首页 理论教育 乳脂酶解与乳相关脂肪酶的作用

乳脂酶解与乳相关脂肪酶的作用

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)脂肪酶的来源和特性植物、动物和微生物都可产生脂肪酶,来自于微生物和动物的脂肪酶在乳品中的应用对风味的形成发生了很大的作用,而植物脂肪酶尚未被用于乳品中改良风味。后来的研究证实,至少存在6个不同的带有脂肪酶活力的分子。如今已被接受的说法是,LPL是牛乳中主要的而非唯一的脂肪酶。乳中的LPL显示出与乳腺中酶的一致性。然而,血清的加入促使酶和脂肪球间的反应以及酶解相继产生。

乳脂酶解与乳相关脂肪酶的作用

牛乳中的脂质物质主要是由几种不同的脂肪酸组成的甘油三酯,其中15%~20%(摩尔分数)是短链脂肪酸,由4~10个碳原子组成。这些脂肪酸赋予了乳脂独特的风味,但如果在牛乳中被水解出来,它们就会产生难以形容的风味变化,如肥皂味和腐败味等。

脂解,就是酶水解牛奶脂肪成为游离脂肪酸和部分甘油酯,由于其对乳的风味和其他特性的不良影响,在食品工业中受到持续关注。然而,游离脂肪酸也会对乳和乳品产生理想的风味,它在乳中常为低浓度,但在一些干酪中则为高浓度。

脂解后产生不利影响的酶主要是两种:牛奶中的和微生物来源的。牛奶中主要的酶是脂蛋白脂肪酶。当乳牛中断物理治疗之后或摄入了某些血清脂蛋白,这种酶就会对天然乳脂肪球中的脂肪产生活力。主要的微生物脂肪酶来自于嗜冷菌,这些酶很多是热稳定性的,这点对于产品贮存非常重要。

(一)脂肪酶的来源和特性

植物动物和微生物都可产生脂肪酶,来自于微生物和动物的脂肪酶在乳品中的应用对风味的形成发生了很大的作用,而植物脂肪酶尚未被用于乳品中改良风味。

根据甘油三酯分子水解的特性,可将微生物脂肪酶分成两类。一类是来自白地霉、棒状杆菌、青霉菌和金黄色葡萄球菌等的能够将甘油三酯完全水解成甘油和游离脂肪酸的脂肪酶;另一类是仅从甘油三酯sn-1和sn-3位置水解脂肪,生成双甘酯和单甘酯的脂肪酶,如黑曲霉、白霉、根霉和假单胞菌等的脂肪酶。

微生物来源的脂肪酶由于具有价格低廉、不易受蛋白酶及动物病毒的污染等优点,适合犹太食品和素食食品的制作。

大多数动物和微生物的脂肪酶的最适pH为碱性(pH 8~9),由于盐的存在和乳化剂的使用,其最适范围可扩展到酸性范围,如几种微生物脂肪酶最适pH范围可扩展到5.6~8.5。大多数脂肪酶作用的最适温度的范围为30~40℃,但其受热失活的条件因时间和温度而不同,几种常见微生物脂肪酶的热力破坏条件如表7-6所示。此外,脂肪酶的失活温度还受媒介物组成的影响,如在牛乳中灭活比在中性缓冲水溶液中要求更高的温度和更长的时间,水分活度也是影响脂肪酶活性受热破坏的一个关键因素。

表7-6 一些微生物脂肪酶的受热破坏的条件

脂肪酶作用于黄油后,黄油风味发生较大变化,其原因是脂肪酶从黄油分子中水解释放出了游离脂肪酸尤其是短链脂肪酸。脂肪酶的来源不同,释放出的脂肪酸成分也不同,因而形成的风味也有差异。表7-7所示为几种不同来源的脂肪酶从黄油中释放出的游离脂肪酸及短链脂肪酸的差异。

表7-7 脂肪酶从黄油中释放出的游离脂肪酸及其中短链脂肪酸的比例

即使不同来源的脂肪酶水解奶油释放出的游离脂肪酸和短链脂肪酸的比例接近,其产物风味也可能有所不同,这种差异是由于不同来源的脂肪酶从奶油中释放出的游离脂肪酸的类型不同造成的。表7-8中显示了不同脂肪酶从稀奶油中释放出的游离脂肪酸的情况。

