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食品工业中常见的酶种来源及其影响

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:在葡萄酒、苹果酒等果酒的酿造中,由于果胶酶的作用,可能会造成酒中甲醇的含量超标。动物蛋白酶由于来源少,价格昂贵,所用不能广泛用于食品工业中。木瓜蛋白酶是番木瓜胶乳中的一种巯基蛋白酶;无花果蛋白酶存在于无花果胶乳中,新鲜的无花果中蛋白酶含量高达1%左右;菠萝汁中含有丰富的菠萝蛋白酶。

食品工业中常见的酶种来源及其影响

食品加工、贮藏中酶的来源主要有两个方式:一是食品原料中的内源酶,这些内源酶可能会带来有利的影响,如牛奶中的蛋白酶,在奶酪成熟过程中能催化酪蛋白水解而赋予奶酪特殊风味;另外在果蔬汁加工过程中,果胶酶的作用改善了果蔬汁质量。这些内源酶也可能破坏或降低食品的质量和营养,如番茄中的果胶酶,在番茄酱加工中能催化果胶物质的降解而使番茄酱产品的黏度下降;另外,在罐藏果蔬中的果胶酶会使得果蔬出现过度软化,降低产品品质。二是工业化生产的酶制剂,方便了酶在工业化生产中的使用。

下面着重介绍食品加工中常用的几类酶。

(一)淀粉酶

能水解淀粉的酶通称为淀粉酶,根据水解淀粉的方式不同,可将淀粉酶分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和脱支酶四类。

1. α-淀粉酶

α-淀粉酶广泛存在于动植物微生物中,如发芽的种子、人的唾液以及动物的胰脏内均具有丰富的酶。目前,工业中常用的α-淀粉酶是利用枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉等微生物生产制备的。

α-淀粉酶是一种内切酶,它能随机水解淀粉中的α-1,4糖苷键,能使直链淀粉的黏度很快降低,同时由于生成还原基团而增加了还原能力。α-淀粉酶以类似的方式攻击支链淀粉,但不能水解其中的α-1,6糖苷键,α-淀粉酶会使淀粉生成麦芽糖、葡萄糖与糊精。由于α-淀粉酶能很快降低糊化淀粉的浓度,改善其流动性,又称液化酶。

不同来源的α-淀粉酶由于其氨基酸组成不同,其最适pH和最适温度有所不同,最适pH一般在4.5~7.0。

2. β-淀粉酶

β-淀粉酶只存在于植物组织以及少数的细菌霉菌等微生物中,如大麦芽、小麦、白薯和大豆中含量丰富。哺乳动物中没有发现。在水果成熟,马铃薯加工,玉米糖浆、玉米糖、啤酒和面包制作过程中淀粉酶是很重要的。

β-淀粉酶是一种外切酶,它作用于α-1,4糖苷键,只能攻击非还原性末端,以麦芽糖为单位一个一个地切下来,同时将切下的α-麦芽糖转变成β-麦芽糖。直链淀粉中偶尔出现的α-1,3糖苷键和支链淀粉中的α-1,6糖苷键不能被淀粉酶水解,因而反应就停止下来,剩下来的化合物称为极限糊精。因此,β-淀粉酶对淀粉水解不彻底,其终产物为麦芽糖、极限糊精和微量的麦芽三糖。若用脱支酶去水解这些键后,β-淀粉酶可继续作用。

3. 葡萄糖淀粉酶

工业上常利用此酶来生产葡萄糖,也称糖化酶。糖化酶是一种外切酶,主要由根霉、曲霉生产,最适温度为50~60℃,最适pH为4~5。它不仅能够水解淀粉的α-1,4糖苷键,而且能够水解α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键。但是水解后两种糖苷键的速度较慢。在食品工业上可用来生产玉米糖浆和葡萄糖。

4. 脱支酶

脱支酶分布于许多动植物和微生物中,是水解淀粉和糖原分子中α-1,6糖苷键、将支链剪下的一类酶。在麦芽糖的生产中,脱支酶常与β-淀粉酶配合使用,以提高麦芽糖的收率。

淀粉酶是最早实现工业化生产和产量最大的酶制剂,约占酶制剂总产量的50%,被广泛用于食品、发酵行业。如α-淀粉酶在啤酒酿造中用于液化和糖化辅料中的淀粉原料,利用葡萄糖淀粉酶将低黏度麦芽糊精转化为葡萄糖。

(二)果胶酶

果胶酶广泛分布于高等植物和微生物中,果胶酶是一组酶复合物,每一组分可分别作用于果胶分子的不同部位,其作用位点包括内切、外切、切断甲基酯键等方式,引起果胶物质的降解。果胶酶有三种类型:一是果胶酯酶;二是果胶裂解酶;三是聚半乳糖醛酸酶。

