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纤维素和半纤维素酶在食品加工中的应用

天津科技大学课程

《食品酶学》本科生论文

纤维素和半纤维素酶在食品加工中的应用

Celluloseandhemicelluloseenzymeapplicationinfoodindustry

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摘要

本文介绍了，纤维素酶和半纤维素酶的在食品加工中的作用，以及其作用的相关机理，纤维素酶和半纤维素酶的具体构成，还有这两种酶在食品加工中应用现状，以及根据这两种酶当然的发展趋势做出对其发展的见解。

关键词：

纤维素酶、半纤维素酶、食品加工。

ABSTRACT

Thispaperintroducesandhemicellulose,celluloseenzymeofenzymeinfoodprocessing,andtheroleoftheroleofrelevantmechanism,cellulaseandhalfcellulaseconcretestructure,andthetwoenzymesinfoodprocessinginapplicationstatus,andbasedonthetwoenzymesofcoursethetrendsofitsdevelopmentviews.

Keywords:

Celluloseenzyme,halfcelluloseenzyme,foodprocessing.

目录

1前言4

2纤维素酶和半纤维素酶的作用机理5

3纤维素酶和半纤维素酶在食品加工中的应用7

3.1在果实和蔬菜加工中的应用7

3.2在大豆加工中的应用7

3.3在茶叶加工中的应用8

3.4在罐头工业上的应用8

3.5在烟草改良中的应用8

3.6在酿酒方面中的应用8

3.7在饮料行业中的应用9

3.8在二次提油方面的中应用9

3.9在啤酒加工中的应用9

3.10在酿造酱油方面中的应用10

3.11在咖啡和面包加工中的应用10

3.12在饲料生产中的应用10

4纤维素酶和半纤维素酶发展的前景11

5参考文献12

前言

纤维素类物质是地球上产量巨大而又未得到充分利用的可再生资源。

纤维素酶和半纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称，在食品、饲料、医药、纺织、洗涤剂和造纸等众多的工业领域有广泛的应用价值。

从酶的作用特性出发可分成两大类：

碱性纤维素酶和酸性纤维素酶。

纤维素酶的组成比较复杂。

通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10种或更多组分构成的多组分酶，根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3类：

外切β-1，4-葡聚糖苷酶（简称CBH）.内切β-1，4-葡聚糖苷酶（简称EG）和β-1，4-葡萄糖苷酶（简称BG）。

在这3种酶的协同作用下，最终将其分解成葡萄糖。

到目前为止，还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。

碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶，只具有内切β-1，4-葡聚糖苷酶（又称CMC酶）的活性，有的还与中性CMC酶组分共存[1]。

半纤维素酶是一种复合酶，能有效降解半纤维素。

在处理废弃物方面，可将木质纤维材料生物转化为单细胞蛋白、乙醇或者其他有用物质：

在食品工业上，可成倍提高咖啡生产的干燥和浓缩效率。

自从1906年Seilliere从蜗牛消化液中发现纤维素酶以来，人们对纤维素酶做了大量的研究，特别是80年代以来，由于分子生物学的发展及生物工程技术的兴起，纤维素酶和半纤维素酶的研究出现了新的前景。

纤维素酶和半纤维素酶的作用机理

根据酶的作用方式纤维素酶分为C1酶、CX酶和纤维二糖酶等类型。

C1酶只要作用于天然纤维素，使之转变为非结晶的纤维素。

Cx酶有可分为Cx1酶和Cx2酶两种。

Cx1酶是一种内断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子内部作用于B-（1,4）糖苷键，生成纤维糊精与纤维二糖。

Cx2酶是一种外断型纤维素酶，他从水合性纤维素分子的非还原端作用于B-（1,4）糖苷键，逐步切断B-（1,4）糖苷键生成葡萄糖。

纤维二糖酶则作用于纤维二糖，生成葡萄糖。

在动物饲料中添加纤维素酶的作用机制在于1.它可以打破植物细胞壁使细胞内原生质暴露出来，由内源酶进一步讲解，所以除了细胞壁被降解供能外，还提高了胞内物质的消化率，从而有效地提高了饲料的有效能值。

