食品酶學(xué)-第12章(3-4)-酶在食科與工程中應(yīng)用

第12章酶在食品科學(xué)工程中的應(yīng)用第3節(jié)酶在功能食品生產(chǎn)中的應(yīng)用一、功能性低聚糖的制備二、功能性肽生產(chǎn)中的應(yīng)用一、功能性低聚糖的制備低聚糖或稱(chēng)寡糖，是由2~10個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的低度聚合糖，分功能性低聚糖和普通低聚糖兩大類(lèi)。功能性低聚糖，人體腸道內(nèi)沒(méi)有水解它們（除異麥芽酮糖外）的酶系統(tǒng)，因而它們不被消化吸收而直接進(jìn)入大腸內(nèi)優(yōu)先為雙歧桿菌所利用，是雙歧桿菌的增殖因子。這些低聚糖均帶有不同程度的甜味（除低聚龍膽糖外），一般甜度相當(dāng)于蔗糖的30%~60%，可以作為食品的調(diào)味料。

功能性低聚糖主要包括水蘇糖、棉籽糖、異麥芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖、低聚異麥芽酮糖、低聚龍膽糖、大豆低聚糖、低聚殼聚糖等。蔗糖、麥芽糖、乳糖、環(huán)糊精等屬普通低聚糖，可被機(jī)體消化吸收1、低聚果糖低聚果糖是指2～5個(gè)果糖基為鏈節(jié)，以一個(gè)葡萄糖基為鏈的端基，以果糖基→果糖連接鍵為主體骨架連結(jié)形成的碳水化合物。即是指1～4個(gè)果糖基以β-2,1鍵連接在蔗糖(α-D-葡萄糖基-1,2-β-D-果糖)的D-果糖基上而形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4）和蔗果六糖（GF5）的混合物。(1)酶解法：

以菊粉為原料，通過(guò)控制酶的水解度水解生成的果寡糖混合物，此法生成的低聚果糖鏈較長(zhǎng)。

(2)深層液體發(fā)酵法

以50-60%蔗糖溶液為底物，直接運(yùn)用黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的β-呋喃果糖苷酶轉(zhuǎn)化生成低聚果糖液。

(3)固定化酶法生產(chǎn)

首先運(yùn)用海藻酸鈉和氯化鈣等試劑將黑曲霉孢子固定化做成顆粒，即為固定化酶。將此酶按比例投入50%蔗糖溶液中反應(yīng)，然后過(guò)濾分離，將酶與糖液分開(kāi)，固定化酶可反復(fù)使用。

2、低聚異麥芽糖(1)概念：低聚異麥芽糖(Isomaltooligosacharide

簡(jiǎn)稱(chēng)IMO)又稱(chēng)分枝低聚糖、異麥芽低聚糖、異麥芽寡糖，是指葡萄糖基以α-1,6糖苷鍵結(jié)合而成的單糖數(shù)在2-6不等的一類(lèi)低聚糖，其主要成份為異麥芽糖(Isomaltose)、潘糖(Panose)、異麥芽三糖(Isomaltotriose)以及異麥芽四糖等。(2)結(jié)構(gòu)式α-轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶（α-transglucosidase，EC3.2.1.20）可以從低聚糖類(lèi)底物的非還原末端切開(kāi)α-1,4糖苷鍵，釋放出葡萄糖，或?qū)⒂坞x的葡萄糖基轉(zhuǎn)移到另一類(lèi)底物形成α-1,6糖苷鍵，從而得到非發(fā)酵性的低聚異麥芽糖。(3)工藝流程(4)舉例以麥芽糖為例，α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶首先使之水解為二分子葡萄糖，同時(shí)可將一分子葡萄糖以α-1,6糖苷鍵轉(zhuǎn)移到另一個(gè)麥芽糖分子上形成潘糖(P)，或者轉(zhuǎn)移到另一個(gè)葡萄糖分子上生成以α-1,6糖苷鍵連接的異麥芽糖(IG2)，若葡萄糖分子繼續(xù)在酶的作用下以α-1,6糖苷鍵轉(zhuǎn)移到異麥芽糖分子上則生成異麥芽三糖(IG3)。因此，生成低聚異麥芽糖的多少關(guān)鍵在于α-轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶水解底物后的轉(zhuǎn)移能力。3、低聚木糖是由2-7個(gè)木糖分子以β-1,4糖苷鍵結(jié)合而成的功能性聚合糖。(1)概念低聚木糖一般是以富含木聚糖(xylan)的植物資源，如木屑、玉米芯、棉籽殼、稻殼和菜籽殼等為原料，經(jīng)過(guò)內(nèi)切型木聚糖酶(p一xylanaseE.C.3.2.18)水解后，再進(jìn)行分離、精制而制得。(2)工藝流程二、功能性肽生產(chǎn)中的應(yīng)用生物活性肽(BioactivePeptides)是具有特殊生理功能的肽,它是蛋白質(zhì)中20個(gè)天然氨基酸以不同組成和排列方式構(gòu)成的從二肽到復(fù)雜的線(xiàn)形、環(huán)行結(jié)構(gòu)的不同肽類(lèi)的總稱(chēng),是源于蛋白質(zhì)的多功能最復(fù)雜的化合物。1、生物活性肽的定義2、生物活性肽制備方法和途徑①?gòu)淖匀唤绲纳矬w中提取其本身固有的各種天然活性肽類(lèi);②通過(guò)蛋白質(zhì)降解途徑可獲得具有各種生理功能的活性肽;③合成的方法制備生物活性肽,包括化學(xué)合成法、酶合成法和重組DNA技術(shù)合成法。3、酶法制備生物活性肽一般工藝流程原料蛋白—預(yù)處理—酶解

