxidase，簡稱GOD，（β-D-葡萄糖：氧氧化還原酶；EC1.1.3.4）是一種需氧脫氫酶，能專一地氧化β-D-葡萄糖成為葡萄糖酸。1928年由Muller首先從黑曲霉（Aspergillusniger）的無細胞提取液中發(fā)現葡萄糖氧化酶。一般由青霉（P.Variable）和黑曲霉產生。第9頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三葡萄糖氧化酶對β-D-葡萄糖具有高度專一性，可催化葡萄糖與氧反應，生成葡萄糖酸和過氧化氫，其催化過程不僅能使葡萄糖氧化變性，而且在反應中消耗掉一個氧分子，因此，可作為除葡萄糖劑和脫氧劑廣泛應用于食品保鮮。葡萄糖氧化酶是食品工業(yè)中應用非常廣泛的一種酶制劑，作為一種天然食品添加劑，對人體無毒、無副作用。第10頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三1、脫糖保鮮用葡萄糖氧化酶去除食品中殘留的葡萄糖，目前應用最多的是脫水制品如蛋白粉、蛋白片的生產。由于蛋白中含有0.5%～0.6%的葡萄糖，因此在蛋類制品加工和貯藏過程中，極易發(fā)生葡萄糖分子中的羰基與蛋白質分子的氨基結合生成黑蛋白的美拉德反應。第11頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三美拉德反應不但導致食品中葡萄糖和游離氨基消失，還會使食品褐變、營養(yǎng)損失，風味也會發(fā)生變化，甚至產生有毒物質。因此，在蛋制品加工過程中往往要先進行蛋白的脫糖處理，以防止食品因氧化而引起的品質下降和變質。早期在蛋制品工藝中多是采用干或濕酵母發(fā)酵的方法除去葡萄糖，該方法的缺點是周期長，衛(wèi)生條件差，產品質量也不理想。近幾年來，在干制蛋品加工中已普遍采用葡萄糖氧化酶進行脫糖處理。第12頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三用葡萄糖氧化酶—過氧化氫酶體系將還原糖分子上的醛基轉變成羧基，這樣就消除了美拉德反應中的底物之一----還原糖。反應中需要不斷地供給氧氣，因此使用葡萄糖氧化酶脫糖時應分次加入適量的H2O2溶液，這樣同葡萄糖氧化酶一起使用的過氧化氫酶就能分解H2O2，以補充反應所需要的氧。第13頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三2、脫氧保鮮食品在運輸貯藏保存過程中，由于氧的作用，容易發(fā)生一系列不利于產品質量的化學反應，引起色、香、味的改變。例如，氧的存在容易引起花生、奶粉、餅干、油炸食品等富含油脂的食品發(fā)生氧化作用，引起油脂酸敗，產生不良風味而造成食品營養(yǎng)損失、變質。氧化也會引起去皮果蔬、果醬以及肉類發(fā)生褐變。另外氧的存在也為許多微生物生長創(chuàng)造了條件，導致食品風味品質下降。第14頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三解決氧化問題的根本辦法是脫氧。葡萄糖氧化酶是一種理想的除氧保鮮劑，可有效防止食品因氧化而引起的質量下降和變質。罐藏食品可以使用含葡萄糖氧化酶的吸氧保鮮袋防止氧化，罐裝果汁、酒和水果罐頭等可以直接加入葡萄糖氧化酶以保持品質，另外葡萄糖氧化酶也可以有效地防止罐裝容器的氧化作用。第15頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三3、防止微生物繁殖葡萄糖氧化酶本身并不具有抗微生物的作用，但由于葡萄糖氧化酶能去除氧，所以能防止好氣菌的生長繁殖；形成的葡萄糖酸引起pH下降，也有抑制作用；同時由于產生過氧化氫具有細胞毒性，也可起到殺菌的作用。因此葡萄糖氧化酶可用于在特殊情況下防止微生物的繁殖。第16頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三二、溶菌酶在食品保鮮方面的應用溶菌酶（N-乙酰胞壁質聚糖水解酶，EC3.2.1.17）又稱為胞壁質酶，細胞壁溶解酶。是一種專門作用于微生物細胞壁的水解酶。溶菌酶是由129個氨基酸構成的單純堿性球蛋白，化學性質非常穩(wěn)定。