酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

關(guān)于酶工程原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用第一節(jié)酶工程原理和方法

（一）酶工程的定義利用酶、菌體細(xì)胞具有的特異催化功能，或?qū)γ附Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改造，并借助于生物反應(yīng)器和工藝優(yōu)化過程，有效地發(fā)揮酶的催化特性來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。它包括酶、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)和酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)等。

一、酶工程概述

第2頁,共102頁，2024年2月25日，星期天酶工程一般工藝流程示意圖

胞外酶胞內(nèi)酶

菌種→基因改造→發(fā)酵→發(fā)酵酶液→預(yù)處理→細(xì)胞分離→細(xì)胞破壁→碎片分離→提取→精制→酶制劑及其改造酶制劑↓原料→前處理→殺菌→酶反應(yīng)器→反應(yīng)液→產(chǎn)品提取→成品

第3頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（二）酶工程的發(fā)展歷程

1.20世紀(jì)50～60年代早期的酶工程技術(shù)，主要是從動(dòng)物、植物和微生物原料中提取、分離、純化制造各種酶制劑，并將其應(yīng)用于化工、食品和醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。

2.20世紀(jì)70年代后期，酶的固定化技術(shù)取得了突破，使固定化酶、固定化細(xì)胞、生物反應(yīng)器與生物傳感器等酶工程技術(shù)迅速獲得應(yīng)用。

3.目前，各種酶工程技術(shù)已用于制造多種精細(xì)化工產(chǎn)品和醫(yī)藥產(chǎn)品，并且在食品工業(yè)、化學(xué)檢測和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域中得到了有效的應(yīng)用。第4頁,共102頁，2024年2月25日，星期天二、酶制劑的生產(chǎn)

1.包括菌種的來源、產(chǎn)酶菌種的分離、篩選、育種和酶的發(fā)酵生產(chǎn)等。

2.酶生產(chǎn)菌的要求（1）不能是致病菌，特別是對食品用酶和醫(yī)藥用酶。目前認(rèn)為可用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的生產(chǎn)菌種有：枯草桿菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母和脆壁酵母。（2）不易退化，不易感染噬菌體。（3）產(chǎn)酶量高，而且最好產(chǎn)生胞外酶。（4）能利用廉價(jià)的原料，發(fā)酵周期短，易培養(yǎng)。第5頁,共102頁，2024年2月25日，星期天三、微生物細(xì)胞的破碎

胞外酶：能分泌透過細(xì)胞壁到細(xì)胞外部的酶。

胞內(nèi)酶：存在于細(xì)胞內(nèi)部的酶。對于胞內(nèi)酶的提取，需要破碎技術(shù)，胞外酶則無需破碎。破碎的目的是將細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破壞掉，使胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來，包括機(jī)械破碎法和非機(jī)械破碎法。第6頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（一）機(jī)械破碎法

1.高壓勻漿法適合于細(xì)菌和酵母的破碎，不適合于絲狀真菌及某些基因工程菌。

2.珠磨法適合于各種微生物細(xì)胞的破碎。

3.超聲破碎法對桿菌的破碎較容易，對酵母菌的破碎效果較差。

第7頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（二）非機(jī)械破碎法

1.酶溶法

加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它們對細(xì)胞壁或細(xì)胞膜進(jìn)行酶解，使細(xì)胞破碎。

自溶法：在微生物生長代謝過程中，控制一定條件，誘發(fā)微生物產(chǎn)生少量的溶胞酶或激發(fā)自身溶胞酶的活力，以達(dá)到細(xì)胞自溶的目的。

2.化學(xué)滲透法用有機(jī)溶劑、變性劑、表面活性劑、抗生素或金屬螯合物等處理，使細(xì)胞壁或膜的通透性（滲透性）改變，從而使胞內(nèi)物質(zhì)有選擇地滲透出來。第8頁,共102頁，2024年2月25日，星期天四、酶的提取與純化

酶的提取:在一定條件下，用適當(dāng)?shù)娜軇┨幚砗冈?，使酶充分溶解到溶劑中的過程，也稱作酶的抽提，即初步純化。常用的方法：鹽溶液提取、酸溶液提取、堿溶液提取、有機(jī)溶劑提取。

酶的精制:即高度純化。常用的方法：沉淀法、超濾法、色譜分離法、結(jié)晶法等。其中沉淀法和超濾法既可用于初步純化，也可用于精制。

第9頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（一）根據(jù)酶分子溶解度不同的方法

通過改變某些條件，使溶液中某種物質(zhì)的溶解度降低，從溶液中沉淀析出，達(dá)到與其他物質(zhì)分離的目的。

1.鹽析沉淀法通常采用的鹽有硫酸銨、硫酸鈉、磷酸鉀、硫酸鎂、氯化鈉和磷酸鈉等。其中以硫酸銨最為常用，因?yàn)樗谒械娜芙舛却蠖鴾囟认禂?shù)小，不影響酶的活性，分離效果好，而且價(jià)廉易得。鹽析沉淀所得到的產(chǎn)品常含有大量鹽分，一般可用超濾或?qū)游龅确椒擕}，使酶進(jìn)一步純化。

第10頁,共102頁，2024年2月25日，星期天2.等電點(diǎn)沉淀法在酶的沉淀分離中，等電點(diǎn)沉淀法經(jīng)常與鹽析沉淀、有機(jī)溶劑沉淀和復(fù)合沉淀等方法一起使用，使其沉淀完全。

3.有機(jī)溶劑沉淀法利用酶等物質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解度不同而使其分離。常用的有機(jī)溶劑有乙醇、丙酮、異丙酮、甲醇等。

4.復(fù)合沉淀法在酶液中加入某些高分子聚合物，例如，單寧，使它與酶形成復(fù)合物而沉淀下來，分離出沉淀后，再用適當(dāng)方法將酶從復(fù)合物中重新析出。第11頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（二）根據(jù)酶分子大小和形狀不同的方法

1.離心分離法在酶的提取分離純化過程中，細(xì)胞的收集、細(xì)胞碎片和沉淀的分離以及酶的純化等往往要使用離心分離。

第12頁,共102頁，2024年2月25日，星期天2.體積排阻法利用具有一定大小網(wǎng)狀的凝膠顆粒（固定相）填充柱的分子篩作用，利用溶液中各組分的相對分子質(zhì)量不同來進(jìn)行層析分離的一種方法。常用的凝膠有瓊脂糖凝膠（Sepharose）、聚丙烯酰胺凝膠（Biogel）和葡聚糖凝膠（Sephadex）等。第13頁,共102頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.透析透析膜可用動(dòng)物膜、羊皮紙、火棉膠或塞璐玢等制成。使用時(shí)可做成透析管、透析袋或透析槽等形式。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作簡便。

缺點(diǎn)：時(shí)間長，若不更換水或緩沖液時(shí)，只擴(kuò)散到膜內(nèi)外平衡為止。透析結(jié)束時(shí)，透析袋內(nèi)的保留液體積較大，濃度較低。透析主要用于酶、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化，從中除去小分子物質(zhì)。透析在酶純化過程中極為常用，通過透析可以除去酶液中的鹽類、有機(jī)溶劑、低相對分子質(zhì)量的抑制劑等。