表7-8 不同种类的酶分解稀奶油产生的游离脂肪酸 单位:%

1. 牛乳中的脂肪酶

早期对牛乳脂解酶的研究表明,至少有两种主要的脂肪酶:一个是存在于脱脂部分的“血浆脂肪酶”,一个是和乳脂肪球膜相关的“膜脂肪酶”。后来的研究证实,至少存在6个不同的带有脂肪酶活力的分子。Korn的报道显示,牛奶含有一种脂蛋白脂酶(LPL),其特性与后肝素血浆、脂肪组织和心脏LPL的特性,特别在通过血清脂蛋白乳化甘油三酯的活力提高方面十分相似。如今已被接受的说法是,LPL是牛乳中主要的而非唯一的脂肪酶。

LPL是乳腺分泌细胞中合成的,多数被转移到毛细血管内皮,在毛细血管内皮上它在循环脂蛋白中水解甘油三酯为游离脂肪酸和2-单甘酯。这些产物被乳腺吸收,用于乳脂的合成。乳中的LPL显示出与乳腺中酶的一致性。它在乳中的含量为:分娩期是低的,而在哺乳期的前几天迅速升高,并在哺乳期几乎保持不变。

通常情况下,乳中LPL多数存在于脱脂乳部分,主要与酪蛋白胶粒相关。一些是可溶形式的,少量与乳脂肪球膜有关。结合于酪蛋白的酶主要是静电作用,NaCl [(0.75~1)mol/L]可解除大部分结合的酶,使之进入乳清部分。胶束中脂肪酶的静电结合显示为酶的via电荷对酪蛋白(如κ-酪蛋白)的负电荷。LPL结合在负电荷的肝素上,通过低浓度肝素钠可使之与酪蛋白胶束分离。由于脂肪酶可以从复杂的二甲基甲酰胺上分离下来,在脂肪酶-酪蛋白的相互作用中也可能存在疏水结合。

脂肪酶是一个自身分子质量约100ku、单体单元约50ku的糖蛋白(8%碳水化合物重量)。Senda等基于cDNA编码为基础计算了非糖基化形式的分子质量是50548u。LPL活性部位有丝氨酸,位于酶中的β扭转处,类似于其他丝氨酸水解酶的活性部位。

LPL是一种相对不稳定的酶,紫外线、热、酸、氧化成分和长期冷冻都使它失活。即使在正常体温的乳腺中,它也慢慢失去活力,因此牛奶中包含了活性和非活性的LPL混合物。牛奶中,由于脱脂乳的因素,可能存在一种类肝素黏多糖的原因,LPL被认为是稳定的。酪蛋白和一些脂肪也使它稳定。

牛奶高温短时(HTST)处理(72℃,15s)几乎完全使酶失活,以至于巴氏杀菌乳中几乎没有乳脂肪酶引起的脂解作用。有时稀奶油巴氏杀菌需要更高的温度,是由于脂肪的保护作用。然而,一些报道中提到乳脂肪酶完全失去活力需要更加强烈的热处理(79℃,20s或85℃,10s)。

LPL的正常底物是血液和脂蛋白中的长链甘油三酯。这些微粒包含可以激发酶的载脂蛋白类(apo-LP,如apo-LP CII)。在以乳化的长链甘油三酯为底物的实验中,牛乳或人乳的血清对LPL具有全面激活效应。在这个实验中,需要如牛血清白蛋白(BSA)的脂肪酸受体,因为LPL会受到积累在油-水界面的FFA的产物抑制。LPL对三丁酸甘油酯也有活性,但在这个反应中既不需要血清辅助因子,也不需要脂肪酸受体,可以看到经脂蛋白分解酶的催化率大约为50%。对硝基苯酯、吐温20以及单甘酯在缺乏血清辅助因子的情况下也可以被水解。

乳中,由于乳脂肪球膜的保护作用,LPL通常对乳脂肪没有活力。然而,血清的加入促使酶和脂肪球间的反应以及酶解相继产生。这种乳清为媒介的酶解反应机制还不清楚,尽管Bengtsson和Olivecrona推断出活性的apo-LP CII既提高LPL与脂肪球的的结合率,也提高了它的催化效率