第17頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三在自然界中，溶菌酶普遍存在于鳥類、家禽的蛋清和哺乳動物的眼淚、唾液、血液、鼻涕、尿液、乳汁和組織細胞中(如肝、腎、淋巴組織、腸道等)，從木瓜、大麥、無花果和卷心菜、蘿卜等植物中也能分離出溶菌酶，其中以蛋清含量最高，約含0.3%。因而多數商品溶菌酶都是從蛋清中提取的。第18頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三溶菌酶本身是一種無毒性的蛋白質，作為一種存在于人體正常體液及組織中的非特異性免疫因素，溶菌酶對人體完全無毒副作用，并且具有抗菌消炎，抗病毒，抗腫瘤，增強機體免疫力的生理功能，還可激活血小板，改善組織局部血液循環(huán)障礙，分泌膿液，增強局部防衛(wèi)功能，具有止血、消腫等作用。因此，將溶菌酶作為食品貯藏過程中的殺菌劑和防腐劑，代替化學合成的食品防腐劑具有一定的潛在應用價值。第19頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三1、溶菌酶的種類人們對溶菌酶的研究始于20世紀初，1922年英國細菌學家弗萊明(Fleming)發(fā)現人的唾液、眼淚中存在這種能溶解細菌細胞壁的酶，因其具有溶菌作用，故命名為溶菌酶。根據來源不同，將溶菌酶分為三類：動物溶菌酶、植物溶菌酶和微生物溶菌酶。第20頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三動物溶菌酶動物溶菌酶包括雞蛋清溶菌酶及人和哺乳動物溶菌酶。雞蛋清溶菌酶是目前研究和應用最多的，分子量為14000，其等電點在pH11.1左右，最適溫度在50℃，化學性質穩(wěn)定，pH在1.2～11.3之間改變時對酶結構影響很小，pH在4～7范圍內100℃處理1min仍有近100%的活力，在210℃條件下加熱1.5h仍具有活性。第21頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三雞蛋清溶菌酶在堿性環(huán)境條件下穩(wěn)定性較差，分解G+細菌，但對G-細菌不起作用。研究表明其它鳥類蛋清溶菌酶也是由129個氨基酸殘基組成，但其排列順序和雞蛋清溶菌酶不同，并且活性部位也不相同。第22頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三人溶菌酶分子量為14600，對人的溶菌酶研究發(fā)現它是由130個氨基酸殘基組成，也有4個S-S鍵，其一級結構氨基酸順序及組成與雞蛋清溶菌酶相比有極大的差異，但三級結構有相似性，其溶菌活性比雞蛋清溶菌酶高3倍。對于哺乳動物溶菌酶，目前僅從牛、馬、羊等動物的乳汁中分離出溶菌酶，其化學性質與人溶菌酶相似，但結構尚不清楚，其溶菌活性遠低于人溶菌酶。第23頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三植物溶菌酶目前發(fā)現含溶菌酶的植物有近170種，在木瓜、無花果、大麥等植物中均已分離出溶菌酶。植物溶菌酶分子量較大，約為24000～29000，其對溶壁小球菌的溶菌活性不超過雞蛋清溶菌酶的1/3，但其對膠體狀甲殼質的分解活性則是雞蛋清溶菌酶的10倍。第24頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三微生物源溶菌酶上世紀60年代從微生物中分離出溶菌酶，根據其作用對象分為細菌細胞壁溶菌酶和真菌細胞壁溶菌酶。細菌細胞壁溶菌酶可分為三大類：N-乙酰氨基己糖苷酶，它破壞細菌細胞壁肽聚糖中β-(1，4)糖苷鍵；酰胺酶，它催化裂解細菌細胞壁肽聚糖中N-乙酰胞壁酸與肽“尾”之間的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸鍵；內肽酶，它催化裂解肽聚糖肽橋中的肽鍵。第25頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三現在研究發(fā)現，細菌細胞壁溶菌酶的抗菌活性不僅表現在其分解細菌細胞壁方面，當酶受到不可逆抑制后，它仍然顯示出抗菌效應；不同來源的細菌細胞壁溶菌酶有不同的抗菌范圍，并對不同類型的肽聚糖有特異性。第26頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三真菌細胞壁溶菌酶包括幾丁質酶和β-葡聚糖酶?？