第15頁,共102頁，2024年2月25日，星期天4.超濾借助于超濾膜將不同相對分子質(zhì)量的物質(zhì)分離的技術(shù)，是在一定的正壓力或負(fù)壓力驅(qū)動(dòng)下，將料液強(qiáng)制通過一定孔徑的超濾膜，部分小分子的溶質(zhì)和溶劑透過膜而成為超濾液，而大分子的酶和蛋白質(zhì)等物質(zhì)被截留，從而達(dá)到分離純化的目的，也可用于酶液的濃縮和脫色。超濾膜截留的顆粒直徑范圍為2～200nm，相當(dāng)于相對分子質(zhì)量1000～500000。構(gòu)成超濾膜的主要材料有醋酸纖維、尼龍、聚砜、陶瓷等。第16頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（三）根據(jù)酶分子電荷性質(zhì)的方法

1.離子交換層析根據(jù)被分離物質(zhì)與分離介質(zhì)（離子交換劑）間異種電荷的靜電引力的不同來進(jìn)行物質(zhì)分離的。不同離子交換劑上的可解離基團(tuán)對各種離子的親和力不同，而使不同物質(zhì)分離。離子交換劑根據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)分為陽離子交換劑和陰離子交換劑。酶具有兩性性質(zhì)，可用陽離子交換劑，也可用陰離子交換劑進(jìn)行酶的分離純化。

第17頁,共102頁，2024年2月25日，星期天2.電泳分離在外電場作用下，不同蛋白質(zhì)離子所帶凈電荷的多少和性質(zhì)不同，因而其向兩極泳動(dòng)的方向和速度也不相同，從而達(dá)到分離的目的。為了減少對流擴(kuò)散，電泳過程一般在浸透了緩沖液的聚丙烯酰胺凝膠、淀粉膠等介質(zhì)上進(jìn)行。電泳分離的蛋白質(zhì)量通常較?。s數(shù)毫克），常用作分析用。但現(xiàn)在已發(fā)展了制備電泳，用這種方法制備的酶，可以在介質(zhì)中洗脫或直接從電泳柱底部依次流出。

第18頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.等電聚焦電泳先從陽極頂端擴(kuò)散裝入一種酸（如磷酸），然后從陰極端擴(kuò)散裝入一種堿（如乙醇胺），用具有不同等電點(diǎn)的脂肪族聚氨基聚羧基化合物作為兩性電介質(zhì)載體，當(dāng)陰陽兩極通電以后電介質(zhì)在一定范圍內(nèi)便形成pH值梯度，當(dāng)該載體電介質(zhì)同樣品一起電泳時(shí)，蛋白質(zhì)便朝其各自等電點(diǎn)相等的pH值位置移動(dòng)而被濃縮。

優(yōu)點(diǎn)：不但可將各種酶精確分開，通過測定各段的pH值還可以了解該酶的等電點(diǎn)。可以分離和檢出等電點(diǎn)相差僅0.02的兩種蛋白質(zhì)成分。

第19頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（四）根據(jù)酶分子專一性結(jié)合的分離方法

1.親和層析酶的底物、底物類似物及酶的競爭性抑制劑同酶之間有著較高的親和力，可作為配基固定于不溶性載體，可選擇性地將酶吸附而同雜質(zhì)分離。然后可以通過改變緩沖液的離子強(qiáng)度和pH值的方法，也可以使用濃度更高的同一配體溶液或親和力更強(qiáng)的配體溶液，將酶洗脫下來。

2.免疫吸附層析利用抗原一抗體的高親和性反應(yīng)原理進(jìn)行酶的分離純化。第20頁,共102頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（五）酶分離純化的原則一般來說，根據(jù)溶解度變化的純化方法較適宜于早期純化階段，規(guī)模較大；而柱層析法或電泳分離更適宜于后期的純化過程，規(guī)模較小。硫酸銨沉淀法等純化速度快一些，柱層析純化速度慢一些。某些價(jià)格昂貴的層析介質(zhì)及方法，可只用于純化過程的最后幾步。第22頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（六）酶的分離純化應(yīng)注意的問題

1.要注意防止酶變性失活低溫、不能過酸、過堿等。

2.酶分離純化的目的是將酶以外的所有雜質(zhì)盡可能除去，因此選擇分離方法是應(yīng)盡可能不破壞酶所需要的條件。

3.通過檢測酶活性，為選擇適當(dāng)方法和條件提供了直接依據(jù)。一個(gè)好的酶分離純化的方法和措施是使酶的純度提高倍數(shù)大，活力回收高，同時(shí)重復(fù)性好。第23頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（七）酶的純度與酶活力

許多分離方法都可用于檢驗(yàn)酶的純度，實(shí)驗(yàn)室常用聚丙烯酰胺凝膠電泳來檢驗(yàn)酶的純度。酶分子結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，同一種酶制劑，采用不同方法檢驗(yàn)結(jié)果可能不一致，酶的純度應(yīng)注明達(dá)到哪種純度，如電泳純、HPLC純等。比活力：每毫克酶蛋白具有的酶活力單位數(shù)。一般情況下，酶的比活力隨酶的純度的提高而提高。酶的純度也可用酶的比活力來衡量。第24頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

測定酶活力可采用中止反應(yīng)法、連續(xù)反應(yīng)法，或采用自動(dòng)化酶分析儀操作進(jìn)行。中止反應(yīng)法:在恒溫反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行酶促反應(yīng)，間隔一定的時(shí)間，分幾次取出一定容積的反應(yīng)液，使酶停止作用，然后分析產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量。幾乎所有的酶都可根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)出測定其活力的具體方法。

連續(xù)反應(yīng)法:不需要取樣中止反應(yīng)，而是基于反應(yīng)過程中光譜吸收、氣體體積、酸堿度、溫度、黏度等的變化，用儀器跟蹤檢測反應(yīng)進(jìn)行的過程，記錄結(jié)果，算出酶活力。連續(xù)法使用方便，一個(gè)樣品可多次測定，但很多酶反應(yīng)不能用該法測定。

自動(dòng)化酶分析儀:從加樣、啟動(dòng)反應(yīng)、檢測、數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理等，整個(gè)過程均由儀器自動(dòng)完成。

第25頁,共102頁，2024年2月25日，星期天六、酶的固定化

（一）酶的固定化方法

1.吸附法（1）物理吸附法。酶被物理吸附于不溶性載體的一種固定化方法。吸附的載體：包括無機(jī)載體（活性炭、石英砂、多孔玻璃、氧化鋁、硅膠、磷酸鈣）和有機(jī)載體（淀粉、谷蛋白、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖、聚丙烯酰胺）等。

優(yōu)點(diǎn)：具有不破壞酶活性中心和酶高級(jí)結(jié)構(gòu)變化少，若能找到適當(dāng)?shù)妮d體，這是簡單的好方法。

缺點(diǎn)：酶與載體結(jié)合力弱、酶易脫落等。第26頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）離子吸附法。通過離子效應(yīng)，將酶分子固定到含有離子交換基團(tuán)的固相載體上。

常見的載體：DEAE-纖維素、DEAE-葡聚糖凝膠、CM-纖維素、DOWEX-50等。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，處理?xiàng)l件溫和，能得到酶活回收率較高的固定化酶。