2.可补充草食动物内源酶的不足。

在草食动物胃中虽然有一定量的能分解纤维素的微生物存在，可以分解一定量的纤维素，但产生的纤维素酶量有限，而添加纤维素酶制剂可明显提高草食动物对粗纤维的消化利用率。

另外，对单胃动物而言，纤维素酶可以改善消化道环境，使酸度增加，以激活胃蛋白酶。

3.消除抗营养因子。

果胶、纤维素。

葡聚糖和戊聚糖部分溶解在水中产生粘性，增加了动物胃肠道内容物的娘度，对于内源酶而言是一个物理障碍，导致饲料消化吸收利用率降低，同时粘稠的消化道内容物容易引起有害微生物的滋生，增加胃肠疾病的发病率。

而添加纤维素酶可以降低粘稠度，促进内源酶的扩散，增加养分的消化吸收，增加大肠道内容物的流动性，有效降低有害微生物附着滋生的可能性。

4.饲用纤维素酶之所以具有提高畜禽体增重、降低料肉比的功效，还因为纤维素酶制剂本身是一种蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物。

在这种多酶复合体系中一种酶的产物糖链的任意一个B-（1,4）糖苷键，但是只有在1，4-B-纤维二糖酶和B-葡聚糖苷酶的共同参与下才有效果。

除了纤维素以外，对支链和直链的转移多糖具有内切活性的多聚糖醛酸酶或果胶水解酶的作用效果，受到被甲醇酯化的羧酸基团影响。

因此要降解高甲醇化的羧酸基团影响。

因此要降解高甲醇化得果胶酸。

需要果胶酯酶的预先处理才有结果。

木聚糖酶水解葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖时，需要葡萄糖苷酸梅的作用。

利用a-半乳糖苷酶纾解饲料中的棉子糖族化合物，往往需要蔗糖酶的参与效果才明显[9]。

此外在改善烘烤食物的质地、提高饲料的转化率、增加植物油浸出率等方面，半纤维素酶也都体现了广阔的应用前景。

生物转化在处理废弃物方面体现了远大的发展前景,应用半纤维素酶可将木质纤维性材料生物转化为单细胞蛋白、乙醇或其他有用物质。

酶法水解半纤维素还可得到各种低聚糖,这些低聚糖作为功能性食品越来越受到人们的重视。

此外半纤维素酶还广泛应用于食品和饲料工业中,半纤维素酶与果胶酶和纤维素酶一起可用于水果、蔬菜的浸软及果汁（酒）的澄清;在改善烘烤食品的质地、结构,提高咖啡和植物油浸出率以及改善青贮饲料的营养价值等方面,半纤维素酶也都体现了广阔的应用前景[5]。

纤维素酶和半纤维素酶在食品当中的应用

纤维素酶和半纤维素酶用于果蔬汁加工可有利于细胞内物质渗出，增加出汁率，还可以减少压榨时压力，具有澄清作用。

纤维素酶处理大豆，可促使大豆脱皮，增加从大豆或豆饼中提取优质溶性蛋白质的收得率，亦可用于回收豆渣中的蛋白质和油脂。

　　植物性农林产品和副产品是食品工业的主要原料，而在食品加工过程中利用的主要是植物细胞的内含物，如蛋白质、淀粉、油脂、芳香油、可溶性生物碱、色素等。

这些天然成分被植物细胞包裹或与细胞壁紧密相连。

植物细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和果胶等。

用纤维素酶和半纤维素酶作适当处理可使细胞壁发生不同程度的改变，如软化、膨胀和崩溃等，从而改变细胞的通透性，提高细胞内含物的提取率；同时可简化食品加工工艺，改善食品的品质。

纤维素酶和半纤维素酶也可用于从豆渣中回收蛋白质或油脂。

在淀粉加工中，用纤维素酶处理谷物可缩短淀粉提炼时间增加收率[4]。

（1）：

在果实和蔬菜加工中的应用：

在果实和蔬菜的加工过程中，为了使植物组织软化和膨润，一般采用过度的加热蒸煮和酸碱处理等方法，这样就使果蔬和维生素的损失较大。

用纤维素进行菜的软化可避免上述缺点。

另外，采用纤维素酶和半纤维素酶来分解果实和蔬菜，这样制成的果酱口感好；也可用纤维素和半纤维素酶分解蘑菇，制造一种信的调味材料；在糖果品加工中也可采用纤维素酶和半纤维素酶。

