食品添加剂酶制剂的应用与发展

食品添加剂酶制剂的应用与发展

(一)活化能极低催化高效酶制剂是一种相对特殊的食品添加剂。它的主要成分是具有不同催化活性的酶蛋白。酶制剂是食品添加剂中发展迅速的行业,这是由于酶用作催化剂具有以下独特的优点:(1)可在常温常压和温和的酸、碱度下,高效地进行催化反应,有利于简化设备,改善劳动条件和降低成本。(2)酶催化所需的活化能极低,催化效率远比无机催化剂为高,例如1克α-淀粉酶结晶,在65℃15分钟可使两吨淀粉转化为糊精(200万倍),若用酸水解,须在140~150℃高压耐酸设备中进行1小时以上。(3)酶对作用底物有严格的专一性,因此可以从复杂的原料中加工某一成分,以制取所需的产品,或者从某种物质中去除某一成分,如橘汁中的苦味成分(柚苷)可用柚苷酶分解而不影响风味。有些光学异构体,一般化学反应是很难区别的,但利用酶可以从混合物中选择性地催化某一异构体,如用于DL-氨基酸的拆分。(4)酶本身是蛋白质,无毒,对酸碱度较为敏感,可以简单地用调节酸碱度、改变反应温度或添加抑制剂等办法来控制酶反应的进行。我国列入食品添加剂使用卫生标准GB2760-2007的酶制剂品种已有30多种,而日本食品卫生法(新法)中,作为食品添加剂的酶已达76种,酶制剂在食品工业的许多领域得到了广泛的应用。(二)酶法是食品工业中的一种1.海藻糖的食品生产淀粉糖工业上应用酶制剂已有数十年的历史,淀粉加工用酶所占比例达到15%,是酶制剂最大的市场。近年来淀粉酶类耐热性大大提高,并通已过基因工程技术改善其品质。特别要提到的是一系列新的酶制剂的发现和应用,如1995年已经工业化的酶转化淀粉生产海藻糖,改变了先前从酵母等食物中抽提的生产方法,生产成本大大下降。这种糖不仅耐酸、耐热、防龋齿,还可抑制蛋白质变性和油脂酸败,市场日益扩大。此外,由于人们追求健康生活方式,功能性低聚糖的销售激增,仅日本目前的市场规模已达到100亿日元,其中主要有通过β-呋喃果糖苷酶生产的乳果低聚糖,通过半纤维素酶生产的木糖低聚糖和通过半乳糖酶生产的半乳糖低聚糖。目前市售的低聚糖具有低热量,低甜度和防龋齿等功能而受到消费者欢迎,以后更多的品种将被发现和利用,如能激活免疫力,抑制癌症的通过唾液酸酶生产的神经节苷脂低聚糖。2.分离大豆中的脂肪酶油脂是人类食品的主要营养成分之一,可赋予食品不可缺少的风味,而且用酶法生产有益健康的油脂的正逐步应用成熟,如用DHA等高度不饱和脂肪酸作为食品的原材料所制作的食品销售额已达400亿日元。酶法生产DHA可用来源于酵母的脂肪酶,作用于鱼油的DHA(己二酸二己酯)的甘油酯成分进一步进行缩合反应和转酰基反应,以使DHA浓缩,使DHA含量达50%以上。在油脂工业领域中令人瞩目的新应用是通过磷酯酶A2对油脂的脱胶。在食用植物油尤其是大豆油的精炼中,为了得到令人满意的风味质量,确保充分的储存稳定性,并且有利于以后工序的进行,需要从大豆粗油中分解除去卵磷脂和脱脂卵磷脂,即脱胶,并且脱胶工序需要能够高效地使植物油中的磷脂含量降低到10ppm以下。与化学法相比,用酶法脱胶可使脱胶过程在含水量低的条件下高效进行,节约单位处理成本并适于后续工序的精制,如图1所示。3.蛋白质的分解蛋白质在食品加工中,不仅具有营养的功能还具有各种物理功能,提高这类功能将会增加其附加值,要达到这个目的需要利用蛋白酶类。为了以蛋白质水解后的产物作为生产氨基酸系列的调味品,就必须把蛋白质彻底分解为氨基酸。近年来来源于霉菌的含有肽酶的优质蛋白酶已上市销售。这种蛋白酶的分解率比传统上用盐酸的分解率低,氨基酸呈味力也较弱,但如果与其他调味品相配合通过短肽给予鲜味和掩盖苦味,就具有许多优点,而且低分子肽比氨基酸和蛋白质更易消化和吸收,适于生产老人食品和胃肠道营养剂。