缺點(diǎn)：酶與載體的結(jié)合力較弱，當(dāng)離子強(qiáng)度高、緩沖液種類或pH值發(fā)生變化時(shí)，酶容易脫落。

第27頁,共102頁，2024年2月25日，星期天2.化學(xué)結(jié)合法（1）共價(jià)結(jié)合法。將載體有關(guān)基團(tuán)活化、與酶分子上的功能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵的一種固定化方法，是研究得最多的固定化方法之一。可與載體結(jié)合的酶的功能團(tuán)：α或ε-NH2，α、β或γ-羧基，巰基，咪唑基，酚基等，但參與共價(jià)結(jié)合的氨基酸殘基應(yīng)當(dāng)是酶催化活性的非必需基因，否則可能會(huì)導(dǎo)致固定后酶活力完全喪失。特點(diǎn)：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，容易使酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而破壞活性中心，操作時(shí)需注意。第28頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）共價(jià)交聯(lián)法。通過雙功能或多功能試劑（交聯(lián)劑），在酶分子之間或酶分子與微生物細(xì)胞之間形成共價(jià)鍵的連接方法。它與共價(jià)結(jié)合法的區(qū)別是它使用交聯(lián)劑而不用載體。常用的交聯(lián)劑：戊二醛、異氰酸酯、順丁烯二酸酐和乙烯共聚物等。

特點(diǎn)：反應(yīng)條件比較激烈，固定化酶的活力回收率較低，但盡量降低交聯(lián)劑濃度和縮短反應(yīng)時(shí)間，會(huì)有助于固定化酶比活力的提高。

第29頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.包埋法可分為凝膠網(wǎng)格型和微囊型。將酶或微生物包埋在高分子凝膠網(wǎng)格中的包埋法稱為凝膠網(wǎng)格包埋型，將其包埋在高分子半透膜中的包埋法稱為微囊型。

優(yōu)點(diǎn)：一般不需要與酶蛋白的氨基酸殘基起結(jié)合反應(yīng)，較少改變酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)，酶活力的回收率較高。缺點(diǎn)：僅適用于小分子底物和產(chǎn)物的酶，因?yàn)橹挥行》肿游镔|(zhì)才能擴(kuò)散進(jìn)入高分子凝膠的網(wǎng)格，并且這種擴(kuò)散阻力還會(huì)導(dǎo)致固定化酶動(dòng)力學(xué)行為的改變和酶活力的降低。

第30頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（1）凝膠網(wǎng)格型。采用明膠、卡拉膠、海藻酸鈉或淀粉等天然高分子化合物作為包埋劑時(shí)，可以將酶直接與溶膠態(tài)的包埋劑混合凝膠化。

缺點(diǎn)：凝膠孔徑不規(guī)則，有一部分大于平均孔徑，時(shí)間稍長時(shí)，酶容易泄漏。常與交聯(lián)法結(jié)合達(dá)到加固的目的，如先用明膠包埋，再用戊二醛交聯(lián)等。

第31頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）微囊型。利用各種類型的膜將酶封閉起來，這類膜能使小分子產(chǎn)物和底物通過，而酶和其他的高分子不能通過。

缺點(diǎn)：反應(yīng)條件要求高，制備成本高。

第32頁,共102頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（二）細(xì)胞的固定化方法細(xì)胞固定化的主要方法有用載體對細(xì)胞的包埋法和利用載體與細(xì)胞之間吸引力的吸附法兩種。固定化細(xì)胞的制備方法類似于固定化酶的制備方法。優(yōu)點(diǎn)：固定化后酶活基本沒有損失，它還保留了細(xì)胞原有的多酶系統(tǒng)，對于多步催化轉(zhuǎn)換的反應(yīng)，優(yōu)勢更加明顯，而且勿需輔酶的產(chǎn)生。缺點(diǎn)：在選用固定化細(xì)胞作為催化劑時(shí)，應(yīng)考慮到底物和產(chǎn)物是否容易通過細(xì)胞膜，膜內(nèi)是否存在產(chǎn)物分解系統(tǒng)和其他副反應(yīng)系統(tǒng)，或者說雖有這兩種系統(tǒng)，但是否可事先用熱處理或pH值調(diào)整等簡單方法使之失效。第34頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（三）固定化酶（細(xì)胞）的性質(zhì)

1.酶活力的變化酶經(jīng)固定化后，酶分子的構(gòu)象可能改變，導(dǎo)致了酶與底物結(jié)合能力或催化底物轉(zhuǎn)化能力發(fā)生變化；載體的存在給酶的活性部位或調(diào)節(jié)部位造成某種空間障礙，影響酶與底物的作用；酶包埋于載體，底物必須擴(kuò)散進(jìn)入載體才能和酶分子接觸，擴(kuò)散速率的不同限制了酶與底物的作用。第35頁,共102頁，2024年2月25日，星期天2.酶穩(wěn)定性的變化經(jīng)固定化后，大多數(shù)酶的穩(wěn)定性提高，這對實(shí)際應(yīng)用十分有利。固定化酶的穩(wěn)定性常用半衰期（t1/2）表示，即固定化酶活力降為最初活力一半所經(jīng)歷的連續(xù)工作時(shí)間。它是衡量固定化酶操作穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

3.最適pH值的變化氫離子在溶液和固定化酶之間的分配效應(yīng)，對反應(yīng)速度具有重要影響。如果酶反應(yīng)產(chǎn)生酸或消耗酸時(shí)，pH值曲線會(huì)發(fā)生顯著變化（曲線向右移動(dòng)或向左移動(dòng)），最適pH值也會(huì)相應(yīng)變化。第36頁,共102頁，2024年2月25日，星期天4.最適溫度的變化酶反應(yīng)的最適溫度是酶失活速度與酶反應(yīng)速度綜合的結(jié)果。在一般情況下，固定化后酶的失活速度下降，最適溫度也隨之提高。

5.動(dòng)力學(xué)常數(shù)的變化酶固定于電中性載體后，表觀米氏常數(shù)往往比游離酶的米氏常數(shù)高，而最大反應(yīng)速度變小；而當(dāng)?shù)孜锱c帶有相反電荷的載體結(jié)合后，表觀米氏常數(shù)往往減小，這對固定化酶實(shí)際應(yīng)用有利。此外，在高離子強(qiáng)度下，酶的動(dòng)力學(xué)常數(shù)幾乎不變。

第37頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（四）固定化酶（細(xì)胞）的評價(jià)指標(biāo)

1.相對酶活力具有相同重量酶蛋白的固定化酶與游離酶活力的比值。它與載體結(jié)構(gòu)、顆粒大小、底物相對分子質(zhì)量及酶的結(jié)合效率有關(guān)。相對酶活力低于75%的固定化酶，一般無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.酶的活力回收率固定化酶的總活力與用于固定化的酶總活力的百分比。一般情況下，活力回收率應(yīng)小于l。第38頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（五）固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：極易將產(chǎn)物和底物分開；可以在較長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反復(fù)分批反應(yīng)和裝柱連續(xù)反應(yīng)；在大多數(shù)情況下，可以提高酶的穩(wěn)定性；酶反應(yīng)過程可以嚴(yán)格控制；產(chǎn)物中沒有酶的殘留，簡化了工業(yè)設(shè)備；較水溶性酶更適合于多酶反應(yīng)；可以增加產(chǎn)物的收得率，提高產(chǎn)物的質(zhì)量；酶使用效率提高，成本降低。

缺點(diǎn)：固定化時(shí)，酶活力有損失；增加了固定化的成本，工廠投資開始增大；只能用于水溶性底物，而且較適用于小分子底物，對大分子底物不適宜；與完整菌體相比，不適合多酶反應(yīng)，特別是需要輔助因子的反應(yīng)；胞內(nèi)酶必須經(jīng)過酶的分離過程。第39頁,共102頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酶工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（一）淀粉糖加工

