酶在蛋白质类食品生产方面的应用

酶在蛋白质类食品生产方面的应用 摘要:该文综述蛋白质类食品加工中广泛使用的蛋白酶、脂肪酶、乳糖酶、转谷氨酰胺酶的特性及其应用进展,并展望其发展前景。 关键词:酶;蛋白质类食品;食品加工 引言:蛋白质是食品中的主要营养成分之一。以蛋白质为主要成分或以蛋白质为主要原料加工而成的食品称为蛋白质类食品,如乳制品、肉制品、水产制品、植物蛋白制品等。随着人们生活水平不断提高,对蛋白质类食品品质提出更高要求;而生物工程技术发展,尤其是酶工程技术发展为食品加工和品质改良提供有利工具。本文介绍蛋白质类食品加工中常用的几种酶的特性及其应用。 1、蛋白质类食品加工中所用酶及其特性 由于蛋白质类食品富含蛋白质,所以在蛋白质类食品加工中主要使用的酶为蛋白酶,同时赋予食品特殊风味和良好品质的酶有脂肪酶、乳糖酶、转谷氨酰胺酶等。 1.1蛋白酶 蛋白酶(蛋白质分解酶)是一类作用于蛋白质或多肽,催化肽键水解的酶。蛋白酶按其作用可分为内肽酶和外肽酶两大类,内肽酶从蛋白质或多肽内部切开肽键生成分子量较小的胨和多肽;而外肽酶则只能从蛋白质或多肽氨基酸或羧基末端水解肽键而游离出氨基酸。蛋白酶也可按酶的来源分类,例如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、细菌或霉菌蛋白酶等。目前人们对木瓜蛋白酶研究最多,由木瓜未成熟果实提取而出,具有较高热稳定性,适宜温度范围较宽,最适温度65℃左右;其最适pH值随底物而变动,一般在5~7范围内;木瓜蛋白酶活性受氧化剂或重金属离子抑制,还原剂或EDTA能恢复酶活力。微生物蛋白酶则常根据其作用最适pH值分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶等,总之蛋白酶来源广泛,种类繁多,性质差异很大。[1] 1.2脂肪酶 脂肪酶是一类脂肪水解酶,能催化天然底物油脂(甘油三酯)水解,产生双甘油酯、单甘油酯、脂肪酸和甘油。脂肪酶是一种糖蛋白,糖基部分以甘露糖为主,约占分子量2%一15%,酶分子由亲水部分和疏水部分组成,活性中心近疏水端。脂肪酶生产方法主要有提取法和微生物发酵法,利用微生物发酵法具有产酶周期短,生产成本低等特点。大部分菌种所产脂肪酶最适作用温度较低(35℃~40℃左右),热稳定性较差,一般在50℃,保温60min,即丧失大部分酶活性;大多数脂肪酶最适pH在偏碱性范围,即pH 8~9。细菌产生脂肪酶热稳定性好、pH 范围宽。[2]目前工业脂肪酶主要来源于微生物,其最适作用条件为pH值7.0,温度37 ℃,可被钙离子及低浓度胆盐激活。 1.3乳糖酶 乳糖酶是β—D—半乳糖苷酶(E.C.3.2.1.23.,β—D—galactosedase),是一种无味、无嗅,溶解后呈浅棕色液体,且无毒无副作用的生物酶制剂,该酶可用于降解乳糖为半乳糖和葡萄糖,亦具有半乳糖苷的转移作用。乳糖酶根据不同来源可分为胞内酶或胞外酶,如乳酸酵母、黑曲霉、米曲霉、米根酶等产乳糖酶均为胞外酶,脆壁克鲁维酵母和大部分细菌产胞内酶。霉菌作用最适pH偏酸性(pH2.5~5.0),酵母和细菌所产乳糖酶最适pH近中性(分别为pH6~7和pH6.5~7.5)。因此最适pH决定了各自的用途,如霉菌所产乳糖酶使用于酸性乳清和干酪的水解(含大量乳糖),酵母和细菌乳糖酶适于牛乳(pH6.6)和鲜乳清(pH6.1)的水解。