14.酶在动物性食品加工中的应用

酶在动物性食品加工中的应用主要内容酶在肉制品加工中的应用酶在水产品生产中的应用酶在乳制品工业中的应用酶在蛋制品加工中的应用一、酶在肉制品加工中的应用1、蛋白酶水解物的生产应用食品中蛋白质的水解通常是为了提高营养价值、改善食品品质、增加溶解度、降低起泡性或凝聚性、改善乳化性、除去异味以及毒性物质等。蛋白质随着水解程度的提高而逐渐形成胨、肽、氨基酸等混合物。用酸法和碱法水解蛋白质至少有100多年的历史，酸或碱水解能破坏L-型氨基酸，形成D-型氨基酸，产物复杂，蛋白质的营养损失比较大。与酸法和碱法比较，酶法水解效率高，而且条件温和，在营养成分的保留上有着不可比拟的优点。水解蛋白质所用的酶为蛋白酶动物蛋白酶：胰蛋白酶、胃蛋白酶水解效果好、但价格高、副反应多植物蛋白酶：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶水解效率低、反应周期长、受外界因素影响大、成本高微生物蛋白酶：碱性蛋白酶、中性蛋白酶酶活性高、可以通过工业化生产得到。价格低廉蛋白质酶水解物的功能性质在蛋白质水解过程中，蛋白质分子发生很大变化：可解离的基团（NH4+，COO-）数目的增多；亲水性及静电荷数的增加；分子内部的疏水性残基暴露；功能性质如溶解性、黏度、乳化作用、起泡性、凝胶性及风味等发生变化蛋白质酶水解物在较大范围的pH、温度、氮浓度和离子强度条件下具有较好的溶解性能。蛋白质酶水解物的乳化性质可以通过控制水解度得以改善，但高度水解的蛋白质的乳化能力急剧下降，乳化稳定性差。蛋白质酶水解物的黏度和蛋白质相比明显下降，在受热情况下不发生胶凝变性，热稳定性好。蛋白质在水解达到一定程度时产生苦味肽。苦味肽都含有一些长链烷基侧链或芳香侧链，疏水性较强，通过控制水解度可以降低苦味肽的产生量。蛋白质酶水解物的应用蛋白质酶水解物由于其理化性质有所改善，应用范围大大拓宽。蛋白质在等电点时的溶解度很低，限制了它作为营养强化剂的应用，而蛋白质酶水解物在等电点时溶解度增加，常用于水果饮料的蛋白质强化。这种溶解性增加的性质对于低过敏性婴儿食品和含水解物营养食品的加工是非常重要的。因为在强化蛋白水解物的营养食品中经常要强化一些矿物元素，故要求蛋白质水解物在高离子强度下应保持稳定。蛋白质酶水解物与蛋白质相比，粘度降低，这种流变学性质的变化使加工变得容易，如输送、搅拌、喷雾干燥工艺的实施。蛋白质酶水解物作为优质的氮源，在营养保健方面对人类具有非常强的吸引力。由于蛋白质酶水解物已经经过酶消化，主要成分为小肽，与蛋白质相比更易消化吸收。而且由于其分子量较低，其致敏性与蛋白质相比比较明显下降，当肽分子量小于2000时过敏性基本消失，使其在医药食品中获得广泛应用，如可用来补充各种原因引起的营养不良患者的营养，也可用于运动员食品，补充消耗的体力。2、明胶的生产应用以新鲜牛皮和猪皮为原料，采用全套不锈钢设备，严格筛选鲜骨皮，通过反复洗浸、脱脂中和、蒸煮液化、灭菌过滤、浓缩烘干等几十道工序流水线制成。生产出的明胶为一种无味、无色（略带浅黄色）、半透明、坚硬的非晶态物，不溶于有机溶剂，吸水性强、粘度高。明胶是肽分子聚合物质，是胶原蛋白质的水解产物，所以可作为一种添加剂，我们生产的食用明胶因其具有许多独特的理化性能和较高的营养价值，富含人体必须的18种氨基酸，它可以直接制成浓汤、肉皮冻子、肉食罐头，水晶冻、色拉、蛋黄汁、糖霜、奶油糖、香味酱、巧克力、饮料、啤酒等供人们食用。工业明胶为无色至淡黄色透明或半透明等薄片或粉粒。无味，无臭。在冷水中吸水膨胀。广泛用于纺织、印刷、印染、塑料、电子、国防、航空，砂布砂纸、火柴、墨、橡胶填料、工艺品粘贴、木器家具、皮革上光、染织上浆、冶金镀液、纸钞涂质、化妆发胶等工业和部门中。其中有用于提取水解动物蛋白质的低粘度低灰份的工业明胶，还有专用于饲料添加剂的工业明胶。近几年，中国对酶法提取明胶的研究主要集中在食品领域。用碱法生产明胶污染太大，用酶法替代碱法在国内外研究越来越多。