水解蛋白质调味料液的研究现状

水解蛋白质调味料液的研究现状

以丰富的蛋白质为原料的亲水食品盐酸盐酸盐产品，如豆腐，添加其他香料。在高温下通过盐酸、中和和精制得到一个新鲜的味道。具有氨基酸含量高、鲜味浓厚、原料利用率高、生产周期短、设备投资少、价格低廉、经济效益显著等特点，是一种不可多得的酱油代用品或添加剂。近年来人们在经济利益的驱动下，一味追求水解液中高的氨基氮含量，使用过量过浓的盐酸，在高温情况下水解未经处理的、脂肪含量过高的动、植物蛋白原料，致使水解蛋白质调味液中的氯丙醇含量超标。氯丙醇是3-氯-1,2-丙二醇、2-氯-1,3-丙二醇、1,3-二氯-2-丙醇、1,2-二氯-3-丙醇的通称。氯丙醇是一种致癌物质，长期食用含超量氯丙醇的氨基酸调味液会引起动物肝脏癌变。研究发现，蛋白质原料中的脂肪在浓酸性条件下是形成氯丙醇的前体物。因此，控制蛋白质原料的脂肪含量，降低酸解时的盐酸浓度和加量，是酸水解蛋白质调味液安全生产的必要条件。陕西科技大学应用化学研究所在华南理工大学、本校分析中心的协作下，经过几年的艰苦努力，终于成功地研制出酸水解蛋白质调味液安全生产工艺，并对如何去除水解蛋白质调味液中存在的水解臭味进行了大量的研究工作，提出先水解后发酵的工艺路线，不仅缩短了生产周期，提高了原料蛋白质利用率，而且产品氨基氮含量高，鲜味浓厚，酱香浓郁，氯丙醇含量极低。1发酵水解蛋白处理工艺设计富含蛋白质的动、植物原料如豆粕，经酸解、中和、精制而成的氨基酸调味液，在生产过程中，由于蛋白质原料中的脂肪含量高，在过量浓酸下加热水解，易形成氯丙醇、硫醚、糠醛等有害物质，这些物质的含量与原料中的脂肪含量、酸解时盐酸的浓度、酸解的温度有关，因此，严格控制蛋白质原料中的脂肪含量及水解条件，就能有效地防止这些有害物质的产生，为了赋予水解蛋白质调味液浓郁的酱香风味，有效去除其分解臭味，水解物再经制曲发酵，不仅保留了水解氨基酸生产的诸多优点，同时又赋予产品酱香浓郁、风味诱人的特性，其工艺如下：2主要工艺条件的选择2.1蛋白质原料比对动、植物蛋白质原料中的油脂在过量浓盐酸的作用下易形成氯丙醇，严格限制原料中的油脂含量，是酸水解蛋白质调味液安全生产的前提。原料中的蛋白质含量愈高，水解蛋白质调味液中的氨基氮含量愈高，鲜味愈浓厚。因此，水解蛋白质调味液安全生产要求原料中的蛋白质含量愈高愈好，脂肪含量愈低愈好。由表1可以看出，豆粕中的蛋白质含量高、脂肪含量低，是目前酸水解蛋白质调味液安全生产的理想原料。豆粕是大豆经80℃热烘，使其水分至8%～9%，扎扁，以有机溶剂提取油后的剩余物，当然随着工业的技术进步，会有更多脂肪含量更低、蛋白质含量更高的原料用于酸水解蛋白质调味液的安全生产。2.2酸水解蛋白质调味液的制备工艺研究发现，在原料豆粕一定的条件下，水解蛋白质调味液中的氯丙醇含量与水解剂盐酸的浓度有直接关系，为此，我们进行了如下实验。取200g豆粕（西安油脂公司生产）加600mL浓度分别为10%、8%、6%的盐酸，在相同的情况下对其进行水解，冷却后加碱中和至pH值为6，然后测水解液中的氯丙醇含量，结果见表2。