复合酶制剂在食品工业中的应用

#[6Pt9@f4E~S#Foa0    酶制剂作为一类绿色食品添加剂，用于改善食品品质和食品制造工艺，其应用已越来越普遍，品种也不断增多。为了达到理想的酶制剂应用效果，并帮助酶制剂客户有效方便地使用酶制剂，酶制造商针对不同的食品加工应用领域特点，已经开发出各种专用复合酶制剂，把几种酶制剂混合使用往往有协同增效作用，还可减少单一酶的使用量，其在食品中的应用方兴未艾，现就复合酶制剂在食品工业中的研究与应用作一简单介绍。
SS#m9sF(y-C*{0    一、面粉加工食品伙伴个性空间(h z,r8W@5Jq@
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    小麦、玉米、大麦、高粱、燕麦、荞麦等谷物主要成分是淀粉，其次是蛋白质，在其面食品（包焙烤食品、面条、饼干等）加工中主要使用淀粉酶和蛋白酶，同时木聚糖酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、转谷氨酰胺酶、脂肪氧化酶、植酸酶等可赋予谷物食品特殊的风味、良好的品质以及增加营养，因此复合型酶制剂是面粉改良剂首选。
t~_B:xMv8]+Mvs0    真菌α-淀粉酶
x#ay`yi!R e0    真菌α-淀粉酶由米曲霉或黑曲酶产生，它能从淀粉分子内部切开α-1，4键生成各种寡糖，在长时间作用下，还可切开这些寡糖α-1，4键而生成麦芽糖，故又称麦芽糖生成酶。在面团发酵食品制作过程中，适量加入真菌α-淀粉酶，面粉中的淀粉被水解成麦芽糖，麦芽糖又在酵母本身分泌的麦芽糖酶作用下，水解成葡萄糖供酵母利用，从而为酵母的发酵提供足够的糖源作为营养物质，使面包变得柔软，增强伸展性和保持气体的能力，容积增大，出炉后制成触感良好面包。食品伙伴个性空间7n$o'k'~Z Yx}
    木聚糖酶
Fy'H!Uj c;}%D0    木聚糖酶是一种戊聚糖酶，面粉中存在着非淀粉多糖戊聚糖，在面粉中添加木聚糖酶，能使水不溶性戊聚糖增溶，可提高面筋网络的弹性，增强面团稳定性，改善加工性能，改进面包瓤的结构，增大面包体积。因面粉中的水不溶性戊聚糖对面包的品质有消极影响，它使面包体积减小，面包瓤质构变差，面包品质恶化。而水溶性戊聚糖则对面包品质起到积极作用。戊聚糖酶对水不溶性戊聚糖的增溶作用，一定程度上减小了水不溶性戊聚糖的消极影响，改善了面团的操作性能及面团的稳定性，增大了成品体积，提高了成品的质量。食品伙伴个性空间S K,|9@3K/y"[G
    葡萄糖氧化酶食品伙伴个性空间(oL3zy-o'L(o-T
    葡萄糖氧化酶在氧气的存在的条件下能将葡萄糖转化为葡萄糖酸，同时产生过氧化氢。过氧化氢是一种很强的氧化剂，能够将面筋分子中的巯基（－SH）氧化为二硫键（－S－S－），从而增强面筋的强度。提高面团延展性、增大面包体积，可取代对人体有致癌作用的溴酸钾KBrO4。在面条生产中，葡萄糖氧化酶有助面筋蛋白之间形成较好的蛋白质网络结构，增加面条的咬劲。
:DP |0]+YXZ8}+h0    脂肪酶食品伙伴个性空间I z\S6]kZ9U9@ ]
    脂肪酶能水解脂肪成单酰甘油和二酰甘油，单酰甘油能与淀粉结合形成复合粉，从而延缓淀粉的老化，在面包使用脂肪氧化酶，使面包增白，改善风味。在面条面团中使用脂肪酶，可使天然脂质得到改性，生成脂质和淀粉复合物，可防止直链淀粉在膨胀和煮熟过程中渗出，减少面团上出现斑点。食品伙伴个性空间j YwPAow;\
