在人類社會發(fā)展的歷史中,食品加工工藝的不斷改進(jìn),對于人類體力和智力的發(fā)展起到了重要的作用。從面包、奶酪、酒類、醬類等古老的食品可以看出,人類對酶的應(yīng)用幾乎同人類文明史一樣古老。當(dāng)然,在19世紀(jì)后期微生物學(xué)、生物化學(xué),尤其是酶學(xué)誕生之前,人類所利用的酶學(xué)技術(shù)在很大程度上依賴于實踐經(jīng)驗及樸素總結(jié)。人們將主要來源于動物或植物食品原料進(jìn)行加工的過程,常常不自覺地利用各種酶的催化作用,實現(xiàn)食品成分的轉(zhuǎn)化。

法國科學(xué)家巴斯德(LouisPasteur)認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān),但卻認(rèn)為發(fā)酵是活細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在發(fā)揮作用。1878年,德國科學(xué)家?guī)炷?/span>(W.Kuhne)**提出“酶”(Enzyme)的概念,這個詞原本的含義就是“在酵母中”。1897年,畢希納兄弟成功地從酵母細(xì)胞分離出能使糖發(fā)酵的物質(zhì),從此酶學(xué)得以建立和發(fā)展。

酶的本質(zhì)是具有催化活性的生物大分子,基本上都是以蛋白質(zhì)的形式存在。與其他形式的催化劑相比,酶具有底物專一性強(qiáng),反應(yīng)條件溫和,反應(yīng)效率高,副產(chǎn)物少等優(yōu)點。近年來,酶學(xué)技術(shù)不僅在食品加工中的應(yīng)用有了許多新的成果,而且在食品質(zhì)量檢測中也發(fā)揮了越來越重要的作用。本文從谷物加工、果蔬加工、肉類加工、乳制品加工四個研究領(lǐng)域?qū)γ笇W(xué)技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用及其進(jìn)展,從酶聯(lián)免疫分析法(ELISA)與酶生物傳感器法兩個研究領(lǐng)域?qū)γ笇W(xué)技術(shù)在食品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用及其進(jìn)展進(jìn)行了歸納和評述。針對酶學(xué)技術(shù)在食品加工與食品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用存在的不足,本文也提出了相應(yīng)的建議。

2.酶學(xué)技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用 ? ?

目前國內(nèi)外食品酶學(xué)技術(shù)的研究重點包括谷物加工、果蔬加工、肉類加工、乳制品加工這四個領(lǐng)域。

2.1谷物加工研究領(lǐng)域

谷物是*重要的農(nóng)產(chǎn)品,也是食品加工*重要的原料。作為食品工業(yè)的一個傳統(tǒng)領(lǐng)域,谷物加工業(yè)普遍存在產(chǎn)品附加值不高的問題。因此,通過酶學(xué)技術(shù)對谷物進(jìn)行深加工和綜合開發(fā)利用,能夠在*大程度上提升谷物加工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。谷物中的主要營養(yǎng)物質(zhì)是淀粉。以小麥為例,新型酶制劑在其深加工過程中得到了廣泛的應(yīng)用,包括淀粉分離、淀粉制糖、淀粉生產(chǎn)酒精的調(diào)漿、液化、糖化以及生料轉(zhuǎn)化等過程。基于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與營養(yǎng)學(xué)的研究成果,許多研究者從谷物原料的特性出發(fā),利用酶學(xué)技術(shù)開發(fā)各種適合人類營養(yǎng)需求的新型谷物食品,其中包括膳食纖維等一些新類型的營養(yǎng)保健產(chǎn)品。

