酶工程在食品工业中的应用

《中国食品添加剂》 China Food Additives 2o04 No．6 酶 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 在食品工业中的应用 陈文伟 刘晶晶 (1食品科学教育部重点实验室(南昌大学) 2江苏常熟理工学院食品系) 摘 要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分。酶作为生物催化剂，具有高催化效率，专一性强，反应条 件温和及酶活性可以调控。本文介绍了酶工程在食品添加剂和功能食品成分开发中的应用。 关键词：酶工程，食品添加剂，功能食品成分 Application of Enzyme Engineering in Food I ndustry Chen Wenwei ，Liu Jingjing (The Key Laboratory of Food Science of MOE，Nanchang University； The Food Science Department，Changshu University) Abstract：Enzyme engineering is an important composing part of modem biotechnologies．As biocatalysts，enzyme is char- acterized in high catalytic efficiency，high specificity，mild reactive conditions and controllable activity．The application of enzyme engineering in the development of food additive and functional food components is reviewed in present article． Key words：Enzyme engineering，Food additive，Functional food components 酶工程是生物技术的一个重要组成部分，指在 一 定的生物反应器内，利用酶的催化作用，进行物 质转化的技术。而食品工业是应用酶工程技术最 早和最广泛的行业。近年来，由于固定化细胞技术 应用化、固定化酶反应器的推广应用，促进了食品 添加剂新产品的开发，产品品种增加，质量提高，成 本下降。还有些酶本身就是保健食品重要的功效 成分，如超氧化歧化酶(SOD)、溶菌酶、L一天冬酰 胺酶等，为食品工业带来了巨大的社会经济效益。 酶工程包括自然酶的开发及应用，固定化酶、 固定化细胞、多酶反应器(生物反应器)、酶分子的 修饰改造及酶传感器等，广泛应用于食品加工的许 多领域，本文简要介绍酶工程在食品添加剂和功能 食品成分开发中的应用。 1． 酶工程在食品添加剂开发中的应用 1．1 在甜昧剂中的生产应用 海藻糖是一种新型的多功能食品添加剂。张 海平和杨静⋯从中国土样中筛选分离得到能产生 98 淀粉转化为海藻糖的酶菌柱，并利用该菌柱生产的 酶进行淀粉合成海藻糖。产物海藻糖在反应混合 物中的含量可达48％。薛璐和马莺 研究了在不 易破壁取得胞内海藻糖合酶的情况下，采用渗透处 理细胞技术生产透性化细胞酶，并获得了较高的酶 活力。海藻糖还可由海藻糖合酶将麦芽糖直接转 化为海藻糖，在海藻糖的工业生产中有着良好的应 用前景。 林勤保 研究了低热量葡聚糖的制备 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 ， 发现用 一淀粉酶和真菌淀粉酶水解得到的产品 色泽好，并且易于喷雾干燥，是很好的一种水解处 理得到低热量葡聚糖的方式。 低聚木糖是一种具有多种保健功能的食品添 加剂，主要以富含半纤维素的原料经一定的加工方 式制得。石波和李里特 研究了以玉米芯为原 料，采用质量分数 2％的NaOH溶液进行预处理， 通过sp．E一86菌株生产的木聚糖酶酶解制备低聚 木糖。