食品添加劑酶制劑的應(yīng)用與發(fā)展

食品添加劑酶制劑的應(yīng)用與發(fā)展

(一)活化能極低催化高效酶制劑是一種相對特殊的食品添加劑。它的主要成分是具有不同催化活性的酶蛋白。酶制劑是食品添加劑中發(fā)展迅速的行業(yè),這是由于酶用作催化劑具有以下獨特的優(yōu)點:(1)可在常溫常壓和溫和的酸、堿度下,高效地進行催化反應(yīng),有利于簡化設(shè)備,改善勞動條件和降低成本。(2)酶催化所需的活化能極低,催化效率遠比無機催化劑為高,例如1克α-淀粉酶結(jié)晶,在65℃15分鐘可使兩噸淀粉轉(zhuǎn)化為糊精(200萬倍),若用酸水解,須在140~150℃高壓耐酸設(shè)備中進行1小時以上。(3)酶對作用底物有嚴格的專一性,因此可以從復(fù)雜的原料中加工某一成分,以制取所需的產(chǎn)品,或者從某種物質(zhì)中去除某一成分,如橘汁中的苦味成分(柚苷)可用柚苷酶分解而不影響風(fēng)味。有些光學(xué)異構(gòu)體,一般化學(xué)反應(yīng)是很難區(qū)別的,但利用酶可以從混合物中選擇性地催化某一異構(gòu)體,如用于DL-氨基酸的拆分。(4)酶本身是蛋白質(zhì),無毒,對酸堿度較為敏感,可以簡單地用調(diào)節(jié)酸堿度、改變反應(yīng)溫度或添加抑制劑等辦法來控制酶反應(yīng)的進行。我國列入食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB2760-2007的酶制劑品種已有30多種,而日本食品衛(wèi)生法(新法)中,作為食品添加劑的酶已達76種,酶制劑在食品工業(yè)的許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。(二)酶法是食品工業(yè)中的一種1.海藻糖的食品生產(chǎn)淀粉糖工業(yè)上應(yīng)用酶制劑已有數(shù)十年的歷史,淀粉加工用酶所占比例達到15%,是酶制劑最大的市場。近年來淀粉酶類耐熱性大大提高,并通已過基因工程技術(shù)改善其品質(zhì)。特別要提到的是一系列新的酶制劑的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用,如1995年已經(jīng)工業(yè)化的酶轉(zhuǎn)化淀粉生產(chǎn)海藻糖,改變了先前從酵母等食物中抽提的生產(chǎn)方法,生產(chǎn)成本大大下降。這種糖不僅耐酸、耐熱、防齲齒,還可抑制蛋白質(zhì)變性和油脂酸敗,市場日益擴大。此外,由于人們追求健康生活方式,功能性低聚糖的銷售激增,僅日本目前的市場規(guī)模已達到100億日元,其中主要有通過β-呋喃果糖苷酶生產(chǎn)的乳果低聚糖,通過半纖維素酶生產(chǎn)的木糖低聚糖和通過半乳糖酶生產(chǎn)的半乳糖低聚糖。目前市售的低聚糖具有低熱量,低甜度和防齲齒等功能而受到消費者歡迎,以后更多的品種將被發(fā)現(xiàn)和利用,如能激活免疫力,抑制癌癥的通過唾液酸酶生產(chǎn)的神經(jīng)節(jié)苷脂低聚糖。2.分離大豆中的脂肪酶油脂是人類食品的主要營養(yǎng)成分之一,可賦予食品不可缺少的風(fēng)味,而且用酶法生產(chǎn)有益健康的油脂的正逐步應(yīng)用成熟,如用DHA等高度不飽和脂肪酸作為食品的原材料所制作的食品銷售額已達400億日元。酶法生產(chǎn)DHA可用來源于酵母的脂肪酶,作用于魚油的DHA(己二酸二己酯)的甘油酯成分進一步進行縮合反應(yīng)和轉(zhuǎn)?；磻?yīng),以使DHA濃縮,使DHA含量達50%以上。在油脂工業(yè)領(lǐng)域中令人矚目的新應(yīng)用是通過磷酯酶A2對油脂的脫膠。在食用植物油尤其是大豆油的精煉中,為了得到令人滿意的風(fēng)味質(zhì)量,確保充分的儲存穩(wěn)定性,并且有利于以后工序的進行,需要從大豆粗油中分解除去卵磷脂和脫脂卵磷脂,即脫膠,并且脫膠工序需要能夠高效地使植物油中的磷脂含量降低到10ppm以下。與化學(xué)法相比,用酶法脫膠可使脫膠過程在含水量低的條件下高效進行,節(jié)約單位處理成本并適于后續(xù)工序的精制,如圖1所示。3.蛋白質(zhì)的分解蛋白質(zhì)在食品加工中,不僅具有營養(yǎng)的功能還具有各種物理功能,提高這類功能將會增加其附加值,要達到這個目的需要利用蛋白酶類。為了以蛋白質(zhì)水解后的產(chǎn)物作為生產(chǎn)氨基酸系列的調(diào)味品,就必須把蛋白質(zhì)徹底分解為氨基酸。近年來來源于霉菌的含有肽酶的優(yōu)質(zhì)蛋白酶已上市銷售。這種蛋白酶的分解率比傳統(tǒng)上用鹽酸的分解率低,氨基酸呈味力也較弱,但如果與其他調(diào)味品相配合通過短肽給予鮮味和掩蓋苦味,就具有許多優(yōu)點,而且低分子肽比氨基酸和蛋白質(zhì)更易消化和吸收,適于生產(chǎn)老人食品和胃腸道營養(yǎng)劑。