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脂肪酶在食品工业中的应用

脂肪酶


自20世纪80年代后期,界面酶学和非水酶学的研究与应用取得了突破性的进展,极大地促进了脂肪酶多功能催化作用的开发,如乳制品的增香、鱼片脱脂、食用油加工、洗涤剂添加酶、皮革毛皮绢纺脱脂、制药、化工合成、污水处理、工具酶等多种用途。而且,在有机相中,脂肪酶还能催化酯合成、酯交换反应、酯聚合反应、肽合成以及酰胺合成等,是生产医药、化工、食品和化妆品的重要原料。当前,脂肪酶被广泛应用于工业生产中,并在基础理论和应用研究中也有十分突出的地位。

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脂肪酶在

焙烤食品

中的应用

随着焙烤食品工业的快速发展,消费者的食品安全和健康意识日益增强,对面粉及其制品提出了愈来愈高的要求。要想生产出好的面粉,就需要优质的原料,而我国小麦由于品质参差不齐,要想达到焙烤食品工业的要求,就要在面粉后处理中添加食品添加剂,来弥补面粉品质的不足。

过去面包粉改良主要是化学改良剂,如溴酸钾,虽然它对面团及面包有较好的作用,但长期使用对人体有害,2005年7月1日被我国禁止使用"。

随着溴酸钾被禁用,如何使用天然无害具有替代功能的产品,成为广大焙烤食品及面粉企业关注的焦点,而生物酶制剂满足了这方面的要求。

酶作为一种生物制品,在面粉改良中,具有显著的优越性:

酶本身就是活细胞产生的活性蛋白质,不会留下有毒的物质;酶的催化作用具有高度的专一性,一种酶只对一种底物起作用,如淀粉酶只能催化淀粉的水解,而对蛋白质则无效。

酶的催化效率非常高,比一般催化剂高107~1013倍,因此用量相当少;酶的操作条件温和,在常温、常压下就能进行。

脂肪酶是酶制剂的一种,酶的所有特性它都具有,与其它酶制剂如葡萄糖氧化酶复配后能够取代化学增筋剂溴酸钾。它能够提高面制品的烘焙品质、改善面包质地、延长制品的货架期。

脂肪酶能催化甘油三酯水解生成甘油二酯,甘油一酯或甘油。它对面团有强筋作用,能够提高面包的入炉急胀,增大面包体积,且对面包芯有二次增白作用。

关于脂肪酶对面团强筋作用的机理,一种研究认为:因为面粉中的脂肪分极性脂质和非极性脂质,面团中的强极性脂如磷脂,利于面筋网络的形成,非极性脂质甘油三酯,则损害面团的筋力结构。

脂肪酶作用于甘油三酯阻止了其与谷蛋白的结合,从而起到增筋作用,因为谷蛋白决定面团的弹性和粘合性,谷蛋白多时面团的筋力就强,另外,甘油三酯的水解有利于磷脂的形成,使面筋网络增强。从而提高了面团的筋力,改善了面粉蛋白质的流变学特性,增加了面团的强度和耐搅拌性,以及面包的入炉急胀能力,使其组织细腻均匀,包心柔软,口感更好。

另一种研究认为,脂肪酶在面团内氧化不饱和脂肪酸,使之形成过氧化物,过氧化物可氧化面粉蛋白质当中的硫氢基团,形成分子内和分子间二硫键,并能够诱导蛋白质分子产生聚合,使蛋白质分子变得更大,从而提高了面团的筋力。不仅如此,最近研究人员还发现,脂肪酶在面包制作中对改善面团结构的纹理有着出色的作用。

脂肪酶作为一种绿色生物高效产品,由于它在焙烤食品面包当中的出色作用,与其它酶制剂复配后能够取代化学增筋剂溴酸钾,符合了焙烤食品工业绿色、安全、健康的发展要求,正愈来愈受到广大焙烤食品及面粉企业的欢迎,相信它在这些领域的应用具有更加广阔的前景。