    植酸酶
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O0    植酸其化学结构为肌醇六磷酸酯，由于分子中含有6个磷酸基团，具有强大的络合能力。植酸与蛋白质，钙、锰、铁等无机盐和维生素等螯合，使它们不能被利用，限制了面粉中无机盐的活性。使用植酸酶，可使面团中植酸水解，解除其螯合，消除抗营养因子，提高面粉中营养物质的利用率，生产出面包含有较高活性的无机盐，易为人体吸收。食品伙伴个性空间"s as}!fMK1SG
    脂肪氧合酶
B6c boz4Cx0    大豆脂肪氧合酶(Lipoxygenase)对面粉中具有戊二希1，4双键的油脂发生氧化，形成氢过氧化物。氢过氧化物氧化蛋白质分子的巯基（-SH）形成二硫键（-S-S-）并能诱导蛋白质分子聚合，是蛋白质分子变得更大，从而增强面筋的作用。脂肪氧合酶可通过偶合反应破坏类胡萝卜的双键结构，从而起到漂白面粉，改善面粉色泽的作用。而脂肪氧化酶催化亚油酸生成的过氧化物，可改善面包的香气，为面包增香。由此可见，脂肪氧合酶兼具强筋和增白的功效，可减少或替代强筋剂溴酸钾及漂白剂过氧化苯甲酰的用量。食品伙伴个性空间 Dv:{R4U3I~'k9PS
    转谷氨酰胺酶食品伙伴个性空间+s.}a*P)kd:C
    微生物的转谷氨酰胺酶（MTGase）能催化食品蛋白质中(如大豆蛋白、奶蛋白、鸡蛋蛋白及小麦蛋白等)ε-Lys与γ-谷酰基分子内或分子间的交联聚合，从而改善各种蛋白质的功能性质，如营养价值、质地结构、口感、贮存期等。加入MTGase的食品蛋白质发生聚合作用及凝胶化作用，通过改变其理化性质(如粘弹性、凝胶化作用、乳化性、起泡性等)可能会影响许多食品的质量。
~1mRfq7R0    小麦面粉中的麦醇溶蛋白及高分子量的麦谷蛋白是MTGase作用的良好底物，可促进面筋中ε-Lys与γ-谷酰基间的交联，生成面筋中G—L键，从而加强面筋网络结构。与L—抗坏血酸相比，MTGase是一种更有潜力的焙烤改良剂，添加很少剂量的MTGase就会使面团性质发生明显改变。食品伙伴个性空间ad!{l\/yq&jF
    蛋白酶
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B7e9iI+H%f"N0    饼干专用粉要求面团有较大的韧性、塑性及较小的弹性，一般使用低蛋白含量的低筋粉。在饼干生产中，添加蛋白酶可有效软化面筋，在饼干生产中添加蛋白酶，使面筋链被蛋白酶水解，面粉便变为弱力粉，可降低面粉筋力，降低面团弹性，使生产的饼干疏松、易干燥、并可防止饼干收缩变形。
h` seA}7tFiF0    制作面包时适量添加蛋白酶会使面团中多肽和氨基酸含量增加，亮氨酸和苯丙氨酸是形成香味的中间产物，多肽则是潜在的滋味增强剂、氧化剂、甜味剂或苦味剂，适量添加有利于改善面包皮的颜色和面包的香气口味；但过量蛋白酶会使面团变粘，导致面包质量下降。食品伙伴个性空间] eG@6L'U+]@2r
    此外甘露聚糖酶能提高面包的结构，环糊精葡萄糖苷转移酶能使面包心软化。 磷 酸 脂 酶A1能将卵磷脂转化为溶血卵磷脂，它是一种有效的天然乳化剂。日本三井公司已上市销售磷脂酶A1，用于改质卵磷脂，用于面包、糕点生产和油脂制造。食品伙伴个性空间t!sE4dcP*O{
