酶工程技术在食品工业中的应用

酶工程技术在食品工业中的应用

摘要: 介绍了现代酶工程基本技术，酶制剂在食品加工中的应用现状，以及最新研究近况。酶工程作为一项高新技术将为食品工业的发展起重要推动作用。
关键词: 酶工程;生物酶;食品工业。

酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器。酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊蛋白质旧。其催化作用的条件要求非常温和，可在常温、常压下进行，又有可调控性，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、固定化酶反应器的推广应用，促进了食品新产品的开发，产品品种增加，质量提高，成本下降，为食品工业带来了巨大的社会经济效益。80年代末，日本陆续开发了具有生成低聚糖特异性，以微生物为来源的酶，促进了低聚糖纯品生产技术快速进人实用化，使品种繁多的新产品相继在市场上出现。日本自从1988年异构乳糖生产以来，几乎每年向市场推出新的商品[1]。低聚糖的品种不断翻新:如低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚麦芽糖、大豆低聚糖、低聚龙胆糖等等。国内相继开始了这方面的研究，无锡轻工业学院金其荣、徐云发利用了根霉菌产生的高温低聚糖酶、制备了一种新型低聚糖浆，与国内外生产的淀粉糖浆和低聚糖不同，具有甜味纯正、口感厚实的特点[2]。

1酶工程基本技术

1.1酶制剂的生产来源
酶制剂的生产酶的来源主要有植物、动物和微生物。最早人们多从植物、动物组织中提取，例如从动物胰脏和麦芽中提取淀粉酶、从动物胃膜，胰脏、木瓜、菠萝中提取蛋白酶。它们大多数由微生物生产，这是因为微生物种类多，几乎所有酶都能从微生物中找到，而且它的生产不受季节、气候限制;由于微生物容易培养，繁殖快，产量高，故可在短时间内廉价地大量生产。近年来，随着基因工程技术的迅速发展，又为酶产量的提高和新酶种的开发开辟了新的途径。基因工程技术的最大贡献在于，它能按照人们的意愿构建新的物种，或者赋予新的功能。虽然目前基因工程还未形成大规模的产业，但是它作为一种改良菌种，提高产酶能力，改变酶性能的手段，已受到了人们的极大关注。例如利用改良的过氧化物酶能够在高温和酸性条件下脱甲基和烷基，生产一些食品特有的香气因子。基因工程菌生产a一淀粉酶是目前人们研究最多的课题，美国CPC国际公司的Moffet研究中心，已成功地采

用基因工程菌生产了a一淀粉酶，并已获得美国食品药品管理局(FDA)的批准。此外，运用基因工程技术，提高葡萄搞异构酶，纤维素酶，糖化酶等酶活力的研究也取得了一定的成绩。

1.2酶的纯化
酶的纯化属于一种后处理工艺，包括粗制工艺与精制工艺，对超酶液进行浓缩精制是生产高质量酶制剂的重要环节，目前采用的技术主要有沉淀法，吸附法和色谱法，分子筛分法，

陈结法，减压浓缩法和电泳法等。
1.3酶的固定化技术
酶的固定化是指用物理或化学手段，把酶束缚在一定的区域内，使其在一定的范围内起催化作用。固定化技术是酶工程的关键技术之一，自从1969年世界上第一次使用固相酶技术以来，至今已有30多年的历史。应用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆是现代酶工程在工业生产中最成功、规模最大的应用。固定化酶可用于处理液态食品，价格昂贵的酶经固定化后，可以提高稳定性，降低成本，延长使用寿命，实现连续化和自动控制，减少精制过程中沉淀，过滤等操作费用。

