纤维素酶在食品中的应用

纤维素酶在食品中的应用 作者:谭思源 班级:10食品班 学号:1002061029 摘 要:介绍纤维素酶的组成与功能～根据其组成可分为各种功能的酶。其活性随着pH值、温度、盐离子浓度等的改变而改变。它的来源非常广泛～昆虫、细菌、放线菌、真菌等都能产生纤维素酶。纤维素酶的应用也非常广泛～在发酵食品、果蔬加工、大豆加工、茶叶加工、饮料行业、畜牧生产、废渣的回收利用中都具有重大意义。其应用前景十分广阔。 关键词:纤维素酶,食品,组成与功能,性质,来源,应用,缺点 引 言:纤维素是地球上数量最大的再生资源～是植物细胞壁的主要组成成分。它是能将纤维素水解成葡萄糖的一组酶的总称～能水解纤维～是生物催化剂。其功能是将植物纤维素降解～但其自身很难被分解利用。目前～自然界中的纤维素大部分没有被利用～能 源和资源日趋危机～造成巨大的资源浪费～甚至环境污染～而纤维素酶可将富含纤维素的农副产品和工业废料等进行有有效的转化～对于扩大食品工业原料和植物资源的综合利用～提高原料利用率～净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。现在纤维素酶的应用已扩展到医药、纺织、 日用化工、造纸、食品发酵、工业洗涤、烟草、石油开采、废水处理及饲料等各个领域。 1、纤维素酶的组成与功能 纤维素酶根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶(来自真菌的简称EG，来自细菌的简称Cen)，外切葡聚糖酶(来自真菌的简称CBH，来自细菌的简称(Cex)和β-葡聚糖苷酶(简称BG)。内切葡聚糖酶随机切割纤维素多糖链内部的无定型区,产生不同长度的寡糖和新链的末端。外切葡聚糖酶作用于这些还原性和非还原性的纤维素多糖链的末端,释放葡萄糖或纤维二糖。β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖产生两分子的葡萄糖。真菌纤维素酶产量高、活性大，在畜牧业和饲料工作中主要应用真菌来源的纤维素酶。 2、纤维素的性质 2、纤维素酶的最适pH 纤维素酶系中，大多数酶作用于底物的最适pH值为4.0—6.0，H值的稳定范围为4.0—9.0。酶制剂的最适pH值会随着底物的改变而变化，即使底物不变，酶制剂的最适pH值也随着酶活力的测定方法而改变。另外，最适pH与反应温度有关。 2.2纤维素酶的最适温度 大多数纤维素酶都具有较高的热稳定性，一般最适温度为40—65?，温度稳定范围为50—70?，但各组分酶的热稳定性也有差异，并受到pH值的影响。 2.3纤维素酶活力与盐离子的关系 重金属(Ag，Cu，Mn，Hg等)、 卤素化合物、去垢剂、染料、巯基试剂、植物体内的某些酚、单宁、花色素和葡萄糖酸内酯能有效地抑制纤维素酶的活力，但是半胱氨酸能消除它们的抑制作用，甚至进一步激活纤维素酶。 而NaF，Mg，CoCl和中性盐对纤维素酶有激 活作用。 3、纤维素酶的来源 纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、细菌、放线菌、真菌等都能产生纤维素酶。主要是葡聚糖内切酶，但大多数对结晶纤维素没有活性，且所产生的酶是胞内酶或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加了提取纯化的难度，在工业上很少应用。目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝状真菌，其中酶活力较强的菌种为木霉属、曲霉属和青霉属， 特别是绿色木霉及其近缘菌株等较为典型，是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。 4、纤维素酶在食品中的应用 现纤维素酶已被用于果蔬汁的提取，果汁的澄清，马铃薯中淀粉类的有效分离等。加入纤维素酶可达到提高细胞内含物的提取率，改善食品质量，简化加工工艺和难度等目的，纤维素酶也可增加食品的营养成分。 4(1在发酵食品中的应用 4.1.1在食醋酿造中的应用 食醋酿造过程中 ,将纤维素酶与糖化酶混合使用 ,可明显提高原料利用率和出品率。将纤维素酶用于液态发酵酿造食醋 ,纤维素酶的加入量为10,50μmol/min,酒精产量、食醋产量和主料出品率可分别提高 7.5%,23.8%、0. 25,1.38kg和 5.1%,27.2%。 4.1.2在酱油酿造中的应用 酱油是一种富有营养价值的调味品,酱油的天然酿造除了用蛋白酶淀粉酶等各种酶作用的方法，在入池发酵时加入纤维素酶，可使大豆类等原料的细胞膜膨胀软化破坏，使包藏在细胞中的蛋白质碳水化合物释放这样既可提高酱油浓度， 改善酱油质量，又可缩短生产周期，提高产率，而且使成品酱油的氨基酸含量可提高 12%,糖分提高18%，色泽好，不需要外加糖色。另外纤维素酶可以把酿造酱油原料中的天然纤维素分解成葡萄糖。