其考察了不同酶解反应时间条件下低聚木 糖产物平均聚合度的变化情况，并用 TLC法测定 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Fo0d Additives 2004 No．6 出研究所得的产物是以木糖、木二糖为主的低聚木 糖产品。 甜菊苷是一种非营养型功能性甜味剂。甜菊 苷具有轻微的苦涩味，通过酶法改质后可除去苦涩 味从而改善风味。酶处理方法是在甜菊苷溶液中 加入葡萄糖基化合物，采用葡萄糖基转移酶处理， 生成葡萄基甜菊苷 J。 甘草中所含的甜味物质甘味物质甘草苷是一 种功能性甜味剂，具有补脾益气、解毒保肝、润肺止 咳的功效。甘草苷经B一葡糖苷酸酶处理，生成单 葡糖苷酶基甘草酸，其甜度为甘草甜素的5倍，是 高甜度的甜味剂和解毒剂 J。 1．2 在调昧剂中的生产应用 李祥、罗仓学 和彭小平、杨宁 8 以啤酒废酵 母为原料，添加蛋白酶和葡聚糖酶，经过脱苦、自溶 等工序而制成的酵母抽提物，富含多种氨基酸，具 有强烈的增鲜效应及醇厚浓郁的肉香味，风味、质 量达到国外同类产品的先进水平。 刘雄、阚健全L9 用酶法提取的米糠蛋白的溶 解性、起泡性、乳化特性和营养性等蛋白功能特性 上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出良好性能，不仅可以作为食品中的营养强 化剂，还可以作为食品中的风味增强剂。 1．3 在营养强化剂中的生产应用 SOD具有抗氧化、抗辐射和抗衰老的功效，是 一 种颇受关注的酶。目前 SOD主要从动物血液中 分离纯化得到。由于血液中含有大量的杂蛋白，分 离纯化工艺复杂，因此难以达到要求。从天然植物 中分离纯化 SOD，又受到地理环境和气候条件等 影响，难以满足需要。 张毅，李弘剑 。¨。从大蒜的外植体中诱导、选育 得到优良的大蒜细胞，再通过大蒜细胞培养进行 SOD生物合成及其调节控制的研究。结果表明果 胶酶等生物刺激剂可明显提高 SOD的生成率，这 为大蒜细胞 SOD的工业化生产打下了基础。 邓尚贵、章超桦⋯ 研究了以价廉的相手蟹、翡 翠贻贝、马氏珍珠贝和青鳞鱼为原料，采用双酶法 (枯草杆菌中性蛋白酶和胃蛋白酶)水解它们的蛋 白质，经减压浓缩或喷雾干燥制作水产 HAP(水解 运动蛋白产物)的工艺。结果表明四种水产原料 的蛋白质水解度分别为43．4％、82．0％、82．6％和 93．6％；并且用双酶法研制的水产 HAP使用方便、 价廉物美，具有独特的海鲜风味和特殊的营养保健 功能，是一种营养保健型的食品添加剂。 橘皮苷是一种营养添加剂，具有降低血压、抗 过敏和强化毛细血管壁等作用，但其在水中的溶解 度极低。在橘皮苷中加入糊精，采用环糊精葡聚糖 转移酶处理，生成水溶性的酶改性橘皮苷 ¨。 1．4 在香味剂中的生产应用 浓香型曲酒是以己酸乙酯为主体香，中科院成 都生物研究所“RMZ”酶研究组与曹雪芹家酒厂科 研所合作，将“RMZ”酶工程技术应用在曹雪芹家 酒厂，利用“RMZ”香酯酶催化生物合成己酸乙酯， 研制出一种优质、浓香型曲酒 ¨。 实验室利用微生物酶类生产香兰素的研究也 有报道 引¨：例如利用黑曲霉胺氧化酶和大肠杆菌 单胺氧化酶氧化香草胺生产香兰素；还研究了用固 定化胺氧化酶连续生产香兰素，并预计黑曲霉胺氧 化酶连续生产香兰素的技术将应用于工业生产中。 利用脂肪氧转化丁子香酚和异丁子香酚生产香兰 素，用异丁子香酚作为底物时，转化产量约为 100 — 150mg／g。 顺一3一己烯醇和反 一2一己烯醇具有新鲜、青 香气息，采用从豆类提取的脂肪氧合酶或均质的植 物组织如莴苣叶可将亚油酸转化成顺一3一己烯醇 和反 一2一己烯醇 ¨ J。 张文启报道 酶法奶类香精是以稀奶油或奶 油为原料，通过脂肪酶或接人某种微生物，使乳脂 肪分解，从而得到增强许多倍的乳香原料。广州百 花香料股份有限公司采用酶法水解黄油，生产系列 奶类或乳化牛奶香精，取得了良好的经济效益。 1．5 在乳化剂中的生产应用 许剑秋 ¨采用酶法生产工艺，以饴糖生产的 下脚料为原料，酸性蛋白酶生产米蛋白，生产的米 蛋白可作为食品工业上优质的乳化剂。 李和平、李梦琴 采用玉米麸质粉为主要原 料，经 d一淀粉酶液化、水解、脱色脱臭及干燥制得 新型食品添加剂玉米蛋白发泡粉，所得产物的蛋白 质含量为63．