1.α-淀粉酶（EC3.2.1.1）淀粉內(nèi)切酶，能隨機(jī)水解直鏈或支鏈淀粉分子α-1,4-糖苷鍵生成不同長度的寡糖，液化淀粉速度快，最終產(chǎn)物為α-極限糊精和少量的葡萄糖及麥芽糖。細(xì)菌α-淀粉酶熱穩(wěn)定性高，主要用于淀粉高溫液化，作用條件一般為85℃，pH5.5～7.0。

一、酶工程與食品加工第40頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.β-淀粉酶（EC3.2.1.2）一種淀粉外切酶，在淀粉鏈非還原性末端水解α-1,4-糖苷鍵，產(chǎn)生麥芽糖。與α-淀粉酶相同，β-淀粉酶也不能水解α-1,6-糖苷鍵，形成β-極限糊精，麥芽糖的含量僅為60%。如果將β-淀粉酶與脫支酶聯(lián)合應(yīng)用可將淀粉水解成麥芽糖。

β-淀粉酶較佳作用條件為pH6.5～7.0，溫度50℃。第41頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

3.葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3）也稱糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的α-1,4-糖苷鍵水解，從分子的非還原性末端釋放出β-葡萄糖分子。此酶還可緩慢水解α-1,6糖苷鍵和α-1,3糖苷鍵，水解后生成DE值為97～98，葡萄糖含量為95%～97%(w／w)的葡萄糖漿。生成的葡萄糖漿也可以脫水得到結(jié)晶葡萄糖，或用作高果糖漿的原料。在pH4.5、35～60℃時(shí)，可將α-淀粉酶生成的糊精轉(zhuǎn)變成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶對α-1,6糖苷鍵活性較低，這樣達(dá)到所需要的水解程度，要加大酶用量或延長保溫時(shí)間，或?qū)⒃撁概c脫支酶聯(lián)用。第42頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

4.葡萄糖異構(gòu)酶（EC5.3.1.5）能夠?qū)⑵咸烟寝D(zhuǎn)化成果糖，它是加工果糖和高果糖漿（HFCS）的重要酶類。能產(chǎn)生葡萄糖異構(gòu)酶的微生物主要有芽孢桿菌、鏈霉菌、密蘇里游動(dòng)放線菌等。在pH7.5～8.0、55～60℃下作用效果良好。Mg2+是葡萄糖異構(gòu)酶的穩(wěn)定劑和激活劑，木糖可用于這種酶的誘導(dǎo)。第43頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

5.脫支酶（1）異淀粉酶:能夠?qū)Ｒ蛔饔糜谥ф湹矸壑械摩?1,6-糖苷鍵，對于鏈結(jié)構(gòu)中的α-1,6-糖苷鍵不能水解。將這種酶同葡萄糖淀粉酶一起使用，可以產(chǎn)生DE＞96的葡萄糖漿；與β-淀粉酶一起使用，可將液化后的淀粉漿轉(zhuǎn)化成麥芽糖漿，麥芽糖的產(chǎn)量比β-淀粉酶單獨(dú)作用時(shí)顯著增加。（2）普魯藍(lán)酶:普魯藍(lán)為多聚麥芽三糖，是許多麥芽三糖經(jīng)由α-1,6-糖苷鍵聚合的多糖。第44頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

實(shí)例果葡糖漿

1.果葡糖漿的功能和應(yīng)用以淀粉為原料，通過α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶水解形成葡萄糖，再利用葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)化反應(yīng)，制成一種含有果糖與葡萄糖的混合糖漿。第一代果葡糖漿含42%的果糖；第二代果葡糖漿也稱為高果糖漿，含果糖55%，甜度約為蔗糖的1.1倍；第三代果葡糖漿被稱為高純度果葡糖漿，果糖含量為90%，甜度為蔗糖的1.4倍。果葡糖漿溶解度高，發(fā)酵性能好，化學(xué)穩(wěn)定性高，并且易為人體所吸收，因此，在飲料工業(yè)廣泛應(yīng)用，在面包、糕點(diǎn)、罐頭和冷飲等領(lǐng)域也有不同程度的應(yīng)用。第45頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.果葡糖漿的酶法合成生產(chǎn)工藝主要包括淀粉的液化、糖化和異構(gòu)化等步驟。首先，淀粉乳在α-淀粉酶的作用下被液化成DE值為15%～20%的液化液，液化液經(jīng)調(diào)整pH值和溫度，并加入糖化酶進(jìn)行糖化至糖化液DE值達(dá)到96.7%～98%，然后過濾，最后再用活性炭和離子交換樹脂處理，成為凈化的葡萄糖液。被凈化后葡萄糖液通過裝有固定化異構(gòu)酶的反應(yīng)器被異構(gòu)化，最終得到果糖含量在42%左右的果葡糖漿。

20世紀(jì)70年代初期又研究發(fā)展了固定化葡萄糖異構(gòu)酶，而且很快商品化。采用固定化葡萄糖異構(gòu)酶已經(jīng)實(shí)現(xiàn)果葡糖漿的連續(xù)化生產(chǎn)，并且生產(chǎn)效率顯著提高，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善，從而推動(dòng)了果葡糖漿工業(yè)的發(fā)展。第46頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（二）乳品加工

1.乳糖酶（EC3.2.1.23）

也稱為β-D-半乳糖苷酶，廣泛存在于桃、杏、蘋果等植物及大腸桿菌、乳酸桿菌、酵母菌和霉菌等微生物中，其作用是將乳糖分解形成葡萄糖和半乳糖。（1）乳糖水解乳的加工哺乳動(dòng)物尤其是人在出生后腸道里具有乳糖酶活性，但斷奶后用其他食物如牛乳等代替母乳，乳糖酶活性逐漸減小甚至無乳糖酶產(chǎn)生，因而引起乳糖不適應(yīng)癥。食后會(huì)引起腹瀉和胃腸不適。乳糖水解乳利用乳糖酶將乳中乳糖水解加工而成，是乳糖不適應(yīng)癥的理想食品。第47頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）防止乳糖結(jié)晶乳糖溶解度較低，在高濃度時(shí)會(huì)結(jié)晶析出，一些濃縮乳清在貯運(yùn)中會(huì)出現(xiàn)乳糖結(jié)晶，還有一些濃縮乳制品如甜煉乳，由于乳糖結(jié)晶析出影響產(chǎn)品外觀和保藏。若在乳清中添加乳糖酶或在煉乳加工中添加25%～30%乳糖水解乳，可以防止結(jié)晶現(xiàn)象，并且增加產(chǎn)品甜度，減少蔗糖用量。（3）縮短乳凝固時(shí)間用乳糖水解乳制造酸乳和奶酪等可以加快酸化過程，有助于奶酪結(jié)構(gòu)和風(fēng)味的形成，并且可縮短乳凝固時(shí)間，奶酪凝固也更加堅(jiān)實(shí)。