    目前DSM Bakery Ingredients经营的产品有制粉专用酶制剂15种，糕点点心—包括苏打饼、饼干和威化饼等专用酶制剂10种以及面包改良剂和预配粉用酶13种。其中有以半纤维素酶为主体和添加了淀粉酶、葡萄糖氧化酶及蛋白质酶的复配酶制剂，也有制面包改良剂“费埃尔米扎伊姆”HS2000——也是一种半纤维素酶，有改良面团稳定性和增大制品容积的效果；还有焙烤用酶制剂SFX，这是一种混合型酶制剂，主要用于防止面包老化。这些酶制剂的市场人气很好。
y$`AVp0    二、果蔬汁加工、果酒生产
#e'MW.M&I%q&D.i0    果胶酶应用与果蔬汁加工已有多年历史，可有利于压榨，提高出汁率，并可使处理后的果汁澄清、稳定。果胶酶本身就是一种复合酶，包括果胶酯酶（PE），聚半乳糖醛酸酶(PG)，聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG），聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL），聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL）等，工业生产中应用的果胶酶制剂不仅仅含有一种酶活性，而是多种酶的复合体，含有数量不同的各种果胶分解酶。为了提高果胶酶的破壁效果，目前大多果胶酶均为复合酶制剂，如含有纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、阿拉伯聚糖酶及蛋白酶等。
)g ]?-N8ue#c"R(^:t0    果蔬汁是果蔬加工业最重要的产品之一。果胶普遍存在于果蔬组织中。用果蔬原料生产果蔬汁，果胶对果蔬汁得率、质量等有很大影响。生产过程中，普遍应用果胶酶，果胶酶可提高果蔬汁的出汁率，可促进果蔬汁的澄清。含有纤维素酶和半纤维素酶的果胶酶制剂，可使果实脱皮，如柑桔囊衣、大蒜的膜衣，莲子肉的衣等。葡萄糖氧化酶可用于除去果蔬汁、罐头食品、果蔬干制品中的氧气，防止产品氧化变色，延长商品保存期。还有一些果品加工专用的酶制剂：柚苷酶水解柑桔中的柚皮苷，脱去苦味；橙皮苷酶水解橙皮苷，防止柑桔罐头出现白色沉淀等。如诺维信公司生产的浆果专用酶，包含浸渍果浆所需要的专门的果胶酶、半纤维素酶和纤维素酶，能分解可溶性果胶及果蔬细胞壁，降低果浆粘度，提高榨汁性能，减少果渣和减少榨汁时间，提高生产力。此外日本龟甲万公司还经营一种绿原酸酯酶应用在果汁、蔬菜汁防止褐变和降低咖啡苦味，可以减少为防止褐变的维生素C添加量，形成了更接近于自然的原有风味，市场发展顺利。
J*Y5Y pyb2s~0    果酒生产中使用的酶制剂主要有果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和风味酶等，有利于榨汁、澄清和过滤等作业，并可以在透明度、稳定性、营闭养成分、色泽和风味等方面改善果酒的质量。例如果胶酶复配纤维素酶，可更有效破坏细胞壁，提高了出汁率，缩短了压榨时间。在发酵前果汁的澄清中，果胶酶复配淀粉酶、蛋白质，可将易造成浑浊的果胶物质、淀粉、蛋白质彻底水解，有利于汁液的澄清和果酒的提高过滤性能。萜烯类化合物是形成水果风味的主要成分，这些萜烯化合物与糖形成糖苷而呈无芳香气味的风味前提物。在发酵过程中或在葡萄酒的贮存过程中都很稳定，添加风味酶可将风味物质释放出来，从而显著加葡萄酒的风味，风味酶主要有D-葡萄糖苷酶、α-L-鼠李糖苷酶、α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶和D-芹菜糖苷酶。如果在果浆或果汁中加入一定量的果胶酶和蛋白酶，果胶酶能水解果胶物质破坏细胞结构，蛋白酶则能破坏液泡膜，从而释放出花青素等色素物质。用于红葡萄酒的酿造时可在发酵时将果胶酶和蛋白酶与酵母一起加入，可增加色素提取，改善果酒的色泽。食品伙伴个性空间1q?G`Pa3N
