第2章 酶与食品加工

第2章 酶与食品加工

酶是生物活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质。在酶的分子组成上，有些酶是单纯蛋白质，称为单纯酶；有些酶是结合蛋白质，称为结合酶。结合酶的蛋白质部分叫酶蛋白，非蛋白质部分叫辅酶或辅基。辅酶或辅基多是维生素及其衍生物或一些金属离子。

酶在作用时，需在比较温和的条件下进行，如温度在25～50 ℃范围内，pH为中性左右。酶的催化效率比一般非酶催化剂要高得多,例如：过氧化氢的分解反应 （2H2O2 2H2O+O2），1 mol过氧化氢酶，1 min内能够催化5×106 mol的过氧化氢分解；同样条件下，1 mol亚铁离子（Fe2＋）只能催化6×10－4 mol的过氧化氢分解；二者相比，催化效率相差1010倍。酶除了具有高的催化效率特性外，还具有很高的专一性，利用它能选择性地将个别食品组分改性，而不影响到其它组分。因此，酶在食品科学中相当重要，通过酶的作用能引起食品原料的品质发生变化，也能在比较温和的条件下加工和改良食品。

在酶促反应中，酶不仅需要适宜的温度和pH环境，而且在温度、pH恒定的反应条件下，酶浓度和底物浓度对酶促反应速度也有很大的影响。一定条件下酶促反应速度与酶的浓度成正比。因为酶进行催化反应时，首先要与底物形成一中间物，即酶?底物复合物。当底物浓度大大超过酶浓度时，这种中间物的生成速度决定于酶浓度。所以，如果此时增加酶浓度，可提高反应速度，即酶促反应速度与酶浓度成直线关系。如果酶浓度保持不变，当底物浓度增加时反应速度随之增加，并以双曲线形式直到达到最大速度。这就是说，酶促反应速度并不是随着底物浓度的增加而直线增加，而是在高浓度时达到一个极限速度。酶的活力除受温度、pH、酶浓度、底物浓度这些因素的影响外，水分活度、一些离子，酶的抑制剂等因素对酶的催化活力也有很大的影响。

国际酶学委员会将酶按功能性质分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类等六大类，食品加工中比较重要的酶类是氧化还原酶类和水解酶类。在每一大类酶中，又可根据不同的原则，分为几个亚类，每个亚类再分为几个亚亚类，最后把属于每一个亚亚类的各种酶按照顺序排好，分别给每一种酶一个编号。例如：乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27），其编号可作下列解释：EC代表酶学委员会。

EC 1.1.1.27 表示第一大类，即氧化还原酶类；

表示第一亚类，被氧化的基团为CHOH基； 表示第一亚亚类，氢受体是NAD＋； 表示乳酸脱氢酶在亚亚类中的排号。

第一节 食品加工中酶的作用

与食品加工有关的酶，根据其来源可分为内源酶和外源酶两大类。

一、内源酶的作用

内源酶是指作为食品加工原料的动植物体内所含有的各种酶类。内源酶是使这些食品原料在屠宰或采收后成熟或变质的重要原因，对食品的贮藏和加工都有着重要的影响。

（一）动物性食物原料中内源酶的主要作用

畜禽在屠宰后，生命即告终止。但其体内的很多酶仍具有很高的活力，使肉尸的性质发生很多不同于其正常生理活动的变化。如在磷酸化酶、乳酸脱氢酶等糖酵解酶的作用下，肌肉中糖原分解成为乳酸，使其pH下降。由于肌浆中ATP酶的作用，使肌肉中ATP含量迅速下降，并在磷酸肌酸激酶和腺苷酸脱氨酶的作用下产生具有强烈鲜味的IMP。动物死后随着pH的降低和组织破坏，组织蛋白酶被释出而发生了对肌肉蛋白质的分解作用，生成肽和游离氨基酸。这些肽和氨基酸使其在加工中形成肉的香气和鲜味。这一过程称为肉的成熟过程。

（二）植物性食物原料中内源酶的影响

采摘后的水果仍然具有生命，进行着比较旺盛的生理生化活动。水果一般都是在还没有充分成熟时进行采收，再经过后熟，供食用和加工。所谓后熟就是果实离开母株后进行的成熟现象。果实的后熟作用是在各种酶的参与下进行的极其复杂的生理生化过程。在这个过程中，酶的活动方向趋向于水解反应，各种成分都在进行着变化。如淀粉分解为糖，果实变甜；可溶性单宁凝固，果实涩味消失；原果胶水解为果胶，果实变软；同时果实色泽加深，香味增加。在这个过程中，还由于果实呼吸作用产生了酒精、乙醛和乙烯等产物，促进了后熟过程，这虽然影响了原料的贮存，但对加工来讲还是很重要的。

在罐头加工中，苹果、梨和马铃薯等水果、蔬菜在削皮切开后，由于组织内多酚氧化酶的作用，会发生酶促褐变，严重影响产品的外观和品质。所以，这类水果蔬菜在去皮切开后，必须尽快将其放入沸水或蒸汽中进行短时间的加热处理，以破坏酶的活力。或将其浸入稀酸中，以低pH抑制多酚氧化酶活力，也可以将其浸入亚硫酸盐溶液中抑制多酚氧化酶活力。

综上所述，可以看出食品原料中的内源酶对其贮藏和加工性能都有着很大的影响。有些是有利的影响，可通过适当的条件来加强这些酶的作用；有些是不利的影响，需设法对酶的作用进行抑制或消除。

