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1、第12章 酶在食品科学工程中的应用,第3节 酶在功能食品生产中的应用,一、功能性低聚糖的制备 二、功能性肽生产中的应用,一、功能性低聚糖的制备,低聚糖或称寡糖，是由210个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖，分功能性低聚糖和普通低聚糖两大类。功能性低聚糖，人体肠道内没有水解它们（除异麦芽酮糖外）的酶系统，因而它们不被消化吸收而直接进入大肠内优先为双歧杆菌所利用，是双歧杆菌的增殖因子。这些低聚糖均带有不同程度的甜味（除低聚龙胆糖外），一般甜度相当于蔗糖的30%60%，可以作为食品的调味料。,功能性低聚糖主要包括水苏糖、棉籽糖、异麦芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦
2、芽糖、低聚异麦芽酮糖、低聚龙胆糖、大豆低聚糖、低聚壳聚糖等。 蔗糖、麦芽糖、乳糖、环糊精等属普通低聚糖，可被机体消化吸收,1、低聚果糖,低聚果糖是指25个果糖基为链节，以一个葡萄糖基为链的端基，以果糖基果糖连接键为主体骨架连结形成的碳水化合物。即是指14个果糖基以-2,1键连接在蔗糖(-D-葡萄糖基-1,2-D-果糖 )的D-果糖基上而形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4）和蔗果六糖（GF5）的混合物。,(1)酶解法： 以菊粉为原料，通过控制酶的水解度水解生成的果寡糖混合物，此法生成的低聚果糖链较长。,(2)深层液体发酵法 以50-60%蔗糖溶液为底物，直接运用黑曲霉
3、发酵产生的-呋喃果糖苷酶转化生成低聚果糖液。(3)固定化酶法生产 首先运用海藻酸钠和氯化钙等试剂将黑曲霉孢子固定化做成颗粒，即为固定化酶。将此酶按比例投入50%蔗糖溶液中反应，然后过滤分离，将酶与糖液分开，固定化酶可反复使用。,2、低聚异麦芽糖,(1)概念：低聚异麦芽糖 (Isomaltooligosacharide 简称 IMO)又称分枝低聚糖、异麦芽低聚糖、异麦芽寡糖，是指葡萄糖基以 -1,6 糖苷键结合而成的单糖数在 2-6 不等的一类低聚糖，其主要成份为异麦芽糖(Isomaltose)、潘糖 (Panose)、异麦芽三糖(Isomaltotriose) 以及异麦芽四糖等。,(2)结构式
4、,-转移葡萄糖苷酶（-transglucosidase，EC 3.2.1.20）可以从低聚糖类底物的非还原末端切开-1,4糖苷键，释放出葡萄糖，或将游离的葡萄糖基转移到另一类底物形成-1,6糖苷键，从而得到非发酵性的低聚异麦芽糖。,(3)工艺流程,(4)举例,以麦芽糖为例，-葡萄糖转苷酶首先使之水解为二分子葡萄糖，同时可将一分子葡萄糖以-1,6 糖苷键转移到另一个麦芽糖分子上形成潘糖(P)，或者转移到另一个葡萄糖分子上生成以-1,6糖苷键连接的异麦芽糖(IG2)，若葡萄糖分子继续在酶的作用下以-1,6糖苷键转移到异麦芽糖分子上则生成异麦芽三糖(IG3)。因此，生成低聚异麦芽糖的多少关键在于-转
5、移葡萄糖苷酶水解底物后的转移能力。,3、低聚木糖,是由2-7个木糖分子以-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖。,(1)概念,低聚木糖一般是以富含木聚糖(xylan)的植物资源，如木屑、玉米芯、棉籽壳、稻壳和菜籽壳等为原料，经过内切型木聚糖酶(p一xylanaseE.C.3.2.18)水解后，再进行分离、精制而制得。,(2)工艺流程,二、功能性肽生产中的应用,生物活性肽( Bioactive Peptides)是具有特殊生理功能的肽, 它是蛋白质中 20 个天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从二肽到复杂的线形、环行结构的不同肽类的总称, 是源于蛋白质的多功能最复杂的化合物。,1、生物活性肽的定