1. 果胶酯酶

果胶酯酶存在于植物及部分微生物中,在柑橘和番茄中含量丰富。它能催化水解除去果胶物质中的甲氧基团产生对人体有害的甲醇物质。在葡萄酒苹果酒等果酒的酿造中,由于果胶酶的作用,可能会造成酒中甲醇的含量超标。

不同来源的果胶酯酶,其最适pH不同,来源于霉菌的果胶酯酶最适pH在酸性范围,来源于细菌的果胶酯酶最适pH在偏碱性范围,来源于植物的果胶酯酶最适pH在中性附近。此外,来源不同的果胶酯酶的热稳定性也有差异。(www.xing528.com)

2. 果胶裂解酶

果胶裂解酶主要存在于霉菌中。它催化果胶或果胶酸的半乳糖醛酸残基的C4~C6位上的氢进行反式消去作用,使糖苷键断裂,生产含不饱和键的半乳糖醛酸。

3. 聚半乳糖醛酸酶

聚半乳糖醛酸酶是降解果胶酸的酶,根据对底物的作用方式不同分为两类:一类是随机的水解果胶酸的苷键,属于内切酶,多存在于高等植物、霉菌、细菌和一些酵母菌中;另一类是从果胶酸链的末端开始逐个切断苷键,属于外切酶,多存在于高等植物、霉菌及一些细菌中。

果胶酶常用于葡萄、苹果、草莓山楂等多种水果的加工,也用于饮料工业果汁的提取和澄清。为了保持混浊果汁的稳定性,常用高温短时间杀菌法或巴氏消毒法使果胶酶失活,因果胶是一种保护性胶体,有助于维持悬浮溶液中的不溶性颗粒而保持果汁混浊。许多真菌和细菌产生的果胶酶能使植物细胞间隙的果胶层降解,导致细胞的降解和分离,使植物组织软化腐烂,在果蔬中称为软腐病。

(三)蛋白质

蛋白质酶能使蛋白质分解成低分子的肽和氨基酸。蛋白质种类很多,按来源可分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶;按作用方式不同,可分为内肽酶和外肽酶;按最适pH不同,可分为酸性蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶;按其活性中心的化学性质不同,可分为丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶等。

1. 动物蛋白酶

在人和动物的消化道内存在各种蛋白酶,如胃黏膜细胞能分泌胃蛋白酶,胰腺能分泌胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶,小肠黏膜能分泌氨肽酶、羧肽酶等。人体摄取蛋白质后就是在消化道中的这些酶的作用下,被分解成氨基酸而被吸收的。

动物蛋白酶由于来源少,价格昂贵,所用不能广泛用于食品工业中。

2. 植物蛋白酶

蛋白酶在植物中分布广泛,常见的有木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶。木瓜蛋白酶是番木瓜胶乳中的一种巯基蛋白酶;无花果蛋白酶存在于无花果胶乳中,新鲜的无花果中蛋白酶含量高达1%左右;菠萝汁中含有丰富的菠萝蛋白酶。

以上三种蛋白酶在食品工业中常用于肉的嫩化和啤酒的澄清,特别是木瓜蛋白酶的应用,很久以前民间就使用木瓜叶包肉,使肉更鲜嫩、更香,现在这些植物蛋白酶还用于医药上的助消化剂。

3. 微生物蛋白酶

细菌、酵母菌、霉菌等微生物中都含有多种蛋白酶,是生产蛋白酶的主要来源。目前,食品和医药所使用蛋白酶的生产菌种主要是枯草杆菌、黑曲霉和米曲霉。

在肉类的嫩化尤其是牛肉嫩化上应用微生物蛋白酶来代替木瓜蛋白酶,不仅可达到更好的效果,而且大大降低了成本。在酱油的传统酿造中常通过制曲来获得蛋白酶,而通过添加微生物蛋白酶后,既能提高产量,又可改善质量。细菌蛋白酶还常用于日化工业,添加到洗涤剂中以增强去污效果。

(四)脂肪酶

脂肪酶广泛存在于含有脂肪的组织中,植物的种子中含有脂肪酶,一些霉菌、细菌等微生物能够分泌脂肪酶。

脂肪酶能催化脂肪水解成甘油和脂肪酸,它的作用是双重的。例如,在干酪生产中,牛奶脂肪适度的水解会产生一种很好的风味;而在牛奶、奶油、干果等含脂肪食品中,过度的脂肪分解,会造成不良风味的产生。

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