在人類社會發展的歷史中,食品加工工藝的不斷改進,對于人類體力和智力的發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,人類對酶的應用幾乎同人類文明史一樣古老。當然,在19世紀后期微生物學、生物化學,尤其是酶學誕生之前,人類所利用的酶學技術在很大程度上依賴于實踐經驗及樸素總結。人們將主要來源于動物或植物食品原料進行加工的過程,常常不自覺地利用各種酶的催化作用,實現食品成分的轉化。

法國科學家巴斯德(LouisPasteur)認為發酵與活細胞有關,但卻認為發酵是活細胞而不是細胞中的某些物質在發揮作用。1878年,德國科學家庫尼(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胞分離出能使糖發酵的物質,從此酶學得以建立和發展。

酶的本質是具有催化活性的生物大分子,基本上都是以蛋白質的形式存在。與其他形式的催化劑相比,酶具有底物專一性強,反應條件溫和,反應效率高,副產物少等優點。近年來,酶學技術不僅在食品加工中的應用有了許多新的成果,而且在食品質量檢測中也發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域對酶學技術在食品加工中的應用及其進展,從酶聯免疫分析法(ELISA)與酶生物傳感器法兩個研究領域對酶學技術在食品質量檢測中的應用及其進展進行了歸納和評述。針對酶學技術在食品加工與食品質量檢測中的應用存在的不足,本文也提出了相應的建議。

2.酶學技術在食品加工中的應用 ? ?

目前國內外食品酶學技術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域。

2.1谷物加工研究領域

谷物是*重要的農產品,也是食品加工*重要的原料。作為食品工業的一個傳統領域,谷物加工業普遍存在產品附加值不高的問題。因此,通過酶學技術對谷物進行深加工和綜合開發利用,能夠在*大程度上提升谷物加工業的經濟效益。谷物中的主要營養物質是淀粉。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用,包括淀粉分離、淀粉制糖、淀粉生產酒精的調漿、液化、糖化以及生料轉化等過程。基于現代醫學與營養學的研究成果,許多研究者從谷物原料的特性出發,利用酶學技術開發各種適合人類營養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保健產品。

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,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膳食纖維均來源于谷物?？剐院晒任锏矸奂庸ざ?/span>,其本質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行酶解,譬如α-淀粉酶、糖化酶、普魯蘭酶、轉苷酶等。這些酶制劑的使用,在不同水平上提高了抗性糊精的產量和質量。

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體內源性免疫系統的保健食品。2014年5月16日我國衛生計生委已公告,殼寡糖列入新食品原料目錄。目前生產這些功能性低聚糖的主要途徑是利用微生物所產的菊粉酶、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行生物轉化。近年來,利用糖基轉移酶來生產功能性低聚糖的研究也取得了進展,例如,將固定化α-葡萄糖基轉移酶用于低聚異麥芽糖的生產獲得了較好的效果。

可以看出,酶學技術在谷物加工研究領域的應用,既包括淀粉糖、酒精等傳統淀粉轉化食品,也包括抗性糊精、低聚果糖等一些新型營養食品。

2.2果蔬加工研究領域

果汁生產是果蔬加工的一個主要產業。在果汁的加工過程中,由于植物細胞間隙存在粘稠度很高的果膠類物質,給榨汁、過濾和澄清等環節帶來了困難。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合用于果汁生產中,可降低果汁粘度、縮短過濾時間、澄清果汁并提高果汁的穩定性。例如,在蘋果汁加工中有時會出現一些并非變質的渾濁現象,采用含淀粉酶的復合酶來處理,就能夠保持果汁的澄清。

我國是柑橘汁的生產大國,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行,減少這些功能性成分的損失。纖維素酶輔助提取技術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。有研究者采用纖維素酶輔助提取技術從大蒜中制備了大蒜多糖。結果表明,大蒜多糖具有很強的抗氧化活性,包括清除自由基的活性,可以作為潛在的抗氧化劑。

因此,酶學技術在果蔬加工研究領域的應用,一方面是果膠酶及其復合酶制劑在果汁生產中的應用,另一方面是纖維素酶輔助提取技術等在果蔬中功能性成分提取中的應用。

2.3肉類加工研究領域

關注肉類食品中營養素的均衡,生產符合現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業發展的一種趨勢。此外,對于肉類加工副產物的綜合利用可以實現肉類食品資源的充分利用,提升該產業的經濟效益。利用酶學技術的手段,可以對肉類加工的過程進行監測,有利于某些肉類制品獨特風味的產生和保持、減少或者消除加工過程中產生的有害副產物。

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

肉類風干工藝是一種傳統的風味食品加工方法。采用蛋白酶處理可以促進蛋白質水解,優化肉類風干成熟工藝。例如,堿性蛋白酶能顯著促進肉類原料的蛋白質水解,在風干雞的制作中,就可以采用堿性蛋白酶酶解與高溫風干成熟工藝相結合,提高風味品質。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[17]。谷氨酰胺轉胺酶可以在蛋白質分子間形成共價交聯,提高產品的彈性、硬度等特性,從而改進產品的品質和口感。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。

我國是漁業大國,但魚產品加工中還存在著利用率低,附加值不高,深加工產品少等問題。魚類蛋白質經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的實際意義。例如,采用超高壓法和高壓結合酶法消減,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,酶學技術在肉類加工研究領域的應用,不僅有利于傳統肉類食品風味的改良,而且可以制造出更加營養均衡,符合保健需求的功能性肉制品。2.4乳制品加工研究領域

乳制品加工業是畜牧業與現代食品工業交叉的一個重要領域。近年來,國內乳制品市場有了很大的擴展,酶學技術在乳制品加工,尤其是各種發酵乳制品加工中的應用得到了更深入的研究。