生物酶在食品保鲜方面的应用
（食工0602 匡岳平 061202029 08-10-4）
概述：本文从实例出发，对生物酶在食品保鲜中的应用做了概述，简单介绍了生物技术应用背景，着重介绍了生物酶的优点，并从化学反应的角度分析了生物酶在食品保鲜方面的作用机理。
关键词: 生物技术，生物酶，食品保鲜
生物酶技术应用背景
在食品保鲜技术方面，传统的保鲜技术面临巨大挑战，生物技术便是近年来的最具有发展前途的保鲜方法，比如生物防治、遗传改良、生物酶方法等等。与传统保鲜方法相比，生物技术在食品保鲜方面有很多优势：无污染，对环境友好;见效快，用量少；专一性好，不容易带来副作用。生物技术中，生物酶技术应用得最为成功
生物酶技术概述
生物酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊蛋白质 。生物酶普遍存在于动、植物和微生物中,通过采取适当的理化方法,将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来,加工成具有一定纯度标准的生化制品,从而可以批量地用于对食品保鲜的加工过程中。
生物酶保鲜技术是利用酶的催化作用,防止或消除外界因素对食品的不良影响,从而保持食品原有的优良品质与特性的技术。而且酶制剂除具有一般化学催化剂的特性外,与其他方法相比还具有以下独特优点:
(1) 无毒性。酶制剂本身无毒、无味、无嗅,不会损害食品的价值。 (2) 高度催化性。酶制剂有高度催化性,用低浓度的酶也能使反应迅速地进行, 1gα- 淀粉酶晶体在65 ℃条件下只需15 min ,就可使2 t 淀粉转化为糊精。
(3) 作用条件温和。酶制剂作用所要求的温度、pH 值等作用条件都很温和,不会损害食品的质量。例如用酸作催化剂催化水解淀粉成葡萄糖,需要在0. 25～0. 3 MPa 的蒸气压力和135～145 ℃的高温下才能进行,而用α- 淀粉酶,在pH值6. 0～6. 5 ,85～93 ℃便可把淀粉水解成糊精,再用糖化酶在pH值4. 5～5. 0 ,55～65 ℃条件下便可把糊精水解成葡萄糖
(4) 对底物专一性。酶制剂对底物有严格的专一性,添加到成分复杂的原料中不会引起不必要的化学变化。例如啤酒中的蛋白质可用蛋白酶去除,桔汁中的苦味成分柚甙可用柚甙酶分解而不影响风味。
(5) 加热可终止反应。必要时可用简单的加热方法就能使酶制剂失活,终止其反应,反应终点易于控制。
正是由于酶制剂进行食品保鲜具有上述独特优点,所以它广泛应用于各种食品的保鲜中,有效地防止了外界因素对食品造成的不良影响。某些酶可以通过除氧或抑制微生物的生长延长食品储存期。
目前应用较多的是溶菌酶、葡萄糖氧化酶、异淀粉酶和纤维素酶等。
生物酶技术应用实例
1.异淀粉酶
异淀粉酶能够专一性分解淀粉类物质中的α???? 糖苷键。大米、蚕豆、马铃薯、麦芽和甜玉米等均发现有异淀粉酶存在。异淀粉酶现已应用于以淀粉为原料的食品生产。单独采用异淀粉酶, 可使支链淀粉变为直链淀粉。直链淀粉具有凝结成块, 易形成结构稳定的凝胶物性。因此, 可以作为强韧的食品包装薄膜。该薄膜对氧和油脂具有良好的隔绝性, 又因涂布展开性好, 故适合作为一些食品的保护层。异淀粉酶处理谷物淀粉制成的直链淀粉, 也可以制成高质量的粉丝。
2. 纤维素酶
纤维素酶根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和葡聚糖苷酶。内切葡聚糖酶随机切割纤维素多糖链内部的无定型区,产生不同长度的寡糖和新链的末端。外切葡聚糖酶作用于这些还原性和非还原性的纤维素多糖链的末端,释放葡萄糖或纤维二糖。β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖产生两分子的葡萄糖。
有些果蔬经过纤维素酶处理后, 细胞壁会发生膨胀、软化, 可提高可消化性和改进口感。马铃薯、胡萝卜等经纤维素酶处理, 干燥后再加水时具有复原性, 便于果蔬贮存与运输。