国外近几年已经申请了不少相关专利，并呈增加趋势。中国早在1990年就有相关的专利。专利的方法是：首先将预处理后切碎的动物皮块加入脂肪酶、酶激活剂和碱性蛋白酶于36-42℃进行酶浴；然后将底物中加入氢键断裂剂和交联断裂剂或用碱处理法进行胶解；最后在pH为3.5-6.5，65-75℃提胶，生产周期较传统方法大大缩短，专利未提供最后产品性能的信息。3、肉类的嫩化肉的嫩度对消费者来说是一个重要的质量指标，受到屠宰操作中诸多因素的影响。屠宰后立即销售的肉质量是不高的，因为动物尸体要在良好的贮藏条件下有足够的挂置时间来产生充分的嫩度和风味，这个过程称为宰后肉类的成熟。经过成熟，肉类得到嫩化，主要是由于肌肉中内源酶的作用。为了加快成熟速度，通过外源酶改善肉的嫩度在生产中也逐渐得到一定的应用。内源酶（1）在中性pH下有活性的蛋白酶钙激活酶，最重要的肌肉蛋白酶，被认为在促进肌原纤维削弱中有着显著的地位。具有两个主要同源型钙激活酶（钙激活酶Ⅰ）和m钙激活酶（钙激活酶Ⅱ）。另外，肌肉中同时存在一个天然的蛋白抑制剂-钙蛋白酶抑制蛋白，共同构成钙激活酶系统。（2）在酸性pH下有活性的蛋白酶溶酶体蛋白酶（包括内肽酶和外肽酶）历史上称为组织蛋白酶，被广泛研究。与肉的成熟最相关的内肽酶是组织蛋白酶B、D、H、L。组织蛋白酶D在pH5以下最有效，但在环境温度以下对完整肌原纤维的活性很低，因此对冷藏条件下肉的成熟没有作用组织蛋白酶B能削弱肌原纤维的Z盘、M线及A带，肌动蛋白和肌球蛋白被优先降解。组织蛋白酶H能降解肌球蛋白，对完整肌原纤维没有明显作用。组织蛋白酶L是溶酶体酶中削弱肌原纤维方面最有效的。在pH4.5-5最有效，能降解肌原纤维蛋白如肌球蛋白的轻链和重链、肌动蛋白、原肌球蛋白、伴肌动蛋白、肌联蛋白和-辅肌动蛋白。向僵直状态的细肉条中添加过量的钙离子，足以激活m钙激活酶，能加快成熟，并且在24h的处理时间内达到完全嫩化。钙蛋白酶可以参加到成熟的前阶段中，但是组织蛋白酶在成熟过程的后期显得更有效。pH的下降使溶酶体的稳定性降低，从而使酶泄露到基质中，并且最终进入胞外空间。电刺激可以引起pH的快速和较早下降加快了溶酶体酶的释放，可能对嫩度改善有作用。外源酶粗制木瓜蛋白酶由于安全和廉价的原因，作为肉的嫩化剂应用是最广泛的。这种酶从干燥的胶乳制得，以粉状销售，在世界的许多地方都生产。菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶和某些其他的蛋白酶尽管对降解结缔组织有更高的效率，但它们的生产成本都更高或安全性没有木瓜蛋白酶好。木瓜蛋白酶对于肌原纤维蛋白在40-70℃有最强的活性，这个温度范围是在煮制过程中的，而在冷却肉中几乎没有蛋白水解活力。在60℃以上的温度，胶原纤维开始变性并变得易于被木瓜蛋白酶降解，而且在70℃附近断裂最多。应用外源酶处理肉可采用几种方法：①撒粉②蘸③浸泡④混合⑤多针注射⑥血管泵注二、酶在水产品生产中的应用1、脱乙酰酶甲壳素，又称几丁质，广泛存在于甲壳类动物及昆虫的外壳，真菌的细胞壁中也大量存在，是自然界产量仅次于纤维素的第二大生物有机资源，它由N-乙酰氨基-D-葡萄糖单体通过-1，4-糖苷键连接而成的直链高分子化合物。当分子中的乙酰基被部分或全部脱除后，生成所谓的壳聚糖，成为N-葡萄糖胺。壳聚糖分子中有大量的游离氨基，分子中带正电荷，化学性质活泼，易于对其进行各种化学修饰，并且易溶于中性及酸性水溶液中，因而有广泛的应用价值。例如用于污水处理、饮用水及饮料的澄清、食品的防腐剂、增稠剂、稳定剂等，另外据报道，壳聚糖还有许多保健功能，可以作为膳食纤维添加到食品中。甲壳素脱乙酰酶（CDA）能催化水解甲壳素分子上的乙酰基，可以利用它代替现有的浓碱热解法生产高质量的壳聚糖。这不但可以解决目前壳聚糖生产中的环境污染问题，而且可以生产出用化学法不能解决的壳聚糖产品质量问题，因此该酶具有重要的工业应用潜在价值。