张蓓;段小明;冯叙桥;蔡茜彤;范林林;李萌萌
【摘 要】作为一种高效、安全的生物催化剂,酶已经越来越广泛地应用到食品工业的各个领域中,具有高效、温和、多样及活性可调节的生物学性质,并给传统的食品工业带来了发展新思路.文中综述了水解酶技术在食品工业中的研究现状,提出了水解酶在实际应用中存在的问题和相应的应对建议,并对水解酶技术的发展趋势进行了展望.
【期刊名称】阻火带《食品与发酵工业》
【年(卷),期】2013(039)010
【总页数】9页(P192-200)
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【关键词】水解酶;研究现状;问题;建议;展望
【作 者】张蓓;段小明;冯叙桥;蔡茜彤;范林林;李萌萌
【作者单位】渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州,121013;渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州,121013;渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州,121013;渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州,121013;渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州,121013;渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州,121013
【正文语种】中 文
随着生物技术的不断发展与进步，生物酶技术在食品工业中的应用也越来越受到重视。酶技术是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，是酶科学在生产实践中的应用;酶的应用范围已经遍及工业、医药、农业、化学分析、环境保护和生命科学等各个方面［1］。与化学法等传统食品加工方法相比，酶技术不会产生有毒有害物质，可以为食品加工提供更健康、环保、安全有效的解决方案［2］。为了避免酶源命名的混乱以及满足为大量新出现酶命名的需要，国际上采用一个通用的酶命名和分类系统，此系统根据酶所催化的反应类型，将所有的酶分为氧化还原酶(oxido－reductase)、转移酶(transferase)、水解酶(hydrolase)、裂合酶(lyase)、异构酶(isomerase)、连接酶(ligase)等
6 大类［3］。随着酶技术的发展，水解酶在食品工业中得到了广泛的应用。文中分别介绍了水解酶技术在制备食品原辅料、改善食品品质及食品保鲜中的应用及研究进展，分析了存在的问题并对发展趋势进行了展望，旨在促进相关研究以推动水解酶技术在食品工业中的应用和发展。
1 水解酶技术在食品工业中的研究现状
1.1 制备食品原辅料
水解酶能够催化底物的加水分解反应，大部分属于细胞外酶，在生物体内分布最广，数量较多;水解酶可水解糖苷键、肽键、酯键、醚键、酸苷键及其他C—N键，常见的有糖酶(carbohydrase)、蛋白酶(protease)、脂肪酶(lipase)以及核酸酶(nuclease)［3］。糖酶、蛋白酶和脂肪酶在生产以及改性糖类、脂类、乳制品、水产品、饮料和药食同源食品等方面具有非常广泛的应用。由表1可知，不同的酶在制备食品原辅料时具有不同的作用条件，如酶解温度、酶解时间、酶用量以及pH等，对此，许多研究者选取某种研究方法如单因素试验、正交试验和响应面法等来筛选最适宜的条件，为食品原辅料的酶法工业化生产提供一定的指导。 1.1.1 糖酶