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脂肪酶在

食用油脂工

业上的应用

脂肪酶可以催化酯交换、酯转移、水解等反应,所以在油脂工业中广泛应用。如1,3-特异性脂肪酶可酶促酯交换反应,将棕榈油改性为代可可酯。代可可酯是生产巧克力的原料,价格甚高,而棕榈油价廉,因此这一工艺受到重视,已开展了较多工作。

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酶促油脂水解

将油脂与水一起在催化剂作用下生成脂肪酸和甘油的反应叫油脂水解反应,它在脂肪酸与肥皂工业上广泛应用。

传统的油脂水解反应使用无机酸、碱及金属氧化物等化学物质作为催化剂,需要高温、中高压、长时间及设备耐腐蚀的条件,其成本高、能耗大,操作安全性差,而且产物脂肪酸颜色深或发生热聚合,不适用于热敏性油脂,如含共轭酸的油脂、易发生共轭化的油脂、易发生脱水的含羟基酸的油脂或含高不饱和脂肪酸的油脂及鱼油等。

而以生物酶作催化剂的酶促水解则正好克服上述缺点,而且可以具有选择性,因此有利于减少副反应,提高目标产品脂肪酸的质量和收率。

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酶促酯交换

将一种酯与另一种脂肪酸或醇或酯混合并伴随酰基交换生成新酯的反应叫酯交换反应。

其中,酯-酸交换、酯-酯交换反应可以改变油脂的脂肪酸和甘油酯组成,从而改变油脂的性质,这是油脂工业常用来进行油脂改性的一种重要手段。

传统的酯交换工艺采用的是化学方法,常用的催化剂是金属钠或氢氧化钠、无机酸等,虽然可以提高甘三酯子酰基的迁移性,但会造成反应体系中酰基间的交换与分布的随机性,致使副产品增多围。

如果用非特异性脂肪酶来催化甘三酯的酯交换,也会得到与化学法酯交换类似的结果。

然而,如果使用1.3-定向脂肪酶作为催化剂,酰基的迁移与交换则限制在1-位和3-位上,这样就能生产出化学法酯交换所无法得到的特定目标产物,这正是酶促酯交换法具有的独特魅力之处,利用1,3-定向脂肪酶催化油脂进行定向酯交换这个特性,有实际意义的应用是利用廉价油脂经过改性而生产珍贵油脂,目前在油脂工业上研究最多也最有研究价值的是类可可脂的生产。

目前,日本、英国已有了以棕榈油中间分提物为原料经酶促改性制取类可可脂的规模生产。

我国近几年来对中国特有的油脂资源-乌桕脂和茶籽油经酶促改性制类可可脂有较多研究,目前正在探索其产业化道路,实现工业化生产则必将对我国油脂工业、食品工业的发展产生巨大的推动作用。

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生物精炼-酶促酯化

在食用油脂精炼工艺中,由于毛油中通常含有较高的游离脂肪酸(FFA),故需采取措施进行脱酸以提高油脂品质。

通常采用的脱酸方法有化学碱炼法和物理精炼法。

化学碱炼法就是向油中加入计算量的碱以中和油中的FFA,由于碱炼过程中总是不可避免地要造成中性油、甾醇、生育酚等的损失,还会产生大量污染环境的废水和皂脚,故此法尤其不适合高酸值油(如毛米糠油)的精炼。

现已开发成功物理精炼法来处理高酸值油,但物理精炼法对油脂的前处理要求严格,且必须具有高温、高真空条件。

近10年来,一种高新技术--生物精炼(酶促酯化),主要包括酶促FFA酯化,应用于高酸值油脂的脱酸,已引起了有关关注。

从炼耗和油品质量出发来考虑,生物精炼与常规的碱炼、脱色、脱臭工艺结合或与物理精炼工艺结合起来应用,是处理高酸值油的一种潜在技术排肉。

酶促酯化的原理是:借助微生物脂肪酶在一定条件下能催化脂肪酸与甘油间的酯化反应,从面把油中的大量游离脂肪酸转变成中性甘油酯,这样既降低了酸值,又增加了中性甘油酯的量。经过这种生物精炼脱酸处理的油中还会残余一些游离脂肪酸,可再经过碱炼方法除去,从而获得与传统精炼方法同等质量的食用油。