第48頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（4）乳清糖漿及半乳糖葡萄糖漿的制造及應(yīng)用乳清是加工干酪及干酪素的副產(chǎn)物，世界年生產(chǎn)量約9×107t，其中一半用于生產(chǎn)乳糖和乳清蛋白，其余一半當(dāng)廢水排放，不僅污染環(huán)境，而且會(huì)流失有價(jià)值的營養(yǎng)物。通過乳糖酶水解乳清，使其中4.5%乳糖分解成半乳糖和葡萄糖，所得稱為乳清糖漿。乳清糖漿的甜度達(dá)到蔗糖甜度的65%～80%，溶解度增加3～4倍。若再經(jīng)過葡萄糖異構(gòu)酶作用，將其中葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，則稱為半乳糖果葡糖漿，其甜度與等濃度的蔗糖相當(dāng)。水解乳清能夠代替蔗糖作為甜味劑，用于各種點(diǎn)心、飲料、糖果、焙烤食品、罐頭食品及冰淇淋加工。第49頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.凝乳酶（EC3.4.4.3）奶酪加工中一個(gè)重要的步驟就是要使液態(tài)乳轉(zhuǎn)變成凝乳，這個(gè)凝結(jié)過程是采用凝乳酶類來催化完成。乳中的酪蛋白以膠體狀態(tài)存在，其膠粒結(jié)構(gòu)的外圍為κ-酪蛋白，中心為αs1-和β-酪蛋白酸鈣。凝乳酶的作用是使κ-酪蛋白中苯丙氨酸和亮氨酸間鍵的斷裂，酪蛋白膠粒成為亞穩(wěn)態(tài)，內(nèi)部的αs1-和β-酪蛋白酸鈣會(huì)凝聚成較大膠體聚合物沉淀出來形成凝乳。第50頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

傳統(tǒng)使用的凝乳酶是犢牛皺胃酶，但是以犢牛為原料制取凝乳酶遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足干酪生產(chǎn)需要，各國都在尋求新的凝乳酶資源，研究發(fā)現(xiàn)微小毛霉、米曲毛霉及淺白隱球酵母均能產(chǎn)生凝乳酶，微生物凝乳酶具有巨大的開發(fā)潛力，其不足之處是有些酶熱穩(wěn)定性較高，致使在乳制品中殘留量升高。

第51頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.蛋白酶能夠?qū)⑷橹械牡鞍踪|(zhì)分解產(chǎn)生氨基酸和肽類，在奶酪成熟和風(fēng)味形成中發(fā)揮重要作用。并且能夠縮短全脂奶酪成熟時(shí)間，改善低脂奶酪的風(fēng)味和質(zhì)地。

4.脂肪酶在乳品中的應(yīng)用主要是在干酪生產(chǎn)中，用于加速干酪的成熟，縮短成熟時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。現(xiàn)在的干酪生產(chǎn)一般都是同時(shí)添加蛋白酶和脂肪酶，以促進(jìn)干酪的成熟，使干酪產(chǎn)生出其特有的風(fēng)味。此外，還可將脂肪酶添加到奶油中，以增加奶油的風(fēng)味。

第52頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（三）果蔬加工

1.果膠酶（EC3.2.1.15）內(nèi)切或外切聚半乳糖醛酸酶，存在于真菌、植物和某些細(xì)菌中，它們水解聚半乳糖醛酸殘基的α-1,4-糖苷鍵形成小分子果膠，在果蔬加工中應(yīng)用最多，主要用于果汁和果酒的澄清。第53頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（1）果汁澄清有些水果如山楂、草莓、柑橘、蘋果、葡萄等含有豐富的果膠，在制汁工藝中，由于果膠產(chǎn)生很高的黏性，影響壓榨取汁和果汁澄清。通常在果實(shí)破碎后添加適量果膠酶，在適宜條件下作用一定時(shí)間，以分解原料中果膠，加速果汁的壓榨和澄清。

第54頁,共102頁，2024年2月25日，星期天第55頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）果酒澄清在現(xiàn)代果酒釀造過程中，已普遍使用果膠酶，它對果酒質(zhì)量和生產(chǎn)效率發(fā)揮重要作用。在葡萄酒生產(chǎn)中，同果蔬汁加工相同，果膠酶也是在果實(shí)破碎后加入，用量為2.5～4mL／100L，處理溫度15～35℃，酶解時(shí)間為3～10d。經(jīng)過果膠酶處理的原酒，其自流汁含量明顯增加，也就是高檔酒產(chǎn)量增加。同時(shí)原酒過濾速度加快，色素浸出物增加，能節(jié)約助濾汁皂土30%以上。第56頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（3）柑橘去囊衣去囊衣柑橘罐頭生產(chǎn)傳統(tǒng)的方法是采用酸或堿處理除去囊衣，這種方法在處理過程中對果肉會(huì)造成一定破壞，耗水量也較大，容易形成酸（堿）殘留。利用黑曲霉產(chǎn)生的果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶的混合物，在一定溫度、pH值條件下，能有效去除囊衣，處理效果優(yōu)于酸堿法。此外，某些蔬菜、水果經(jīng)過纖維素酶適當(dāng)處理，可使細(xì)胞壁膨脹軟化，提高其消化性并改進(jìn)口感。在果蔬汁加工中，纖維素酶與果膠酶一起使用可將汁液中纖維素類物質(zhì)和果膠物質(zhì)分解，促進(jìn)果汁的提取和澄清。第57頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.纖維素酶（EC3.2.1.4）一組包含果膠酶、蛋白酶、半纖維素酶和核糖核酸酶的多酶復(fù)合體，具有很強(qiáng)的降解纖維素和果實(shí)細(xì)胞壁的功能。纖維素酶能夠?qū)⒅参锢w維素水解為纖維二糖和葡萄糖，使細(xì)胞內(nèi)容物得以充分釋放。（1）果汁澄清纖維素酶經(jīng)常與果膠酶協(xié)同作用進(jìn)行果汁澄清。在草莓果漿中添加適量的纖維素酶和果膠酶，能有效地提高出汁率，并且縮短壓榨時(shí)間。（2）板栗去皮酶法去除板栗外皮能較好地保持果肉營養(yǎng)成分、形狀、口感及色澤。第58頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.柚苷酶某些柑橘中含有苦味的物質(zhì)柚苷，從而會(huì)影響到其加工品的風(fēng)味和質(zhì)量。真菌柚苷酶能夠?qū)㈣周战到馄鸬矫摽嘧饔谩Ｔ趹?yīng)用中，一般應(yīng)選用耐酸性強(qiáng)（pH2.8左右）、酶活性高的柚苷酶制劑添加于果汁中，在30～40℃下處理1～2h，即達(dá)到脫苦效果。柑橘罐頭加工中需要進(jìn)行加熱殺菌，需選用耐熱性強(qiáng)的柚苷酶。

第59頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

4.葡萄糖氧化酶能夠?qū)ⅵ?D-吡喃葡萄糖氧化形成葡萄糖酸，同時(shí)消耗氧氣。果汁中含有的L-抗壞血酸在有氧情況下極易被氧化，尤其在熱加工過程中損失很大。在果汁加工過程中添加一定量的葡萄糖氧化酶，可以通過它這種耗氧性質(zhì)對L-抗壞血酸起到保護(hù)作用。

第60頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（四）魚、肉制品加工

1.木瓜蛋白酶

來源于番木瓜，是成分復(fù)雜的多酶體系，主要包括木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶及番木瓜蛋白酶等，其主要功能是催化蛋白質(zhì)和肽類水解。目前應(yīng)用較多的是通過它的蛋白質(zhì)分解活性，在肉制品加工中用于肉的嫩化。木瓜蛋白酶可使肌原纖維蛋白溶解加快，使肉松化和嫩滑，改善肉的口感，提高其營養(yǎng)價(jià)值，促進(jìn)其消化吸收。木瓜蛋白酶對于肌原纖維蛋白的作用在40～70℃范圍內(nèi)活性最高。第61頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶能催化蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在肉品加工過程中，可應(yīng)用轉(zhuǎn)谷氨酰氨酶這一特性對低價(jià)值碎肉進(jìn)行重組，提高肉制品的外觀及質(zhì)構(gòu)，增加產(chǎn)品的附加值。在魚制品加工中，當(dāng)原料品質(zhì)較差時(shí)（如凍魚），可以通過添加轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶提高產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度。

