酶在奶酪中的应用

1、酶在奶酪制作中的应用 Application of Enzymes in the production of cheese 摘 要目前,我国的乳制品以奶粉、鲜奶类制品、酸奶为主,奶酪的生产和研究较少。但是生物技术的迅速发展和人们对生物工程认识的日渐加深，酶工程已成为生物技术在实际生产中非常重要的应用。虽然酶工程学近年来才兴起, 但酶在奶酪中的应用却由来已久。本文主要就以上几种酶在奶酪生产中的酶制剂进行了论述。关键词：生物工程；奶酪；酶制剂ABSTRACTAt present, China's dairy powdered milk, milk type products, y

2、oghurt-based, less cheese production and research. However, the rapid development of biotechnology and Bioengineering people deepening understanding, enzyme engineering has become very important in the actual production of the application of biotechnology. Although the enzyme engineering in recent y

3、ears before the rise, but the enzyme used in cheese has a long history. This review focuses on more than several enzymes in cheese production, enzymes are discussed.Key words: Bioengineering; cheese; enzymes目 录1. 前言52. 奶酪熟化中的酶的种类6 2.1 凝乳酶62.2 脂肪酶7 2.3氨基肽酶73. 酶在奶酪生产中的作用9 3.1 促进奶酪凝结成块,缩短熟化期9 3.2 产生芳香物

4、质,增加奶酪的香气9 3.3 提高奶酪中可溶性氮的含量9 3.4 生产低脂肪奶酪制品9 3.5其它的作用94.酶制剂在奶酪熟化中的应用研究情况115. 展望126. 参考文献131.前 言奶酪不仅具有与液体奶完全不同的风味和口感，而且含有较多的低聚肽、脂肪酸、维生素、钙、磷等营养物质,深受欧美等西方国家人民的喜爱；也是储备液体奶生产的一类固态乳制品。奶酪有许多品种，牛乳、羊乳和牛、羊乳混合制品居多，一般分为鲜奶酪、软奶酪(融化奶酪)和熟化奶酪三类。其中熟化奶酪较为普遍，其制作程序为原料乳凝结、沥水、盐浸渍和熟化四个主要工序，其中的凝乳工序较为重要。传统的凝乳剂为小牛皱胃凝乳制剂，也有利用柠檬酸

5、、乳酸、盐酸的酸化机理生产奶酪；微生物发酵剂作为奶酪增香剂，加速脂肪的水解，提高了奶酪的风味和香气。由于小牛皱胃凝乳酶制剂的缺乏，微生物发酵剂的生产周期长；人们开始寻找和使用新的凝乳酶、脂肪酶等提高奶酪的品质和风味。本文就奶酪熟化中的酶的种类作一阐述，探讨了各种酶的来源和应用情况。对拓宽我国乳制品的研究和开发；提高乳制品的附加值具有重要意义。特别是近十年来,我国的奶业进入快速发展时期，产奶量的平均年增长率为10.1%1。2.奶酪熟化中的酶的种类酶在奶酪生产中,主要是促进原料乳中酪蛋白微结构的变化,裂解酪蛋白中的肽键,导致其凝结成块。另一方面,利用酶的裂解作用,催化大分子物质为小分子物质,提高奶

6、酪的风味和香气。因此奶酪生产中的酶制剂多数为水解酶类2。2.1 凝乳酶 凝凝乳酶在干酪生产中的使用可以追溯到约公元前6000年，旧石器时代的人们用小牛的皱胃作为容器盛装牛乳的过程中发现牛乳凝集现象，从而使得皱胃凝乳酶在干酪生产中的应用成为了可能。凝乳酶按来源可分为动物性凝乳酶、植物性凝乳酶、微生物凝乳酶、基因工程重组凝乳酶四类。 动物性凝乳酶是一类传统的凝乳酶，主要从新生反刍动物如小牛的第四个胃即皱胃中提取。目前，由于小牛皱胃酶等动物性凝乳酶在干酪生产中得到广泛地应用，从反刍动物中获取小牛皱胃酶等动物性凝乳酶已经实现大规模生产。一般从新生小牛皱胃中提取的皱胃酶由凝乳酶（EC 3.4.23.4）