磷脂在甘油三酯的LPL催化水解上也起到了作用。催化剂apo-LP在磷脂(磷脂酰胆碱)存在时活力提高,乳中如果缺乏磷脂时,通过固有的LPL,apo-LP不能启动全脂肪球的脂解。磷脂参与到反应中是通过与底物的、并非与酶的相互作用。

在脱脂乳、特别是阮蛋白胨3(PP3)以及乳脂肪球膜中,脂解抑制糖蛋白的发现支持了早期有关乳中含有脂解抑制因子的报道。PP3是一种表观分子质量28ku和135个氨基酸残基的磷酸化糖蛋白,其特别重要的意义在于C-端38-氨基酸残基片段,以此与膜结合。Shimizu和Yamauchi认为PP3与乳脂肪球膜中主要的糖蛋白是相同的,它可溶于低浓度NaCl。

磷脂酰胆碱在血清辅酶因子存在时也被乳LPL水解成FFA和溶血卵磷脂。LPL这种功能的重要性表现为促进它进入甘油三酯、含有磷脂膜的粒子核心。溶血磷脂对LPL和脂蛋白有很高的亲和力,是很强的膜扰药物,可以帮助乳脂肪的脂解。

LPL在水解混合甘油三酯过程中展现出并非脂肪酸特异性,而是很强的位点特异性。它对主要的酯键起作用,倾向于甘油三酯的sn-1到sn-3位点。在转化为sn-1或sn-3的异构体之后它可以水解2-单甘酯。它还显示出对磷脂酰胆碱的磷脂酶A1活力(如它水解主要的酯键在sn-1部位)。

2. 牛乳的酯酶

除了现在证据确凿的脂肪酶系统,牛乳含有几种其他的羧酸酯水解酶,统指酯酶。它们不同于脂肪酶,存在于可溶性部分而非乳化部分,对酯类底物产生活力。它们更倾向于水解短链的酯类而并非长链脂肪酸。

尽管有几个关于乳中酯酶的报道已经发表,但几乎没有某一支酯酶的详细信息被报道。已经鉴定出来的有芳香酯或A-酯酶、羧酸酯酶或B-酯酶、胆碱酯酶或C-酯酶。

芳香酯已经获得相当的关注,由于它的含量在初乳乳腺炎乳中有所提高。由于芳香酯在乳腺炎乳中的含量与其他的乳腺炎的指数十分相关,因此可作为疾病的敏感指标。酶被认为源于血液,血液中它的活力可达到乳中的2000倍。

羧酸酯酶活力在乳腺炎乳和初乳中有所提高。母乳的胆盐激活脂酶(BSSL)与胰腺羧酸酯酶已被证明是相同的,具有视黄基酯酶活力。

相比于脂肪酶对牛奶脂肪或三丁酸甘油酯[0.25~2.5μmol/(mL·min)]的活力,酯酶活力(对可溶性三丁酸甘油酯)非常低,大约为其1/10。但是在一些不正常的牛奶中,酯酶水平显著提高,可达37倍。牛乳中酯酶的意义以及它们之间的联系、酯酶与LPL的联系、其他组织中的酯酶,这些都仍在研究中。

3. 嗜冷菌的脂肪酶

嗜冷菌产生的胞外脂肪酶可导致乳和乳制品的水解酸败。产生这些脂肪酶的细菌主要是假单胞菌,尤其是荧光假单胞菌、莓实假单胞菌以及肠杆菌科,如沙雷氏菌属和不动杆菌属。其他主要的微生物,包括无色菌、气单胞菌属、产碱杆菌属、杆菌、黄杆菌属、微球菌、莫拉克斯氏菌属。在一个生乳的分解脂肪的菌群存在分解脂肪缺陷的研究中,Shelley等发现荧光假单胞菌是最频繁遇到的种类,但莓实假单胞菌是与最严重的分解脂肪缺陷相关的。很多研究者的综述中已关注到细菌脂解和它们在乳和其他食品中的影响。