第62頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（五）油脂改良脂肪酶是油脂改良中的關(guān)鍵酶，又稱甘油三酯水解酶，能夠在油－水界面上催化天然油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油單酯或二酯；在有機(jī)相中進(jìn)行酯的合成和酯交換反應(yīng)。天然油脂由于其結(jié)構(gòu)組成不同而具有不同的理化性質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值，利用脂肪酶的多種催化類型和脂肪酶作用的專一特性，在適宜的反應(yīng)條件下，對天然油脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，能夠合成具有一定營養(yǎng)功能和結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)脂（structured1ipid），從而合理有效地利用有限的天然油脂資源，并且提高其營養(yǎng)價(jià)值，改善其功能特性，促進(jìn)高附加值產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。

第63頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

1.n-3長鏈聚不飽和脂肪酸的富集目前人類膳食中兩種重要的必需脂肪酸n-6和n-3PUFA（聚不飽和脂肪酸）比例為l∶10～20，明顯高于權(quán)威機(jī)構(gòu)推薦的比例1∶3～10。目前，研究人員利用酶工程的方法對海魚魚油中的n-3PUFA進(jìn)行富集以及合成富含n-3PUFA的甘油酯。通過脂肪酶催化的水解、酸解、醇解、酯化和酯交換等反應(yīng)途徑實(shí)現(xiàn)n-3PUFA在甘油酯中的富集和合成。水解是根據(jù)脂肪酶的選擇性，直接作用于魚油，將飽和及單不飽和脂肪酸從甘油三酯中分離出來，而長鏈n-3PUFA仍然留在?；视头肿又?。這樣，通過控制油脂的水解程度能夠達(dá)到富集n-3PUFA目的。第64頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.中（短）鏈脂肪酸酯的合成中（短）鏈脂肪酸具有氧化穩(wěn)定性、較低的熔點(diǎn)及黏度、代謝容易被吸收并且能夠迅速提供能量等優(yōu)點(diǎn)。近年來有關(guān)中（短）鏈脂肪酸甘油酯的合成研究也是油脂改良的重點(diǎn)之一。其中Sn-2和Sn-1／3中（短）鏈脂肪酸甘油酯的合成特別受到關(guān)注，作為功能型和營養(yǎng)型甘油酯，它能夠提供容易吸收的脂肪酸，改善人體代謝條件并且治療某些疾病。

第65頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

3.可可脂替代品的生產(chǎn)天然可可脂由于價(jià)格昂貴而限制了其在食品中的廣泛應(yīng)用，有關(guān)利用廉價(jià)脂肪酶催化生產(chǎn)可可脂替代品的研究受到有關(guān)研究者的關(guān)注。近年來，國內(nèi)外對此進(jìn)行了許多研究，主要方法為利用棕櫚油的分餾產(chǎn)物（POP）與硬脂酸或硬脂酸乙酯由Sn-1（3）脂肪酶作用進(jìn)行酯交換，合成POS（棕櫚酰油酰－硬脂酸酯）和SOS（硬脂酰－油酰－硬脂酸酯），POS和SOS均為可可脂的主要成分。

第66頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

4.塑性脂肪的合成利用動(dòng)物脂肪和植物油以適當(dāng)比例混合進(jìn)行酯交換反應(yīng)，在不同條件下可以得到從硬到軟不同的塑性脂肪，產(chǎn)物隨飽和脂肪酸酯含量的改變，熔點(diǎn)有一定變化，塑性范圍（固體酯含量）在15%～35%的塑性脂肪通常涂抹性能良好。

第67頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（六）啤酒釀造

1.葡萄糖淀粉酶和β-葡聚糖酶通常在發(fā)酵后加入，葡萄糖淀粉酶是為了降解殘留的糊精，以保證啤酒的最高乙醇含量。但在釀制鮮啤酒中不加葡萄糖淀粉酶，因?yàn)轷r啤酒不經(jīng)過巴氏殺菌，添加的酶將存留在啤酒中不能除去。

β-葡聚糖酶起到分解β-葡聚糖調(diào)節(jié)啤酒酒精度的作用，并且有助于啤酒過濾。

第68頁,共102頁，2024年2月25日，星期天2.蛋白酶啤酒中的蛋白質(zhì)與多酚、碳水化合物容易形成復(fù)合物，并且產(chǎn)生不溶性膠體沉淀，造成啤酒混濁。用木瓜蛋白酶對冷凍貯存中的啤酒進(jìn)行處理，降解造成啤酒混濁的蛋白質(zhì)及其復(fù)合物，保證啤酒在冷凍貯存中的高清晰度。同時(shí)，由于木瓜蛋白酶的作用產(chǎn)生了更多的肽和氨基酸，能夠起到改善啤酒品質(zhì)的作用。

3.葡萄糖氧化酶作為新型生物去氧劑，在啤酒中添加的主要作用是通過與啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸，除去啤酒中的溶解氧和瓶頸氧。對防止啤酒老化，保持啤酒原有風(fēng)味，以及延長保質(zhì)期有顯著效果。

第69頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（七）焙烤食品

1.α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶與焙烤食品加工過程有關(guān)的酶主要為α-淀粉酶和β-淀粉酶，兩者協(xié)同作用使淀粉糖化生成葡萄糖、麥芽糖和含有1,6-糖苷鍵的低分子寡糖。酵母麥芽糖酶再將麥芽糖分解為可發(fā)酵的葡萄糖并產(chǎn)生氣體。小麥粉中β-淀粉酶含量和活性基本上能滿足焙烤要求。高精度加工使得小麥粉中α-淀粉酶損失很多、含量較低，產(chǎn)生的糊精濃度較低，最終形成的氣體減少，加工出的面包體積小、質(zhì)量差。因此，面包加工通常需要補(bǔ)充外源α-淀粉酶。第70頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

一般小麥中α-淀粉酶熱穩(wěn)定性好，在烘烤過程中它仍然繼續(xù)作用產(chǎn)生糊精，使得面包變得很黏，細(xì)菌α-淀粉酶更為耐熱，用于面包加工也會(huì)產(chǎn)生相同問題。而真菌α-淀粉酶，如米曲霉α-淀粉酶在60℃以上失活，可以防止淀粉過度糊化，同時(shí)可賦予面包良好的組織質(zhì)量和良好的色澤，延長貨架壽命。添加葡萄糖淀粉酶能夠獲得足量的葡萄糖供酵母發(fā)酵產(chǎn)氣。

第71頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.蛋白酶將蛋白酶添加到面粉中可以縮短和面時(shí)間，改善面團(tuán)黏彈性，調(diào)節(jié)面團(tuán)和面粉的面筋強(qiáng)度，改良面包的口感和質(zhì)量。在餅干制造中，需要含有高相對分子質(zhì)量糊精以及含有高水解程度面筋的面粉，以便有足夠的彈性利于加工。許多面粉不具備這種性質(zhì)，而且蛋白酶活性很低，要外加蛋白酶來降解面筋，提高面筋的水解程度。第72頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.葡萄糖氧化酶改善面包品質(zhì)的新型酶制劑，對面團(tuán)特性、面包體積和內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有顯著的改良作用，作用效果優(yōu)于溴酸鉀。但是用量過大會(huì)造成過度氧化，面筋過強(qiáng)，并惡化面團(tuán)性質(zhì)。