7、及部分胃蛋白酶（EC 3.4.23.1）、胃蛋白酶B（EC 3.4.23.2）、胃亚蛋白酶（EC 3.4.23.3）组成，这类酶都属于天冬氨酸蛋白酶（EC 3.4.23）。皱胃酶包含凝乳酶与胃蛋白酶，其比例受小牛生长期、饲养情况影响，在饲养条件良好的情况下小牛皱胃中凝乳酶所占的比例可大于80%。目前生产用皱胃酶中凝乳酶的比例在50%90%。凝乳酶能特异性水解-酪蛋白产生酪蛋白巨肽，从而形成凝乳，而胃蛋白酶的水解特性并不专一，它能同时水解含有Phe，Tyr，Leu，Val的肽键。动物凝乳酶的凝乳活力与蛋白水解能力高，是目前干酪生产中首选的凝乳酶，但是随着世界干酪产业不断发展壮大，通过宰杀犊牛以获

8、得凝乳酶的方法已经无法满足生产的需要，因此亟待开发新来源的凝乳酶。植物性凝乳酶、微生物凝乳酶、基因工程重组凝乳酶都属于新来源凝乳酶。植物性凝乳酶是从植物的组织中水浸提取出的一类具有凝乳作用的蛋白酶，目前被广泛认为具有替代传统凝乳酶的潜力。常见的从无花果树类中提取的蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等植物性凝乳酶的蛋白水解能力较弱，不能应用于干酪生产中。但是少数植物性凝乳酶在干酪生产中的应用已经较为广泛，如地中海大蓟，其在传统干酪生产中的应用已有数世纪的历史。微生物凝乳酶是微生物代谢作用产生的一类具有凝乳作用的蛋白酶，能部分应用于生产中。与传统的皱胃酶相比，微生物凝乳酶的生产周期短，产量大，受气候

9、、地域、时间限制小，用其生产凝乳酶成本较低。同时，由于宗教信仰的原因，微生物凝乳酶生产的干酪更受素食主义者的青睐。目前微生物凝乳酶的主要来源是米黑根毛霉，其作为动物性凝乳酶的替代已长达40 年。随着分离与纯化技术的提高，此类凝乳酶已为素食主义者所接受并应用于有机干酪的生产中。但是微生物凝乳酶对蛋白酶的高降解能力易导致干酪的产率下降。基因工程重组凝乳酶一般表示为发酵生产凝乳酶（FPC），是利用基因重组技术生产的一类具有凝乳作用的蛋白酶。自1990年利用重组DNA技术发酵生产凝乳酶的方法得到美国FDA认证以来，基因工程发酵生产凝乳酶在美国广泛应用并在世界范围内逐渐被接受，2006年发酵生产凝乳酶市

10、场份额占有70%80%。但是，基于安全的考虑，此类凝乳酶生产的干酪仍然不被部分消费者所接受3。由于受反刍动物种类、年龄、饲养等的影响，凝乳酶的理化性质往往不恒定，而在一定的范围内。凝乳酶的分子量在3140 kDa之间，其活性同时受pH值和温度等的影响。研究表明，凝乳酶在pH值 5.56.0下最为稳定，在pH值 34之间，凝乳酶自动降解而迅速失活，在pH值>9.8时凝乳酶则发生不可逆转的结构变化而失去活性。当凝乳酶所处温度从45 升到55 时活性迅速降低，当温度达到55 时凝乳酶活性即丧失。凝乳酶性质的差异影响了干酪的品质，因此应当对不同类凝乳酶的成分进行测定，对其凝乳活力标准化，以供干酪