糖酶主要用于制备功能性低聚糖(表1)，这是因为合成功能性低聚糖的方法一共有5种:直接从天然原料中提取、利用酶催化的糖基转移反应进行合成、天然多糖酸水解、化学合成以及天然多糖酶水解［4］。在实际应用中，从天然原料直接提取功能性低聚糖几乎是不可能的，因为它们浓度极低，而且无、不带电荷，只能使用先进的分离技术进行提取，但成本昂贵，故限制了此法的应用［5］;多糖酸水解法获得的水解物中糖类组分极其复杂，因此不易控制并获得具有特定结构的功能性低聚糖;对于化学合成法而言，它需要复杂而冗长的保护和去保护步骤才能达到选择性的控制合成特定低聚糖的目的，而且得率低较低，很难实现低聚糖的规模性生产［6］。而利用酶技术生产功能性低聚糖，无论是酶法水解还是酶法合成，都能在不需要基团保护的温和条件下进行具有立体和区域选择性的反应［6］。从食品工业角度来看，作为一种大量使用的功能性原料，低聚糖的生产成本是一个不可忽视的因素，因此酶法生产功能性低聚糖是一种较理想的方法。
此外，糖酶在啤酒的制备过程中也具有一定的作用(表1)。在啤酒生产过程中，高浓度酿造工艺与传统酿造方法相比，可以在不增加糖化和发酵设备的基础上大幅度地提高啤酒的产
量［7］，而通过在麦汁煮沸结束前加入部分麦芽糖浆的方法制备高浓麦汁，可以简化麦汁过滤工艺，且不影响麦汁质量［8］。真菌淀粉酶可以从淀粉内部切割α－1，4糖苷键并绕过α－1，6糖苷键继续作用，所以最终糖化液中麦芽糖含量可达50%左右而不会有大分子极限糊精残留［9］。
1.1.2 蛋白酶
蛋白酶主要用于水产品深加工(表1)。在海洋捕捞中，低值鱼和小杂鱼一直占有较大的比例，随着人们生活水平的提高，二者的直接食用价值越来越低，应用水解酶技术生产浓缩水解鱼蛋白则是水产品综合利用的一条新途径［1］。水解动物蛋白可以作为食品添加剂而用于肉制品、乳制品、保健食品、果奶饮料以及味精中，以达到增强风味及稳定性，提高制品营养价值，延长保质期等目的［10］。除此之外，蛋白酶也可用于贝类产品中制备海鲜调味料，用于虾中制备甲壳素，所以蛋白酶有助于改变水产品加工工业及改进国内现有加工方法，促进水解酶技术在水产品工业中的应用。
1.1.3 脂肪酶永磁接触器
大豆糖蜜
由表1可知，用于制备脂类物质的脂肪酶主要是固定化脂肪酶(immobilized lipase)，脂肪酶的固定化方法与其它酶大致相同，可以分为包埋法、吸附法、共价结合法以及交联法等;经过固定化的酶，稳定性增加，易于从反应系统中分离且反应条件易于控制，便于运输和贮存，能反复连续使用，有利于自动化生产［11］。脂肪酶使许多脂类物质的制备成为可能，如1，3－特异脂肪酶(1，3－specific lipase)具有独特的位点识别功能，可以催化棕榈油与硬脂酸发生反应以提高产物的性能，从而得到与可可脂有相似性质的脂肪［12］;脂肪酶可以通过酶法酯交换技术将各种植物油用制成人造奶油基料油，不仅能够改善油脂的功能特性，而且可以根据不同人的需要，在人造奶油中引入特殊脂肪酸，使人造奶油更加营养、健康［13］。
表1 水解酶在食品生产中的若干应用实例Table 1 Several examples of hydrolase application in producing food酶制剂 作用底物 作用条件 研究方法 产品 参考文献真菌α－淀粉酶 玉米淀粉 温度 60℃;时间 40 h;pH 5.5;酶用量 0.4 FAU/g单因素试验 麦芽糖浆 ［9］固定化α－葡萄糖苷酶麦芽糖 温度50℃;pH 6.0 单因素试验 低聚异麦芽糖 ［14］β－甘露聚糖酶 魔芋 温度41℃;时间3.4 h;pH 7.1;酶底比(w/w)0.49单 因 素 及 Box－Behnken试验低聚葡甘聚糖 ［15］固定化β－半乳糖苷酶乳糖 温度45 ℃;pH 6.5～8.0;底物流量 2.6
wifi文件传输mL/min单因素试验 低聚半乳糖 ［16］木聚糖酶 小麦秸秆 温度55℃;pH 5.0 单因素试验 低聚木聚糖 ［17］酸性蛋白酶 贝类 温度60℃;时间5 h;pH 3 单因素及正交试验 海鲜调味料 ［18］复合风味蛋白酶 鳀鱼 温度59.6℃;时间 5.79 h;pH 6.94;酶用量1.235%中心组合设计 鱼蛋白水解物 ［19］天野蛋白酶 草鱼鱼鳞 温度30.73℃;时间5.52 h;酶用量0.22 wt.