很多研究者报道假单胞菌,特别是荧光假单胞菌,是乳中产生脂解的主要的嗜冷菌。这些十分相关的种类在脂肪酶产生上表现出很大不同。Dogan和Boor报道在假单胞菌分离株中胞外酶活力的表现与核糖体分型相关,核糖体分型50-S-8和72-S-3产生最高的胞外脂肪酶活力。核糖体分型已被用于识别高产脂肪酶的核糖核酸型。然而,Wang和Jayarao发现尽管16S-23S PCR核糖体分型技术可发生菌株之间的分化,但它不会与API 20 NE生物型和分解脂肪成分同时发生。他们断定与脂解结合的生物型的使用对于荧光假单胞菌的追溯研究具有实际价值。

嗜冷菌在后对数期和早期的平稳增长阶段产生脂肪酶,时常会达到峰值,之后下降。在细胞数达到106~107/mL之前很少产生脂肪酶。生长率与脂肪酶产生没有表现出很好的相关性。事实上,Stevenson等发现,多数情况下巴氏奶低生长率的假单胞菌产脂肪酶早于高生长率的。McKellar综述了环境和营养多种因素对产酶的影响。

假单孢菌通常构成了生乳和稀奶油中脂解嗜冷菌的最大比例,因此引起了最大关注。荧光假单孢菌和莓实假单孢菌的脂肪酶已经被纯化出来。Fox等综述了嗜冷菌脂肪酶的分离和分子特性。(www.xing528.com)

通常,这些微生物酶的分子质量范围25~50ku。Sugiura等纯化了分子质量33ku的荧光假单孢菌的脂肪酶,发现它是一个没有脂质或碳水化合物、没有二硫化物连接的多肽链。而Dring、Fox和Tepaniak等(1987a)在不同的条件下分离荧光假单孢菌脂肪酶分子质量大约16ku。在假单孢菌和伯克霍尔德菌脂肪酶的已知氨基酸序列基础上,Dieckelmann等推断有两个主要的脂肪酶组,一个分子质量大约是30ku,是由莓实假单孢菌、铜绿假单孢菌、荧光假单孢菌C9、伯克霍尔德菌脂肪酶组成;一个是大约50ku,是由荧光假单孢菌脂肪酶组成。然而,一些研究者发现与分子质量>100ku材料相关的脂肪酶活力,可能说明与酶十分相关的亚基的聚集。荧光假单孢菌SIK W1的脂肪酶通过聚丙烯酰胺凝胶电泳,测定分子质量为52ku,或者从独立的基因编码预测其分子质量为48179u。这种酶包含了9个半胱氨酸残基,它们可能参与二硫化物桥。莓实假单孢菌脂肪酶基因编码被克隆进了一个预测分子质量14643u、对应一个135个氨基酸的蛋白质核苷酸序列的大肠杆菌中。

脂肪酶的最适pH通常在7~9的碱性区域。尽管也有报道称最适条件更高或更低些,它们一般在40~50℃表现出最高活力。依据酶的纯度和实验条件,表现出来的最适温度也会改变。很多酶通常在储存乳制品的低温(1~10℃)下表现出活力。

这些脂肪酶最重要的特性之一是它们的热稳定性,这点根据种类、菌株以及它们在什么媒介中被加热而表现不同。很多酶的部分活力在巴氏杀菌、甚至UHT处理之后仍然十分稳定。除了κ-酪蛋白,其他乳蛋白对脂肪酶具有保护作用。例如,在80~90℃加热带有β-乳球蛋白的脂肪酶不会改变酶的活力。一些研究者试验了两级加热灭活,活力起初快速下降,接下来则是缓慢的、微弱的下降。近来的报道显示,脉冲电场强度处理对于荧光假单孢菌脂肪酶的钝化比热处理更加有效,批量处理中用27.4kV/cm、80个脉冲可产生超过60%的钝化。同样,温度提到110~140℃、在压力(650kPa)下会发现声波降解法对于钝化荧光假单孢菌脂肪酶比单独使用相应的热处理更加有效。