由表2可以看出，在其他条件一定的情况下，水解液中的氯丙醇含量与盐酸浓度有关，即盐酸浓度越高，水解液中的氯丙醇含量越高，如盐酸浓度低于6%，水解物中的氯丙醇含量仅为0.02mg/kg，符合国际上大多数国家对氯丙醇的最低限量，同时盐酸浓度高，水解物经中和后其含的盐度高，不利于制曲发酵。笔者曾做这样一个试验，取500g豆粕加1500mL8%的盐酸，在100℃下水解15h，冷却中和至pH值为6，添加适量的炒麸皮、豆粕，调节水分60%左右，在121℃蒸0.5h，冷却至35℃，接种适量的沪酿3.042米曲霉，在28℃～35℃下培养，发现米曲霉生长较差，几乎不产蛋白酶，而用6%以下的盐酸水解，经相同的培养条件，发现菌体生长旺盛，发酵后，产品酱香浓郁，无任何不良气味，故酸水解蛋白质调味液安全生产时盐酸浓度不得超过6%。在盐酸浓度相同的情况下，达到相同的蛋白质水解率，水解时间与水解温度成反比。试验结果见表3。由表3可以看出，酸水解蛋白质调味液安全生产工艺中由于采用了低浓度的盐酸水解，无论如何也不可能达到93%的蛋白质利用率。值得一提的是，自Velisek等人在酱油中发现氯丙醇以来，引起了食品界的高度重视，各国相继制定了食品中氯丙醇标准，WTO/FAO所属的联合国食品添加剂和污染物专家委员会（JECFA）已将氯丙醇作为食品安全性评价的重要指标暂定每日最大TDI为2.0μg/kg·bw，,按照美国、澳大利亚、泰国的酱油消费估计值(12.56g/d～35g/d),假定氯丙醇含量为1.0mg/kg人均摄入量仅占PMTDI值的10.47%～29.1%，因此认为制定1.0mg/kg的限量比较合理，这样既能保护消费者的健康，又能保护公平交易，在GMP工艺下也可以做到,认为低于此值将不会引起不必要的贸易壁垒，于是各国大多采用此标准。表4为各国食品（主要为酱油）氯丙醇的污染情况及标准。由表4可以看出，食品中氯丙醇的污染已成为国际性的食品安全问题，各国都存在不同程度的污染。欧洲、美洲、大洋洲污染较低，亚洲尤其泰国污染最盛，由于泰国无法生产氯丙醇符合欧盟标准的调味液，已于2000年6月停止对欧盟的酱油出口。我国制定的行业标准SB1038-2000将酱油分为配制酱油和酿造酱油，同时规定由酸水解植物蛋白工艺生产的产品不能称为酱油，只能称为酸水解植物蛋白调味液，对于规范调味品市场、促进酸水解蛋白调味液生产工艺的改进起到了一定的积极意义，但从公布的数据来看，情况仍不乐观，还需加大力气加强研究。2002年46份送检的纯酿造酱油中氯丙醇的平均含量为0.017mg/kg，说明我国纯酿造酱油有被氯丙醇污染的趋势，按理讲，在酱油酿造过程中不存在氯丙醇形成的条件，有人追踪分析，原大豆含脂肪19.29%，经发酵后，酱渣中残存脂肪19.25%，仅0.04%的脂肪在发酵过程中被水解，虽然0.017mg/kg大大低于国际最低标准，但不能不引起我们的重视。目前，世界上大多数国家将食品中氯丙醇的含量定为1.0mg/kg，按照每日酱油的消费量认为此标准是安全的。欧盟等少数国家将其定为0.02mg/kg，按照以上的标准，我们采用6%的盐酸水解豆粕生产氨基酸调味液是安全的。