二、外源酶的作用

外源酶并非存在于作为食品加工原料的动植物体内。外源酶有两个来源：一是来源于食品中存在的微生物；二是来源于人为添加的酶制剂。

（一）微生物产生的外源酶

微生物在食品中的生长繁殖给食品的成分和性质带来广泛而又深刻的变化，这些变化都是在微生物分泌的各种酶的作用下发生的。有些微生物分泌的各种酶可将食品中蛋白质水解成多肽和氨基酸，并能进一步将氨基酸分解生成氨、酮酸、胺、吲哚和硫化氢等物质，而引起食品的腐败变质。但是也有些微生物在食品或食品原料中生长繁殖，通过它们分泌的各种酶的作用以及代谢产物可以改善原有的营养成分、风味和质构。如发酵食品中所用的微生物。

发酵时利用的微生物为有益微生物。它们可以来自于大自然（自然发酵），

也可以来自于人工培养的纯菌种（接种发酵）。在人工控制的条件下，利用各种因素促使这些有益微生物的生长，并建立起不利于有害微生物生长的环境。所以，发酵不仅为人类提供品种繁多的食品，还提高了食品的耐藏性。不少食品的最终发酵产物，特别是酸和酒精，有利于阻止腐败变质菌的生长，同时还能抑制混杂在食品中的一些病原菌的生长活动。

与未发酵食品相比，发酵食品可提高食品原有的营养价值。虽然食品发酵时，微生物会从它所发酵的成分中取得能源，使食品的成分受到一定程度的氧化，以致食品中能供人体利用的能量有所减少。但是食品的发酵都是有控制地进行的，它们的最终产物是乙醇、有机酸、醛类和酮类等，这样所消耗的能量极其微量。所以，发酵食品仍能保持大部分的能量，以供人体需要。在发酵中，微生物将复杂的物质分解为简单成分，把封闭在不易消化的物质结构和细胞内的营养素释放出来，从而增加了食品的营养价值。同时还合成了不少人体必需的维生素。发酵食品还能将人体不能消化的纤维素、半纤维素和类似聚合物在微生物分泌的酶作用下，分解形成简单的糖类和糖的衍生物供人体利用。

（二）酶制剂

采用适当的理化方法将酶从生物组织或细胞以及微生物发酵物中提取出来，加工成为具有一定纯度及活力标准的生化制剂，称为酶制剂。

早期的酶制剂生产多数是从动物脏器和高等植物种子、果实中提取的。随着酶制剂应用范围的日益扩大，单纯依靠动植物来源是不能满足工业需要的，所以人们逐步把注意力转向以微生物开辟酶制剂的来源上。微生物种类繁多，酶的品种齐全。现已知一切动植物细胞中存在的酶几乎都能够从微生物细胞中找到。微生物具有生长繁殖快，生活周期短，产量高，不受季节、地区的限制；微生物培养简单易行、生产规模可大可小；微生物容易变异，可采取遗传工程、细胞工程、基因工程等技术进行菌种选育和代谢控制，来提高产酶量、培育新酶种等优点，目前已成为酶制剂的主要来源。

1．酶制剂应用于食品加工的特点 根据一定的加工要求，选用适当的酶制剂应用于食品加工，往往能取得比其他加工方法更好的效果。这是由酶促反应的特点所决定的。酶的催化效率高，很少量的酶制剂就可以完成其他方法很难实现的加工要求。酶促反应有专一性，很少有副反应，不会引起食品成分发生不需要的变化。酶促反应可以在常温常压和接近中性的pH条件下完成，因而加工设备简单，节省能源而又有利于保存食品的营养成分和色香味。酶促反应的速度可以很容易地通过调节pH、温度和酶制剂加入量等条件加以调节。酶本质上是天然产生的蛋白质，作为食品加工材料，理论上是安全的。在酶制剂反应后，可以通过酶变性的简单处理方法使其失去活力而消除其影响。由于以上这些优越性，使酶制剂在食品加工中的应用越来越广，并逐步取代了一些原有的加工方法。如葡萄糖生产，过去一直沿用酸水解淀粉的方法。自从酶法制葡萄糖研究获得成功，投入工业生产后，使设备投资大大降低，工序简化，产品杂质含量低，得糖率接近100%，并可以直接利用喷雾干燥法来制葡萄糖粉。

2．酶制剂的安全和卫生 酶制剂来源于生物，一般要比化学合成物质安全。但是酶制剂通常不是纯净的化学物质，常混有残存的原材料、无机盐、稀释剂、防腐剂等物质。用微生物发酵的酶可能伴随带来某些生物毒素或残留抗生素。因此，生产食品加工用的酶制剂，应注意原料和提取工艺的选择，防止有害物质的污染。联合国粮食与农业组织和世界卫生组织的食品添加剂专家联合委员会在1977年第21届大会上作出如下规定：

凡从动植物可食部分的组织，或用食品加工传统使用菌种生产的酶制剂，可作为食品对待，不需进行毒理试验，只需建立有关酶化学和微生物学的说明。

凡由非致病性一般食品污染微生物生产的酶，需作短期毒性试验。 对于非常见微生物制取的酶，要作广泛的毒性试验。

用于生产食品酶制剂的工业菌种，必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，并经过各种安全性试验，证明安全可靠后，才能批准使用。

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