第十一讲酶与食品质量安全

1、第十一讲酶与食品质量安全酶具有改善食品品质和加工性能，酶在食品工业中的应用日益深入和广泛，极大地促进了酶制剂工业的发展。然而酶的来源及其性质也关乎食品质量安全，特别是随着生物技术的发展，通过基因工程手段改造部分微生物的基因，从而改变酶蛋白的基本结构，达到强化酶在某方面功能特性目的的做法已成为商业上成功的典范，同时，这种做法给食品酶的应用带来安全隐患。对食品工业用酶制剂生产及应用进行安全卫生管理，从而建立一套科学使用规范及酶制剂安全性评价体系。1 酶与食品质量安全酶存在于所有的新鲜食品当中，例如坚果、乳、奶油、干酪、新鲜水果和蔬菜、未烧煮的肉、鱼和蛋中都富含各种酶类。当人们食用这些食品时，相当数

2、量的酶就摄入人体中。在摄入的酶中，不仅有动物和植物来源的，而且还有微生物来源的。在发酵和腌制食品中，例如干酪、酸奶、啤酒和腌黄瓜，就含有微生物来源的酶。作为微生物来源的食品酶制剂，通常除了包括酶蛋白本身以外，还含有微生物的代谢产物，以及添加的保存剂和稳定剂。如果将加入食品中的酶看作为食品添加剂，那么就应该考虑到卫生和安全方面的问题。1.1 酶制剂作为食品添加剂进入食品的潜在危害酶不仅来源于动植物，也有来源于微生物的，酶与其他混入酶制剂的蛋白质，作为外源蛋白质在随同食品进入人体后，有可能引起过敏反应，虽然目前还极少见这样的例子，但在新的酶制剂出现时必须以予考虑。另外，来源于微生物的酶制剂也可能带

3、有毒素，必须选择那些不产生毒素的菌种来生产酶制剂，或检查每一批酶制剂以确定其不含毒素。酶制剂作为食品添加剂使用时应符合国家标准GB 2760食品添加剂使用卫生标准的规定。迄今为止，还没有充分的证据表明，用于食品工业中的酶是有害于人体健康的。此外，在大多数情况下，酶在加工中已失活，且在加工中失活的酶经进一步的单元操作是否尚存在于食品中，在很多情况下也是不确定的。因此在标签上注明添加的酶反而会引起误解。 1.2 酶催化有毒物质的产生在生物材料中，酶和底物处在细胞的不同部位，仅当生物材料破碎时，酶和底物的相互作用才有可能发生，其次，湿度、pH、温度、辅酶和金属离子等条件也是重要的。有时底物本身是无毒

4、的，在经酶催化降解后变成有害物质。例如，木薯含有生氰糖苷，虽然它本身并无毒，但是在内源糖苷酶的作用下，产生氢氰酸。如果将木薯根切成小块后彻底清洗，那么留在组织中的微量HCN在随后的烧煮中就很容易挥发除去。十字花科植物的种子以及皮和根含有葡萄糖芥苷，葡萄糖芥苷属于硫糖苷，在芥苷酶作用下会产生对人和动物体有害的甲状腺肿素，可用加热的方法使芥苷酶失活。因此，食品加工的条件必须按照终产物的物理化学性质而变化。1.3 酶作用导致食品中营养组分的损失虽然在食品加工中营养组分的损失是由于非酶作用所引起的，但是食品材料中一些酶的作用也是不能忽视的。例如：维生素的降解维生素的降解（1）脂肪氧合酶催化胡萝卜素降解

5、使面粉漂白，在其他食品如一些蔬菜的加工过程中脂肪氧合酶也参与了胡萝卜素的破坏过程。（2）在一些用发酵方法加工的鱼制品中，由于鱼和细菌中的硫胺素酶的作用，使这些食品缺少维生素B。（3）抗坏血酸是最不稳定的维生素，虽然抗坏血酸氧化酶能催化抗坏血酸氧化生成脱氢抗坏血酸，当脱氢抗坏血酸内酯进一步水解生成2,3-二酮古罗糖酸后，Vc的活性才完全丧失。1.4 酶作用的解毒反应1.4.1去除食品中的抗营养因子植酸以钙、镁、和钾盐的形式存在于豆类和谷类中，易于同膳食中的铁、锌和其他金属离子形成难溶的络合物，因而使人体吸收这些元素变得困难。植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇，显著降低植酸和寡糖的含量。近年植酸酶还