拐婢膸锥≠|酶主要是內幾丁質酶，首先是在植物中發(fā)現，這類幾丁質酶可以對抗侵入植物體的真菌病原體，后來人們在鏈霉菌屬、桿菌和大多數真菌中也發(fā)現該酶，真菌幾丁質酶與植物幾丁質酶相似。幾丁質酶主要用于真菌細胞壁的降解和重組，但在大多數產幾丁質酶的真菌中，此酶主要用于真菌細胞壁的成型過程，由于肽聚糖和甲殼質的糖骨架具有相似的結構，一些幾丁質酶也具有溶菌酶活性。第27頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三β-葡聚糖酶(β-glucanases)是另一類真菌細胞壁溶菌酶，包括β-(1，3)葡聚糖酶，β-(1，6)葡聚糖酶和甘露聚糖酶等，主要用于分解酵母細胞的細胞壁。如β-(1，3)葡聚糖酶主要作用是它能水解β-(1，3)糖苷鍵，還可以對幾丁質降解真菌細胞壁起到顯著的協同作用。

第28頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三2、溶菌酶的抗菌機理細菌的細胞壁由胞壁質組成，胞壁質是由N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine，NAG)及N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramicacid,NAM)交替組成的多聚物，胞壁酸殘基上可以連接多肽，稱為肽聚糖(Peptidoycan)。第29頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三肽聚糖是細菌細胞壁的主要成分，它是由NAM、NAG和肽“尾”(一般是4個氨基酸)組成，NAM與NAG通過β-l，4糖苷鍵相連，肽“尾”則是通過D-乳酰羧基連在NAM的第3位碳原子上，肽尾之間通過肽“橋”(肽鍵或少數幾個氨基酸)連接，NAM、NAG、肽“尾”與肽“橋”共同組成了肽聚糖的多層網狀結構，作為細胞壁的骨架，上述結構中的任何化學鍵斷裂，皆能導致細菌細胞壁的損傷。第30頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三第31頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三溶菌酶能有效地水解細菌細胞壁的肽聚糖，其水解位點是N-乙酰胞壁酸(NAM)的l位碳原子和N-乙酰葡萄糖胺(NAG)的4位碳原子間的β-l，4糖苷鍵，結果使細菌細胞壁變得松弛，失去對細胞的保護作用，最后細胞溶解死亡。對于G+細菌與G-細菌，其細胞壁中肽聚糖含量不同，G+細菌細胞壁幾乎全部由肽聚糖組成，而G-細菌只有內壁層為肽聚糖，因此，溶菌酶只能破壞G+細菌的細胞壁，而對G-細菌作用不大。第32頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三G﹢菌：細胞壁厚，肽聚糖網狀分子形成一種透性障，當乙醇脫色時，肽聚糖脫水而孔障縮小，故保留結晶紫-碘復合物在細胞膜上。呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖層薄，交聯松散，乙醇脫色不能使其結構收縮，其脂含量高,乙醇將脂溶解，縫隙加大，結晶紫-碘復合物溶出細胞壁，沙黃復染后呈紅色。革蘭氏---染色原理：第一步：結晶紫使菌體著上紫色第二步：碘和結晶紫形成脂溶性大分子復合物，分子大，能被細胞壁阻留在細胞內。第三步：酒精脫色，細胞壁成分和構造不同，出現不同的反應。第四步：沙黃復染，增加脫色菌與背景的反差并區(qū)別于未脫色菌。第33頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三3、溶菌酶在食品保鮮中的應用（1）用于水產類熟制品、肉類制品的防腐和保鮮溶菌酶可作為魚丸等水產類熟制品和香腸、紅腸等肉類熟制品的防腐劑。只要將一定濃度(通常為0.05%)的溶菌酶溶液噴灑在水產品或肉類上，就可起到防腐保鮮的作用。第34頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三（2）用于新鮮海產品和水產品的保鮮一些新鮮海產品和水產品(如：魚、蝦、蛤蜊肉等)在含0.1mol/L甘氨酸、0.05%-0.1%的溶酶菌和2%-4%的食鹽溶液中浸漬5min后，瀝去水分，進行常溫或冷藏儲存，均可延長其儲存期，且無異味和色澤的變化。