酶制剂作为面粉改良剂的作用及发展趋势

酶制剂作为面粉改良剂的作用及发展趋势
摘要：本文综述了当前用于面粉品质改良剂中多种酶制剂的作用机理、应用效果和应用优势,并讨论了应用于面粉改良中酶制剂的最新研究进展,展望了在面粉工业中酶制剂的应用前景和发展趋势。
关键词：酶制剂;面粉;应用;作用机理
酶制剂，（Zymin）是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质，主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应，改进食品加工方法。在我国传统饮食中，面粉是一日三餐中最大量的主食之一，同时也是现代食品工业中最主要的原辅料之一。随着人们生活水平的日益提高和食品工业的不断发展，人们对面粉及面制食品的品质也提出了更高的要求，因此不得不通过添加国际上通常使用的面粉改良剂来改善面粉的品质，生产出相应的专用粉。1995年第44届JECFA确认溴酸钾有致癌性和遗传毒性，不宜用作食品添加剂，许多国家都相继禁止使用。因此各国的科技工作者都在寻找、研制溴酸钾的替代品。食品行业和大众消费者迫切需要健康、天然、无公害的面粉改良剂，酶制剂则正好符合这一要求，酶制剂来自生物（动物、植物、微生物），是一类蛋白质，而且许多酶制剂是用现代生物技术制作，是一种纯天然的生物制品、绿色食品添加剂。在谷物加工和其它食品加工中被广泛应用，在面粉工业中的应用早已引起人们的重视，在各种专用粉的生产和改良中发挥着不可忽视的作用[2-6]。我国卫生部决定自2005年7月1日起，取消溴酸钾作为面粉处理剂在小麦粉中使用。因此采用新型酶制剂和其它安全、天然的成分，开发出以酶制剂为主体的新型高效的能替代溴酸钾的面粉品质改良剂成为我们面粉改良工作的重点方向之一。本文就常用于面粉品质改良的酶制剂分别作以论述，并对酶制剂在面粉品质改良中的应用发展趋势作以展望。
1.4脂肪酶[4, 7, 15, 22]
脂肪酶又叫脂酶、甘油酯水解酶,系统名为EC3.1.1.3,在烘焙工业中的应用也是最近几年才开始。脂肪酶作用于脂肪中的酯键,它能催化甘油三酯水解生成甘油二酯或甘油一酯或甘油。生产脂肪酶的微生物主要是有假丝酵母、黑曲霉、根霉、假单孢菌、葡萄球菌等。其最适pH6.0~9.0,温度30~40℃,能被钙离子和低浓度胆碱盐激活。其中应用于面粉工业的脂肪酶来源于微生物。脂肪酶可以添加于面包、馒头及面条的专用粉中。在面包专用粉中加入脂肪酶可以得到更好的面团调理功能,使面团发酵的稳定性增加,面包的体积增大,内部结构均匀,质地柔软,包心的颜色更白,且能提高面包的保鲜能力;而脂肪酶水解脂肪形成的单酰甘油能与淀粉结合形成复合物,从而延缓淀粉的老化,提高面包的保鲜能力,在面条专用粉中加入脂肪酶,可减少面团上出现斑点,提高咬劲,使面条在水煮中不粘连、不易断,表面光亮。在面粉中适量添加脂肪酶可明显增加面粉的抗拉伸阻力,延伸性增加,可以解决加入强筋剂后面粉的延伸度变得过小的不足。
1.7蛋白酶[4, 7, 15]
蛋白酶是催化分解蛋白质肽键的一类酶的总称。蛋白酶作用于蛋白质,将其降解为小分子的蛋白肽、多肽、游离氨基酸。蛋白酶种类繁多,广泛存在于所有生物体内,按其来源可分为植物蛋白酶、动物蛋白酶和微生物蛋白酶,按性能分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。酸性蛋白酶最适pH为2~5,中性蛋白酶最适pH为6~8,碱性蛋白酶pH为9~11。蛋白酶也是最早应用面粉工业的酶制剂之一,它主要用于饼干专用粉和面包专用粉中。面团中面筋蛋白经蛋白酶处理后,能够改善其机械特性和烘焙品质。蛋白酶用在强筋粉中,效果较好,可降低面团的弹性,提高其延伸性,从而改善了机械特性,同时与亚硫酸氢钠等用于弱化面筋的化学还原剂相比,蛋白酶作用专一性强,从而充分显示了生物酶制剂在作为面粉改良剂上的优势。细菌来源的胞内蛋白酶很少在面包中应用,因为它对面筋的网络结构会产生不良影响,但可取代焦亚硫酸钠应用于饼干、脆片、甜点、比萨制作,因为使用焦亚硫酸钠会使维生素遭到破坏和形成过量的气体。胞外蛋白酶则能够改善面包皮的颜色和面包的口味。现在已经开发出了一些特定的胞外蛋白酶只水解外端氨基酸,这样可释放一些亮氨酸和苯丙氨酸,这两种氨基酸都是面包芳香味的构成物质。