% 中心组合设计 明胶 ［20］杆菌蛋白酶 虾壳 温度60℃;时间6 h;酶用量7.75 U/mg Box－Behnken试验设计甲壳素 ［21］菠萝蛋白酶 大豆分离蛋白 温度65℃;pH 8.0;酶底比(w/w)1.2 单因素及正交试验 大豆多肽 ［22］木瓜蛋白酶 螺旋藻 温度60℃;时间210 min;酶用量4.5 wt.% 单 因 素 及 Box－Behnken试验多肽 ［23］固定化脂肪酶 乌桕脂油 温度52.5℃;时间3 h;酶用量9 wt.% 中心组合旋转设计 代可可脂 ［24］棕榈硬脂、椰子油温度60℃;时间3 h;酶用量10 wt.%;搅拌速度700 r/min单因素试验 人造奶油 ［25］乳脂肪 温度55℃;酶底比(mol/mol)1∶5;酶解压力23MPa中心组合设计 共轭亚油酸 ［26］棕榈油 温度65～70℃;时间2 h;酶用量10 wt.% 单因素试验 中链脂肪酸 ［27］非固定化脂肪酶 大豆油、椰子油、米糠固脂温度65℃;时间24 h;酶用量10 wt.%;搅拌速度200 r/min单因素试验 起酥油 ［28］
1.2 改善食品品质
通过在食品加工过程中添加一些种类的酶，可以使产品的颜、风味、质地以及稳定性得到优化，从而改善食品的品质;另外，可以采用酶处理一些含有难消化成分的食品，从而改善这类食品的营养和消化利用性能［10］。从目前报道的研究结果来分析，研究人员主要采用单因素及正交试验通过不同的评价指标来优化食品品质改良工艺(表2)。
用于改善食品品质的酶主要有糖酶、蛋白酶以及少量的脂肪酶和其他类酶(表2)。其中糖酶和脂肪酶均可用于焙烤制品中，通过改善食品的流变特性等性质来提高面团的焙烤性能，但二者作用机理及效果不同。用于改善面团品质的糖酶主要是淀粉酶，其中葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)能将淀粉全部水解为葡萄糖，降低面团发酵时间，改善面包颜、组织结构与柔软度;麦芽糖淀粉酶(maltose amylase)可水解直链淀粉和支链淀粉生成α－麦芽糖和少量糊精，具有抗老化、增加面包柔软度和延长货架期的作用;由于细菌淀粉酶(bacterial amylase)可以在焙烤时仍保持较高的酶活，而产生过量的可溶性糊精，致使最终产品发粘，因此要严格控制添加量;与细菌淀粉酶相反，真菌淀粉酶(fungal amylase)的热稳定性较差，大部分在淀粉开始糊化前已失活，故对淀粉的作用率较低［29］。面团中的脂类物质受脂肪酶作用后，能够均匀地包裹住吸水胀大的淀粉颗粒，防止烘烤过程中水分散失;除此之外，因谷蛋白决定面团弹性和粘合性，谷蛋白多时，面团筋力就强，脂肪酶能够通过
与甘油三酯作用而阻止其与谷蛋白结合，从而起到增筋作用;另外，甘油三脂的水解有利于磷脂的形成，使面筋网络增强;脂肪酶不仅能够提高面团筋力，改善面粉蛋白质流变学特性，还增强面团强度和耐搅拌性，及面包入炉急胀能力，使面包组织细腻均匀、面包芯更柔软、延缓老化［30］。
另外，糖酶和蛋白酶常被用于啤酒生产工艺中，用于改善麦汁的黏度和浊度，提高啤酒的非生物稳定性:糖酶中的β－葡聚糖酶可作用于β－葡聚糖的β－1，3和1，4糖苷键，使β－葡聚糖分解成还原糖和寡糖;在糖化阶段加入β－葡聚糖酶可以有效的预防β－葡聚糖浑浊的产生［31］。添加蛋白酶可以改变啤酒中蛋白质的电性或将其分解，使之不与多酚物质结合，能有效地提高啤酒的非生物稳定性，常见的蛋白酶有木瓜蛋白酶(papain)和生姜蛋白酶(ginger protease)。生姜蛋白酶是一种硫醇蛋白酶，它可以使啤酒中的大分子蛋白质和蛋白类素等物质分解为具有较高稳定性且能与考马斯亮蓝呈的多肽和氨基酸等物质，从而提高啤酒的澄清度［32］。木瓜蛋白酶是从番木瓜果汁中提取出来的一种纯天然的蛋白酶，具有活性强、稳定性好、耐高温、对pH和金属离子浓度变化不明显等特点［33］。将木瓜蛋白酶用于冷冻贮藏的啤酒中，可水解啤酒中的蛋白质和一些已经形成的复合物，在生成大量的多肽或氨基酸的同时，保证啤酒澄清度，改善啤酒口感，提高啤酒营养价值
［32］。
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