酶工程技术与粮油加工的食品生物技术

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：真菌α-淀粉酶对热相当敏感，并且作用于淀粉后主要产生麦芽糖和其他低聚物，一般不用于液化工艺。如果将β-淀粉酶与脱支酶联合应用可将淀粉水解成麦芽糖。小麦粉中β-淀粉酶含量和活性基本上能满足焙烤要求，但由于高精度加工使得小麦粉中α-淀粉酶损失很多、含量较低，因此产生的糊精浓度较低，最终形成的气体减少，加工的面包体积小、质量差。

酶在食品工业中的应用十分广泛，几乎涉及所有食品领域。例如，酒类、乳品、焙烤食品、淀粉糖、果蔬制品、肉制品等加工过程的许多重要步骤均需依赖酶的作用。

（一）淀粉糖加工

1.α-淀粉酶

α-淀粉酶为淀粉内切酶，能随机水解直链或支链淀粉分子α-1，4-糖苷键生成不同长度的寡糖，因此液化淀粉速度快。细菌α-淀粉酶热稳定性高，主要用于淀粉高温液化，作用条件一般为85℃，pH 5.5～7.0。真菌α-淀粉酶对热相当敏感，并且作用于淀粉后主要产生麦芽糖和其他低聚物，一般不用于液化工艺。

2.β-淀粉酶

β-淀粉酶是一种淀粉外切酶，在淀粉链非还原性末端水解α-1，4-糖苷键，产生麦芽糖。其最适作用pH为6.5～7.0。与α-淀粉酶相同，β-淀粉酶也不能水解α-1，6糖苷键。如果将β-淀粉酶与脱支酶联合应用可将淀粉水解成麦芽糖。

3.葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶也称淀粉葡萄糖苷酶，主要催化淀粉和寡糖的α-1，4-糖苷键水解，从分子的非还原性末端释放出β-葡萄糖分子。不足之处是对α-1，6糖苷键活性较低，这样要达到所需要的水解程度，要加大酶量或延长保温时间，或将该酶与脱支酶联用。

4.葡萄糖异构酶

在淀粉糖生产过程中葡萄糖异构酶能够将葡萄糖转化成果糖，是加工果糖和高果糖浆的重要酶类。能产生葡萄糖异构酶的微生物很多，主要有芽孢杆菌、链霉菌、密苏里游动放线菌（Actinoplanes missouriensis）等。葡萄糖异构酶很适合以固定化形式使用，是目前唯一以工业规模应用的固定化酶。

（二）油脂改良

脂肪酶是油脂改良中的关键酶，又称甘油三酯水解酶，能够在油—水界面上催化天然油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯，在有机相中进行酯的合成和酯交换反应。近年来，国外在利用脂肪酶进行油脂改良方面的研究非常多，主要包括以下几个方面：

1.n-3长链聚不饱和脂肪酸的富集

为了调节人类膳食中两种重要的必需脂肪酸n-6和n-3PUFA（聚不饱和脂肪酸）的比例，利用生物技术对n-3PUFA进行富集以及合成富含n-3PUFA的甘油酯。n-3PUFA在甘油酯中的富集和合成是通过脂肪酶催化的水解、酸解、醇解、酯化和酯交换等反应途径实现的。其中水解醇解富集长链n-3PUFA的机制与水解相同，是根据脂肪酶的选择性，直接作用于鱼油，将饱和及单不饱和脂肪酸从甘油三酯中分离出来，而长链n-3PUFA仍然留在酰基甘油分子中。这样，通过控制油脂的水解程度能够达到富集n-3PUFA目的。

2.中（短）链脂肪酸酯的合成(www.chuimin.cn)

中（短）链脂肪酸具有氧化稳定性，较低的熔点及黏度，代谢容易被吸收并且能够迅速提供能量等优点，近年来有关中（短）链脂肪酸甘油酯的合成研究也是油脂改良的重点之一。其中Sn-2和Sn-1/3中（短）链脂肪酸甘油酯的合成特别受到关注，作为功能型和营养型甘油酯，它能够提供容易吸收的脂肪酸，改善人体代谢条件并且治疗某些疾病。

3.可可脂替代品的生产

天然可可脂由于价格昂贵而限制了其在食品中的应用，有关利用廉价油脂酶催化生产可可脂替代品的研究早已被关注。主要方法为利用棕榈油的分馏产物（POP）与硬脂酸或硬脂酸乙酯由Sn-1（3）脂肪酶作用进行酯交换，合成POS（棕榈酰—油酰—硬脂酸酯）和SOS（硬脂酰—油酰—硬脂酸酯），POS和SOS均为可可脂的主要成分。

4.塑性脂肪的合成

利用动物脂肪和蔬菜油以适当比例混合进行脂交换反应，在不同条件下可以得到从硬到软不同的塑性脂肪，产物随饱和脂肪酸酯含量的改变，熔点有一定变化范围，塑性范围（固体酯含量）在15%～35%的塑性脂肪通常涂抹性能良好。

（三）焙烤食品

1.α-淀粉酶和β-淀粉酶

与焙烤食品加工过程有关的酶主要为α-淀粉酶和β-淀粉酶，两者协同作用使淀粉糖化生成葡萄糖、麦芽糖和含有1，6糖苷键的低分子寡糖。酵母麦芽糖酶再将麦芽糖分解为可发酵的葡萄糖并产生气体。小麦粉中β-淀粉酶含量和活性基本上能满足焙烤要求，但由于高精度加工使得小麦粉中α-淀粉酶损失很多、含量较低，因此产生的糊精浓度较低，最终形成的气体减少，加工的面包体积小、质量差。所以面包加工通常需要补充外源α-淀粉酶，发芽的小麦粉中α-淀粉酶活力高，在面包专用粉及面包冷冻面团中添加适量麦芽粉可弥补未发芽小麦粉中α-淀粉酶不足。

2.蛋白酶

将蛋白酶添加到面粉中可以缩短和面时间、改善面团黏弹性、调节面团和面粉的面筋强度，改良面包的口感和质量。例如，使用枯草杆菌产生的热稳定性内肽酶，能够改善面团流变性质，增加面团的弹性，这样在饼干加工过程中可将面团铺得很薄；应用细菌蛋白酶和木瓜蛋白酶可降低稀面糊的黏度，提高其处理性能和缩短焙烤时间；在饼干生产中利用米曲霉蛋白酶可增加面团的伸展性，并提高面团的操作性能和产品质地。

3.其他酶类

（1）葡萄糖氧化酶　是改善面包品质的新型酶制剂，对面团特性、面包体积和内部结构具有显著的改良作用，作用效果优于溴酸钾。但用量过大会造成过度氧化，面筋过强，并恶化面团性质。

（2）脂肪氧化酶　脂肪氧化酶在焙烤工业中应用较为成熟，作用是通过氧化面粉中的胡萝卜素起增白作用，此外脂肪氧化酶可作为一种面团调节剂增加面团的混合耐性和起发体积。

酶工程技术与粮油加工的食品生物技术

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