4.脂肪氧化酶脂肪氧化酶通過氧化面粉中的胡蘿卜素起到增白作用。此外，脂肪氧化酶可作為一種面團(tuán)調(diào)節(jié)劑，用于增加面團(tuán)的混合耐性和面團(tuán)的起發(fā)體積。第73頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（一）低聚糖

又名寡糖（oligosaccharide），指由2～10個(gè)單糖通過糖苷鍵連接形成的直鏈或支鏈的低度聚合糖，分功能性低聚糖和普通低聚糖二類。蔗糖、乳糖、麥芽糖、麥芽三糖和麥芽四糖等屬于普通低聚糖；異麥芽低聚糖、殼低聚糖、低聚果糖、木低聚糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽酮糖、低聚龍膽糖和大豆低聚糖等則屬于功能性低聚糖。

二、酶工程與功能性食品配料第74頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

低聚糖的功能特性（1）很難或不被人體消化，產(chǎn)熱低。（2）活化腸道內(nèi)雙歧桿菌并促進(jìn)其生長繁殖。（3）不被口腔內(nèi)微生物利用，不會(huì)引起齲齒。作為功能食品的基料，低聚糖廣泛應(yīng)用于各類保健食品和補(bǔ)品中，其中異麥芽低聚糖和麥芽低聚糖年產(chǎn)量已超過萬噸。目前利用酶法制備功能性低聚糖已成為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)低聚糖的主要方法。

第75頁,共102頁，2024年2月25日，星期天我國已批準(zhǔn)的功能性低聚糖糖基原料名稱甘露糖、葡萄糖魔芋低聚甘露糖葡萄糖、麥芽糖淀粉低聚麥芽糖果糖、麥芽糖蔗糖、菊芋低聚果糖半乳糖乳糖低聚半乳糖乳糖、果糖乳糖、蔗糖低聚乳果糖半乳糖、葡萄糖、果糖大豆水蘇糖半乳糖、葡萄糖、果糖甜菜、糖蜜棉籽糖第76頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

1.異麥芽低聚糖

又稱分支低聚糖（Branchingoligosaccharide），是指葡萄糖之間至少有一個(gè)以α-1,6糖苷鍵結(jié)合而成、單糖數(shù)在2～5不等的一類低聚糖。它是功能性低聚糖中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的一種新型糖源，通常以優(yōu)質(zhì)淀粉為原料，采用多種酶聯(lián)合作用制成。異麥芽低聚糖能夠提高免疫力和抗病力，是公認(rèn)的雙歧桿菌的生長促進(jìn)因子。它甜味柔和，黏度低，保濕性好，水分活度低，在酸性條件下對熱穩(wěn)定性好，是兒童糖果、飲料等食品的理想原料。目前在國外已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于保健品工業(yè)和其他食品工業(yè)。

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生產(chǎn)異麥芽低聚糖的關(guān)鍵酶為α-葡萄糖苷酶，又稱葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，它能切開麥芽糖和低聚麥芽糖分子中的α-1,4-糖苷鍵，并將游離出的一個(gè)葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到另一個(gè)葡萄糖分子或麥芽糖、麥芽三糖分子的α-1,6位上形成異麥芽糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖等分支低聚糖。微生物中細(xì)菌、酵母、霉菌等菌株均能夠分泌α-葡萄糖苷酶，其中黑曲霉產(chǎn)酶較高。第78頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.殼低聚糖一般是指由甲殼質(zhì)或殼聚糖制得的2～8糖的低聚糖。由甲殼質(zhì)制得的低聚糖稱為甲殼質(zhì)低聚糖；由殼聚糖制得的低聚糖稱為殼低聚糖。目前已有很多有關(guān)酶法制備殼低聚糖的報(bào)道。甲殼質(zhì)或殼聚糖降解酶廣泛分布于細(xì)菌、放線菌、霉菌等微生物中。甲殼質(zhì)低聚糖具有非常爽口的甜味，隨著聚合度的增大其甜味、吸濕性和溶解度降低，具有調(diào)節(jié)食品水分和改善食品結(jié)構(gòu)等功能。第79頁,共102頁，2024年2月25日，星期天3.低聚果糖（Fructo-oligosaccharides，F(xiàn)OS）

又名寡果糖，通常指利用β-果糖基轉(zhuǎn)移酶在蔗糖的果糖殘基C1和C2位置上，通過β-1,2-糖苷鍵與1～3個(gè)果糖分子結(jié)合形成蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）和蔗果五糖（GF4），屬于果糖和葡萄糖構(gòu)成的直鏈雜低聚糖。低聚果糖是腸道內(nèi)雙歧桿菌的活化增殖因子，具有低聚糖的一般功能。低聚果糖最先由日本明治制果公司研究開發(fā)，并于1984年以產(chǎn)品形式投放市場，銷售前景良好。工業(yè)上低聚果糖有兩種生產(chǎn)方法。

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（1）以菊芋為原料提取菊粉，經(jīng)酶水解而成具有工藝簡單、轉(zhuǎn)化率高和副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)的關(guān)鍵在于菊粉酶的提取。菊粉酶為β-1,2-D-呋喃果糖水解酶，許多微生物如酵母、黑曲霉及少數(shù)幾種細(xì)菌枯草芽孢桿菌均能合成此酶。菊粉用內(nèi)切型菊粉酶水解可得到聚合度為2～8的蔗果低聚糖，菊粉若用外切型菊粉酶水解則得到果糖。（2）由蔗糖經(jīng)β-果糖基轉(zhuǎn)移酶或β-呋喃果糖苷酶通過轉(zhuǎn)果糖基反應(yīng)生成蔗果低聚糖類固定化細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)在蔗果低聚糖生產(chǎn)中得到成功的應(yīng)用，由于β-呋喃果糖苷酶和β-果糖基轉(zhuǎn)移酶都是胞內(nèi)酶，因此可以直接固定細(xì)胞或菌絲體。第81頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

4.木低聚糖（xylooligosaccharide）由2～7個(gè)木糖以β-1,4-糖苷鍵結(jié)合而成的直鏈低聚糖。一般以富含木聚糖（xylan）的植物材料（如玉米芯、蔗渣、棉子殼、麩皮等）為原料，通過木聚糖酶的水解作用分離精制而獲得。木低聚糖的主要成分為木糖、木二糖、木三糖和三糖以上的木聚糖，其中木二糖為主要有效成分。酶法制備木低聚糖時(shí)，由木聚糖酶從主鏈內(nèi)部作用于長鏈木聚糖的糖苷鍵，能將木聚糖隨機(jī)地切成不同鏈長的木低聚糖。

