食品科学专题讲座2.docx

1、食品科学专题讲座2天津科技大学食品科学专题讲座硕士生课程论文酶在食品风味方面的应用Application Of Enzymes In The Food Flavor 学生姓名：何绍媛学 号：10840007专 业：粮食、油脂与植物蛋白工程任课教师：刘安军 摘 要本文介绍了酶的作用机理，食品中脂肪、蛋白质、核酸和风味前体在酶的作用下生成风味物质的过程, 用于消除食品异味的酶, 用来生产风味物质的酶，并展望风味酶的前景。关键词：食品；风味；酶ABSTRACTThis paper introduces the mechanism of enzymes, the process of generati

2、ng flavor using fat, protein, nucleic acid and flavor precursors in food with the help of enzyme , Introducing enzymes used to eliminate the smell of food, enzymes used to produce flavor substances, and looking forward to the prospect of enzymes in food.Key words: food, flavor, enzyme目 录1 前言 52 食品中的

3、风味酶及其作用机理 63 风味酶在食品风味方面的应用 73.1食品组分在酶作用下产生风味物质 73.1.1脂肪 7 3.1.2蛋白质 7 3.1.3核酸 8 3.1.4风味前体物质 8 3.2风味化合物的酶法合成 8 3.2.1脂肪酶和酯酶 8 3.2.2氧化还原酶 9 3.2.3其它酶 94消除食品异味 105 展望 116 参考文献 12前 言人类为了生存,必须从食品中不断地吸取维持生命所必需的热量和营养。在长期的生活实践中,人们对食品逐渐形成了一种选择性。尽管各种食品都具有自身的营养价值,然而消费者对于食品的接受程度主要取决于食品的风味。我国食品风味的传统概念是指食品入口前后对人的视觉、

4、嗅觉、味觉、触觉等器官的刺激所形成的一种综合印象1。食品应具有良好的风味, 有时需要进行风味强化；而公众对食品添加剂的安全性日益关注。酶是生物细胞所产生的生物催化剂，由于酶催化过程具有反应时间短、专一性强、作用条件温和、易于控制、反应效率高能、保持食物的色、香、味和营养成分等优点，因而在食品工业中的应用日趋广泛，这就促进了用酶法或发酵法合成天然风味物质的研究2。凡是能影响食品风味的酶都可称为风味酶。许多食品风味的产生、消失与自身的酶系密切相关，食品生产中酶的组成、活性大小等因素都会影响食品的风味。另外，根据风味酶的作用，可以讲其分为能改善食品风味，提高食品质量的风味酶和导致食品风味变差，质量下

5、降的风味酶2大类3。本文主要讲述第一大类风味酶，即风味酶在食品风味技术中的主要应用。2 食品中的风味酶及其作用机理食品风味的形成是一个生化过程，无论是通过正常的新陈代谢积累起来的风味还是通过组织细胞被破坏后才产生的风味，都要有先决条件：一是形成风味物质的底物，即风味前体；二是催化风味物质形成的酶系。许多食品原料中都含有这种酶系，但是往往在其加工过程中，游离态的风味物质可能部分损失，产生风味的前体物却不易挥发和破坏。与此同时，产生风味的酶也会失活。因此在食品加工过程中添加合适的风味酶，使结合态的风味前体物水解，从而释放出风味物质，增强和改善食品的风味4。风味酶还可以控制肽的苦味，有以下2种方法，

6、即氨肽酶法和羧肽酶法。氨肽酶法通过作用于肽链的氨基端疏水氨基酸，使其水解成游离的氨基酸；而羧肽酶作用于肽链碳端的疏水氨基酸，使其释放出来，从而达到脱苦去苦的目的。由于酶反应的专一性，单一酶作用范围小，因此酶解的水解度不高，所得多肽分子质量较大。而风味酶是兼有外切与内切双重作用的混合蛋白酶，能将已溶解的蛋白质和肽进一步水解，水解程度更高。复合风味酶水解蛋白质初期水解液苦味明显，这是由于蛋白质在酶作用下，分解为氨基酸和肽类，其中短链的疏水性肽明显苦味，大多由带芳香式侧链的中性氨基酸组成5。在蛋白质未水解时，疏水基被掩盖在分子中，水解过程中暴露出来而显苦味。风味酶能水解这些侧链，除去苦味。3 风味酶