6、用于酿造和饲料工业，以改善原料中磷的利用，以及用于去钾大豆蛋白食物的生产，成为肾脏病人蛋白质的来源。1.4.2 水解牛乳中的乳糖牛奶中所含的乳糖是一种双糖，因为分子太大，要在小肠中消化成较小的葡萄糖及半乳糖才能穿过肠壁进入血管中被吸收。但当小肠中的乳糖酶未能发挥作用时，乳糖就在大肠内发酵，大约半小时至2小时内出现胀气、腹痛、呕吐或拉肚子等症状。乳糖不耐症是一种相当普遍的现象，特别是亚洲人的乳糖酶缺乏发生率高达90%以上。酶法低乳糖牛乳的生产工艺水解14-16h，水解率达50%以上1.4.3 降低淀粉类食品高温产生丙烯酰胺含量自从2002年4月瑞典斯德哥尔摩大学Margareta Tornqvi

7、st教授首次发现，在油炸或焙烤的马铃薯和谷物类食品中存在具有神经毒性的潜在致癌物丙烯酰胺，有关丙烯酰胺的问题立即引起了全世界的广泛关注。随后英国、美国、加拿大等发达国家也开展了相关研究。许多国家和国际性机构对丙烯酰胺在食品中形成机理、危害评估和消除方法等方面进行广泛而深入研究。目前，淀粉类食品在加工中丙烯酰胺的生成机理的研究已有突破性进展；在食品贮藏和加工方法方面，欧美和日本等国对食物加工前的保存条件、加工温度对食品中丙烯酰胺含量的影响进行了研究，并提出减少丙烯酰胺的方法，如降低加工温度、体系pH值，减少原料中天门冬酰胺的含量等。瑞士科学家Vass等研究发现天门冬酰胺酶应用可降低薄脆饼干70丙

8、烯酰胺含量，但作用机理还有待于进一步深入分析和研究。1.4.4 其他另有研究发现，-葡萄糖基转移酶用于甜叶菊加工，可以脱苦涩味，黄曲霉毒素B1经黄曲霉毒素脱毒酶处理后毒性、致畸性极大降低。所有这些都证明酶法解毒是一种安全、高效的解毒方法，对食品无污染、有高度的选择性，且不影响食品的营养物质。1.5 酶作为现代食品质量与安全快速、灵敏分析的重要手段如酶联免疫测定、PCR、生物传感器、酶抑制率法2 酶制剂的安全评价对酶制剂产品的安全性要求，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）食品添加剂专家委员会（JECFA）早在1978年WHO第2届大会就提出了对酶制剂来源安全性的评估标准。酶制剂来源

9、安全性的评估标准（1）来自动植物可食部位即传统上作为食品成份，或传统上用于食品的菌种所生产的酶，如符合适当的化学与微生物学要求，即可视为食品，而不必进行毒性试验。（2）由非致病的一般食品污染微生物所产的酶要做短期毒性试验。（3）由非常见微生物所产生的酶要做广泛的毒性试验，包括实验动物的长期喂养试验。 这一标准为各国酶的生产提供了安全性评估的依据，即生产菌种必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，菌种需经各种安全性试验证明无害才准使用于生产。对于毒素的测定，除化学分析外，还要做生物分析。微生物来源的食品酶制剂的安全特性评价对于通过常规方法改造菌种得到的食品酶制剂，通常要考虑的安