使用自动生物反应罐进行酶法连续生产,从大豆蛋白到肽类的得率可达到85%以上。转谷氨酰氨酶作用于蛋白质时,能使各种赖氨酸残基和谷氨酰胺残基组成架桥的蛋白质,因而提高碎肉加工中的各种性能,如增强弹性、防止开裂和粘性。4.制剂和淀粉酶在崇尚天然追求健康的背景下,全世界生产面包使用的酶制剂正逐年增加。使用酶制剂可使面包更柔软,抑制淀粉老化,延长保存期。现在面包厂为了改善揣好的生面团中各成分的性质,使用了各种酶制剂,主要是淀粉酶,蛋白酶,半纤维素酶,葡萄糖氧化酶,抗坏血酸氧化酶等。在欧洲,用从豆类提取的脂肪氧合酶用为漂白剂和用基因工程技术生产的淀粉酶作抗老化剂。一般在面包上使用复合的酶制剂,如半纤维素酶和淀粉酶,其使用量是面粉量的50ppm。半纤维素酶作用于面粉中的戊聚糖,使戊聚糖和面筋的相互结合降低,可增加面包的体积。通过淀粉酶的作用使面包柔软和抑制老化,即使把发酵的生面团冷藏保存,结果还是良好的,这些冷藏的面团还可输送到便利店去制作面包。而用磷酯酶分解面粉中的磷酯,将有利于克服生面团在冷库保存中出现的空洞和产生水滴等缺点。5.-乙酰乳酸脱羧酶在啤酒酿造工业中,为了达到改善麦汁的组成和啤酒风味等目的都添加了酶制剂。双乙酰是啤酒发酵中重要的风味物质,双乙酰浓度极稀时有奶香味,但含量超过一定量时即有馊饭味。因此,双乙酰含量的高低可视为判断啤酒发酵是否成熟、评定啤酒品质好坏的一个重要因素。为了防止发酵过程中从α-乙酰乳酸生成双乙酰而推迟啤酒的成熟期,目前普遍加入α-乙酰乳酸脱羧酶使α-乙酰乳酸转变为乙偶姻,可促进啤酒成熟,缩短发酵周期,大大节约制冷能耗。在麦芽糖化时,由于添加大米或淀粉作为辅料,其比例甚至达到麦芽量的50%,因此必须添加麦芽中不足的β-葡聚糖酶和葡萄糖苷酶等。随着啤酒品种的多样化,在缩短发酵时间,生产高发酵度的啤酒,有效防止啤酒的冷冻混蚀等方面,酶制剂的应用范围在不断扩大。6.加入麻黄性干预的饮料近年来清凉饮料,主要是茶饮料和咖啡饮料等由于方便性和健康方面的考虑,其市场大幅增长。但是茶饮料在低温保存时,会生成由咖啡因和儿茶素复合物形成的乳白色沉淀。为了解决这一问题,常常加入单宁酶以分解儿茶素,大大改善茶饮料的储存外观。咖啡饮料也存在类似的情况,当罐装咖啡以温热的状态出售时,以从咖啡豆提取出来的半乳甘露聚糖为核心,咖啡饮料中的乳蛋白和脂肪产生凝聚沉淀并使舌头有粗糙的食感。为了防止这种现象的发生,需要在咖啡的提取液或浓缩液中,加入占咖啡豆0.2%的半乳甘露聚糖酶,在约50ºC,保持30分钟,使半乳甘露聚糖分解。7.蛋白质类的肽类和氨肽酶制备作为调味剂原料的氨基酸溶液,以及为了降低某些食品的过敏性,往往采用蛋白酶将蛋白质水解为肽,但可能因此而产生苦味,成为蛋白质水解技术开发上的一个很大的难题。蛋白质是由100~1000个氨基酸分子结合而成的长链,并有规则地折叠成球状,其外侧多由亲水性的氨基酸组成,内侧大多是疏水性氨基酸分子。当蛋白质水解时,这个球状的分子团结构被破坏,内侧的疏水性氨基酸分子部分裸露出来,这些含有疏水性氨基酸的肽类是苦味的来源。肽类当其由疏水性氨基酸与疏水性氨基酸、疏水性氨基酸与碱性氨基酸、碱性氨基酸与疏水性氨基酸相结合时,苦味较强烈。因此含较多疏水性氨基酸的肽类,用氨肽酶和羧肽酶水解成氨基酸和更低分子肽,则其苦味会降低或消失。所以水解蛋白质时单独使用普通的蛋白酶是不行的,必须与肽酶配合使用,并且首先要选择作用于疏水性氨基酸的氨肽酶。如将大豆蛋白质在pH2.0时用胃蛋白酶使其部分水解,制成的溶液含有大豆苦味肽,然后加入氨肽酶,加酶量为苦味液中全部氨基酸量的1/8000,在30ºC,pH8.0条件进行反应。此时溶液苦味在急剧下降的同时游离氨基酸数量也增加,氨肽酶水解2