7、在食品风味方面的应用3.1 食品组分在酶作用下产生风味物质 当食品中的蛋白质、碳水化合物、脂肪和核酸被水解时,几乎都会影响食品风味。有多种酶可以催化这类物质水解。当生产某种特定的风味物质时,也常会有多条途径。3.1.1脂肪许多食品的主要风味特征由脂肪决定。脂肪在脂肪酶的作用下水解得到的游离脂肪酸对食品风味有重要影响。短链脂肪酸( C12) 对食品风味无明显影响。一般情况下,胰脂肪酶用于形成短链脂肪酸,曲霉和假丝酵母脂肪酶可以形成广泛链长的脂肪酸,青霉菌用于释放丁酸,米曲霉用于释放C6C10的脂肪酸。在干酪生产中, 添加脂肪酶或含有脂肪酶的微生物,可以改善风味,缩短成熟期。在赛达干酪生产中,加入

8、米曲霉可使其风味明显增强,而且可以在风味形成与质构破坏之间找到一个最佳平衡点。向原料乳中加入酸乳酪和脂肪酶,可以改善拉丁美洲白干酪的风味、质构,缩短成熟期。通过对乳脂肪有控制的水解,可使蓝干酪的风味强度提高2030倍。在干酪生产中通过使用不同的脂肪酶可以得到不同的脂肪酸组成,以使各种干酪的典型风味特征得到充分体现。黄油在青霉菌与胰脂肪酶混合作用下,可得到干酪类型风味物质。对由黄油生产干酪类型风味物质的酯水解动力学研究表明:固态发酵中的脂肪酶活性比液态深层发酵中的高3.3倍。前者还可用于对橄榄油的水解,并且对乳脂肪中的风味物质组成有一定的控制能力。在面包中添加活性大豆风味物质以作为脂肪氧化酶的来

9、源,可以对亚麻酸和其它多不饱和脂类进行过氧化作用,以改善面包的挥发性组分7。3.1.2蛋白质对蛋白质进行水解,可以得到风味物质或风味增强剂。如青霉蛋白酶可水解大豆蛋白; 链霉蛋白酶水解酪素; 胃蛋白酶水解豌豆蛋白; 血管紧张肽原酶重组脱脂奶的蛋白质。将蛋白质水解后,有时需要进一步用谷氨酸酶处理以增强风味。例如: 将小麦泥用枯草杆菌和米曲霉蛋白酶处理后,再加入谷氨酸酶,可以使谷氨酸含量增加2.6倍。蛋白酶也可改善干酪的风味和口感,并缩短成熟期。细菌中性蛋白酶可以大大增加2类西班牙干酪的非蛋白氮含量, 有助于缩短其成熟期。细菌甲硫氨酸酶通过将含硫氨基酸转变成甲硫醇,有助于赛达干酪的风味形成。但是,

10、蛋白酶可能导致蛋白质中疏水基团的释放,使食品产生苦味,故对它的使用要慎重。当用脂肪酶等可以达到缩短干酪成熟期并改善风味的目的时,尽量不用蛋白酶。3.1.3核酸5-肌苷酸和5-鸟苷酸(即“I+ G”) 是广泛使用的风味增强剂,可以由核酸酶催化RNA 得到。可以直接往食品中加酶来获得“I+ G”；也可以在使用可溶性酶或固定化酶的酶反应器中合成后再往食品中添加。反应中常用的酶是桔青霉5-磷酸二酯酶8。3.1.4风味前体物质食品加工过程中的风味损失可以通过添加合适的酶制剂来恢复。原因是在加工过程中,风味物质损失且内源酶被钝化,但风味前体依然存在。加入的酶作用于风味前体,又可以重新生成风味物质。这种方法