10、全因素包括:菌种产毒素的可能性和潜在的致病性致过敏性和刺激性致癌性和诱导突变性影响生育和导致胎儿畸形酶反应的产物酶与其他食品成分之间的反应和酶对消费者的直接作用等。2.1潜在的产毒素性作为菌种必须具备基本的安全性，一般来说，菌是否具有潜在的产毒素的特性，尤其是那些通过口服起作用的毒素作为重点考虑的因素。由于在商品酶制剂中不会含有活微生物，因此潜在的致病性不是重点考虑的因素，但是对酶制剂生产工厂的工人来说，这一点要尤为注意。2.2潜在的致病性一般来说，明显的人类致病菌不能在食品酶制剂工厂的生产中应用，同时微生物也不可能在成品的酶制剂中存活。即便如此，作为常规的工业化操作规范，还是要通过动物模型来

11、确定未知微生物的潜在的致病危害。区分致病性和偶然的感染非常重要，许多微生物可以通过寄主的免疫系统到达一定位置就可以产生感染。已有研究证实，无论寄主的健康与否，真正的致病性细菌可以侵入免疫系统，从而产生疾病和感染。另外，分清微生物自身作用和寄主对微生物的反应过是非常重要的。研究表明，给动物注射已死的细菌会导致代谢紊乱，最终死于败血病因为注射的是已死的细菌不会产生病变，所以动物的死亡不是微生物的致病性引起的，人体自身的免疫系统释放的类荷尔蒙激素物质才是至死的主要原因。因此，通过简单的注射微生物进人动物体内来评价微生物致病性的方法是不可取的。2.3安全菌株国际食品与饮料咨询委员会（IFBC）认为，已

12、确定无致病性、不产毒素的菌种，尤其是那些在安全用于食品酶制造方面具有悠久历史的微生物，即便它们经过传统的或导人DNA的改造，仍然是产生安全菌种系属的最优的选择。建立一个安全的菌种还需彻底搞清楚寄主机体的特征，确保所有导入寄主机体的DNA的安全，保证整个改造寄主机体的过程适合食品生产的应用。被筛选出的菌种通过诱变(如化学诱变、紫外线照射诱变)从而获得产酶量高的菌种。利用传统的方法和基因技术可以减少和消除一些不想要的内源酶和其他的物质。例如，许多微生物会分泌蛋白酶，虽然这一特征在特殊场合下是有用的，但它会造成目的酶水解，还有可能会对食品有不好的影响。因此，一些特殊的菌种被开发出来，它们的产蛋白酶的

13、基因被去除或钝化。2.4 工程化酶蛋白质工程是通过改变蛋白质肽链内在的氨基酸的排列顺序从而影响蛋白质功能，可以通过化学诱变、紫外线辐射、菌种突变等诱导和随机诱变技术实现。另外，也可采用定点突变技术，该法是针对确定蛋白质功能的基因片断直接突变，从而获得所需的蛋白质功能。蛋白质分子修饰是否会对酶的安全性造成影响？要说明这个问题，我们首先得搞清酶结构和功能的自然变化。基因核苷酸的排列顺序决定酶蛋白的氨基酸排列顺序，从而决定酶的功能特性，同时还决定了酶蛋白的三维空间结构。这有利于搞清楚酶在改进后相互之间的关系，也更进一步的为搞清楚结构与功能之间的关系提供了帮助。同一类或同一大类的微生物来源的酶维持原有

14、的三级结构和酶的特征，但在稳定性、专一性等方面的特定功能有所不同。目前并无直接证据表明，酶的这种变化致使酶产毒素。事实上通过口服起作用的生物毒素相对数以千计的食物蛋白来说非常少，而且生物毒素的结构和作为商品的食品酶在结构上差异很大。有进一步的研究表明，同一类和同一大类的酶通过上述所有的技术改造，它们仍然保持原有的特征三维结构和催化功能。因此，工程酶表现出的不同与自然界中观察到的情况非常相似。酶的结构和功能实验表明，通过改造酶而获得某种功能不致使酶具有产毒性。正是如此，对于仅在理沦上推测有危险的工程酶进行毒理学的测试要非常慎重，对于那些通过同一系统向同一寄主导入基因的方法获得系列产品的制造商会认为对一些附加产品作进一步的测试是多余的。基因重组等高新技术在菌种改造中的应用，给酶制剂的发展开拓了很大的发展空间，但由于这项技术及其应用尚未十分完善，对基因工程菌株的安全性评价问题