8％，得率达53．4％。 2． 在功能成分开发中的应用 2．1 活性多糖 甲壳素经细菌(或真菌)中的甲壳素脱乙酰酶 处理可制取得到壳聚糖 。动物软骨经木瓜蛋白 酶处理提取硫酸软骨素 。¨猪小肠粘膜(肠衣加 99 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2o04 No．6 工废弃物)经胰蛋白酶处理提取肝素 。陈小娥 和夏文水 利用纤维素酶提取马尾藻中的海藻多 糖，其提取率比酶法提取提高77％。 2．2 功能性低聚糖 于国萍 以1：1的乳糖和蔗糖为原料，利用 自制 B一呋喃果糖苷酶合成低聚乳果糖，温度为 42℃，pH为7．0，酶添加量为 0．5mL，底物浓度为 20％时，经十几个小时的反应，获得低聚乳果糖含 量约30％。该糖为低热量糖，可用于减肥食品，亦 可用作双歧因子。 刘汉文和丁志香 用淀粉经三种仅一淀粉酶 与普鲁兰酶协同糖化，再精制，生产出三种麦芽低 聚糖浆。 龙胆低聚糖对肠内细菌起增殖作用，在中药上 作为消炎和解毒药使用。唐传核、朱高翔 介绍 了工业化生产龙胆低聚糖中所用的酶，黑曲霉来源 的B一葡萄糖苷酶，以高浓度的葡萄糖为原料，通 过 B一葡萄糖苷酶合成龙胆低聚糖，再经分离精制 过程，制得不同 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 的龙胆低聚糖制品。 2．3 活性肽及氨基酸 程云辉和文新华用酶蛋白经胰蛋白酶(或产 碱杆菌蛋白酶)等蛋白酶作用下不解制得酪蛋白 磷酸肽(CCP)。 糖巨肽(GMP)具有抗病毒、活化双歧杆菌等 功能，可用 K一酪蛋白经凝乳酶处理制得。 王薇青 利用红酵母产生的苯丙氨酸解氨 酶，在反应肉桂酸／氨水液中保温反应，由酶催化产 生 L一苯丙氨酸。还以 L一谷氨酶为原料，通过固 定化L一谷氨酸脱羧酶转化制得 一氨基丁酸， 一 氨基丁酶具有降血脂及健脑益智功能。 2．4 核苷酸 腺嘌呤核苷酸(AMY)由产蛋白假丝酵母菌体用 热水提取核酸，再经核酸酶水解制得。AMP用于婴儿 配方奶粉，以增强婴幼儿对细菌陛疾病的抵抗力。 脱氧核苷酸由鱼白(鱼精)提取脱氧核糖核酸 (DHA)后，经5’一磷酸二酯酶酶解制得。脱氧核 苷酸具有防治白血球、血小板减少的功能。 2．5 L一肉碱 L一肉碱添加于运动员饮料中，能最大限度地 增强运动员耐力和抗疲劳能力；添加于减肥食品中 来降低各种组织的脂肪量。微生物中的细菌、放线 菌、酵母菌和霉菌都有能水解合成 L一肉碱的菌 100 株。江苏省微生物研究所酶转化产L一肉碱5g／L， 转化率40％；或由 一丁基甜菜碱经酶法羟化制 得，但由于丁基甜菜碱价格昂贵，限制了这种方法 的大规模生产 。 2．6 人参皂苷的转化 人参皂苷约占人参重量的4％，其中人参皂苷 Rh2具有很强的抗肿瘤活性，但其含量甚微。利用 皂苷糖苷酶采用酶转化法，可将人参中含量较高的 人参皂苷 Rbl、Rb2、Re、Rd、转化为Rh2_29 J。 3．展望 综上所述，酶工程技术在食品添加剂生产中已 经得到广泛的应用，固定化酶和细胞技术走向成 熟，并已获得显赫的经济效益和社会效益。开发新 的酶源和酶的新用途的研究不断增添食品加剂的 新品种，固定化方法和固定化载体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 不断更新， 为食品添加剂工业生产的连续化和自动化创造了 条件，降低了生产成本。非水相酶催化反应的理论 和应用研究为食品添加剂的品种增加、产品结构改 变开辟了新渠道。可以预期，在2l世纪，酶工程技 术作为生物技术的一个重要组成部分，充满生机， 发展迅速，前景光明，大有希望；将在食品工业中得 到更加广泛的应用，促进食品工业的迅速发展。 参考文献 1．张海平，杨静．酶法转化淀粉合成海藻糖的初步研究．中国 食品添加剂．2000，2：61—64 2．薛璐，马莺．透性化海藻糖合酶的研究．食品与发酵工业． 2002，28(1)：16—18 3．林勤保．由淀粉制备的食品添加剂——低热量葡聚糖．食品 与发酵工业．1995，3：48—51 4．