膳食纖維是一種*其重要的食品成分,包括各種水溶性和水不溶性的纖維物質(zhì),具有很多重要的生理功能。許多研究者從不同來源的食物中提取加工膳食纖維,而以抗性糊精為代表的大多數(shù)膳食纖維均來源于谷物。抗性糊精由谷物淀粉加工而成,其本質(zhì)是一種低熱量葡聚糖,屬于低分子水溶性膳食纖維,2012年中國衛(wèi)生部將其列為普通食品。谷物淀粉為大分子,而抗性糊精為低分子,所以抗性糊精的加工過程可以采用各種酶制劑進(jìn)行酶解,譬如α-淀粉酶、糖化酶、普魯蘭酶、轉(zhuǎn)苷酶等。這些酶制劑的使用,在不同水平上提高了抗性糊精的產(chǎn)量和質(zhì)量。

目前國際市場上已有多種商品化的低聚糖出售,如低聚果糖、低聚半乳糖、殼低聚糖(殼寡糖)等。低聚果糖、低聚半乳糖具有顯著促雙歧桿菌增殖等作用,已被廣泛應(yīng)用于嬰幼兒乳粉及食品中,而殼低聚糖(殼寡糖)則是一種具有明顯激活機(jī)體內(nèi)源性免疫系統(tǒng)的保健食品。2014年5月16日我國衛(wèi)生計生委已公告,殼寡糖列入新食品原料目錄。目前生產(chǎn)這些功能性低聚糖的主要途徑是利用微生物所產(chǎn)的菊粉酶、β-半乳糖苷酶、殼聚糖酶等酶制劑的作用,以菊粉、乳糖和髙分子殼聚糖等作為底物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。近年來,利用糖基轉(zhuǎn)移酶來生產(chǎn)功能性低聚糖的研究也取得了進(jìn)展,例如,將固定化α-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶用于低聚異麥芽糖的生產(chǎn)獲得了較好的效果。

可以看出,酶學(xué)技術(shù)在谷物加工研究領(lǐng)域的應(yīng)用,既包括淀粉糖、酒精等傳統(tǒng)淀粉轉(zhuǎn)化食品,也包括抗性糊精、低聚果糖等一些新型營養(yǎng)食品。

2.2果蔬加工研究領(lǐng)域

果汁生產(chǎn)是果蔬加工的一個主要產(chǎn)業(yè)。在果汁的加工過程中,由于植物細(xì)胞間隙存在粘稠度很高的果膠類物質(zhì),給榨汁、過濾和澄清等環(huán)節(jié)帶來了困難。短時間的果膠酶處理就能使果肉中的果膠降解、粘度下降,不僅有利于提高榨汁收率,同時也提高了果汁澄清的效果。

在果汁生產(chǎn)中,未成熟果實淀粉含量過高同樣會使果漿粘稠,果汁渾濁。淀粉酶是專一性的淀粉水解酶,將淀粉酶和果膠酶復(fù)合用于果汁生產(chǎn)中,可降低果汁粘度、縮短過濾時間、澄清果汁并提高果汁的穩(wěn)定性。例如,在蘋果汁加工中有時會出現(xiàn)一些并非變質(zhì)的渾濁現(xiàn)象,采用含淀粉酶的復(fù)合酶來處理,就能夠保持果汁的澄清。

我國是柑橘汁的生產(chǎn)大國,但以往在其加工過程中采用的方法比較原始,例如,桔子囊衣的脫除以往都是采用酸堿處理,造成了大量廢水和固態(tài)廢棄物的排放。而利用聚半乳糖醛酸酶、果膠酶與半纖維素酶組成的復(fù)合酶處理,對桔子囊衣脫除效果明確,可以很好地解決這些問題。

果蔬中功能性成分的提取是目前果蔬深加工的一個方向。酶制劑的使用可以在溫和條件下進(jìn)行,減少這些功能性成分的損失。纖維素酶輔助提取技術(shù)就是其中較為常用的一種方法。例如,在蘆筍黃酮提取中就可以采用纖維素酶輔助提取技術(shù)。有研究者采用纖維素酶輔助提取技術(shù)從大蒜中制備了大蒜多糖。結(jié)果表明,大蒜多糖具有很強(qiáng)的抗氧化活性,包括清除自由基的活性,可以作為潛在的抗氧化劑。