2、甲壳素酶和壳聚糖酶壳聚糖由于水溶性差，其应用受到一定的限制，今年来发现壳聚糖降解产物即甲壳低聚糖具有独特的生理功能，水溶性好，更利于人体吸收，在食品工业中可作为食品添加剂。因而筛选产甲壳素酶、壳聚糖酶的微生物，用酶法制备甲壳低聚糖已成为目前研究热点。甲壳素酶为复合酶体，主要包含两种酶，两者相互协同作用。甲壳素酶随机降解甲壳素，生成甲壳二糖及少量的甲壳三糖；N-乙酰葡萄糖胺酶，也称为甲壳二糖酶，水解甲壳二糖生成N-乙酰葡萄糖胺壳聚糖酶是专一性降解壳聚糖的水解酶，这种酶对胶态甲壳素不水解，但是能够降解完全脱乙酰化的壳聚糖。分子量在10000-50000，最适pH为4.0-8.0，最适温度为30-70℃，等电点在8.0-10.1，对底物有一定专一性，产物为聚合度为2-4的壳寡糖。根据酶解产物不同壳聚糖酶可分为内切酶和外切酶。内切酶作用方式是随机切断壳聚糖链，产生分子量较小的低聚糖，适合于制备壳低聚糖。外切酶从糖链的非还原末端逐个切下单糖残基，产物为氨基葡萄糖。3、卡拉胶酶卡拉胶被广泛应用于食品、医药、化工等工业，目前从海洋来源的麒麟菜、沙菜中提取的卡拉胶仍沿用酸碱法，而且在高温下进行，反应复杂，并造成污染。卡拉胶除用作食品添加剂外，降解产物不同链长的卡拉胶在临床上应用其抗凝血性，毒性小。因此，采用酶法降解卡拉胶具有重要的学术价值和广阔的应用前景。微生物来源的卡拉胶酶的生产菌种包括海洋细菌，食鹿角菜交替单胞菌和噬纤维菌属的细菌等。4、转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶（TGase）或称为蛋白质-谷氨酰胺--谷氨酰胺基转移酶是一种能催化多肽或蛋白质的谷氨酰胺残基的-羟胺基团（酰基的供体）与许多伯胺化合物（酰基受体）之间的酰基转移反应的酶，其中酰基受体包括蛋白质赖氨酸的-氨基。当不存在伯胺底物时，水会成为酰基的受体，从而催化谷氨酰胺残基的脱氨反应。TGase可以通过胺的导入、交联以及脱胺三种途径改性蛋白质。转谷氨酰胺酶在水产品加工中的应用用转谷氨酰胺酶处理鱼糜制品可增加鱼糜的硬度，随着酶制剂添加量的增加，鱼糜制品的硬度也显著提高。转谷氨酰胺酶对鱼糜制品的弹性也有影响，随着酶制剂添加量的增加，鱼糜制品的弹性也显著提高。添加转谷氨酰胺酶可以提高鱼糜制品的硬度和弹性，使鱼糜达到优质鱼糜的要求。三、酶在乳制品工业中的应用在欧美，牛奶和干酪是主要的食品之一，产量和人均消费量都很可观。中国随着人民生活水平的提高，以及消费观念的改变，对牛奶和干酪等奶制品的需求成上升趋势。在乳制品加工中不管是内源酶还是外源酶，与乳制品的生产与质量有密切关系。目前在乳制品工业中起重要作用的酶主要有凝乳酶、蛋白酶、乳糖酶、脂肪酶、过氧化氢酶等。主要用于对乳品质量的控制，改善干酪的成熟速度，以及对废液乳清的处理。1、乳品中的内源酶与乳品质量牛乳中酶的来源有三个：乳腺分泌挤乳后由于微生物代谢生成白血球破裂牛乳中酶种类很多，但与乳品生产有关的主要为水解酶类和氧化酶类。水解酶类（1）脂酶：牛乳中的脂酶至少有2种，一种是只附在脂肪球膜上的膜脂酶，它在常乳中不常见，在末乳、乳房炎乳及其他一些生理异常乳中常出现。另一种是存在于脱脂乳中与酪蛋白相结合的乳浆脂酶。脂酶的分子量一般为7000-8000，最适温度为37℃，最适pH为9.0-9.2。钝化温度至少80-85℃。乳脂肪在脂酶的作用下水解产生游离脂肪酸，使牛奶带上脂肪分解的酸败气味，这是乳制品特别是奶油生产上常见的问题。为了抑制脂酶的活性，在奶油生产中一般采用不低于80-85℃的高温或超高温处理（2）磷酸酶：酸性磷酸酶，存在于乳清中碱性磷酸酶，吸附于脂肪球膜处碱性磷酸酶的最适pH为7.6-7.8，经60℃、30min或71-75℃、15-30s加热后可钝化，可以利用这种性质来检验低温巴氏杀菌法处理的消毒牛乳的杀菌程度是否完全。（3）蛋白酶牛乳中的蛋白酶来自乳本身和污染的微生物。多为细菌性酶，使蛋白质水解后形成蛋白胨、多肽和氨基酸。其中由乳酸菌形成的蛋白酶，在干酪中有非常重要的意义。