6、义,2、生物活性肽制备方法和途径,从自然界的生物体中提取其本身固有的各种天然活性肽类; 通过蛋白质降解途径可获得具有各种生理功能的活性肽; 合成的方法制备生物活性肽,包括化学合成法、酶合成法和重组 DNA 技术合成法。,3、酶法制备生物活性肽一般工艺流程,原料蛋白 预处理 酶解 灭酶 脱苦味去色 分离 干燥 成品,4、酶及酶解条件的选择,酶的选择是生产活性肽的关键 ,它必须以原料蛋白的氨基酸组成和酶的作用专一性为参考,结合目标生成物的结构和序列,在目前商业用酶中选择。 酶的水解能力具有专一性 ,故单用一种酶有时效果不佳，也可采用复合酶系。,20,gamma-glutamylcysteine s
7、ynthetase, gshI,Glutathione synthetase, gshII,5、举例：酶法合成谷胱甘肽,第4节 酶在果蔬类食品生产中的应用,果蔬总产量占世界总产量的1/4以上，是果蔬生产大国。 发达国家生产的果蔬40%-70%用于加工，而我国加工量只占总产量的5%-10%，发展空间很大。,一、酶法浸出果蔬汁,1、浸出果蔬汁的机理 浸出用酶制剂，它们的作用底物是植物的细胞壁，植物细胞壁降解导致细胞间联结被切断，细胞保护器官破裂，细胞液渗出。,2、植物细胞壁结构及组成,高等植物的细胞壁分为三层：即中胶层、初生壁和次生壁。,（1）胞间层。又称中胶层。位于两个相邻细胞之间，为两相邻细胞
8、所共有的一层膜，主要成分为果胶质。有助于将相邻细胞粘连在一起，并可缓冲细胞间的挤压。 （2）初生壁。通常较薄，约13微米厚。主要成分为纤维素、半纤维素，并有结构蛋白存在。（3）次生壁。主要成分为纤维素，并常有木质素存在。通常较厚，约510微米。,果胶的两种基本组成是：由 -D-半乳糖醛酸构成的聚半乳糖醛酸和由 -L-鼠李糖与 -D-半乳糖醛酸二糖单位构成的聚鼠李半乳糖，阿拉伯聚糖和半乳聚糖连接在鼠李糖残基上形成分枝。 半纤维素也被称为中性果胶质，主要由阿拉伯聚糖、半乳聚糖、木葡聚糖和木聚糖组成。 纤维素是经 -1,4 糖苷键构成的线性葡聚糖。,3、降解细胞壁的酶类,降解细胞壁的酶类有果胶酶、半
9、纤维素酶和纤维素酶，这些酶类都是复合酶。,(1)果胶酶,PMG-polymethylgalacturonase PG- polygalacturonase PMGL- polymethylgalacturonidelyase PGL- polygalacturonidelyase,果胶酶的分类,果胶酶分别作用于果胶分子的不同部位，使果胶质降解成低分子糖类，减少细胞间粘连，降低果蔬浆的粘度而利于果蔬的压榨出汁。,半纤维素酶由半乳聚糖酶、木聚糖酶和木葡聚糖酶等组成，可降解半纤维素，破坏细胞壁中无定形结构与纤维素的连接，降低细胞壁强度，提高其通透性，有助于细胞内容物的释放。,(2)半纤维素酶,(3)
10、纤维素酶,纤维素酶并不是一种单一组分的酶，而是一个由多种酶组成的复合酶体系，一般将纤维素酶分为3类。,(1) 葡聚糖内切酶。这类酶作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解1,4糖苷键 ，将长链纤维素分子截短，产生大量带非还原性末端的小分子纤维素 (2)葡聚糖外切酶，包括1,4-D-葡聚糖水解酶和1,4-D-纤维二糖水解酶。这类酶作用于纤维素还原性和非还原性末端，水解1,4糖苷键 ，释放萄萄糖(葡聚糖水解酶)或纤维二糖(纤维二糖水解酶)。 (3) 葡萄糖苷酶。这类酶作用于小分子量底物时表现出最高的活力，可以将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。,纤维素酶可水解细胞壁中刚性物质纤维