第82頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（二）水解動(dòng)植物蛋白

1.水解植物蛋白（HVP）指在酸、堿或酶作用下，水解含蛋白質(zhì)的植物組織所得到的產(chǎn)物。這些產(chǎn)物通常相對分子質(zhì)量?。凰苄暂^高、無蛋白質(zhì)變性及在人體內(nèi)容易消化吸收；不但具有可適用的營養(yǎng)保健成分，而且可用作食品調(diào)味料和風(fēng)味增強(qiáng)劑。植物蛋白水解物的生產(chǎn)一般采用蛋白質(zhì)含量為50%～80%的植物組織，例如，脫脂大豆粕、玉米、麥類、稻米、菜籽和花生等，目前研究最多的是水解大豆蛋白。第83頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（1）水解大豆蛋白的功能特性及應(yīng)用大豆蛋白資源豐富，價(jià)格低廉，并且具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，但是大豆蛋白分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，80%的蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量在10萬以上，因此，存在溶解性低、消化率和生物效價(jià)也不如蛋和奶等動(dòng)物性蛋白的問題。大豆蛋白經(jīng)蛋白酶水解、分離和精制后可以得到相對分子質(zhì)量低于1000的低聚肽為主的混合物，即大豆肽。大豆肽的氨基酸組成與大豆蛋白相同，必需氨基酸平衡且含量豐富，同時(shí)無蛋白質(zhì)變性，無豆腥味。此外大豆肽還具有比大豆蛋白更豐富的加工特性、營養(yǎng)特性和生理功能。第84頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）大豆肽的主要功能特性①具有良好的水溶性和較低的黏性，流動(dòng)性良好。②具有酸溶性。在大豆蛋白的等電點(diǎn)pH4.3附近保持溶解狀態(tài)，這為開發(fā)酸性飲料提供了條件。③具有易消化吸收、能迅速給機(jī)體提供能量、促進(jìn)脂質(zhì)代謝和恢復(fù)體力等功能?？捎糜谔厥獠∪?、消化功能衰退的老年人以及消化功能未成熟的嬰幼兒的營養(yǎng)劑和流態(tài)食品；還可用于制造運(yùn)動(dòng)員食品、蛋白質(zhì)強(qiáng)化食品和能量補(bǔ)給飲品等。第85頁,共102頁，2024年2月25日，星期天④具有促進(jìn)乳酸菌、雙歧桿菌、酵母和霉菌等多種微生物生長發(fā)育和活躍代謝的作用。用于酸奶、干酪、醋、醬油和發(fā)酵火腿等食品生產(chǎn)時(shí)，可明顯起到提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定品質(zhì)及增強(qiáng)風(fēng)味等效果。

⑤具有低抗原性。其抗原性通常比大豆蛋白降低1%～2%，食后不會(huì)引起過敏反應(yīng)，可用于制造嬰幼兒奶粉和甜點(diǎn)心等非致敏性食品。⑥具有降低和抑制膽固醇的作用。利用這一特性可生產(chǎn)降膽固醇、降血壓、預(yù)防心血管系統(tǒng)疾病等功能食品。

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（3）水解大豆肽的酶法制備主要有酶法和化學(xué)法。由于酶法水解效率高，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)生毒性物質(zhì)的可能性較小，控制反應(yīng)時(shí)間可以得到具有不同生物活性的大豆肽，因此受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。目前應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的酶有胰蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶等。第87頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

2.水解動(dòng)物蛋白（HAP）

指蛋白酶作為生物催化劑，把肉類、水產(chǎn)品及乳品中的蛋白質(zhì)分解成含有多種氨基酸和肽類的水解液。水解動(dòng)物蛋白產(chǎn)品含有多種氨基酸、肽類物質(zhì)。因此營養(yǎng)豐富，易于消化吸收。游離的氨基酸和肽類都具有極好的呈味能力，味道鮮美，香氣自然，穩(wěn)定性較高，可作為調(diào)味劑或營養(yǎng)強(qiáng)化劑應(yīng)用于多種食品的加工。與水解植物蛋白相同，水解動(dòng)物蛋白的某些功能特性和風(fēng)味特征會(huì)發(fā)生一定程度的改變，通常是溶解性增加；熱穩(wěn)定性提高，受熱不凝聚；黏度、乳化性能、滲透性減小。

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（1）水解魚蛋白魚類蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良，其氨基酸比例與人體肌肉成分極為接近，人體吸收利用率較高。魚類蛋白質(zhì)經(jīng)過水解，其營養(yǎng)品質(zhì)和功能特性將進(jìn)一步得以改善，因此對魚類蛋白水解物進(jìn)行開發(fā)已經(jīng)引起人們的關(guān)注。特別是當(dāng)今魚類資源的日益匱乏，對低值魚和魚類加工副產(chǎn)物的加工利用更具有重要的意義。第89頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（2）水解乳蛋白乳蛋白是一種重要的蛋白質(zhì)資源，在食品加工中具有重要的作用。但是在酸性條件下，乳蛋白不穩(wěn)定，易于沉淀，這使其應(yīng)用受到一定限制。乳蛋白水解物具有優(yōu)良的營養(yǎng)特性和加工特性，因此能夠更加廣泛地應(yīng)用于各類食品加工。酪蛋白是牛乳中主要的蛋白質(zhì)，其中富含生物活性序列，在特定條件下對其進(jìn)行酶水解時(shí)，可使其被釋放出來，從而獲得具有生物活性的酪蛋白生物活性肽，如免疫調(diào)節(jié)活性肽、酪蛋白磷酸肽（CPP）、降血壓肽、阿片肽以及抗菌肽等。第90頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

實(shí)例酪蛋白質(zhì)磷酸肽（CPP）一種促進(jìn)鈣和鐵吸收的肽，它是含有25～37個(gè)氨基酸殘基的肽。兩種CPP都在連續(xù)3個(gè)ser-P殘基后連接谷酰胺基部分（核心部位），核心部位能在pH7～8的條件下有效地與鈣形成可溶性復(fù)合物（可以防止在各種鈣磷比條件下產(chǎn)生不溶性磷酸鈣）。

CPP可用于食品的鈣強(qiáng)化劑，增強(qiáng)腸道對鈣的吸收以及鈣在體內(nèi)的保持。CPP還可作為許多礦物元素，如鐵、錳、銅及硒的載體，是一種良好的金屬結(jié)合肽。第91頁,共102頁，2024年2月25日，星期天（一）轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的功能特性及其應(yīng)用

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可通過催化轉(zhuǎn)?；饔?，使蛋白質(zhì)或肽之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。轉(zhuǎn)酰基反應(yīng)的?；w為蛋白質(zhì)或肽鏈上谷氨酰胺殘基的γ-羥基酰胺基，受體可以為蛋白質(zhì)肽鏈上賴氨酸殘基的ε-氨基、游離氨基酸的ε-氨基和初級(jí)氨或水。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶所催化的反應(yīng)既可以發(fā)生在分子間，也可以發(fā)生在分子內(nèi)，決定分子間交聯(lián)反應(yīng)程度的因素主要為蛋白質(zhì)本身的構(gòu)象以及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的類型。三、新型酶制劑及其應(yīng)用第92頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

1.轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的功能特性（1）成膠特性使未加熱狀態(tài)的各種食品蛋白質(zhì)成膠；賦予不能成膠的蛋白質(zhì)（如乳蛋白）成膠；提高成膠的黏彈性；形成耐熱性、耐酸性及耐水性等穩(wěn)定性高的膠體；一般情況下所形成的膠體強(qiáng)度會(huì)隨轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的添加量增加而增加。但是添加過多的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶會(huì)導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度的降低。（2）改善乳化性第93頁,共102頁，2024年2月25日，星期天

（3）提高發(fā)泡性能

WPI大豆11S球蛋白混合物的發(fā)泡穩(wěn)定性較低，經(jīng)過轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理過的WPI大豆11S球蛋白具有良好的穩(wěn)定性。這可能是由于WPI和大豆11S球