《食品添加剂》教案——第六章 酶制剂.docx

食品添加剂教案(第6次课2学时)一、授课题目第六章酶制剂二、学习目的和要求本章主要讲述食品酶制剂，通过本章的学习，应掌握酶制剂的定义和品种。掌握酶制剂安全性评什的原则。掌握常用酶制剂自勺性质、使用及注意事项，掌握酶制剂生产的一般步骤。三、教学重点和难点重点：是各种酶制剂的性质差异。难点：也是各种酶制剂的性质差异。四、教学过程I、教学方法：常规教学讲授方法和手段2、辅导手段：多媒体教学等手段。3、学时分配：2学时；4、教学内容：第六章酶制剂6.1酶和酶制剂(EnZymePreParatiOnS)的定义在现实生活中，人们早就利用了酶的作用。四千多年前，我们的祖先就学会了酿酒：两千多年前，就会酿酶、制酱。古汉语中，"酶"通“媒"，谷物经过麦曲的媒介，方可酿出甘酒之意。西文的酶为EnZyme；希腊文为''在酵母中"，17世纪将酿酒过程物质的变化的因素,称为酵素“Ferment"0在现代汉语中，Ferment、Enzyme通译为酶。一般教科书中把酶定义为生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质。但现己发现，许多RNA分子，亦具有作为催化剂的酶的全部特性，即ribozyme。根据共识，酶是一类特殊的催化剂。酶是一类特殊的生物催化剂，也是一种特殊的蛋白质，它的催化效率极高,具有高度的专一性、易变性，酶活性又具有可调控性，酶反应条件温和，反应结束后，它本身保持不变。酶是生物体内一类有催化作用的蛋白质。在酶的作用下，生物才会有消化、呼吸、运动、生长、发育、繁殖等生命活动，才会产生新陈代谢等化学变化。因此，科学家说："没有酶就没有生命”。酶具有超强的催化作用，可以把生物体内的生化反应提高1亿一100亿倍。例如人类或一些高等动物，所吃下去的食物中含有大量的淀粉，这些淀粉进入生物体内，如果没有淀粉酶参与催化，就无法水解成生物体可以利用的单糖。可以这样说，动物将食物送进肠道消化分解，然后，分解出来的物质被吸收后，在各个组织细胞内进行复杂的变化，并且表现出各种生命现象，都是在酶的作用下进行的。其实，不仅仅是动物和人类，植物的种子发芽、开花、结果，以及所进行的光合作用过程，也无时无刻不能没有酶的帮助。酶的种类很多。一般说，一种酶只能帮助一种变化。在生物体内发挥重要作用的酶，也特别适宜“生存”在生物体内。这是因为酶对高温特别敏感，而生物体内的生化反应，都是在常温常压下进行的，使酶总是处于活性状态。如果将酶加热，酶就会失去活性。酶的种类很多，现在己知的酶有数千种，而且有新酶不断被发现。1961年国际生化协会酶命名委员会根据酶所催化的反应类型将酶分为六大类。氧化还原类(OXidO-RedUC-rase)如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶；移换酶类(Transferases),如转甲基酶、转氨酶；水解酶类(Hydrolases),如淀粉酶、蛋白酶、酯酶：裂合酶类(1.yases),如醛缩酶、水化酶、脱氨酶；异构酶类(Isomerases),如顺反异构、消旋酶、差向异构酶；连接酶类(Liga-ses),如竣化酶、酪氨酸合成酶、谷氨酸合成酶。食品酶制剂的定义是指从生物中提取的具有生物催化能力的物质，辅以其他成分，用于加速食品加工过程和提高食品产品质量的制品。6.2酶制剂的开发利用酶制剂的开发利用是食品加工的一个重要领域。1894年，美籍日人高峰让吉是第一个获得酶制剂专利权的学者，他用款皮接种米曲酶，经过发酵后，提取了经酒精沉淀的发酵产物，制备了后来称之为"高峰淀粉酶”的制剂，用作助消化的药物。人们把这项专利技术的开发成功，看作是酶制剂开发应用的开端。20世纪以来，随着酶学理论和蛋白质分离纯化技术的发展.微生物发酵工艺不断更新，酶制剂研究工作迅速发展，先后开发出不少酶制剂。例如：枯草杆菌淀粉酶制剂、细菌转化酶、蛋白酶制剂、纤维素酶、果胶酶、葡萄糖异构酶、动物胰蛋白酶、胃蛋白酶、尿液酶等等，以及植物木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等等不同生物来源的不同剂形的酶制剂，并己广泛应用于食品、医学、纺织、制革等各个工业生产领域，农、牧、水产业加工领域以及医药卫生领域等。酶在食品工业中应用很多，可提高产品质量，降低成本，节约原料和能源，保护环境。目前，世界酶制剂的销售额己超过1.3亿美元，我国酶制剂生产企业也有200家，1994年酶制剂产量为15万吨。