2.3米曲霉蛋白质活力取相同条件下的水解物3等份分别调pH值为5、6、7，加适量的炒麸皮、豆粕，充分混合，调水分60%左右，在121℃蒸0.5h，冷却至35℃，加一定量的沪酿3.042米曲霉菌种，在28℃～35℃下培养，注意培养物温度不得超过38℃，实验结束后，测成曲蛋白酶的活力，结果如表5所示。由表5可以看出，水解物的pH值与成曲的质量有一定的关系。水解物的pH值为6时，成曲中蛋白酶的活力最高，几乎接近同样条件下的空白试验数据，说明米曲霉沪酿3.042易在弱酸性条件下生长。水解物的pH值为7时，成曲中蛋白酶的活力最低，且有少许氨味，说明在制曲过程中一些产气菌优先生长，从而抑制了米曲霉的正常生长。水解物的pH值为5时，成曲蛋白酶活力也不高，这是因为低酸环境不利于米曲霉生长及产酶。当然，米曲霉的生长及产酶与其他因素的关系也较大，如水解物中的黑色素、糠醛等。综上所述，水解物中和的适宜pH值为6。2.4佳水解条件的确定从上面的分析可知，酸水解蛋白质调味液安全生产，除以脂肪含量仅为0.5%～1.5%的豆粕为原料外，盐酸浓度应低于6%，且采用温和的水解工艺。取一定量的豆粕，加3倍豆粕量其浓度分别为3%、5%、6%的盐酸，分别在80℃、90℃、100℃温度下，水解15h、18h、21h，加碱中和至pH值为6，与适量的炒麸皮、豆粕混合，使其水分接近60%，在121℃蒸0.5h，冷却至35℃，接种沪酿3.042,28℃～35℃培养24h，注意品温不得超过38℃，测定成曲蛋白酶活力，水解物中的氨基氮、还原糖，以确定最佳水解条件（见表6、表7）。根据极差分析可知，对水解物中氨基氮的影响因素依次为盐酸浓度、酸解时间、酸解温度，即酸的浓度愈大、酸解时间愈长、酸解温度愈高，水解物中的氨基氮含量愈高。单从水解物中氨基氮的含量考虑水解的最佳工艺应为盐酸浓度为6%、酸解温度应为100℃、酸解时间21h。对水解物中还原糖的影响因素依次为盐酸浓度、酸解温度、酸解时间。盐酸浓度愈高，水解物中还原糖的量愈少，这可能是由于在酸解过程中，还原糖与氨基酸发生美拉德反应，在高温下形成羟甲基糠醛，消耗了部分还原糖的缘故。单从水解物中还原糖量的方面考虑其水解工艺应为盐酸浓度3%、酸解温度80℃～90℃、酸解时间21h。对成曲蛋白酶活力的影响因素依次为酸解时的盐酸浓度、酸解温度、酸解时间。盐酸浓度愈低，成曲中蛋白酶的活力愈高，这是因为盐酸浓度越高，在高温条件下，易形成黑色素、羟甲基糠醛、硫醚等物质，这些物质抑制曲霉的生长繁殖，从而影响成曲中蛋白酶的活力。盐酸浓度越高，中和后水解物中的盐度大，低浓度的食盐有利于微生物的生长繁殖，浓度达到一定的值后，则抑制微生物的生长。水解温度越高、水解时间越长，在水解过程中越易发生美拉德反应，从而也抑制微生物的生长。单从蛋白酶活力方面考虑，水解的最佳工艺条件为盐酸浓度3%，水解温度80℃，水解时间18h。酸水解蛋白质调味液安全生产要求氯丙醇含量不超标；尽可能高的蛋白质水解率，即产品中氨基氮、还原糖的含量越高越好；制曲后尽可能高的蛋白酶活力，有利于后期发酵，赋予产品浓厚的鲜味及酱香味。综合考虑，应取如下工艺条件，取一定量的豆粕，加3倍豆粕量5%的盐酸，在80℃～90℃下水解18h，调水解物的pH值为6，然后加适量的炒麸皮、豆粕，使其水分含量为60%，在121℃下蒸0.5h，冷却接种即可。