微生物乳糖酶最适作用温度范围较宽,酵母乳糖酶作用温度在35℃左右,而霉菌最适作用温度一般在5O℃以上,最高可达6O℃,环状芽孢杆菌则可达65℃,嗜热水生菌则为8O℃,耐高温微生物菌株使用时可避免杂菌污染。[3] 1.4转谷氨酰胺酶 转谷氨酰胺酶(transglutaminase,缩写为TGase,EC 2.3.2.13),可通过催化转酰基反应,使蛋白质或多肽之间发生交联。TGase主要催化三种反应:催化在蛋白质以及肽腱中谷氨酰胺残基的γ一羧酰胺基和伯胺之间的酰胺基转移反应,利用该反应可以将赖氨酸引入蛋白质来改善蛋白质的营养特性;当蛋白质中赖氨酸残基的γ一氨基作为酰基受体时,蛋白质在分子内或分子间形成ε一(γ一glutamy1)lys共价健,使蛋白质分子发生交联,使食品及其它制品产生质构变化,赋予产品特有的质构特性和粘合性能;当不存在可以利用的伯胺或赖氨酸中的ε一氨基被某些化学试剂阻断时,水会成为酰基的受体,谷氨酰胺残基通过脱酰胺转变成谷氨酸。[4]转谷氨酰胺酶在自然界中广泛存在,已经从许多动物组织、鱼类和植物中分离出来。大多数转谷氨酰胺酶需要Ca 离子参与,微生物所产转谷氨酰胺酶有较广的pH适用范围,最适pH为5~7,最适作用温度50℃~ 55℃,反应时间为10rnin。 2酶在谷物食品加工中应用 随着一些新型酶制剂开发,酶在蛋白质类食品中应用越来越广泛,概括起来主要有两个方面应用,即蛋白质类食品深加工和品质改良。 2.1在乳制品生产中的应用 经过乳糖酶水解的牛奶具有以下特点:增加滋味,明显提高奶香,改善口感等。甜度比未水解的提高3倍。主要是因为水解后乳糖生成α—D一葡糖和β—D一半乳糖。α—D—葡萄糖是人体各部分代谢的能量来源;β—D—半乳糖是人体大脑和黏膜组织代谢时必需的结构糖;此外还产生8%左右低聚糖。[3] 在TGase的作用下,用葡萄糖一δ一内酯酸化酪蛋白或预先在50℃下用酶处理酪蛋白溶液lh,再酸化,可形成较强的凝胶。TGase形成的凝胶具有良好的特性,强度大,增强了对酸对热的抵抗性,提高了保水性。因此,在酸奶生产中添加TGase可改善酸奶品质,提高酸奶质量。另外,在重制奶酪生产中,添加TGase处理后,使乳清蛋白和酪蛋白交联在一起,可以提高奶酪的质量,增加经济效益。用该酶处理牛奶,可使牛奶黏性增加。[5]此外,TGase还可以改善乳蛋 白乳化特性、提高乳蛋白的热稳定性、减少乳制品的脂肪含量、提高保水性。在加工炼乳过程中加入少量的TGase,炼乳不易出现脂肪上浮和蛋白质颗粒沉淀现象,而少量的TGase容易使冰淇淋成型且不易融化。[6] 脂肪酶应用于乳酯水解,包括奶酪和奶粉风味的增强、奶酪的熟化、代用奶制品的生产、奶油及冰淇淋的酯解改性等。脂肪酶作用于乳酯并产生脂肪酸,能赋予奶制品独特的风味。脂肪酶释放的短碳链脂肪酸(C4~C6)使产品具有一种独特强烈的奶风味,而释放的中碳脂肪酸(C10~C14)使产品具有皂似的风味。同时,由于脂肪酸参与到类似微生物反应的过程中,增加了一些新风味物质,如甲基酮类、风味酯类和乳酯类等。[7] 2.2在肉制品中的应用 在屠宰场和肉类加工厂如何有效利用含肉类物质的副产物是一个较为复杂和困难的问题。屠宰场的分割车间,一般在骨头上平均残存5%的瘦肉。由于利用机械法从切割肉剩下的骨头回收部分肉,成本较高,目前大部分加工厂仍采用人工方法回收部分肉蛋白,但所需人工及费用很高。现在已开始采用加中性蛋白酶制剂法,从骨上回收肉蛋白,回收率大大提高,成本也随之大幅度降低。[8] TGase可使肉类中的肌球蛋白B、肌球蛋白发生聚合,在热诱导的肌球蛋白B凝胶和生香肠肉中,TGase处理后用电子显微镜可以发现网络结构比对照好。 [6]研究 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 明TGase形成的交联增强了香肠和火腿肠等肉制品中蛋白质的网络结构,使其弹性、硬度等物理性质得到提高。并且不受高温和冷冻的影响。 2.3在水产制品中的应用 微生物脂肪酶(黑曲霉脂肪酶等)可选择性水解鱼油,使其中n-3多不饱和脂肪酸含量提高。[9]Samuelsen在研究一种微生物脂肪酶对鲑鱼品质影响时发现,脂肪酶添加对鲑鱼中单不饱和脂肪酸会产生影响。[9] 此外,国内也有利用木瓜蛋白酶水解罗非鱼蛋白质生产多肽液的研究报告。 添加到鱼团中的TGase在成型过程可以催化交联反应,随着TGase添加量的增加,鱼团凝胶的断裂强度和交联度增加,而肌球蛋白的重链减少,从而提高鱼团凝胶的持水性。TGase在海洋食品中还有其它方面的应用,蒸馏产品和冷冻食品质构的变化在某种程度上可利用TGase和酪蛋白酸盐溶液预防,这种作用对蒸馏或冷冻海洋食品产品如必须维持其质构特性的虾类制品是十分有用的。[4] 2.4在植物蛋白制品中的应用 在面筋的生产过程中,利用TGase影响面筋蛋白组分中高分子量麦谷蛋白亚基,诱导面筋蛋白中高分子量聚合物形成,改变面筋粘弹性,使面筋网络结构加强,所以淀粉能很好保持在面筋网络中,减少淀粉损失,面条或面团相互粘结减少。[10] TGase在豆腐生产中使用是其另一个实际应用的例子,用TGase处理可以提高豆腐的持水能力,质构好,光滑。由于转谷氨酰胺酶形成的交联有较好的热稳定性能,即使是加热处理后许多物理性质也仍然保持不变。[4]Kato将豆浆与葡萄糖酸内酯、TGase混合,在5O℃下保温1h,经110℃杀菌处理制成耐保存的麻婆豆腐。这种豆腐在25℃保存6个月后仍有良好的口感、质构与风味。[11] 3、结束语 酶作为一种食品添加剂,与传统改良剂相比,具有显著优越性。首先,它不会有任何有害残留物质;其次,酶的催化反应具有高度专一性和高效性,且用量少,经济上合算;再者,酶反应条件温和、易操作、能耗低;同时可避免因剧烈操作所造成营养成分损失。但由于酶的开发在技术上要求较高,加上我国在这方面研究起步较晚,应用到食品加工尤其是蛋白质类食品加工方面酶制剂十分有限。在开发多样化的蛋白质类食品新制品的现今,酶的需求也是多样化的。今后,随着基因工程以及蛋白质工程的发展,可用于蛋白质类食品的酶也将会有新的进展,酶在蛋白质类食品工业中的应用前景将更为广阔。 [参考文献] [1]郭勇,郑穗平.酶在食品工业中的应用[M].北京:中国轻工业出版社,1996. [2]李香春,甄宗园.脂肪酶特性及其应用[J].粮食与油脂,2003 [3]王敏, 檀建新, 张伟, 李长文, 马雯, 路玲玲. 乳糖酶的应用及发展现状 [4]王金水,赵谋明. 转谷氨酰胺酶的性质、制备及在食品加工中的应用,2005年9月. [5]刘心伟,吕如平,范贵生.微生物TGase在食品工业中的研究进展[J].内蒙古农业大学学报,2006 [6]韩璐,潘力. 转谷氨酰胺酶在食品加工中的应用. 2007 [7]刘成江,李开雄. 浅谈几种酶在食品加工中的应用. 2006 [8] [9]贾洪锋,贺稚非,刘丽娜, 刘思杨. 微生物脂肪酶研究及其在食品中应用. 2006 [10]王应强, 刘爱青. 酶在谷物食品加工中应用. 2006 [11]桑亚新,贾英民,王向红.TGase及其在食品工业中的研究进展[J].中国食品学报,2004 继续阅读