一些脂肪酶在低温(≤70℃)中比在更高的温度下更不稳定,因而是“低温钝化”,这个对于蛋白酶钝化是有效的(如55℃、1h)。然而,在包含脂肪的介质中,55℃延长加热也会有大量的脂解产生,因此,在这个温度下处理对于乳品中的这些脂肪酶消除能力有限。在温度>70℃下加热可以激活一些脂肪酶、加剧脂解。Bucky等在专利工艺中,采用UHT处理结合60℃的LTI(线性时不变系统)处理5min,可以大大提高UHT对于降低脂肪酶活力的效力。这些酶的加热钝化机制研究显示,在高或低温下失活涉及酶的不同的变性状态。

与相应的蛋白酶不同,脂肪酶不含有金属离子,但是需要金属离子(如Ca2+或Mg2+)产生活力。过量的乙二胺四乙酸(EDTA)引起多种细菌脂肪酶的全面抑制,但可以被Ca2+或Mg2+激活。不动杆菌脂肪酶由EDTA产生的钝化是不可逆的,而铜绿假单孢菌是个例外,过量的EDTA对它几乎没有影响。一些重金属是脂肪酶的抑制剂,特别是锌、铁、汞、镍、铜和钴,这些金属在浓度低于10mmol/L时就可以抑制脂肪酶。

低浓度NaCl(10mmol/L)有激活作用,尽管高浓度的NaCl是抑制脂肪酶的。在NaCl(2mol/L)中脂肪酶活力能保持一半以上,情况类似于在含盐黄油的水相中。

与乳LPL不同,微生物脂肪酶不需要脂肪酸受体,如牛血清白蛋白(BSA)。据发现,血清可激活这些酶中的一部分,包括荧光假单孢菌脂肪酶,这些最终特指为脂蛋白脂肪酶。

当嗜冷菌产生能够作用于乳化甘油三酯的、真正的脂肪酶的同时,也产生很多更倾向于降解可溶性底物或短链甘油三酯(如三丁酸甘油酯)到长链甘油三酯的酯酶。Chung等证实,荧光假单孢菌中的脂解菌株的酯酶和脂肪酶活力来自于两种不同的酶。假单孢菌的DNA片段插入至大肠杆菌JM83之后,得到的12000个重组菌落中的20个对三丁酸甘油酯显示出活力,但是仅仅有一个对长链甘油三酯有活力。同样,McKay等构想高解脂荧光假单孢菌菌株过度产生或特别缺乏一种脂肪酶(lipA编码的)和酯酶(estA编码的)。肉汤培养基分析显示,脂肪酶被分泌到培养基中,而酯酶在细胞内而不分泌出来。牛奶为培养基,微生物所产生的游离脂肪酸是来自于单一的、被分泌的脂肪酶,不会产生酯酶。

Lawrence等报道,铜绿假单孢菌脂肪酶倾向于降解长链甘油三酯,而费氏球菌脂肪酶则倾向于短链甘油三酯。温度对脂解的特异性具有明显的影响,温度较低时乳脂肪中更多释放出短链和不饱和脂肪酸。

纯化的荧光假单孢菌脂肪酶对天然植物油和一系列从三丁酸甘油酯到三油酸酯合成的甘油三酯具有活力,表现为倾向于甘油三酯,而非单甘酯以及中长链的底物(包含C8~C10脂肪酸)。大多数脂肪酶作用于甘油三酯的主要位点(sn-1和sn-3)。从一种指定脂肪释放出来的游离脂肪酸片段主要源于酶的特性。

脂肪酶通常能够分解完整脂肪球中的甘油三酯,由于脂肪球膜的保护,原本乳中LPL的降解特性没有展现出来。尚未清楚的是,是否脂肪酶本身能够渗透到乳脂肪球膜中或者是否膜首先被其他酶,例如糖苷酶、蛋白酶、磷脂酶所破坏。GriYths报道蜡样芽孢杆菌的磷脂酶C通过使底物更容易水解提高了生乳中LPL的脂解活力。然而,它不能提高荧光假单孢菌脂肪酶的活力。研究者认为当生乳均质处理时,添加磷脂酶C会对脂蛋白脂肪酶的脂解产生同样的影响。

4. 磷脂酶

磷脂酶在乳中具有一定的重要性,它可以降解乳脂肪球膜上的磷脂质,从而使乳脂肪易于脂解。

牛乳LPL含有磷脂酶A1,但是它对乳磷脂的作用尚未报道。刚分泌出的山羊乳具有磷脂酶A的活性,但是尚不清楚是否这个缘于乳的LPL。人乳包含酸性鞘磷脂酶C以及胆盐刺激脂肪酶提供的神经酰胺酶活性。