1.5脂肪氧化酶[1, 6]
脂肪氧化酶又称不饱和脂肪酸氧化还原酶,脂肪氧化酶存在于苜蓿、豌豆、扁豆、等豆科植物中,萝卜及马铃薯中也有,但以大豆中的活性最强。由大都结晶的脂肪氧化酶,相对分子量为102000,等电点为5.4。最适pH不能简单决定,而是受底物的溶解性左右,一般pH6.0~3.0,最适温度在20~30℃之间。脂肪氧化酶可催化分子氧,对面粉中具有戊二烯1, 4双键的油脂发生氧化,形成氢过氧化物。氢过氧化物氧化蛋白质分子的巯基(-SH)形成二硫键(-S-S-)并能诱导蛋白质分子聚合,使蛋白质分子变得更大,从而增强面筋的作用。脂肪氧化酶可通过偶合反应破坏胡萝卜的双键结构,从而起到漂白面粉,改善面粉色泽的作用。而脂肪氧化酶催化亚油酸生成的过氧化物,可改善面包的香气,为面包增香。由此可见,脂肪氧化酶兼具强筋和增白的功效,可以用来替代强筋剂溴酸钾以及减少漂白剂过氧化苯甲酰的用量。
1.1.4糖化酶[17]
糖化酶又称淀粉A-1，4-糖苷酶(编号EC3.2.1.3)常用名为葡萄糖淀粉酶。是一种外切酶，作用于淀粉或糖原时，此酶能从淀粉两端水解出葡萄糖，从糖链的非还原性末端开始，以葡萄糖为单位，逐一切断A-1，4-糖苷键，并使葡萄糖发生构型转换，从A型转变成B型。也能缓慢水解A-1，6-糖苷键，转化成葡萄糖。该酶作用直链淀粉的产物几乎全部是葡萄糖，作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有A-1，6-糖苷键的寡糖。糖化酶主要由霉菌和根霉产生的，在正常使用浓度下溶入水，最适pH值为4.0~4.5，最适温度为58~60℃。此酶的耐酸性较好，在25℃，pH3.0下，活力稳定而不降低。此酶水解出来的葡萄糖能参加美拉德反应，使面包增加色泽和风味，同时也可以应用于冷冻面团中，使得面团中的酵母能在深度冷冻面团中很快起作用。
1应用在面粉改良中的主要酶制剂
1.1淀粉酶
淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，包括A-淀粉酶（包括真菌A-淀粉酶）和细菌A-淀粉酶、B-淀粉酶、麦芽糖淀粉酶和糖化酶，常用的有A-淀粉酶和麦芽糖淀粉酶。
1.1.1真菌A-淀粉酶[1-13]
真菌A-淀粉酶简称FAA，来源于米曲霉，是第一个应用于面包制作的微生物酶。实践应用结果表明，真菌A-淀粉酶作为面粉改良剂添加到面粉中后，在面包中添加真菌A-淀粉酶可以使面包变得柔软，能够增强面团的延展性以及持气的能力，麦芽糖能被酵母利用产生CO2，从而使面包体积增大，糊精的存在使得面包纹理疏松，同时对改良面包外皮色泽有良好的效果，能出炉后制成感觉良好的面包。实验还表明：真菌淀粉酶( FAA)能够降低小麦粉的粉质特性指标，提高而团的拉伸性能，它对馒头的作用效果较显著，能改善馒头的质量、风味、弹性和体积[14]。
1.1.3麦芽糖淀粉酶[5,8,15,16]