使用自動生物反應(yīng)罐進行酶法連續(xù)生產(chǎn),從大豆蛋白到肽類的得率可達到85%以上。轉(zhuǎn)谷氨酰氨酶作用于蛋白質(zhì)時,能使各種賴氨酸殘基和谷氨酰胺殘基組成架橋的蛋白質(zhì),因而提高碎肉加工中的各種性能,如增強彈性、防止開裂和粘性。4.制劑和淀粉酶在崇尚天然追求健康的背景下,全世界生產(chǎn)面包使用的酶制劑正逐年增加。使用酶制劑可使面包更柔軟,抑制淀粉老化,延長保存期。現(xiàn)在面包廠為了改善揣好的生面團中各成分的性質(zhì),使用了各種酶制劑,主要是淀粉酶,蛋白酶,半纖維素酶,葡萄糖氧化酶,抗壞血酸氧化酶等。在歐洲,用從豆類提取的脂肪氧合酶用為漂白劑和用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的淀粉酶作抗老化劑。一般在面包上使用復(fù)合的酶制劑,如半纖維素酶和淀粉酶,其使用量是面粉量的50ppm。半纖維素酶作用于面粉中的戊聚糖,使戊聚糖和面筋的相互結(jié)合降低,可增加面包的體積。通過淀粉酶的作用使面包柔軟和抑制老化,即使把發(fā)酵的生面團冷藏保存,結(jié)果還是良好的,這些冷藏的面團還可輸送到便利店去制作面包。而用磷酯酶分解面粉中的磷酯,將有利于克服生面團在冷庫保存中出現(xiàn)的空洞和產(chǎn)生水滴等缺點。5.-乙酰乳酸脫羧酶在啤酒釀造工業(yè)中,為了達到改善麥汁的組成和啤酒風(fēng)味等目的都添加了酶制劑。雙乙酰是啤酒發(fā)酵中重要的風(fēng)味物質(zhì),雙乙酰濃度極稀時有奶香味,但含量超過一定量時即有餿飯味。因此,雙乙酰含量的高低可視為判斷啤酒發(fā)酵是否成熟、評定啤酒品質(zhì)好壞的一個重要因素。為了防止發(fā)酵過程中從α-乙酰乳酸生成雙乙酰而推遲啤酒的成熟期,目前普遍加入α-乙酰乳酸脫羧酶使α-乙酰乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐遗家?可促進啤酒成熟,縮短發(fā)酵周期,大大節(jié)約制冷能耗。在麥芽糖化時,由于添加大米或淀粉作為輔料,其比例甚至達到麥芽量的50%,因此必須添加麥芽中不足的β-葡聚糖酶和葡萄糖苷酶等。隨著啤酒品種的多樣化,在縮短發(fā)酵時間,生產(chǎn)高發(fā)酵度的啤酒,有效防止啤酒的冷凍混蝕等方面,酶制劑的應(yīng)用范圍在不斷擴大。6.加入麻黃性干預(yù)的飲料近年來清涼飲料,主要是茶飲料和咖啡飲料等由于方便性和健康方面的考慮,其市場大幅增長。但是茶飲料在低溫保存時,會生成由咖啡因和兒茶素復(fù)合物形成的乳白色沉淀。為了解決這一問題,常常加入單寧酶以分解兒茶素,大大改善茶飲料的儲存外觀?？Х蕊嬃弦泊嬖陬愃频那闆r,當(dāng)罐裝咖啡以溫?zé)岬臓顟B(tài)出售時,以從咖啡豆提取出來的半乳甘露聚糖為核心,咖啡飲料中的乳蛋白和脂肪產(chǎn)生凝聚沉淀并使舌頭有粗糙的食感。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,需要在咖啡的提取液或濃縮液中,加入占咖啡豆0.2%的半乳甘露聚糖酶,在約50oC,保持30分鐘,使半乳甘露聚糖分解。7.蛋白質(zhì)類的肽類和氨肽酶制備作為調(diào)味劑原料的氨基酸溶液,以及為了降低某些食品的過敏性,往往采用蛋白酶將蛋白質(zhì)水解為肽,但可能因此而產(chǎn)生苦味,成為蛋白質(zhì)水解技術(shù)開發(fā)上的一個很大的難題。蛋白質(zhì)是由100~1000個氨基酸分子結(jié)合而成的長鏈,并有規(guī)則地折疊成球狀,其外側(cè)多由親水性的氨基酸組成,內(nèi)側(cè)大多是疏水性氨基酸分子。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水解時,這個球狀的分子團結(jié)構(gòu)被破壞,內(nèi)側(cè)的疏水性氨基酸分子部分裸露出來,這些含有疏水性氨基酸的肽類是苦味的來源。肽類當(dāng)其由疏水性氨基酸與疏水性氨基酸、疏水性氨基酸與堿性氨基酸、堿性氨基酸與疏水性氨基酸相結(jié)合時,苦味較強烈。因此含較多疏水性氨基酸的肽類,用氨肽酶和羧肽酶水解成氨基酸和更低分子肽,則其苦味會降低或消失。所以水解蛋白質(zhì)時單獨使用普通的蛋白酶是不行的,必須與肽酶配合使用,并且首先要選擇作用于疏水性氨基酸的氨肽酶。如將大豆蛋白質(zhì)在pH2.0時用胃蛋白酶使其部分水解,制成的溶液含有大豆苦味肽,然后加入氨肽酶,加酶量為苦味液中全部氨基酸量的1/8000,在30oC,pH8.0條件進行反應(yīng)。此時溶液苦味在急劇下降的同時游離氨基酸數(shù)量也增加,氨肽酶水解2