用砂糖制果实时，砂糖要通过细胞壁慢慢浸入果实中，这样就需要几天的时间，若用纤维素酶破坏果实细胞壁后，在段时间内可浸透进去；椰子饼中有含量较高的蛋白质、脂肪和糖类，但是却不能作为粮食使用，因其纤维素含量较高，所以要用纤维素酶分解纤维素。

（2）：

在大豆加工中的应用：

纤维素酶和半纤维素酶用于处理大豆，可促使其快速脱皮，同时，由于它能破坏细胞壁，使包含其中的蛋白质和油脂完全分离、增加了从大豆和豆饼中提取优质水溶性蛋白质和油脂的得率，既降低了成本，缩短了时间，有提高了产品品质。

（3）：

在茶叶加工中的应用：

速溶茶饮用方便，可同其他饮料调用，要求速溶后不留渣。

生产上常用热水浸提法提取茶叶中的有效成分。

若用沸水浸泡并与酶法结合，既可缩短提取时间，又可以提高水溶性较差的咖啡因等提取率，并保持茶叶原有的提取率。

砖茶是边区少数民族生活的必须品，但是制作原料粗老，滋味平淡，水浸出物含量低，香气低劣、生产耗时长。

将纤维素酶和半纤维素酶加入茶砖中，可部分代替微生物发酵作用，促进茶砖品质形成，从而缩短时间，减少有效成分的损失，提高水浸出物和可溶性糖的含量，从而改善砖茶的品质及发展香气[7]。

（4）：

在罐头工业上的应用：

在罐头制造上使用纤维素酶制成的罐头口味好，外观透明。

纤维素酶应用于某些水果罐头加工中，可节省人工和原料消耗。

（5）：

烟草的改良中的应用：

目前，利用现代工程技术（如膨化、超声等技术破坏木质素和半纤维素的结合层、使纤维素洁净度降低）及生物技术（以纤维素酶为主体的多种混合酶，水解经前处理的低次烟及烟梗，同时降低烟草蛋白），将低次烟叶及烟梗的木质纤维素部分降解为有利于提高烟草品质的可溶性糖类、有机酸、氨基酸等成分。

从经济上看，经改善后的烟梗可作为烟卷的填料以降低生产成本；而且从品质上看，改善烟叶内在的品质，既可以除去吸烟时的不适感觉，有可以减少煤焦油的含量，有利于吸烟者的健康[4]。

（6）：

在酿酒方面的应用：

纤维素酶和半纤维素酶应用与酒精生产、可以提高原料出酒率，其主要依据是：

1.薯干、玉米、高粱、木薯等淀粉质原料中含有少量的纤维素和半纤维素，在纤维素酶和半纤维素酶的作用下转化成可发酵性糖，使原料中可利用的碳源增加，出酒率提高；2.纤维素酶和半纤维素酶为纤维的降解的作用，可破坏间质结构壁的结构、使其包含的淀粉释放出来，利用糖化酶的作用，提高原料淀粉的利用率；3.降低粉浆、蒸煮醪和糖化醪的黏度，利于醪液的输送和浓醪发酵的顺利和实施[2]。

将纤维素酶和半纤维素酶应用于酿酒，每100Kg原料可增加出酒量10~15Kg，节约粮食百分之20，酒味醇香，杂醇油含量低，白酒酿造，所用的原料中纤维的含量较大，使用纤维素酶和半纤维素酶后，可同时将淀粉和纤维素转化为糖，再经酵母分解而全部转化为酒精。