3.溶菌酶
溶菌酶又称胞壁质酶或N2乙酰胞壁质聚糖水解酶,可以水解细菌细胞壁肽聚糖的β21 ,4 糖苷键,导致细菌自溶死亡。溶菌酶的分子量14 000 左右,等电点10. 7～11. 0 ,其化学性质十分稳定,在pH 值1. 2～11. 3 剧烈变化时,其结构几乎不变,故非常适合于各种食品的防腐。对革兰氏阳性菌、好气性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌等都有抗菌作用,而对没有细胞壁的人体细胞不会产生不利影响。能杀死肠道腐败球菌,增加抗感染力,同时还能促进婴儿肠道双歧乳酸杆菌增殖,促进乳酪蛋白凝乳利于消化,所以是婴儿食品、饮料的优良添加剂。对人体完全无毒、无副作用,具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效,是一种安全的天然防腐剂。用溶菌酶处理食品,可有效地防止和消除细菌对食品的污染,起到防腐保鲜作用。因此溶菌酶现已在干酪、水产品、酿造酒、乳制品、肉制品、新鲜果蔬、豆腐、糕点、面条、及饮料等防腐保鲜中广泛应用。马美湖等的研究也证明溶菌酶对于控制细菌总数的增殖,减缓TVB2N 的上升具有极其重要的作用。
3. 1 在乳制品的保鲜与强化中的应用。目前,我国液态乳制品发展很快,溶菌酶应用于乳制品中可起到防腐的效果,尤其适用于巴氏杀菌奶,可有效地延长保存期。由于溶菌酶具有一定的耐高温性能,也可适用于超高温瞬间杀菌奶。添加剂量为300～600 mg/ kg ,其方法为包装前添加,超高温瞬间杀菌奶也可以在杀菌前添加。在干酪的生产中,添加一定量的溶菌酶,可防止微生物污染而引起的酪酸发酵,以保证干酪的质量。新鲜的牛乳中含有少量的溶菌酶,每100ml 约含13mg ,而人乳中含有40 mg/ ml 溶菌酶。若在鲜乳或奶粉中加入一定量的溶菌酶,则不但有防腐保鲜剂的作用,而且可达到强化婴儿乳品的目的,有利于婴儿的健康。
3.2 水产品的保鲜。一些新鲜水产品(如:虾、鱼等) 在含甘氨酸(0. 1M) 、溶菌酶(0. 05 %) 和食盐(3 %) 的混合液中浸渍5 min 后沥去水分,保存在5 ℃的冷库中,9 d 后无异味、色泽无变化。
3.3 在低温肉制品中的保鲜应用。由湖南农业大学研制的HNsafety - 010 低温肉制品保鲜剂,专门适用于低温肉制品的保鲜。采用纯天然、安全、无毒、高
效的物质经科学方法配制而成。该保鲜剂在95 ℃以下均保持性质稳定,因此,将其添加到原料肉中进行低温加热(80 ℃左右) ,可保持活力不变。该保鲜剂可以延长低温肉制品保鲜期1 倍以上。使用浓度为肉重的0. 01 %～0. 05 %。使用方法为在肉块进行滚揉或进行斩拌时加入。应注意的是低温肉制品热加工温度 不要超过95 ℃,否则,会影响其活性。
3.4 低浓度酿造酒的保鲜。酿造酒的酒精含量较低,有些微生物可在其中生长,而引起变质。例如,清酒的酒精含量为15 %～17 %,大部分微生物不能在其中生长,而有一种称为火落菌的乳酸菌,则可在清酒中生长,并生成乳酸和产生不愉快的味道。若在清酒中加入15 mg/ kg 的溶菌酶,即可起到良好的防腐效果。 其他食品的保鲜。在香肠、奶油、生面条、饮料等食
品中加入溶菌酶均可起到良好的保鲜作用。在应用溶菌酶作为食品保鲜剂时,必需注意到酶的专一性。因为溶菌酶抗菌谱较窄,对于酵母、霉菌和革兰氏阴性 菌等引起的腐败变质不能起到防腐作用。但将溶菌酶与植酸、聚合磷酸盐、甘氨酸同用,因发生协同作用,对革兰氏阴性菌的溶菌力可显著加强,可大大提高了防腐效果
葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶对食品有多种作用,作为在食品保鲜及包装中最大的作用是除氧,延长其食品的保鲜保质期。很多食品,尤其是生鲜食品,其保藏过程中或加工过程中,氧的存在使其保鲜受到很大影响,除氧是食品保藏中的必要手段。从选择抗氧剂的特性来说,利用葡萄糖氧化酶除氧是一种理想的方法,葡萄糖氧化酶对氧具有非常专一性的理想的抗氧作用。对于已经发生的氧化变质作用,它可阻止进一步发展,或者在未变质时,它能防止发生。由于葡萄糖氧化酶催化过程不仅能使葡萄糖氧化变性,而且在反应中消耗掉一个氧分子,因此,它可作为除葡萄糖剂和脱氧剂广泛应用于食品保鲜。
4.1 脱糖保鲜。用葡萄糖氧化酶去除食品中残留的葡萄糖,目前应用最多的是生产脱水制品(如蛋白粉、蛋白片等)中。例如蛋的蛋白中含有0. 5 %～0. 6 %的葡萄糖,葡萄糖的羰基与蛋白质的氨基发生Maillard 反应,而使产品发生褐变、 出现小黑点或使全蛋粉的溶解度下降等。因此在蛋液中加入适量的葡萄糖氧化酶(100～200 mg/ kg) ,不断地供给适量的氧气,在30～32 ℃条件下处理一段时间,使葡萄糖完全氧化,从而很好地保持蛋类制品的色泽和溶解性。此外,葡萄糖氧化酶也可应用于脱水蔬菜、肉类及虾类食品保鲜中,防止因葡萄糖引起的褐变反应。
4.2 防止食品氧化。氧化是造成食品色、香、味变坏的重要因素,含量很低的氧就足以使食品氧化变质。将葡萄糖氧化酶和其作用底物葡萄糖混合在一起,包装于不透水而可透气的薄膜袋中,封闭后置于装有需保鲜食品的密闭容器中,当密闭容器中的氧气透过薄膜进入袋中,就在葡萄糖氧化酶的催化作用下与葡萄糖发生反应,从而达到除氧保鲜的目的。葡萄糖氧化酶也可直接加入到罐装果汁、酒、水果及色拉调料中,起到防止食品氧化变质的作用。如在啤酒加工过程中加入适量的葡萄糖氧化酶可以除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧,阻止啤酒的氧化变质。葡萄糖氧化酶又具有酶的专一性,不会对啤酒中的其他物质产生作用。因此葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化,保持啤酒风味,延长保质期有显著的效果。
生物酶技术发展前景
随着人们物质生活水平的提高, 消费观念也在改变, 不仅对食品包装的外
观、美感提出了更高的要求, 而且对食品内在的品质、营养以及安全的要求也日益提高。生物酶技术保鲜作为一种新兴有效安全的食品保鲜技术在不断地被一些专家、学者倡导, 相信在未来的食品保鲜事业中会发挥越来越重要的作用。
附：其他生物技术在食品保鲜中应用介绍
1.生物防治保鲜生物防治应用于保鲜，无环境污染、药物残留和连续使用的抗药性等问题，且贮藏条件易控制，处理费用低。目前，生物防治在水果保鲜上比较成功的例子有：将病原菌的非致病株喷洒到水果上，可降低病害发生所引起的水果腐烂。如将绳状青霉菌喷到菠萝上，其腐烂率大为降低；草莓采前喷木霉菌，采后灰霉病的发病率大大降低。近年来，国外发现一种特异菌株-枯草杆菌的一个变种，它可产生效力很科学家的抗菌素，用它来防止果生链棱盘菌所引起的桃褐腐病，效果极佳。
2.遗传工程保鲜分子生物学家发现，乙烯一旦产生，果实会很快成熟。目前，有科学家已找到产生乙烯的基因，如果关闭这种基因，就可减慢乙烯产生的速度，果实的成熟了会放慢，这样水果在室温下存放期可延长。国外的研究还发现：番茄后熟过程中细胞变化受基因的控制，有的品种缺少衰老基因，后熟慢；在油桃中也发现有无成熟选株，能延迟脱落和着色，采后在20℃的大气中能久藏不坏；美国农业部的科学家用植物细胞壁中的一种天然糖-半乳糖注射尚未成熟的番茄，使其产生连锁反应，生成催熟激素，促使番茄成熟，并不破坏番茄品质的味道，可大幅度降低番茄在收获、运输、销售和贮存时的损耗，使番茄成熟，使蕃茄长期保鲜。因此，若通过基因的操作，控制后熟，利用DNA的重组和操作技术来修饰遗传信息，或用反义DNA技术来抑制成熟基因如PG基因的表达，可达到推迟水果成熟衰老，延长保鲜期的目的。
参考文献
张树正.《生物酶工业》 章银良.《食品工业科技》