2.5验结果及讨论给上述制好的曲中加入温度约为35℃2.5倍16°Bé的食盐溶液，在25℃～30℃发酵10d～15d，头3d每日搅拌2～3次，以后每天搅拌1次。每天取一定量的发酵物过滤，测定氨基酸态氮，实验结果如表8所示。由表8可以看出，上述发酵物经5d发酵后，酱香味明显，8d发酵后，氨基酸态氮基本不变，说明发酵作用基本结束，这时蛋白质的水解率约为82%，比传统稀态发酵高12%，但达到同样发酵效果，发酵时间却大大缩短，生产的产品氨基酸态氮含量高，酱香浓郁，鲜味足。综上所述，酸水解蛋白质调味液的安全生产要求采用脂肪含量低的蛋白质原料如豆粕，盐酸浓度为5%,80℃～90℃的温和条件下进行水解。为了克服水解物固有的分解臭味，赋予产品浓郁的酱香味，采用添加适量麸皮、豆粕进行制曲发酵。低盐酸浓度、低温水解是制曲、发酵成败的关键，是酸水解蛋白质调味液安全生产的保障。3选择碱中和工艺进行酸水解蛋白质调味液的安全生产酱油的主要成分为各种氨基酸，从化学的角度讲，获得氨基酸大致有3种方法。一是碱（氢氧化钠）水解蛋白质，可得到D-型氨基酸，营养价值降低，所以工业是一般不采用此方法生产氨基酸调味品。二是酸水解蛋白质原料，在水解过程中，色氨酸被破坏，但其它氨基酸均不破坏，加之蛋白质水解率高，生产周期短，产品鲜味浓。如使用脂肪含量高的蛋白原料，在过浓、过量的酸性条件下，剧烈水解，会产生超量的氯丙醇。三是生物酶法，即传统酿造法，产品酱香浓郁，氨基酸含量高，氯丙醇污染极低，但生产周期长，原料蛋白质利用率低。我们采用将酸水解工艺与传统酿造工艺有机结合起来，产品氨基酸态氮含量高，酱香浓郁，生产周期短，原料蛋白质利用率高，氯丙醇符合国际通行标准，该方法是一种酸水解蛋白质调味液安全生产的好方法，值得推广。笔者曾查阅大量关于降低酸水解蛋白质调味液中氯丙醇含量的文献资料，其中最多的是碱中和工艺，即水解完毕，用氢氧化钠调pH≥7.0，温度在70℃以上，反应2h，最终产品的氯丙醇低于0.05mg/kg。从理论讲这一方法是可行的，因为在酸水解蛋白的过程中，形成氯丙醇的反应是可逆的，碱中和了大量的氢离子，使得反应向反方向移动，即有效地控制了氯丙醇的产生，但这一方法必须建立在蛋白质原料中脂肪含量低的基础上。我国通常将水解蛋白质调味液作为酱油的添加剂，酱油的pH一般为4.5左右，在这样低的pH条件下会不会再形成氯丙醇，这是必须研究的问题。本工艺在酸水解的过程中就大大降低了氯丙醇的含量，故是合理而安全的。酸水解蛋白质调味液的安全生产，并不要求蛋白质水解率愈高愈好，我们知道，要获得高的蛋白质水解率，必然使用过量过浓的盐酸，势必导致氯丙醇的大量产生，分解臭味的形成；抑制制曲时米曲霉的生长繁殖，从而影响蛋白酶的活力。因此一定要综合考虑水解条件对各指标的影响，以确定合理的水解条件。在实验过程中，我们发现，米曲霉沪酿3.042生长情况好，成曲中蛋白酶的活力并不一定高，其原因尚不明了，还有待于研究。水解物经制曲，成曲的蛋白酶活力不如豆粕与麸皮混合制曲时高，这是由于水解过程中形成的盐及色素对米曲霉的抑制所致，但原料蛋白质的利用率却比未酸解的高，这说明积极开展酸水解蛋白质调味液的安全生产研究具有一