在生产上应用纤维素酶和半纤维素酶具有提高发酵率和缩短发酵时间的效果。

目前纤维素酶和半纤维素酶在酒精生产中应用存在的主要问题是：

1.纤维素酶和半纤维素酶活力较低、单位酶活力生产成本高；2.酶活力单位不统一；3.纤维素酶和半纤维素酶在酒精生产中应用的工艺条件有待于进一步研究。

（7）：

在饮料行业中的应用：

日本有专刊报道，用纤维素酶和半纤维素酶处理豆腐渣后，在接入乳酸菌进行发酵，可制得高营养、高品味的发酵饮料。

将纤维素酶和半纤维素酶应用于果蔬榨汁和花粉饮料中，可提高汁液的提取率和促进汁液澄清，使汁液透明、不沉淀，可提高可溶性固形物的含量，并可将果皮渣综合利用。

目前有已经成功将柑橘皮渣酶解，制取全果饮料的报道，其中的粗纤维有一半降解为短链低聚糖，即全果饮料具有一定的保健医疗价值。

（8）：

在二次提油方面的应用：

水溶性提油是近几年发展的蛋白油料加工的新方法，其工艺包括原料预处理、水溶萃取、离心分离、分离物加工等。

但在加工过程中，由于原料预处理及其它工序中存在的问题，约有百分之5.5的花生油被遗弃在糟粕之中，其中大部分包裹在细胞壁中，利用纤维素酶酶解花生酱渣，可分解细胞壁，将油脂释放到细胞外，二次提油率和出油率都有较大的提高。

（9）：

啤酒生产中的应用

将纤维素酶和半纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中，可增加麦芽的溶解性，加快发芽，减少糖化液中R—葡萄糖含量，进行过滤性能[8]。

（10）：

在酿造酱油方面的应用：

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%。

采用固体制曲、固态酒精发酵和固态醋酸发酵生产工艺对纤维素酶在食醋酿造方面的应用进行了系统研究，结果表明纤维素酶添加量为10～50umol/min，产酒精量比CK提高7.5%～23.8%，食醋产量提高0.25～1.36kg，主料出品率提高5.1%～27.2%[3]。

（11）：

在咖啡和面包生产中的应用：

      半纤维素酶在速溶咖啡生产中应用极广。

常规法生产速溶咖啡是将咖啡豆提取液浓缩后直接进行冷冻干燥或喷雾干燥,由于咖啡豆中含有大量的半乳甘露聚糖,从而造成提取过程中粘度过大,给随后的浓缩和干燥带来困难。

使用甘露聚糖酶可以分解咖啡中的半乳甘露聚糖产生低聚糖,因此可大大降低咖啡的粘度,而粘度的降低可使生产中浓缩和干燥效率成倍提高,相应也就降低了速溶咖啡的生产成本。

在谷物食品（主要是面包）上,半纤维素酶也体现了其独特的应用价值。

面包食品的诸多特性在很大程度上受谷物面粉中戊聚糖和淀粉含量的影响,应用木聚糖酶可以水解谷物面粉中的木聚糖产生木寡糖,从而大大改善了面包的质地、结构和松软度。

（12）在饲料生产中的应用

 早在1957年,Jensen报道在饲料中添加酶制剂可以改善其营养价值。

新近研究表明,饲料中所含的大量戊聚糖是其营养价值低的主要原因;戊聚糖作为一类抗营养因子不能为家禽或家畜所消化吸收,且其粘度较大,会影响其他营养因子的利用。

应用木聚糖酶粗酶制剂可以显著改善黑麦饲料的营养价值从而提高饲料转率。

当然,对于不同的谷类饲料其影响因子也不同,例如,对于大麦饲料,B-葡聚糖是主要的抗营养因子,这就需要添加B-葡聚糖酶以清除其影响。

发展前景

随着人们对纤维素酶和半纤维素酶研究工作的深入，纤维素酶和半纤维素酶必将在食品、饲料、环境保护、能源和资源开发等各个领域中发挥越来越大的作用。

加大对纤维素酶和半纤维素酶研究与开发的科技投入和经费投入，以改变目前规模小、工艺设备落后、菌种活性低、生产成本高、生产技术水平底下的现状。

尽快采用各种行业之有效的高新技术，发展具有我国自己知识产权的新酶种、新产品、新剂型，满足市场的需求是当务之急。

参考文献：

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[2]司笑丁.纤维素酶在酒精工业中的探讨.酿酒科技,2004,6:

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