11、已经在水田芥、芥子、甘蓝、洋葱和覆盆子的加工中得到应用。用适当酶作用于水果中的风味前体,可以有效释放香气物质。有孢汉逊酵母-葡萄糖苷酶释放水果中的萜烯醇,葡萄糖能抑制该酶的活性,乙醇则有助于提高酶活性-L-吡喃鼠李糖苷酶或-L-呋喃阿拉伯糖苷酶释放水果中的沉香醇和香叶醇。在不久的将来,会开发出用于特定水果以释放特定香气成分的商业酶制剂。在植物的非果实部分也有风味前体,可以使用生产中的下脚料来合成香气物质。例如: 用-葡萄糖苷酶处理豆荚,可把其中的葡萄糖香草醛转化成香草醛。用黑曲霉水解酶处理豆荚也可达到类似目的,这种工艺现已发展到接近工业生产的规模。糖苷水解物是高品质葡萄酒中重要的香气化合物。用

12、非特异性葡萄糖苷酶水解由葡萄酒和葡萄汁中分离出的糖苷,水解样品与感官分析记录中的“蜂蜜味”、“茶味”、“酸橙味”或“花香”等特征有关,葡萄酒正是由于这些非浆果属性而得到高的定位。这种用酶法提高产品档次的技术,已经在葡萄酒中得到应用。3.2风味化合物的酶法合成用酶对风味物质进行合成、分离和纯化,是风味化学工业的重要研究方向。3.2.1脂肪酶和酯酶用脂肪酶可以催化酯化反应、酯基转移反应(酸解、醇解或酯交换作用)和内酯化反应,以进行风味酯的合成。到目前为止,已经有超过50种的酯可以由酶法合成。合成产量受溶剂的疏水性( logP)、脂肪酶来源、醇与酸的分子质量等因素的共同影响。底物极性和水分活度对酯化

13、反应和酯基转移反应的速率影响很大,因为酶活性高度依赖于酯化过程中的游离水分子。当溶剂的logP 3.5且水分含量 1%时,是合成短链风味酯的最佳条件9。毛霉脂肪酶可将15-羟基十五烷酸和16-羟基十六烷酸转化成相应的大环内酯,反应在含有醚和甲苯的有机溶剂中进行,80时转化率可达30%。如果水分含量保持在0.083%,可以使反应的转化率上升。香蕉、甜瓜、草莓等水果中的香气酯主要是乙酸和丁酸的乙酯、丁酯、异丁酯和异戊酯,其合成酶是乙酰CoA 转移酶或酯合成酶。在体外,反应性能与酶的来源和底物结构有关, 例如: 来自草莓的合成酶的最适底物是戊酰CoA ,而来自香蕉和甜瓜的合成酶的最适底物是乙酰CoA

14、、丙酰CoA 和丁酰CoA。L-薄荷醇是香气和风味工业中广泛使用的萜烯醇。制取L-薄荷醇的关键步骤是把它从dl-混合物中分离出来。酶法分离L-薄荷醇, 主要是通过特异性水解dl-薄荷醇酯中的“L”部分,得到L -薄荷醇, 再把L-薄荷醇结晶出来。这个工艺可以由酵母酯酶或藻酸单胞菌酯酶实现。把红酵母用聚亚氨树脂凝胶固定,可以得到100%光学纯度的L -薄荷醇。3.2.2氧化还原酶氧化还原酶在风味工业应用较少,主要困难是酶的生产成本高,反应过程中的辅助因子再生困难。但氧化还原酶仍然具有应用潜力,通过适宜的酶促反应可以对辅助因子进行再生。3.2.2.1醇脱氢酶(ADH)醇脱氢酶可以从葡萄或马肝中提取

15、出来,也可用微生物方法生产。它既可以把酮、醛还原成醇,又可以把醇氧化成相应的醛或酮。乙醛在柑橘和酸乳酪等食品的风味中发挥重要作用。使用ADH可以把柑橘香精中的乙醇转化成乙醛,其辅助因子NAD通过使用FMN、O2和酶再生。ADH可以在双相系统中催化由香叶醇生产香叶醛的工艺,转化率可达50%。葡萄杆菌ADH可以把葡萄糖转化成5-酮葡萄糖酸,后者通过控温加热转化成具有强烈肉类风味的甲基呋喃。3.2.2.2醇氧化酶苯甲醛是李属水果的主要风味物质,当压榨扁桃、美洲李、桃子、苹果等的种子或果核时,可由酶促反应产生。苯甲醛可在体外合成,由醇氧化酶作用于苯甲醇实现, 后来开发成功了在两相介质中使用毕赤酵母菌的