    此外在茶饮料及绿茶饮料生产中，复合酶制剂具有明显优势。由于纯茶饮料中茶的成分高，茶汤浓度大，茶汤中主要成分之间容易氧化、络合，造成茶汤色泽褐变,形成浑浊、沉淀，影响其外观品质。采用β-环状糊精、果胶酶、木瓜蛋白酶与单宁酶协同作用，可有效防止沉淀。单宁酶(tannase) 是一种水解酶，可以催化水解单宁中的酯键与和缩酚酸键，该酶可以将五倍子单宁水解生成没食子酸和葡萄糖；单宁酶能切断儿茶酚与没食子酸的酯键，释放的没食子酸阴离子又能同多酚类其他氧化产物竞争咖啡碱，成分子量较小的水溶物，从而降低茶汤的浑浊度，茶汤的透光率随着酯型儿茶素的减少在不断增大；木瓜蛋白酶可促使蛋白质与单宁类物质形成沉淀；添加的果胶酶可分解果胶类物质生成单糖。研究发现采用β-环状糊精、果胶酶、木瓜蛋白酶与单宁酶协同抗沉淀效果达显著水平，葡萄糖氧化酶与单宁酶协同抗沉淀有效果且差异性达到极显著水平。日本龟甲万公司和我国南宁一公司已有商品化丹宁酶产品。食品伙伴个性空间k'gB_%hhY
    总之，复合酶制剂用于食品加工，可弥补单一酶制剂的不足，并有协同增效作用，是今后食品酶制剂的一大发展方向。

    木聚糖是自然界中继纤维素之后含量第二丰富的再生生物质资源, 是最具代表性的半纤维素, 占半纤维素的1/3~1/2。它存在于陆生植物的细胞壁中,几乎植株的所有部位都含有它。木聚糖酶是木聚糖水解酶系中最关键的水解酶。木聚糖酶从动物、植物、微生物中均可获得,以微生物为主。现在已知的能够产生木聚糖酶的微生物包括细菌、曲霉和木霉等。由于大多数木聚糖是一种结构复杂的具有高度分枝的异质多糖,含有许多不同的取代基,因而木聚糖的生物降解需要一个复杂的酶系统,其中多种组分通过相互协同作用来降解木聚糖,所以木聚糖酶是一组酶,而非一种酶。食品伙伴个性空间*}z_u+T0L(lk$kC
    最近十几年,随着生物技术的不断发展和进步,特别是基因工程技术和蛋白质工程技术的广泛应用后,对木聚糖酶的了解更加深入,已经分离出多种木聚糖酶基因,并已工业生产多种木聚糖酶产品。木聚糖酶在饲料工业、制浆造纸工业、食品工业、能源工业中都显示出广阔的应用前景,已经引起科学家们的广泛关注。现就木聚糖酶的食品应用功能进行论述。
3@?S\%^E2X1{0    1 木聚糖酶在酿酒工业中的功能
gG h/`%]0    1.1 利用木聚糖酶提高淀粉酶活力, 提高酒精产率
-?O,}@'y&q0    在酿酒行业中, 作为原料的粮食的淀粉层外围有纤维素和木聚糖等半纤维素的包围, 从而影响到对淀粉的利用率。目前, 对纤维素酶的利用研究较多, 而半纤维素酶的应用尚处于初级阶段。利用木聚糖酶作用于半纤维素层, 降低物料粘度, 可以有利于淀粉酶作用于淀粉层, 提高淀粉利用率, 增加酒精的产率。目前, 对于适合某类酒的酿造的木聚糖酶生产菌还缺少针对性的筛选,产酶过程的优化及酶类的提纯方面也少有研究, 故其应用成本较高, 尚未有工业化应用于酒类酿造过程。
:OZv.pi^0    1.2 木聚糖酶提高酒液澄清度食品伙伴个性空间1i6C2Z.}WV