麦芽糖淀粉酶具有独特的抗老化作用，它能水解淀粉，生成A-麦芽糖和一小部分的糊精，从而保持面包的弹性、松软、新鲜。麦芽糖淀粉酶是一种经基因工程改良的枯草杆菌深层发酵而来的经纯化而得的新型酶制剂，它能够延缓面包的老化过程，延长烘焙食品的货架期，同时也不会影响面团的加工性能。它在烘焙过程中，仅作用于面粉中的淀粉，使其产生小分子量的糊精，并被利用来防止淀粉和蛋白之间的相互作用而引起烘焙制品老化。麦芽糖A-淀粉酶的耐热性处于真菌A-淀粉酶和细菌A-淀粉酶之间，只有在淀粉糊化温度下才表现出高度的活性，因此它不会改变面团的布拉班德特性。在烘焙过程中仍能起作用，并在烘焙的最后阶段被灭活。所以也不会导致淀粉的过度分耐热型细菌A-淀粉酶如果添加过量，那么面包在烘焙过程中就会出现塌缩，而且在贮存过程中也会出现面包心发黏，麦芽糖淀粉酶则减少了这种现象的发生。另外麦芽糖淀粉酶对于面包的柔软度和弹性也有一定的影响。
1.1.2细菌A-淀粉酶[4,5,15]
细菌A-淀粉酶一般是耐热的枯草杆菌A-淀粉酶，在作用机理上与真菌A-淀粉酶有一定的差别。细菌A-淀粉酶具有防腐抗老化的能力，其机理是此酶能将淀粉分解生成分子量低的分支淀粉、干涉支链淀粉的重结晶。产生的糊精会干涉面包中膨胀淀粉粒与蛋白质网络结构的相互作用，而且支链淀粉和支链淀粉中裂开的键有助于支链淀粉-脂肪复合物的形成。在面包的制备过程中，细菌A-淀粉酶的热稳定性较高，使得在烘焙中仍有活性，从而使可转化的淀粉也相对较多。并且在烘焙中，淀粉糊化后更易水解,这会给面包成品质量带来不良影响。但与真菌A-淀粉酶相比，它能产生很好的抗老化效果。而且对面包的弹性和口感都要优于真菌A-淀粉酶，因此小规模的使用及如何解决其耐高温特性而造成最终产品发黏的问题是十分重要的。
1.6谷氨酰胺转氨酶
谷氨酰胺转氨酶是一种广泛存在于人体、高级动物、植物和微生物中的一类酶,能够催化蛋白质分子之间或分子内的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺残基的水解。它还具有其独特的性质:它可以通过赖氨酸分子交联到蛋白质大分子上,保护食品中的赖氨酸免受各种加工过程的破坏;通过上述反应,可改善各种蛋白质的功能性质,如营养价值、质地结构、口感和贮存期等[23-25]。谷氨酰转氨酶的作用特点在于[26]: (1)黏合力极强。(2) pH稳定性很好。(3)热稳定性强。(4)谷氨酰胺转氨酶在催化蛋白质反应的过程中,温度(在保持酶活温度内)与时间成负相关关系,反应温度高,反应时间短。(5)使用安全性高。倪新华[27]等应用单一酶制剂谷氨酰胺转胺酶对面粉进行了品质改良研究,结果表明,谷氨酰胺转胺酶可以催化面筋蛋白形成E- (C-谷氨酰基)赖氨酸共价键,从而明显改善面团的粉质特性,使面团的形成时间、稳定时间、断裂时间增加,面团的弱化度降低。
1.3半纤维素酶[4, 7, 15]
半纤维素酶类是一组复杂酶的属名,通常又称为木聚糖酶或聚戊糖酶。半纤维素酶类包括内切木聚糖酶、外切木聚糖酶、纤维二糖水解酶、阿拉伯呋喃糖苷酶,这些酶能以半纤维素为底物,并对不同的底物都有其本身的特异性。最常用的半纤维素酶类来自曲霉属和木霉属的半纤维素酶,其开发应用研究已有近10年。木聚糖酶在焙烤中的应用是相当广泛的,它在半纤维素类酶制剂中起着最为重要的作用,其用量要比传统的半纤维素酶制剂小很多,其最适作用pH为4~6,最适温度50~60℃。大量实验证明,在面粉中添加木聚糖酶,能使不溶性阿拉伯木聚糖增溶、改进面团的机械强度和增加面包的体积、改进面包的色泽。通常情况下面粉中存在着内源酶,能使15%~20%的不溶性戊聚糖溶解。但加入外来的酶,可使溶解量增至40%~65%。在面包的生产中, 1/3的水分是面团中的戊聚糖吸收,由于它们的高水结合能力,因此会影响面团的流变特性。实验研究表明木聚糖酶对面团的粉质特性和拉伸性能影响都不太显著,对蒸煮食品品质影响不如葡萄糖氧化酶对面团的粉质性能改良效果最好,它能显著提高面团的稳定时问和评价值,降低面团的弱化度;它能明显改善馒头和面条的内部结构和表观状态[14]。