石波，李里特．玉米芯酶法制取低聚木糖的研究．中国农业 大学学报．2001，6(2)；92—95 5．鲍志华．天然甜味剂——甜菊苷．牙膏工业．1999，1：34—36 6．鱼红闪，吴少杰．树脂法提取甘草中甘草苷的研究．食品与 发酵工业，1999，1：10—13 7．李祥，罗仓学．啤酒酵母抽提物工艺的研究．酿酒科技． 2002，1：65—67 8．彭小平，杨宁．天然调味料——酵母抽提物的研究．1997，23 (5)：47—51 9．刘雄，阚健全．米糠蛋白的功能特性和应用．粮食与饲料工 业．2001，12：35—37 1O．张毅，李弘剑，大蒜细胞培养及超氧化物岐化酶产生的研 究．华南理工大学学报．1993，21(3)：91—94 11．邓尚贵，章超桦．双酶法在水产品水解动物蛋白制作工艺 中的应用研究．水产学报．1998，22(4)：352—356 12．唐传核，彭志英．一种新型食品添加剂一酶改性橘皮苷．广 (下转63页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2o04 No．6 化的结果。淀粉的老化，指的就是糊化的淀粉经过一 段时问的储存，在温度降低后，随着水分蒸发，已经展 开的淀粉链部分重结晶，形成微胶束结构，又叫p结 晶。而乳化剂能够使面包心长时问地保持柔软性，美 国食品和药物管理局(FDA)允许用作面包组织软化 剂的乳化剂有：DMG、DATEM及PGME等。 目前关于面包老化机理主要有以下几种：水分 迁移、淀粉重结晶以及淀粉与蛋白质之问的相互作 用等。但是无论是哪一种理论，乳化剂添加到面团 中后，它们与面粉中的直接淀粉结合形成不溶于水 的复合物，可以使水分迁移率下降，可以阻止淀粉 于蛋白质的相互作用，可以延缓淀粉由无序的非结 晶状态转变成有序的结晶状态而引起的老化，从而 防止了面包变硬。 无论是蛋糕和面包都是多相的复杂体系，乳化 剂可作用于多相界面的表面促进乳化。还能与蛋 白质和淀粉络合以增强面团特性，防止面包老化。 面包中常用的乳化剂主要有单甘酯衍生物和离子 型乳化剂。冯新胜 ¨研究发现，几种乳化剂对面 包老化速度抑制作用由强到弱的排列顺序是：分子 蒸馏单甘酯 >蔗糖酯 >CSL(或SSL)。 4 结论 乳化剂与淀粉的相互作用以及作用效果受到 淀粉的类型和乳化剂的链长、结构、晶型以及水分、 温度等因素的影响；乳化剂与淀粉形成的疏水性螺 旋结构对于面粉的品质有很好的促进作用，尤其存 在于面团强化以及面包的保鲜、抗老化等方面，这 大大提高了面包的品质，并且逐渐成为面包生产中 一 种最重要的改良剂之一。 参考文献 1．Scott Hegenbart．Emulsifier Applications．Food Product 1995． 32(10)：56—58 2．Waniska，R．D．Function of Emulsifier．Food Product 1998，46 (6)：74—80 3．孙伟．乳化剂在面包生产中的应用．食品科技，1996，(2)：15 4．张守云，周云．食品添加剂警惕理论及其应用．中国食品添 加剂，2002，000(003)19—23 5．蔡立志．国外面包改良及研究进展．中国粮油学报，1994，9 (1)：25—27 6．C．C．Tsen and J．Weber．Dough properties and proof times of yeasted doughs affected by surfactants．Food Chemistry，1981，58 (53)：180—181 7．W．H．Knishtly，Cereal Foods W0rld 1988，33(4)：405—407 8．Rogers and Xn．Modern Cereal Science and Technology．1987， 4(8)：46—48 9．DragsdorfRD，Varriano—Marston E．Bread stMing：X—ray dif- fraction srudies on 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