    我国是啤酒生产大国, 啤酒业对国民经济的发展有重要影响。啤酒生产原料中由于β- 葡聚糖和木聚糖含量较高,造成麦汁过滤困难,酒液混浊, 啤酒滤膜堵塞等问题。为解决这些问题需要大量的资金和技术投入,这样就增加了啤酒的生产成本。而木聚糖酶可以和β- 葡聚糖酶协同作用,从而解决滤膜堵塞问题, 可提高酒液的澄清度, 降低酿酒成本。对酒液的澄清, 目前研究较多的是自然静置、过滤、加悬浮澄清剂等物理过滤方法, 添加絮凝澄清助剂等, 并且在加入过程中用量或时间控制不当会严重影响澄清效果,而且除了会影响酒体本身的稳定性外, 还会带来新的不稳定的因素; 对于目前应用的多种过滤机还需经常更换过滤材料, 费时、费力, 并且严重影响产品的质量和产量。而一些酶制剂的应用, 由于其活化前处理工艺复杂,成本偏高, 澄清效果也未达到理想状态。木聚糖酶应用于酒液澄清是一个有潜在应用价值的研究方向。
0KPp(I;Uei0    2 在小麦面食工业中的功能食品伙伴个性空间I] ~4g?~rgo&C({^
    木聚糖酶在食品工业中的应用主要是在小麦改良方面。就面包而言,木聚糖酶的添加主要在制作过程及防止老化这两方面起着积极的作用。
nly!Hs4Q/OP2R0    2.1 在面包制作过程中的作用
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o'^'E s,`v a0    许多试验观察得出,适量添加木聚糖酶的面团弹性显著增强;切分、搓团、成型时易于操作;面团的形成时间和稳定时间明显缩短;醒发后的面团体积明显增加;烘烤后的面包不仅表皮颜色适中且硬度下降;而且质地洁白、组织细腻、气孔均匀;入口松软且有咬劲。这是因为用于制作面包的改良剂中有葡萄糖氧化酶的存在,它能产生大量的氧化剂,使面粉中的AX产生氧化胶凝作用,胶凝强度会随着WEAX的增加而增强,这会使面团的凝聚力增强,弹性增加,延伸性下降。随着木聚糖酶的添加,WUAX降解为WEAX,可以明显缩短面团的形成时间和稳定时间。面包品质的优劣主要由产气能力和持气能力决定,由于木聚糖酶的添加使得WEAX水解为木糖、木二糖等,为酵母生长提供了碳源,使面团的产气能力大大增强;同时,WUAX降解为WEAX,导致黏度更高的WEAX的含量显著增加,WEAX包裹在CO2 气泡的液膜周围,增加了面筋—淀粉膜的强度和延伸性,优化了面筋网络,使焙烤时气泡不容易破裂,且CO2 扩散离开面团的速度减慢,提高了面团的持气能力。木聚糖酶通过提高面团的产气和持气能力,最终使面包的体积增加,而且使面包组织细腻、气孔均匀且口感良好。另外,优化了的面筋网络,能更有效的减缓面包皮水分的挥发,最终导致了面包皮硬度的下降。
O_*P/un7m&@+p)zE0    2.2 在面贮藏过程中的作用

m&t$}%fq-Ty|7|]0    面包在贮藏过程中会产生非常显著的老化现象:表皮干裂、内部组织变硬、易掉渣、风味损失等,丧失了食用功能。面包老化主要是由于水分的损失、重新分配及结构的变化所导致的。试验观察发现,适量添加木聚糖酶可延缓面包的老化,面包在贮藏7 d后,其硬度和弹性没有明显的变化。这是由于随着木聚糖酶的添加,使得WUAX降解为WEAX,导致黏度更高的WEAX的量显著增加,提高了面包在贮藏过程中的持水性,优化了面筋网络,从而阻碍了水分的损失和重新分配,稳定了面包的组织结构。以上是以面包为例对木聚糖酶在小麦食品中的应用机理作以简要说明。木聚糖酶同样可以应用在馒头、蛋糕等其它小麦食品中,通过改善面团的持水性和面筋结构进而改善其品质,并延长其货价期。我国年消费面粉8 000 万t。可见,木聚糖酶在小麦食品加工中有着非常大的应用潜力