一些嗜冷菌可产生孢外磷脂酶,乳中最普遍的是假单孢菌(尤其是荧光假单孢菌),产碱杆菌属、不动杆菌和芽孢杆菌。它们中的大多数产磷脂酶C,一些菌产磷脂酶A1,一些菌两种都产生。沙雷菌属仅产生磷脂酶A,而莓实假单孢菌不产生磷脂酶。一些假单孢菌产生的磷脂酶C已经被纯化和定性。像脂肪酶一样,这些酶多数具有不错的热稳定性,不会破坏受到巴氏杀菌破坏。它们的热稳定性根据菌株和生长条件的不同而不同。

芽孢杆菌的磷脂酶,特别是蜡样芽孢杆菌的深入研究,因为它们与乳的“碎片化脂肪”或“破碎的稀奶油”缺陷有关。乳脂肪球膜的部分降解,启动了脂肪球生成的奶油片或斑块的凝集。这种降解主要是由磷脂酶C引起的,同时蜡样芽孢杆菌产生一种鞘磷脂酶也起到一些作用。除了芽孢杆菌,磷脂酶产生的菌没有表现出能够引起“碎片化脂肪”。

5. 乳品生产中的脂解酶

发酵乳生产中用到的多数乳酸发酵剂产生的是孢内脂肪酶和酯酶,脂解能力很弱。这些酶出现在细胞质,随着成熟溶解的发酵剂细胞释放到干酪中。通常,脂肪酶最适合的pH和温度分别为6~7、37℃。它们对短链脂肪酸具有专一性,表现为作用于部分甘油酯。干酪中发酵剂菌种主要的脂解作用是进一步水解其他脂肪酶生成的单甘酯和双甘酯。外来微生物的脂肪酶,如酵母、乳酸菌和微球菌,也会在干酪成熟中产生脂解。

青霉菌和卡地干酪青霉产生非常有活力的胞外脂肪酶,它们是霉菌成熟干酪中主要的脂解成分,它们优先水解乳脂肪中的短链脂肪酸。青霉菌产生两种脂肪酶,一个最适在pH碱性,另一个在pH 6~6.5最活跃,在脂肪酸特异性上相差不大。卡地干酪青霉分泌一种最佳活力在pH 9的单一脂肪酶。

分离自大量微生物的脂肪酶,已经用于从乳脂(黄油的或干酪的)合成“乳”的风味或者在干酪成熟中提高风味强度,其中包括米黑根毛霉(毛霉菌)、解脂无色杆菌、黑曲霉、米曲霉、白地霉、柱状假丝酵母、解脂假丝酵母、代氏根霉和少根根霉产生的脂肪酶。这些脂肪酶不同的性质,如最适pH、专一性,可以根据目标针对性的选择合适的酶。

目标之一是利用脂肪酶sn-1,3特异性和脂肪酸特异性从而减少长链饱和脂肪酸含量,以此改变乳脂肪提高它的营养特性。这点已经通过利用固定在疏水性中空纤维的脂肪酶以及在控制水分活度条件下,在无溶剂系统中进行水解和酯交换反应而实现。Garcia等采用固定化微生物脂酶富集含有共轭亚油酸的乳脂肪,一种抗癌的脂肪酸自然而然地少量出现在了乳脂肪中。Safari和Kermasha采用4种商业化脂肪酶改变乳脂肪的位置结构,其中的3个脂肪酶富集了在sn-2位含有软脂酸的甘油三酯,这是一种人乳脂肪的重要贡献物。

前胃酯酶用在意大利干酪的生产中产生特征性的“Piccante”风味,这些风味是由于短链脂肪酸,特别是酪酸的,会优先被这些酶从乳脂肪中释放出来。前胃酯酶由唾液腺产生,从小牛、羊羔和皱胃中获得。它们的异构形式被分离到,分子质量大约为172000(小牛)、150000(羊羔)u。它们的最适活力在32~42℃、pH 4.8~5.5。前胃酯酶也被用于干酪风味的开发以及风味原料的生产。