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脂肪酶在乳品

工业中的应用

应用于乳酯水解,包括奶酪和奶粉风味的增强、奶酪的熟化、代用奶制品的生产、奶油及冰淇淋的酯解改性等。

脂肪酶作用于乳酯并产生脂肪酸,能赋予奶制品独特的风味。脂肪酶释放的短碳链脂肪酸(C,-CJ)使产品具有一种独特强烈的奶风味,而释放的中碳脂肪酸(C„-Cu)使产品具有皂似的风味。

同时,由于脂肪酸参与到类似微生物反应的过程中,增加了一些新风味物质的形成,如甲基酮类、风味酯类和乳酯类等阔。

传统奶酪制品加工所用的脂肪酶大都来自动物组织,如猪、牛的胰腺和年幼反刍动物的消化道组织,不同来源的脂肪酶会产生不同风味特征。

脂肪酶还可使用在羊奶仿制牛奶的制品中。对不同奶源的奶制品,脂肪酶的使用可大大改善其原有的不良风味,促使新的风味的产生,并能改进乳制品的营养价值。

脂肪酶在生产酶改性奶酪制品中起关键作用,酶改性奶酪中含有的游离脂肪酸比只经过普通处理的奶酪中要高10倍以上,这对于其作为风味增强剂是十分有利的心。

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脂肪酶在

食品添加剂

工业中的应用

L-抗坏血酸棕榈酸酯被广泛地用作酯溶性抗氧化剂及营养强化剂。

抗坏血酸棕榈酸酯是由L-抗坏血酸酯化而得,同L-抗坏血酸相比,首先,其抗氧化性有了显著的提高;其次,由于棕榈酸基的植入,使得它既有亲水的抗坏血酸基,又有亲油的棕榈酸基,从而成为一种优良的表面活性剂;此外,它还具有极强的抗癌和抗肿瘤功效。

汤鲁宏等明对水、庚烷和叔戊醇等几种反应媒体和NOVO435(Candida antartica),MML(Mucormiehei),LIPOLASE,PPL(Porci- ne pancreas)等数种脂肪酶对L-抗坏血酸棕榈酸酯合成反应的影响进行了系统的研究。

结果表明:反应媒体及脂肪酶品种对反应影响极大,所研究的几种反应媒体中,叔戊醇是惟一适用于该反应的反应媒体,在所研究的几种脂肪酶中,NOVO435表现出了良好的催化活性。

蔗糖月桂酸酯具有乳化、抗菌等功能,已经引起人们越来越多的关注。越来越多的研究者关注于应用酶作为催化剂区域选择性地合成蔗糖月桂酸酯。如:Pedersen等用metallop rotease ther- molysin,Bacillus pseudofirmus AL-89催化合成出蔗糖2-月桂酸单酯。

通常情况下,芳香和香味成分是由化学合成或从天然来源中提取的,从植物中提取芳香物质的量有限,无法满足人们的需求,因此目前开始转向用生物技术的方法生产,目前国内外多用微生物酶法合成芳香化合物。如ShiehCJ通过响应面方法研究了毛霉固定化脂肪酶催化己醇和三乙酰甘油酯在正十六烷中的转酯优化条件。

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展望

酶在食品工业中具有广泛而重要的作用,近年来人们对脂肪酶的研究取得了很大的进展,已引起了全世界的广泛关注。目前,脂肪酶在非水体系中反应的研究在国外已取得突破性进展,脂肪酶的应用已深入到食品工业中的多个领域,国内脂肪酶在非水介质中的酶促反应亦成为近几年的研究热点,并取得一些可喜的成果。

当前,由于固定化酶的方法过于复杂,效率低、成本高,或使用了有毒的化学试剂而不符合食品加工所必须满足的经济和安全的标准,所有这些都限制了固定化脂肪酶技术在食品工业中的应用,但随着生物技术以及材料、化工等各相关学科的发展,相信固定化脂肪酶的工作会有新的突破。在食品中也将得到更广泛的运用,对促进食品工业快速发展具有重要意义。

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