11、素，从而彻底破坏植物细胞壁，使细胞内物质完全释放。,(4)酶的协同效应,酶的协同效应，复合酶的处理效果更佳。,二、酶法澄清果蔬汁,(1)果蔬汁悬浮颗粒的化学组成 造成果汁混浊的物质有蛋白质、碳水化合物（果胶质、纤维素、淀粉）、酚类物质和金属离子等。果汁悬浮混浊物质主要是由蛋白质与碳水化合物组成的。 蛋白质与碳水化合物从细胞内和细胞壁中释放出来，分子小而等电点高的蛋白质在酸性果汁中带正电荷，与带负电荷或不带电荷的碳水化合物吸附形成相对稳定的混浊体系。,(2) 果胶酶澄清果蔬汁的机理,在低 pH 值条件下，果汁中带正电荷蛋白质与带负电荷的果胶及其他碳水化合物形成碳水化合物-蛋白质复合体系，带正电的
12、蛋白质位于果胶质等碳水化合物的内部。 由于复合体系表面带负电荷，颗粒之间相互排斥，体系处于稳定状态，果汁混浊度高。 当果胶酶处理果汁时，悬浮颗粒表面果胶分子被分解，使颗粒内部带正电荷的蛋白质暴露，异性电荷相互吸引造成颗粒相互聚集而絮凝沉淀，苹果汁得到澄清。,课堂练习,举例说明酶在食品科学与工程中的应用及前景,我国酶制剂工业发展概况,我国的酶制剂始于1965年，成立了无锡酶制剂厂，这是我国第一家酶制剂厂。 至今已有30多家工厂，形成了我国酶制剂行业。 20世纪60年代仅生产单一品种，到90年代已能生产10多个品种。 目前国内已能生产28个品种。,我国酶制剂发展和应用可以分为下列几个阶段：,第一阶
13、段：1965年无锡酶制剂厂生产BF-7658淀粉酶，首先用在淀粉加工和纺织退浆上，这是我国首次应用。,第二阶段：1979年，利用黑曲UV -11糖化酶菌种进行糖化酶生产，首先在白酒、酒精行业推广应用，提高了出酒率。,第三阶段：1990年，2709碱性蛋白酶在洗涤剂行业上应用，当时由于这种颗粒酶的出现，使加酶洗衣粉开始风行全国。,第四阶段：1992年，1.398中性蛋白酶，166中性蛋白酶在毛皮制革行业上推广应用，提高了产品质量和效率，减轻了劳动强度。,第五阶段：1995年，无锡酶制剂厂首先引进了耐高温-淀粉酶和高转化率液体糖化酶，将完成的“新双酶法在淀粉质原料深加工工业中应用”科研项目在酒精、
14、味精、制糖、啤酒等行业进行了推广，从此“双酶法”技术在全国迅速得以发展。,第六阶段：1998年，国外酶制剂大公司纷纷到中国建厂和合资，引进了国外先进设备、优良菌种、新型酶制剂，给中国酶制剂带来了机遇和挑战。,1998年，美国最大的酶制剂公司-杰能科国际公司和中国最大的酶制剂公司无锡酶制剂厂合资，成立“无锡杰能科生物工程有限公司“， 将杰能科国际公司的新型复合酶源引进中国。,第七阶段：2006年，酶制剂进入了全新的发展阶段，向“高档次、高活性、高质量、高水平“方向发展，向专用酶制剂和特种复合酶制剂发展，向新的应用领域发展，向新型糖类、面粉加工、肉类、油脂、调味品、饲料、纺织、纸浆、环保等方面发展
15、。酶制剂应用技术将成为发酵产业的核心技术。,我国固体型粗制酶已逐步被液体型食用级精制酶所替代。 目前酶制剂品种还远远不能满足食品工业需要，酶制剂工业正不断推出新型酶制剂、复合酶制剂、高活力和高纯度特殊酶制剂来满足日益发展的食品工业需要。,26/09/2018,我们怎样生产酶,RAW MATERIALS,FERMENTATION,MICROORGANISMS,PURIFICATION,FORMULATION,MICROORGANISMS TO BE INACTIVATED,READY-TO-SELL PRODUCTS,GRANULATED PRODUCT,LIQUID PRODUCT,棉织物前处理工艺流程示意图,