16、完整细胞生产工艺。3.2.2.3其他氧化还原酶假单胞菌脱氢酶可以把L-薄荷酮转化成L-薄荷醇,此酶作用于由未成熟辣薄荷提取的香精油(几乎只含L-薄荷酮),可以增加L-薄荷醇的含量。利用纤维单胞菌也可实现相同工艺。从牛肝中提取的醛脱氢酶可以把正戊醛和正己醛氧化,以减少大豆的豆腥味,反应在好气条件下进行,用溶解氧做电子受体,不需要辅助因子。3.2.3其他酶在苹果酱中可以分离出脂肪氧合酶和氢过氧化物裂解酶,二者共同作用于亚油酸, 可以得到C6C10的挥发性醛。向反应介质中添加SO2或Vc可以显著增加挥发性醛的含量,以增加最终产物的香气。4消除食品异味10真菌柚皮苷酶可以将苦味物质柚皮苷水解成野黑樱素

17、和鼠李糖,从而实现对朱栾或朱栾浓缩物的脱苦。不动细菌柠檬苦素脱氢酶, 可以把柠檬苦素氧化成柠檬苦素环内酯,以对柑橘或朱栾加工品脱苦。啤酒中双乙酰浓度超过0.15mg/L时,会具有馊饭味。双乙酰要较长时间才可消失,其含量作为衡量啤酒成熟程度的指标。酶法可以消除双乙酰,缩短啤酒成熟期。在辅助因子NADH存在下,细菌双乙酰还原酶可以把双乙酰还原成2,3-丁二醇。在临近结束的发酵醪中加入乙酰乳酸脱氢酶,可以直接把-乙酰乳酸转化成3-羟基丁酮,以避免前者自发转化成双乙酰。现已把编码乙酰乳酸脱氢酶的基因克隆到酿酒酵母中,用这种酵母生产的啤酒,双乙酰浓度可以降到质量分数110- 4以下。超高温消毒奶易产生蒸

18、煮味,这与蛋白质的巯基释放有关。若先在原料奶中加入巯基氧化酶,可以把巯基转化成二硫化物。再进行高温消毒,可以避免蒸煮味的产生。5展望本文综述了食品风味与酶的关系。由于酶催化反应的一些优势, 如温和的反应条件,高度的产物特异性等, 使得酶在风味化合物的生产中具有巨大的应用前景。随着研究的深入和生物技术的进步，风味酶的来源会越来越广，风味酶的种类也会越来越多。而且用生物转化法生产的风味酶被美国和欧盟认为是天然产品。我国在此方面的研究和应用刚刚起步，所以有必要进行更加深入的研究。近期内, 主要研究方向应集中在把酶用做食品添加剂, 以用于风味的产生或改进食品的风味。随着对风味产生机理的研究越来越深入,

19、 以及对酶在非水介质中使用的研究,必将进一步促进酶在风味化学工业中的应用。6 参考文献1章银良.食品风味学M.银川:宁夏人民出版社,2000.12 朱国斌.食品风味原理与技术M.北京：北京大学出版社，19963 刘俊花，等.食品风味酶的研究进展J.中国酿造，2005，10（2）：6-84 凌建斌.酶法增强葡萄酒风味的研究J.食品工业，1999（1）：44-495 周兰.食品工业科技，1999（2）：2-46 Schreier P. Adv. Biochem. Eng. Bio tech2no l.1997:55: 51 727 Mart Inez Anaya M. J. Agric. Food Chem.1996:44 (9) : 1976 19878 Laane C. Soec Publ R Soc. Chem.1997:214: 135 1529 Bouwer S. Enzyme M icrob. Techno l.1997:21 (4) : 291 29610 刘毅等.食品风味与酶J.食品与发酵工业，1999（5）：37-40