—滅酶—脫苦味去色—分離—干燥—成品4、酶及酶解條件的選擇酶的選擇是生產(chǎn)活性肽的關(guān)鍵,它必須以原料蛋白的氨基酸組成和酶的作用專(zhuān)一性為參考,結(jié)合目標(biāo)生成物的結(jié)構(gòu)和序列,在目前商業(yè)用酶中選擇。酶的水解能力具有專(zhuān)一性,故單用一種酶有時(shí)效果不佳，也可采用復(fù)合酶系。20gamma-glutamylcysteine

synthetase,gshI

Glutathionesynthetase,gshII5、舉例：酶法合成谷胱甘肽第4節(jié)酶在果蔬類(lèi)食品生產(chǎn)中的應(yīng)用果蔬總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/4以上，是果蔬生產(chǎn)大國(guó)。發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的果蔬40%-70%用于加工，而我國(guó)加工量只占總產(chǎn)量的5%-10%，發(fā)展空間很大。一、酶法浸出果蔬汁1、浸出果蔬汁的機(jī)理

浸出用酶制劑，它們的作用底物是植物的細(xì)胞壁，植物細(xì)胞壁降解導(dǎo)致細(xì)胞間聯(lián)結(jié)被切斷，細(xì)胞保護(hù)器官破裂，細(xì)胞液滲出。2、植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)及組成高等植物的細(xì)胞壁分為三層：即中膠層、初生壁和次生壁。（1）胞間層。又稱(chēng)中膠層。位于兩個(gè)相鄰細(xì)胞之間，為兩相鄰細(xì)胞所共有的一層膜，主要成分為果膠質(zhì)。有助于將相鄰細(xì)胞粘連在一起，并可緩沖細(xì)胞間的擠壓。

（2）初生壁。通常較薄，約1～3微米厚。主要成分為纖維素、半纖維素，并有結(jié)構(gòu)蛋白存在。

（3）次生壁。主要成分為纖維素，并常有木質(zhì)素存在。通常較厚，約5～10微米。果膠的兩種基本組成是：由α-D-半乳糖醛酸構(gòu)成的聚半乳糖醛酸和由α-L-鼠李糖與α-D-半乳糖醛酸二糖單位構(gòu)成的聚鼠李半乳糖，阿拉伯聚糖和半乳聚糖連接在鼠李糖殘基上形成分枝。半纖維素也被稱(chēng)為中性果膠質(zhì)，主要由阿拉伯聚糖、半乳聚糖、木葡聚糖和木聚糖組成。纖維素是經(jīng)β-1,4糖苷鍵構(gòu)成的線(xiàn)性葡聚糖。3、降解細(xì)胞壁的酶類(lèi)降解細(xì)胞壁的酶類(lèi)有果膠酶、半纖維素酶和纖維素酶，這些酶類(lèi)都是復(fù)合酶。(1)果膠酶PMG-polymethylgalacturonasePG-polygalacturonasePMGL-polymethylgalacturonidelyasePGL-polygalacturonidelyase果膠酶的分類(lèi)果膠酶分別作用于果膠分子的不同部位，使果膠質(zhì)降解成低分子糖類(lèi)，減少細(xì)胞間粘連，降低果蔬漿的粘度而利于果蔬的壓榨出汁。半纖維素酶由半乳聚糖酶、木聚糖酶和木葡聚糖酶等組成，可降解半纖維素，破壞細(xì)胞壁中無(wú)定形結(jié)構(gòu)與纖維素的連接，降低細(xì)胞壁強(qiáng)度，提高其通透性，有助于細(xì)胞內(nèi)容物的釋放。(2)半纖維素酶(3)纖維素酶纖維素酶并不是一種單一組分的酶，而是一個(gè)由多種酶組成的復(fù)合酶體系，一般將纖維素酶分為3類(lèi)。(1)葡聚糖內(nèi)切酶。這類(lèi)酶作用于纖維素分子內(nèi)部的非結(jié)晶區(qū)，隨機(jī)水解β－1,4糖苷鍵，將長(zhǎng)鏈纖維素分子截短，產(chǎn)生大量帶非還原性末端的小分子纖維素(2)葡聚糖外切酶，包括1,4-β-D-葡聚糖水解酶和1,4-β-D-纖維二糖水解酶。這類(lèi)酶作用于纖維素還原性和非還原性末端，水解β－1,4糖苷鍵，釋放萄萄糖(葡聚糖水解酶)或纖維二糖(纖維二糖水解酶)。(3)β－葡萄糖苷酶。這類(lèi)酶作用于小分子量底物時(shí)表現(xiàn)出最高的活力，可以將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。