因此,酶學(xué)技術(shù)在果蔬加工研究領(lǐng)域的應(yīng)用,一方面是果膠酶及其復(fù)合酶制劑在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用,另一方面是纖維素酶輔助提取技術(shù)等在果蔬中功能性成分提取中的應(yīng)用。

2.3肉類加工研究領(lǐng)域

關(guān)注肉類食品中營養(yǎng)素的均衡,生產(chǎn)符合現(xiàn)代人對于低鹽低脂需求的功能性肉制品已成為未來肉類加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種趨勢。此外,對于肉類加工副產(chǎn)物的綜合利用可以實現(xiàn)肉類食品資源的充分利用,提升該產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。利用酶學(xué)技術(shù)的手段,可以對肉類加工的過程進(jìn)行監(jiān)測,有利于某些肉類制品獨特風(fēng)味的產(chǎn)生和保持、減少或者消除加工過程中產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物。

除了肉類中固有的內(nèi)源酶外,外源酶在肉類加工過程中也發(fā)揮著重要作用。目前商品化外源酶包括動、植物和微生物來源的水解酶、轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶等,用于蛋白質(zhì)的水解或交聯(lián)。蛋白質(zhì)水解過程可以使肉質(zhì)嫩化、提高活性肽含量,形成獨特的風(fēng)味物質(zhì)。蛋白質(zhì)的交聯(lián)可以改善肉制品的保水性、提高其凝膠強(qiáng)度。

肉類風(fēng)干工藝是一種傳統(tǒng)的風(fēng)味食品加工方法。采用蛋白酶處理可以促進(jìn)蛋白質(zhì)水解,優(yōu)化肉類風(fēng)干成熟工藝。例如,堿性蛋白酶能顯著促進(jìn)肉類原料的蛋白質(zhì)水解,在風(fēng)干雞的制作中,就可以采用堿性蛋白酶酶解與高溫風(fēng)干成熟工藝相結(jié)合,提高風(fēng)味品質(zhì)。普通中式香腸因其膠黏特性較差,脂肪顆粒大,影響其食用品質(zhì)[17]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶可以在蛋白質(zhì)分子間形成共價交聯(lián),提高產(chǎn)品的彈性、硬度等特性,從而改進(jìn)產(chǎn)品的品質(zhì)和口感。脂肪酶能催化脂肪顆粒的水解過程,去除其中多余的脂肪,增加香腸的硬度、膠黏性。

我國是漁業(yè)大國,但魚產(chǎn)品加工中還存在著利用率低,附加值不高,深加工產(chǎn)品少等問題。魚類蛋白質(zhì)經(jīng)酶解后得到的水解物,其溶解性、乳化性、起泡性和流變性等物理特性得到明顯改善,且水解液中氨基酸種類齊全。例如,采用堿性蛋白酶水解草魚蛋白,可以獲得氨基酸種類齊全的水解液。某些海鮮中含有過敏原,因此采用酶法消除致敏性具有很強(qiáng)的實際意義。例如,采用超高壓法和高壓結(jié)合酶法消減,可以在很大程度上降低南美白對蝦中過敏原的致敏性。

可以看出,酶學(xué)技術(shù)在肉類加工研究領(lǐng)域的應(yīng)用,不僅有利于傳統(tǒng)肉類食品風(fēng)味的改良,而且可以制造出更加營養(yǎng)均衡,符合保健需求的功能性肉制品。2.4乳制品加工研究領(lǐng)域

乳制品加工業(yè)是畜牧業(yè)與現(xiàn)代食品工業(yè)交叉的一個重要領(lǐng)域。近年來,國內(nèi)乳制品市場有了很大的擴(kuò)展,酶學(xué)技術(shù)在乳制品加工,尤其是各種發(fā)酵乳制品加工中的應(yīng)用得到了更深入的研究。