4cJ-T0\X@xM_0    3 在果汁生产中的功能

h6Z$Y CH9H&O0    新鲜蔬菜、水果是富含维生素营养的食品,一般可直接食用,但要加工成婴儿食品、膏状物、干燥蔬菜粉末和速溶食品等,主要是利用其嫩软组织中所有的物质。而这些物质通常被一层坚硬的细胞壁所包围,成熟的细胞壁主要是由纤维素、半纤维素、果胶等物质组成。常见的生产方法是将果蔬榨汁或将它们浸泡取汁。再进行冷冻干燥或直接喷雾等。这样一方面被纤维素、半纤维素果胶包裹的淀粉蛋白质、油脂、色素、精油、香料、维生素不能充分提取,如果采用蒸煮、酸碱等法,使组织柔化来充分提取,会使维生素等遭到破坏,色香味发生变化,很不合理;另一方面可溶性的木聚糖、果胶都是粘性物质,会造成提取液粘度过大给后来的浓缩干燥等带来困难。
[4ui?L*P6D0    如果采用含有纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶的酶制剂来处理,则可在极温和条件下使组织柔化,使细胞破壁,将有效物质充分提取出来,同时大大地降低提取液的粘度,而粘度的降低,可使生产中的浓缩或干燥效率成倍提高,也相应降低生产成本,在果汁生产过程中,特别是用超滤的方法来生产浓缩苹果汁,单独使用果胶酶是不够的,往往在这种酶中添加一定比例的木聚糖酶,来分解其中的阿拉伯木聚糖,这样可提高超滤浓缩速度,减少膜的清洗次数,明显地提高生产效率和产品质量。
HS$A@s6C0    果蔬细胞壁是由果胶、纤维素和木聚糖等半纤维素组成的网状结构,可阻止细胞内溶物的渗出,彻底水解果胶是提高出汁率的关键。过去,人们对果胶结构的认识只是直链平滑结构。认为只要有一定的果胶酶即可将果胶水解。但后来发现只用这样的酶彻底水解果胶并不那么容易。尤其是使用这样的果浆酶提高水果的出汁率达不到预期的效果。因此,复合酶制剂应运而生。作为一种果浆酶,它不但要有主要的果胶酶活性,分解果胶主干,还应含有一定的半纤维素酶活性(木聚糖酶、鼠李聚半乳糖醛酸酶等) ,能水解果胶中的分支区域,进一步裂解植物细胞壁,提高水果出汁率。而且,复合型酶制剂还在降低果汁中果胶含量;减少澄清工艺中果胶酶的用量;改善果浆结构、降低粘度;易于固液分离;缩短作用时间等方面有较好的应用。因为,虽然果浆酶通常是用来提高水果的出汁率的,但同时,由于果浆酶分解了水果中的果胶和半纤维素等物质,也降低了果汁的粘度,从而加速了果汁的流出速率,使得压榨时间缩短,亦即提高了压榨机的生产效率。而且部分木聚糖等半纤维素在酶的作用下被分解成可溶性水分,增加了果汁中可溶性固形物的含量,这也使得出汁率得以提高。果浆酶过去往往较多应用在苹果、梨等水果当中,随着人们对健康水平要求的不断加深,一些营养极为丰富全面的果蔬越来越受到人们的青睐,如香蕉、胡萝卜及南瓜等,但由于往往含有大量的淀粉及NSP,使得它们的成品汁过于粘稠,出汁率低而不宜用于果汁饮料的生产。多被加工成果粉、果片、果酱等产品。现在一些企业已经将果浆酶成功应用在这些果蔬的制汁工艺中,且取得了很好的效果。食品伙伴个性空间lF"]J|(LS.@

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