第35頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三（3）在乳制品中的應用溶菌酶在人乳中含量最高，是牛乳的3000倍，是山羊乳的1600倍，溶菌酶是嬰兒生長發(fā)育必需的抗菌蛋白，在人工喂養(yǎng)或食用母乳不足的嬰兒食品中添加溶菌酶是非常必要的。因為溶菌酶是人體的一種非特異性免疫因子，對殺死腸道腐敗球菌有特殊作用。溶菌酶在嬰兒體內可以直接或間接促進嬰兒腸道細菌雙岐桿菌增殖，它可以促進嬰兒胃腸內乳酪蛋白形成微細凝乳，有利于嬰兒消化吸收；第36頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三溶菌酶也可以促進人工喂養(yǎng)嬰兒腸道細菌群的正常化；它能夠加強對血清滅菌蛋白，r-球蛋白等體內防御因子的作用，以增加對感染的抵抗力，特別是對早產嬰兒有預防體重減輕，預防消化器官疾病，增加體重的功效。所以溶菌酶是嬰兒食品、嬰兒配方奶粉等的良好添加劑。第37頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三在奶酪生產中使用溶菌酶，特別是中期、長期熟化奶酪中，可以防止奶酪的后期起泡，以及奶酪風味變化，而且不影響在老化過程中的奶酪基液。溶菌酶不僅對乳酸菌生長很有利，而且還能抑制污染菌引起的酪酸發(fā)酵，這種特性為一般防腐劑不能達到的。溶菌酶還可用于乳制品防腐，尤其適用于巴氏殺菌奶，能有效地延長其保存期，由于溶菌酶具有一定的耐高溫性能，也適用于超高溫瞬時殺菌奶。第38頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三（4）在糕點和飲料上的應用在糕點中加入溶菌酶，可防止微生物的繁殖，特別是含奶油的糕點容易腐敗，在其中加人溶菌酶也可起到一定的防腐作用。在pH6.0～7.5的飲料和果汁中加入一定量的溶菌酶具有較好的防腐作用。在低度酒方面的應用是日本已成功地使用雞蛋蛋清溶菌酶代替水楊酸作為防腐劑用于清酒的防腐，其加入量為15mg/kg。此外溶菌酶還可作為料酒和葡萄酒的防腐劑和澄清劑，使用量為0.005%～0.05%。第39頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三（5）在食品包裝中的應用將溶菌酶固定化在食品包裝材料上，生產出有抗菌功效的食品包裝材料，以達到抗菌保鮮功能。目前許多肉制品軟包裝都需要經過高溫滅菌處理。經過處理的肉制品脆性變差甚至產生蒸煮味。如果在產品真空包裝前添加一定量的溶菌酶(1%～3%)，然后巴氏殺菌(80～100℃，25～30min)，可獲得很好的保鮮效果。第40頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三三、其他酶在食品保鮮中的應用1、過氧化氫酶用于食品保鮮過氧化氫酶本身并不具有防腐保鮮作用，在食品中的應用主要是除去食品中殘存的過氧化氫。用于食品保鮮系統時，與葡萄糖氧化酶同時使用而達到除糖去氧和保鮮殺菌的目的，另外，也可與過氧化氫一起用于食品的殺菌，以除去殘留的過氧化氫。第41頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三由于過氧化氫并未被批準作為可加入食品的防腐劑，殺菌后必須將其除去。所以用過氧化氫進行殺菌保鮮必須要注意過氧化氫的殘留問題，需要通過結合過氧化氫酶來分解除去過氧化氫。第42頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三在其他國家，過氧化氫殺菌法被廣泛用于牛乳生產或干酪制造，這種方法在殺菌后利用過氧化氫酶將剩余的過氧化氫除去，以達到食品衛(wèi)生的要求，既簡便實用，效果又好。特別是酶固定化技術興起后，以過氧化氫作為奶保鮮劑更為可行。固定化過氧化氫酶技術保鮮奶制品的方法已被世界糧農組織和世界衛(wèi)生組織批準，并確認不會對健康帶來任何危害。第43頁，講稿共50頁，2023年5月2日，星期三2、乳過氧化物酶體系在奶類食品中的應用乳過氧化物酶（簡稱LP）是一種天然的捕殺微生物劑，自然的生牛乳、人體的唾液和眼淚中都含有此酶。其本身單獨存在時并沒有殺菌作用，但與硫氰酸根SCN-和過氧化氫共同形成的乳過氧化