11、生产中参数的调整。2.2脂肪酶 脂肪酶在水相或非水相中能够催化许多化学反应,这归于其为广谱性的水解酶类;对温度、酸碱度、有机溶剂稳定性高,特异性选择不同的化学键、结构域和对异构体。植物、动物、微生物脂肪酶中,微生物酶用途最为广泛。微生物脂肪酶容易培养、获得;能催化多种降解和合成反应。在奶酪的熟化和香气形成中起着重要的作用。能产生脂肪酶的微生物种类较多,现已经有成型的商用制剂。在干酪生产中, 添加脂肪酶或含有脂肪酶的微生物,可以改善风味,缩短成熟期。在赛达干酪生产中,加入米曲霉可使其风味明显增强,而且可以在风味形成与质构破坏之间找到一个最佳平衡点。向原料乳中加入酸乳酪和脂肪酶,可以改善拉丁美洲白

12、干酪的风味、质构,缩短成熟期。通过对乳脂肪有控制的水解,可使蓝干酪的风味强度提高2030倍。在干酪生产中通过使用不同的脂肪酶可以得到不同的脂肪酸组成,以使各种干酪的典型风味特征得到充分体现。黄油在青霉菌与胰脂肪酶混合作用下,可得到干酪类型风味物质。对由黄油生产干酪类型风味物质的酯水解动力学研究表明:固态发酵中的脂肪酶活性比液态深层发酵中的高3.3倍。前者还可用于对橄榄油的水解,并且对乳脂肪中的风味物质组成有一定的控制能力。在面包中添加活性大豆风味物质以作为脂肪氧化酶的来源,可以对亚麻酸和其它多不饱和脂类进行过氧化作用,以改善面包的挥发性组分。而乳酸菌的脂肪酶、真菌的脂肪酶优先降解甘油二酯。利用

13、脂肪酶提高奶酪的品质,需要研究其最佳的使用量;否则会产生负面效应,有腐臭味出现4。2.3氨基肽酶 奶酪熟化中,发酵剂中的细菌对氨基酸和氨基酰的代谢,往往形成一些特有的香气或不愉快的气味。氨基肽酶在这些代谢中起到重要作用;氨基脱氢酶和氨基脱羧酶的活性也非常重要。经过冷激驯化后,培养在奶酪乳浆中,能产生氨基肽酶。能够降解亮氨酰-4-苯胺,水解速度要大于精氨酰、丙氨酰、脯氨酰和甘氨酰的衍生物；同时,具有二肽-氨基肽酶的活性。奶酪发酵剂中的乳酸菌的酶结构和活性非常相似,具有较高的亮氨酸氨基肽酶、半胱氨酸氨基肽酶和缬氨酸氨基肽酶活性。发酵剂中的微生物代谢奶酪中的氨基酸,是产生奶酪特有香气和不愉快气味的主

14、要原因,但是代谢途径未得以证明。Gummallaetal研究了乳酸菌发酵剂中的菌体对Tyr、Phe的代谢情况,发现干酪乳杆菌相继的催化Tyr、Phe的转氨基和脱氢反应。胶束电泳毛细管层析证实Lacto bacillus case和Lacto bacillus shelveticus对Tyr、Phe的代谢反应非常活跃,其形成的苯基丙酸、-羟基苯基丙酸等与奶酪的芳香气味有关。现在的商业酶制剂中也加入氨基肽酶,利用蛋白酶、脂肪酶和氨基肽酶的协同作用,提高奶酪的香气和感官指标,AHC100就是一种来自乳酸乳球菌的内切蛋白酶和氨基肽酶混合商业酶制剂。另外,酸性磷酸化酶、碱性磷酸化酶、右旋乳糖分解酶、酯酶

15、、脂酯脂肪酶等也在原料乳和发酵剂菌体中存在。仅牛乳中大约就有60多种酶存在,但对奶酪品质的影响却未完全证明。这也要求我们要进一步的研究奶酪中的酶系来源及作用,探讨不同的酶对奶酪品质的效应5。3. 酶在奶酪生产中的作用 当奶酪的质量主要由消费者的广泛爱好和对低脂肪的需求决定。而酶修饰的奶酪产品,本质上涉及到鲜乳中蛋白质的凝集、熟化和风味形成。利用蛋白酶、氨基肽酶、脂肪酶和酯酶等的目的在于提高奶酪的风味、缩短熟化期,达到消费者要求的风味。3.1 促进奶酪凝结成块,缩短熟化期 传统的奶酪生产方法是利用凝乳剂(酶或酸化剂)和微生物发酵剂(乳酸菌)协同作用,经凝乳、沥水、盐浸渍后进行熟化。生产周期长、熟