2酶在食品加工中的应用

现代酶工程属于高新技术，其技术先进，厂房设备投资少，工艺简单、能耗低、产品收率高、效率高、经济效益大。利用微生物发酵和基因工程技术可以获得能在极酸性和极碱性的环境中工作的酶，用于食品生产可取得许多意想不到的结果。其在食品加工中主要应用于:淀粉加工;乳品加工;果疏加工;蛋白质加工;面粉的烘烤加工;酿酒工业中的应用[3]。
2.1淀粉加工中的应用
以淀粉为原料，通过酶转化法生产低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖，具有原料来源广、价格低、人口香甜、风味独特等优点。麦芽寡糖酶水解淀粉后，通过絮凝、脱色、离交、纯化制成3一8个葡萄糖分子组成的新型淀粉糖，它不仅是一种科学的、合理的、具有功效的高能营养品，还具有易消化、低甜度、低渗透等优点。转移葡萄糖昔酶是生产低聚异麦芽糖主要且必须使用的酶制剂。以淀粉为原料，经调乳、液化后，在液化液中添加真菌淀粉酶、葡萄糖昔转移酶进行糖化、转昔反应，经一定时间后，便产生以异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖为主要成分的糖液。以玉米淀粉为原料，在糊化时加人耐热a一淀粉酶，采用酶脱支反应等手段改变淀粉原有的分子结构并重新结晶，可以提高产品中抗性淀粉的含量[3]。现在国内普遍使用耐高温a一淀粉酶生产葡萄糖，这种酶具有反应温度高(最适温度90一95℃)，作用力强，反应速度快的优点，克服了普通a一淀粉酶作用温度不高的缺点。耐高温a淀粉酶不仅可用于淀粉糖的制造，还广泛地用于啤酒，酒精，发酵工业，制药，纺

织，造纸等工业上。利用固定化酶来生产葡萄糖可缩短糖化时间，减少反应体积。1975年丹麦NoV。公司开始发展固定化葡萄糖淀粉酶，他们发展了一种新的固定化技术，将白蛋白和酶蛋白的混合物交联到惰性酷蛋白的心核上，得到一很薄的一层酶的硬质颗粒，并已取得专利。目前世界上淀粉糖的产量已达1000多万，其中有一半是果葡糖浆[4]。
2.2乳品加工中的应用
酶应用于乳品加工主要有以下几个方面:乳糖酶一分解乳糖;凝乳酶制造干酪;溶菌酶一添加婴儿奶粉中杀菌消毒;过氧化氢酶一牛奶消毒;多酶生物传感器。将固定化酶系统与微电流计连接能快速准确的测定乳糖的含量，这对乳制品生产中质量控制具有重大意义。其中以乳糖酶和凝乳酶的应用最为重要，凝乳酶是生产干酷不可缺少的制剂，其产值占整个酶制剂总产值的5%，乳糖酶可以将乳品中含量较多的乳糖水解为半乳糖和葡萄糖，提高乳品的可奶用于生产干酷，生产用的凝乳酶主要由大肠杆菌来生产。在乳糖酶的特性方面，国外已有较系统的研究，Park等(1979)报道了米曲霉乳糖酶的生产及酶学特性，GekaS等(1985)对乳糖酶特性及其水解乳糖进行了较全面的总结。利用酶消化性，防止引起乳糖不耐症，这种酶在国内外以微生物制造的居多。全世界大约有1/4牛可从植物油除臭剂蒸馏物中提取食用街酮类脂肪酸脂，得到的产品脂肪酸含量低，其风味和安全性均优于一般方法提取。溶菌酶又称胞壁质酶，是一种有效的消毒抗酶剂，广泛应用于医药、生化、食品工业中，加在鲜牛奶

中可以增加吃牛奶婴儿的抗菌能力。溶菌酶在鲜鸡蛋中含量最高。国内外主要以鸡蛋清为原料，采用直接结晶法或离子交换树脂法制备。此外过氧化氢酶可用于清除乳品中多余的过氧化氢;超氧化物酶用于乳清脱色等;琉基氧化酶用于去除乳制品因超高温杀菌而产生的糊味;脂肪酶用于乳品增[5]。
2.3果蔬加工中的应用
水果蔬菜加工用酶中最常用的有果胶酶，纤维素酶，半纤维素酶，淀粉酶，阿拉伯糖酶等。其中果胶酶已成为许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果胶酶可以明显提高果汁澄清度，增加果汁出汁率，降低果汁相对粘度，提高果汁过滤效果。果胶酶主要由滋生物来生产，人们通过一系列诱变育种技术，可以筛选优良菌种。随着人们对天然健康食品的不断需求，近年来，采用果胶酶和其他的酶(如纤维素酶等)处理可以大大提高出汁率，简化工艺步骤，并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品，如胡萝卜汁，南瓜汁，番茄汁，洋葱汁饮料等。葡萄糖氧化酶可用于