纖維素酶可水解細(xì)胞壁中剛性物質(zhì)——纖維素，從而徹底破壞植物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)完全釋放。(4)酶的協(xié)同效應(yīng)酶的協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合酶的處理效果更佳。二、酶法澄清果蔬汁(1)果蔬汁懸浮顆粒的化學(xué)組成

造成果汁混濁的物質(zhì)有蛋白質(zhì)、碳水化合物（果膠質(zhì)、纖維素、淀粉）、酚類(lèi)物質(zhì)和金屬離子等。果汁懸浮混濁物質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)與碳水化合物組成的。蛋白質(zhì)與碳水化合物從細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁中釋放出來(lái)，分子小而等電點(diǎn)高的蛋白質(zhì)在酸性果汁中帶正電荷，與帶負(fù)電荷或不帶電荷的碳水化合物吸附形成相對(duì)穩(wěn)定的混濁體系。(2)果膠酶澄清果蔬汁的機(jī)理在低pH值條件下，果汁中帶正電荷蛋白質(zhì)與帶負(fù)電荷的果膠及其他碳水化合物形成碳水化合物-蛋白質(zhì)復(fù)合體系，帶正電的蛋白質(zhì)位于果膠質(zhì)等碳水化合物的內(nèi)部。由于復(fù)合體系表面帶負(fù)電荷，顆粒之間相互排斥，體系處于穩(wěn)定狀態(tài)，果汁混濁度高。當(dāng)果膠酶處理果汁時(shí)，懸浮顆粒表面果膠分子被分解，使顆粒內(nèi)部帶正電荷的蛋白質(zhì)暴露，異性電荷相互吸引造成顆粒相互聚集而絮凝沉淀，蘋(píng)果汁得到澄清。課堂練習(xí)舉例說(shuō)明酶在食品科學(xué)與工程中的應(yīng)用及前景我國(guó)酶制劑工業(yè)發(fā)展概況

我國(guó)的酶制劑始于1965年，成立了無(wú)錫酶制劑廠，這是我國(guó)第一家酶制劑廠。至今已有30多家工廠，形成了我國(guó)酶制劑行業(yè)。20世紀(jì)60年代僅生產(chǎn)單一品種，到90年代已能生產(chǎn)10多個(gè)品種。目前國(guó)內(nèi)已能生產(chǎn)28個(gè)品種。我國(guó)酶制劑發(fā)展和應(yīng)用可以分為下列幾個(gè)階段：第一階段：1965年無(wú)錫酶制劑廠生產(chǎn)BF-7658淀粉酶，首先用在淀粉加工和紡織退漿上，這是我國(guó)首次應(yīng)用。第二階段：1979年，利用黑曲UV

-11糖化酶菌種進(jìn)行糖化酶生產(chǎn)，首先在白酒、酒精行業(yè)推廣應(yīng)用，提高了出酒率。第三階段：1990年，2709堿性蛋白酶在洗滌劑行業(yè)上應(yīng)用，當(dāng)時(shí)由于這種顆粒酶的出現(xiàn)，使加酶洗衣粉開(kāi)始風(fēng)行全國(guó)。第四階段：1992年，1.398中性蛋白酶，166中性蛋白酶在毛皮制革行業(yè)上推廣應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。第五階段：1995年，無(wú)錫酶制劑廠首先引進(jìn)了耐高溫α-淀粉酶和高轉(zhuǎn)化率液體糖化酶，將完成的“新雙酶法在淀粉質(zhì)原料深加工工業(yè)中應(yīng)用”科研項(xiàng)目在酒精、味精、制糖、啤酒等行業(yè)進(jìn)行了推廣，從此“雙酶法”技術(shù)在全國(guó)迅速得以發(fā)展。第六階段：1998年，國(guó)外酶制劑大公司紛紛到中國(guó)建廠和合資，引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)設(shè)備、優(yōu)良菌種、新型酶制劑，給中國(guó)酶制劑帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。1998年，美國(guó)最大的酶制劑公司--杰能科國(guó)際公司和中國(guó)最大的酶制劑公司無(wú)錫酶制劑廠合資，成立"無(wú)錫杰能科生物工程有限公司"，

將杰能科國(guó)際公司的新型復(fù)合酶源引進(jìn)中國(guó)。第七階段：2006年，酶制劑進(jìn)入了全新的發(fā)展階段，向"高檔次、高活性、高質(zhì)量、高水平"方向發(fā)展，向?qū)Ｓ妹钢苿┖吞胤N復(fù)合酶制劑發(fā)展，向新的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，向新型糖類(lèi)、面粉加工、肉類(lèi)、油脂、調(diào)味品、飼料、紡織、紙漿、環(huán)保等方面發(fā)展。酶制劑應(yīng)用技術(shù)將成為發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。

我國(guó)固體型粗制酶已逐步被液體型食用級(jí)精制酶所替代。目前酶制劑品種還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足食品工業(yè)需要，酶制劑