16、化度和风味过分地依赖发酵剂的种类和生长、产酶情况,因此不同风味的奶酪熟化期各异。3.2产生芳香物质,增加奶酪的香气 奶酪最基本的品质由蛋白质含量决定,而脂肪影响奶酪的咀嚼性、滑爽口感和均一性;且脂肪对奶酪的香气具有决定作用。脂肪酶能降解脂肪为游离脂肪酸,游离脂肪酸进一步的分解形成乙酯、丙酮等呈味物质,提高了奶酪的风味、香气。同时,催化酯交换作用,随机完全地打乱了牛奶脂肪的分布;改良了营养价值和奶油的风味,利于婴幼儿的消化吸收。脂肪酶为优良的奶制品风味增强剂。酶增香作用的主要原因在于,酶降解大分子物质(脂肪酸、蛋白质)为小分子挥发性的呈香物质,但是酶也有负面影响,产生不愉快的气味。因此,酶的用量

17、和不同来源酶的性质需要研究确定。再者,氨基肽酶的转氨基作用、脱羧酶的脱羧作用、脱氢酶的还原作用形成的芳香族化合物,也是奶酪香气形成和增加的途径。3.3提高奶酪中可溶性氮的含量 利用酶制剂生产的奶酪,水溶性氮的含量较高,改良了其营养组分。脂肪酸、蛋白质或氨基酸在降解过程中,往往形成具有保健功能的不饱和脂肪酸、低聚肽和多肽类物质,改善了乳的营养功能。因此,可以选择合适的微生物作为发酵辅助剂,生产品质优良的奶酪。3.4生产低脂肪奶酪制品 高蛋白、低脂肪食品是当前消费者普遍的消费观念,而低脂肪奶酪深受消费者的喜爱。低脂肪的奶酪制作,一方面可以通过降低原料乳的脂肪含量获得;另一方面可以利用脂肪酶降解长链

18、脂肪为短链和中等链脂肪或水溶性氮得到。在含有0.8%的脂肪的牛奶中,添利用脂肪酶解过的低脂的奶油作为原料,也可以生产低脂肪(脂肪1.52.0%)的红砂糖新鲜奶酪。3.5其它的作用 奶酪中富含乳糖,但很多人群(特别是亚洲人群)体内缺乏乳糖酶,不适宜食用含有乳糖的奶酪。利用乳糖酶作用,降解奶酪中的乳糖,生产低乳糖的奶酪,可以满足乳糖不耐受人群的营养需求。奶酪发酵剂中的乳酸乳球菌乳亚种产生的右旋乳糖分解酶；真菌产生的-乳糖酶已经用来生产低乳糖的奶制品；蛋白酶降低婴儿食入牛奶后的过敏反应。同样,蛋白酶则可以降解奶酪中蛋白质,减少某些人群食入奶酪后的过敏反应6。4.酶制剂在奶酪熟化中的应用研究情况 目前

19、,国外对奶酪的熟化研究主要集中在加速熟化,缩短熟化期;奶酪熟化中的蛋白酶解活性(不同添加剂对蛋白质水解和酪蛋白水解的作用);充分利用乳清蛋白生产奶酪29,提高奶酪的得率。加速奶酪熟化的方法很多,可以提高温度;添加凝乳蛋白酶、血浆酶、外源蛋白酶、添加外源蛋白酶的乳块、外源脂肪酶、特异性酶;选择特异性发酵剂、基于细胞自溶的发酵剂、弱化发酵剂、基因工程发酵剂、辅助发酵剂、次生代谢发酵剂、奶酪乳浆;添加游离氨基酸提高奶酪的风味。凝乳酶、脂肪酶制剂的研究较多,利用酶的特异性分解获得产品质构、香气都优良的奶酪7。谷氨酰胺转胺酶，是一种催化蛋白质中赖氨酸上的- 氨基和谷氨酸上-羟酰胺基之间的结合反应，通过转