果汁脱氧化，国内外对其生产及固定化方法进行了深人的研究。特别是近年来，随着葡萄糖酸钙，酸锌，酸铁等葡萄糖酸系列产品的兴起，需求日益增加，因而开发性能优良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生产葡萄糖酸具有实际意义。
2.4蛋白质加工中的应用
蛋白酶能将蛋白质水解为肤和氨基酸，提高和改善蛋白质的溶解性，乳化胜，起泡性，粘度、风味等。利用蛋白酶制剂可以避免酸水解，碱水解对氨基酸的破坏作用，保证蛋白质营养价值不受影响。在豆乳的生产中，传统工艺中存在着原材料利用率低、稳定性差、复溶性不好等缺点。利用蛋白酶的作用，豆乳中的蛋白质和碳水化合物被降解，这样就可以提高原材料利用率，增加产品稳定性，改进产品的营养价值。从大豆发酵食品中可提取一种枯草杆菌蛋白酶，其最适反应PH值和温度分别为9.0和48℃，它可以在碱性和受热环境下水解纤维蛋白。葛世军，王璋等报道了一种酶法豆乳生产新工艺，各项工艺指标均较传统工艺为佳[6]。
2.5面粉烘烤加工中的应用
酶在烘烤食品方面，可以增大面包体积，改善面包表皮色泽，改良面粉质量，延缓陈变，提高柔软度，延长保存期限。国外经试验表明，向面粉中添加0.1%的淀粉酶，就可以使面粉变得完善，大大改进产品的质量，因此国外都把面粉中的淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。制作面包时，当面质很硬或需要面团具有特别的柔韧性和延伸时加人蛋白酶，能改善面团物理性质和面包质量，使面团易于延伸，以较快速度成熟。在生产蛋糕过程中，鸡蛋液是主要的关键原料，要求具有良好的乳化胜和持泡性，通过添加蛋白酶制剂可有效地改善鸡蛋液乳化件和持泡性。脂肪氧化酶添加于面粉中，可以使面粉中的不饱和脂肪酸氧化，同胡萝卜素发生共额氧化作用而将面粉漂白。乳糖酶也用于加脱脂奶粉的面包制造中，它可以分解乳糖生成可发酵性的糖，促进酵母发酵，改善面包色泽[7]。
2.6酿酒工业中的应用
麦芽是生产啤酒的主要原料。麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不能充分、蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、p一葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。此外，还有一些酶类在食品生产中也起了相当大的作用，如木瓜蛋白酶能增强肌肉酶类的作用，使肉类在烹饪过程中嫩化;从麦芽中提取的植酸酶可有效降低豆科植物和谷类中的植酸;果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶可促使细胞分离、细胞壁变软，使原

材料易于榨浆等。在食品包装上，葡萄糖氧化酶对食品有多种作用，作为在食品保鲜及包装中最大的作用是除氧，延长其食品的保鲜保质期，保持色、香、味的稳定性;细胞壁溶解

酶最大的特点是消除某些微生物的繁殖，而让某些有益细菌得以繁殖，在食品包装上更多的是用作防腐。

3展望

生物酶在食品加工过程中的应用取得了巨大的经济效益。其在食品加工中所起的作用是双方面的，有些酶的反应在加工中是不利的，特别是蛋白水解酶类，我们应力图避免;有些酶的反应是我们所希望的，如水果的成熟、芳香物质的产生、果胶的分解等等。如何在生产中利用酶的特性，以达到我们所期待的结果，同样具有深远的意义。根据各类食品的不同特性，同时结合不同酶制剂的特异效果，并很好地利用不同酶制剂之间，甚至酶制剂与其它食品添加剂之间的协同性，必然会给食品加工带来可观的经济效益。当今，酶工程与基因工程、发酵工程和细胞工程紧密结合，对改良产酶的菌种和采用细胞固定化技术等新技术，改造传统的食品、发酵等起着越来越大的作用。展望未来，酶这一神奇的生物催化剂将在更加广泛的领域中得到应用，酶制剂工业将成为国民经济中不可或缺的重要组成部分。新工艺要求新的酶，随着食品加工制作方法精细程度的提高，就应不断扩充酶的种类，不断提高酶的纯度。而食品工业也将更多地应用先进的酶工程技术来进行生产，可以说其应用前景无比灿烂。我国的酶制剂工艺起步晚，底子薄，虽然近年来发展很快，但我们也应清醒地看到，由于我们起步较迟、技术水平落后，目前酶制剂工业的发展还不能适应国民经济的发展要求。我国的酶制剂与技术进入国际市场参与竞争还有相当大的难度，我们还必须继续学习，取人之长，紧跟国际酶工程技术的最新发展，提高我国的酶工程技术。