现在酶制剂在食品工业中的应用有醐法生产葡萄糖、果葡糖浆、氨基酸、味精、呈味核甘酸、酶法生产肽、变性淀粉等。6.3食品酶制剂的安全问题酶制剂虽然来源于生物，但通常使用的不是酶的纯品，制造中的有关组分(包括产酶生物为微生物的某些代谢产物甚至是有毒的物质)，有可能在使用时随着食品而被摄人，从而影响人体健康，因此必须对酶制剂，包括生产酶制剂的菌种进行安全评价。但从使用动植物的可食部分得到的酶，认为是食品安全的。从酵母菌、乳酸杆菌、乳酸链球菌、黑曲霉、枯草杆菌中得到的酶也认为是食品安全的。从不熟悉的微生物得来的酶，必须通过毒理学试验。FAO/WHO规定的有关酶制剂的通用质量指标为：酶活力；种、铅含量；大肠杆菌；沙门氏菌；总杂菌；酶菌毒素。6.4常用食品醒制剂6.4.1淀粉酶淀粉酶也叫淀粉水解酶，淀粉酶不仅能水解淀粉分子，而且对于淀粉的水解产物如糊精、低聚糖等也能进一步水解。1)淀粉醯(OAmylase)又称液化型淀粉酶，液化醯，a一1,4糊精醺。为米黄色，灰褐色粉末，能从淀粉分子内部和端基水解a-1,4糖昔键，能将淀粉分子切成长短不一的短链糊精和少量的低分子糖，从而使淀粉糊的粘度迅速下降，即起"液化”作用，为此又称为液化酶。产物为糊精和低聚糖，直链淀粉的最终产物为麦芽糖和葡萄糖，支链淀粉的最终产物为麦芽糖、葡萄糖、异麦芽糖。Q-淀粉酶的作用温度范围为60-90C,最适温度范围为6070C,作用PH范围为5.5-7.0,最适PH值为6.OoCa?+、Na+能提高酶活力的稳定性。一淀粉酶可由米曲霉、嗜酸性普鲁士蓝杆菌、淀粉液化酶杆菌、地衣芽泡杆菌和枯草杆菌分别经发酵制得.使用情况如下：不同来源的。一淀粉酶，可在焙烤、淀粉工业、酒精酿造和果汁工业中按生产需要量添加。可用于生产葡萄糖、谷氨酸、酶法糖化制啤酒等。2)糖化酶(G1Ucoamlase)又称糖化淀粉酶、淀粉糖化酶、葡萄糖淀粉酶。为黄褐色粉末或棕黄色液体，能从淀粉链的非还原端开始逐个切开a-1,4和a1,6键，从而能够使淀粉全部水解成葡萄糖。作用温度范围为5560,最适温度范围为5860,作用PH值为4.0-5.0,最适PH值为4,5。糖化酶由黑曲酶(As3.4309)经深层培养、提取、精制而得。糖化酶广泛用于葡萄糖、酒精、味精等的生产。在葡萄糖生产中，是在淀粉糊液化和部分水解后，将PH调到45,温度降到60,然后再加入糖化酶，用量为IooIU/g干淀粉，淀粉在酶的作用下继续水解，直到葡萄糖含量不再增加为止。用过滤法除去糖浆中的蛋白质和脂肪后,再用活性炭除去色素和可溶性蛋白质，最后经离子交换除去糖浆中的灰分，再经干燥制得结晶葡萄糖。6.4.2食品添加剂中蛋白酶(PrOteinaSeS)类的产品与应用蛋白酶是用于分解蛋白质和多肽的肽键的一类酶。食品添加剂中蛋白酶的分类按其来源分可分为：(1)动物蛋白酶：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶。(2)植物蛋白酶：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶。(3)微生物蛋白酶：枯草杆菌蛋白酶、黑曲酶蛋白酶。按其作用PH值不同可分为：酸性蛋白酶：pH<4(2)中性蛋白酶：pH67。(3)碱性蛋白酶：pH8-10。按作用方式不同可分为：(1)内肽酶：水解蛋白质分子内部的肽键，生成相对分子量较小的多肽、膘、豚口(2)外肽酶：水解蛋白质分子或多肽分子末端的肽键，水解生成氨基酸和少一个氨基酸残基的多肽。(3)氨肽酶：从肽链的氨基末端开始逐一水解肽键，生成氨基酸。(4)羟肽酶：从肽链的薮基末端开始逐一水解生成氨基酸。1)木瓜蛋白酶(PaPain)木瓜蛋白酶又名木瓜酶，由纯木瓜蛋白酶系212个氨基酸组成的单链蛋白质。商品为含木瓜蛋白酶、木瓜凝乳酶、溶菌醯。最适温度为65C,最适PH值为50,水解蛋白质能力强，但几乎不能分解蛋白陈。用天然木瓜乳汁直接干燥，精制而成。使用范围如下：(1)可用于啤酒澄清，即水解啤酒中的蛋白质，避免冷却时产生混浊，使用量O.55mg/kg。(2)肉类嫩化，即水解肌肉蛋白质中的胶原蛋白，使用量为宰前注射0.55mg/kg。(3)用于饼干、糕点松化，可代替亚硫酸盐，既有降筋效果，又提高了安全性，可使产品疏松，降低碎饼率.(4)植物蛋白的加工，如用于蛋白质水解的产物及高蛋白饮料，可提高产品的质量和营养价值。