Picon等推断封装有蛋白酶的磷脂酶C加入到乳中激发曼彻格干酪(Manchego Cheese)中蛋白酶的释放。

(二)乳脂肪的酶改性

尽管加氢和化学酯交换工艺广泛用于油和脂肪工业,也可以应用于乳脂肪,但是有很多因素表明对于乳脂肪改性,这些工艺无法成为有吸引力的选择。原料生产者正在寻找化学用料的替代物,乳脂肪相对多数植物油脂是昂贵的,而它良好的奶油风味是有价值的。酶是化学品的一种替代方案,因为其用到的工艺条件温和。采用的最常见的酶是脂肪酶,可水解甘油三酯、甘油二酯和单甘酯。在特定条件下,也可能催化游离脂肪酸重新与甘油结合。

1. 酶酯交换

(1)酶的类型和作用 脂肪酶可用于水解乳脂肪生成乳品风味改善物,也可用于乳脂体系的酯交换,生成改善了营养或物理特性的乳脂肪。脂肪酶可以在含有或不含有有机溶剂的体系中使用。

常见的脂肪酶包括非特异性脂肪酶,其作用的脂肪酸在甘油三酯上的位置或类型(如柱状假丝酵母脂肪酶)与仅作用于甘油三酯的sn-1和sn-3位点的1,3-特异性脂肪酶(如白地霉)没有区别。

脂肪酶的稳定性和反应率受到很多因素的影响,包括温度、pH、溶剂类型、水分活度和它是固定化的还是游离形式的。液体黄油本身既可以作为溶剂也可作为底物,当像己烷这样的有机溶剂存在时,会促进酯交换。

(2)乳脂肪的酶酯交换 乳脂肪的酯交换在溶剂和非溶剂体系中通过各种游离的和固定化的脂肪酶进行着。

Safari等测试了在多种有机溶剂[己烷、己烷-氯仿(70:30,V/V)、己烷-乙酸乙酯(70:30,V/V)]中使用米黑根毛霉脂肪酶进行乳脂肪酯交换。氯仿或乙酸乙酯加入到己烷中提高了脂肪酶活力。这就说明溶剂的极性影响体系中水的分布,从而给酶活力带来了最终影响。Bornaz等测试了在非溶剂体系中脂肪酶催化乳脂肪的酯交换,结果发现在搅拌桨反应器中,米黑根毛霉的1,3特异性脂肪酶会影响酯交换,固体脂肪含量经20℃、约48小时后从21%提高到46%。

其他研究者也使用酶处理乳脂肪以生成改善了营养特性的改性乳脂肪。爪哇根毛霉脂肪酶固定化到疏水性中空纤维则会降低其对短链脂肪酸的特异性。Balcao等(1998a)测试了通过爪哇根毛霉1,3-特异性脂肪酶固定化到疏水性中空纤维,实现乳脂肪的选择性水解和酯交换。在40℃控制水分活度条件下,采用非溶剂体系,可能生成的改性乳脂肪比未改性的含有少于10.9%的月桂酸、少于10.7%的肉豆蔻酸和少于13.6%的棕榈酸。这个是通过中空纤维反应器联合乳脂肪的水解、酯交换和循环来完成。改性的乳脂肪有少于2.2%的总饱和甘油三酯、超过5.4%的总单烯甘油三酯和少于2.9%的多烯甘油三酯。酯交换后的乳脂肪的甘油三酯组成的改变导致脂肪熔化性的改变。

表7-9 天然和酯化乳脂的甘油酯组成

2. 酶的水解

大量研究已检验过各种来源的脂肪酶用于乳脂肪的水解。黑曲霉脂肪酶在黄油-油的乳化液中优先水解丁酸,从而提高对乳品风味有帮助的游离脂肪酸产物。在有机的非溶剂体系中,皱落假丝酵母脂肪酶相比荧光假单孢菌脂肪酶对丁酸有更高的活力。由此可证明,通过选择合适的酶有可能影响乳脂肪水解选择性的改变。

此外,酶可以采用包被的形式。Chen和Chang报道了包被的念珠菌薪菇脂肪酶对乳脂肪的水解,通过采用更高浓度的酶和45℃下更高浓度的水表面活性剂,可以操控短链脂肪酸的释放。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