20、谷氨酰胺作用形成共价化合物的聚合酶。该酶能提高蛋白质的功能特性和改善其结构，并能通过引入赖氨酸而提高蛋白质的营养效价，而被其处理过的食品具有良好的外观和质构，TG 形成的凝胶强度大，其剪切力比通常的酸凝胶高几倍，形成的凝胶具有良好弹性和持水性。由于经过TG 处理的蛋白质有良好的特性，现已广泛被应用到肉制品、乳制品等食品行业中。对 TG 催化乳清蛋白合成耐热性聚合蛋白以及TG催化大豆蛋白和乳清蛋白合成耐热性聚合蛋白，TG 在酪蛋白改性方面的应用以及在提高蛋白成膜性能方面的研究均有报道。凝乳酶是奶酪制作过程中起凝乳作用的关键性酶，同时凝乳酶对奶酪的质构形成及奶酪特有风味的形成有非常重要的作用。凝乳

21、酶的种类和添加量都会影响奶酪的最终品质。凝乳酶加入过多会带来后期奶酪产品的不良风味，同时由于凝乳酶较昂贵，会增加奶酪的成本8。 近十年来,我国乳业才开始快速发展。乳制品主要以奶粉、瞬时高温灭菌乳、鲜乳和酸乳为主,奶酪制品只限于牧业较发达的少数民族地区的手工制作;个别地区的小规模工业化生产,没有形成大的乳品产业;虽说与我国消费者观念有关,但主要是奶产量有限。因此,有关奶酪的研究和生产加工的报道很少,研究水平也只限于工艺探讨。但是随着乳业的高速发展,液体奶的市场未来的饱和,奶酪的生产无疑是解决储备液体奶的最佳选择9。5.展望 凝乳酶对于干酪的生产至关重要，凝乳酶是食品工业中最为重要的蛋白酶。在目前

22、凝乳酶短缺的情况下，为开发具有高凝乳活力，低蛋白水解力的凝乳酶，亟待开展有关新来源凝乳酶在促进凝乳形成，促进干酪独特风味形成中作用的研究。同时，随着研究的不断深入，在原产地保护干酪生产之外，发酵生产凝乳酶的应用必将成为今后产业发展的新方向，也必将对干酪产业产生巨大的经济效益。奶酪的熟化过程涉及到多种酶的催化活性,皱胃凝乳酶和微生物脂肪酶的应用最为广泛。但是原料乳的品种、组分、胶体性状等都影响酶的催化性能,并且酶的使用量必须因原料乳品质的不同而研究确定;动物性的酶制剂相对较缺乏,基因重组酶制剂既解决了这一问题,又能生产优质的奶酪。我们应该抓住我国乳业的高速发展时期,加深奶酪生产工艺及酶作用机理的

23、研究;从工业产品的得率、成本和消费者的需求着手,研究确定最佳的奶酪生产工艺和生产参数,拓宽乳品的发展范围10。6.参考文献1 宫春波,贺稚非,仇宏伟. 酶在奶酪生产中的应用J.中国食品添加剂,2005 (1): 90-942 张健,张莉,杨贞耐.生物技术在干酪加工中的应用J.中国乳品工业,2011,39(2): 48-523 马玲,徐静,刘会平.谷氨酰胺转胺酶在奶酪制作中的应用J.食品科学,2012, 33(6): 65-684 卢晓明,王培根,任发政,等.转谷氨酰胺酶交联乳蛋白对新鲜干酪特性的影响J. 食品工业科技, 2010 (1): 179-182 5 张娜,赵新淮.蛋白酶微胶囊制备工艺及在干酪成熟中的应用J.农业机械学报, 2010,41(2): 151-1566