2)葡葛糖氧化酶(GlUCOSeOXidase,简称GOD)葡萄糖氧化酶白色至浅黄色粉末，或为浅褐色至淡黄色液体，溶于水，呈淡色，最适PH值为5.6,在PH值范围为3.5-6.5的条件下具有较好的稳定性，pH>8.O和pH<2.O都会使酶迅速失活。葡萄糖氧化酶可由糖液接种黑曲酶变种或青酶菌、点青酶进行深层发酵，经沉淀、吸附、盐析等精制而成。葡萄糖氧化酶应用情况如下：澳酸钾的替代品烘焙行业作增筋剂，NovoGluzymelOOOB.G.葡萄糖氧化酶在氧气存在的条件下能将葡萄糖转化为葡萄糖糖酸，同时产生过氧化氢。过氧化氢是一种很强的氧化剂，能够将面筋分子中的筑基(一SH)氧化为二硫键(一S-S-),从而增强面筋的强度。一般情况下，面团中有许多暴露的一SH基,这些筑基(一SH)很容易氧化。葡萄糖氧化酶的作用：葡萄糖氧化酶能显著改善面粉的粉质特性，延长稳定时间，减小软化度，提高评价值，改善面粉的拉伸特性，增大抗拉伸阻力，改善面粉的糊化特性，提高最大粘度，降低破损值，可形成更耐搅拌、干而不粘的面团；还能有效地提高面条的咬劲，改善面条的表面状态。最佳添加剂量为0.04%。使用半纤维素酶有时会使面团发粘，这是由于结合水被释放出来，因此半纤维素酶常和葡萄糖氧化B-起使用，这种组合可替代有些面包品种中的乳化剂。在有些应用中，添加筑基氧化酶(SUIf-hydryl0xidase)能增加葡萄糖氧化酶的作用。筑基氧化酶能够特异性地氧化面团中的自由筑基基团，葡萄糖氧化酶和疏基氧化酶具有协同效应。GOD对添加部分新小麦制得的面粉有良好的促进后熟作用，且添加量只需45mg/kg即可。(3)纤维素酶的应用简介制酒在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率，降低溶液的粘度，缩短发酵时间，而且酒的口感醇香，杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面：一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用；二是由于纤维素酶对植物细胞壁的分解，有利于淀粉的释放和被利用。将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性，加快发芽，减少糖化液中单一葡萄糖含量，改进过滤性能，有利于酒精蒸憎。酱油酿造在酱油的酿造过程中添加纤维素酶可使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏，使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放，这样既可提高酱油浓度，改善酱油质量，又可缩短生产周期，提高生产率，并且使其各项主要指标提高3%。饮料加工用纤维素酶处理豆腐渣后接人乳酸菌进行发酵，可制得营养、品味俱佳的发酵饮料。将纤维素酶应用于果蔬榨汁、花粉饮料中，可提高汁液的提取率（约10%）和促进汁液澄清，使汁液透明，不沉淀，提高可溶性固形物的含量，并可综合利用果皮.目前，有报道己成功地将柑橘皮渣酶解制取全果饮料，其中的粗纤维有50%降解为短链低聚糖，即全果饮料中的膳食纤维，具有一定的保健医疗价值。纤维废渣的回收利用应用纤维素酶或微生物把农副产品和城市废料中的纤维转化成葡萄糖、酒精和单细胞蛋白质等，这对于开辟食品工业原料来源、提供新能源和变废为宝具有十分重要的意义。此外，在果品和蔬菜加工过程中如果采用纤维素酶适当处理，可使植物组织软化膨松，能提高可消化性和口感。将纤维素酶用于处理大豆，可促使其脱皮，同时，由于它能使细胞壁破坏，使包含其中的蛋白质、油脂完全分离，增加其从大豆和豆饼中提取优质水溶性蛋白质和油脂的获得率，既降低了成本，缩短了时间，又提高了产品质量。植物纤维原料是地球上最丰富、最廉价而又可再生的资源，其主要成分是纤维素和半纤维素，纤维素和半纤维素的利用一直是国际国内的研究热点课题。利用途径和整体思路是利用纤维素酶和半纤维素酶先将纤维素和半纤维素降解成可发酵糖,进而通过发酵制取酒精、单细胞蛋白、有机酸、廿油、丙酮及其他重要的化学化工原料。此外，纤维素、半纤维素通过纤维素酶的限制性降解还可制备成功能性食品添加剂，如微晶纤维素、膳食纤维和功能性低聚糖等。五、思考与练习1、酶可分为哪六大类？2.何为食品酶制剂?它在食品中有哪些应用？3.何为口淀粉酶?它的最适作用条件是什么？-淀粉酶活性的大小与面粉糊的粘度的关系怎样?它是如何生产的？4,木瓜蛋白酶在实际使用中有何作用？5.葡萄糖氧化酶在面粉品质改良中有何作用？六、课后记