被分解的葡萄糖在酱油酿制的发酵过程中可进行美拉德反应加深酱油的色泽 ,同时还可成为有益微生物的碳源。所以，纤维素酶在酱油酿造中起着重要作用。而且，用纤维素酶预处理啤酒糟可提高啤酒糟蛋白酶解率10%以上。 4.1.3在酒类酿造中的应用 纤维素酶应用于制酒工业 ,在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率、降低醪液的粘度、缩短发酵时间。生产酒精的原料大多为玉米高粱木薯和薯干(这些原料中含有丰富的淀粉外 ,一定比例的纤维素、半纤维素及其他碳水化合物)等，使用纤维素酶，可同时将淀粉和纤维素转化为糖，原料利用率提高，再经酵母分解全部转化为酒精，，用野生果实酿酒时加入纤维素酶，出酒率最高可达 29.5%纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面:纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面:一是原料中部分纤 - 2 - 维素分解成葡萄糖供酵母使用; 另一方面， 由于纤维素酶植物细胞壁的分解，有利于淀粉释放和利用。现在，日本现已完成由蔗渣、稻草为原料生产燃料酒精的中试。 4.2果蔬加工的应用 果蔬加工中的应用大多数果蔬材料中不同程度地含有纤维素，在果蔬加工过程中采用纤维素酶作适当处理，可以使植物组织软化，改善口感，简化工艺。在制备脱水蔬菜如胡萝卜、土豆等时，经适当纤维素酶处理后再干燥脱水，可改进脱水蔬菜的烧煮性和复原性。另外，利用纤维素酶对纤维素类物质的降解既可以提高果汁的出汁率 ,促进其澄清。 4.3在大豆加工中的应用 纤维素酶用于处理大豆，可促使其脱皮，同时，由于它能使胞壁破坏，使包含其中的蛋白质、油脂完全分离，增加其从大豆和豆饼中提取优质水溶性蛋白质和油脂的获得率，既降低了成本，缩短了时间，又提高了产品质量。 4.4在茶叶加工中的应用 速溶茶饮用方便，可同其他饮料调用，要求速溶后不留渣生产上常用热水浸提法提取茶叶中的有效成分若用沸水浸泡并与酶法结合，纤维素酶加入砖茶中，可部分代替微生物发酵作用，既可缩短抽提时间，又可提高水溶性较差的茶单宁和咖啡因等的抽提率，并能保持茶叶原有的色、香、味。因此，使用纤维素酶使我们的茶叶能够得到更多的人的青睐。同时茶叶拥有悠久的历史，相信在以后会越来越好～ 4.5在饮料行业中的应用 日本有专刊报道，用纤维素酶处理豆腐渣后，再接入乳酸菌进行发酵，可制得高营养高品味的发酵饮料将纤维素酶应用于果蔬榨汁和花粉饮料中，可提高汁液的提取率(约10%)和促进汁液澄清，使汁液透明不沉淀，提高可溶性固形物的含量，并可将果皮渣综合利用目前有已成功将柑橘皮渣酶解，制取全果饮料的报道，其中的粗纤维有50%降解为短链低聚糖，即全果饮料中的膳食纤维，使这种饮料具有一定的保健医疗价值。 4.6用于生产单细胞蛋白 单细胞蛋白(简写 SCP 又叫微生物蛋白或菌体蛋白)所含的营养物质极为丰富 ,其中 ,蛋白质含量高达 40% ,80%,比大豆高 10% ,20%,比肉、鱼和奶酪高20%以上 ,氨基酸的组成较为齐全 ,含有人体必需的 8种氨基酸 ,尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。一般成年人每天食用 10,15 g干酵母 ,就能满足对氨基酸的需要量用纤维素酶生产单细胞蛋白的方法主要有两种:一种是先将纤维素经纤维素酶等水解后再由微生物生产单细胞蛋白;另一种是直接利用纤维分解。第一种微生物通常是纤维素分解菌 ,而第二种微生物则在纤维素降解产物上生长 ,增加菌体量。Han等将具有较强纤维素酶活力的纤维杆菌属的细菌培养在含纤维废料的培养基中，得到原料重量50%的菌体，其蛋白质含量为45%。 4.7、纤维素酶在畜禽生产中的应用 - 3 - 常见的畜禽饲料如谷物、豆类、麦类及加工副产品等都含有大量的纤维素。除了反刍动物借助瘤胃微生物可以利用一部分外，其它动物如猪、鸡等单胃动物则不能利用纤维素。近年来，国内外利用真菌纤维素酶成为提高畜禽生产性能和饲料利用率的重要措施之一。 4.8在废渣的回收利用的应用 应用纤维素酶或微生物把农副产品和城市废料中的纤维素转化成葡萄糖、酒精和单细胞蛋白质等，这对于开辟食品工业原料来源，提供新能源和变废为宝具有十分重要的意义。 5、缺点 我国是一个资源十分紧张的国家，土地少、人口多。纤维素是自然界中十分丰富的资源，是800-1200个葡萄糖分子聚合而成。但也有它的不足之处，今后应进一步加强纤维素酶研究和开发工作。主要有如下几方面: 5.1、进一步加强纤维素酶的作用机制研究。 纤维素酶应用于饲料，作用于动物消化道，其机制尚未清楚。从理论上决定其添加量还很困难，目前只能从实验结果来决定，受影响因素很多，往往效果不够理想。对于单用多种原料的纤维素酶最佳添加量也研究不多，这将严重制约纤维素酶的推广应用。 5.2、酶的产量和活性都不高，成本偏高。 今后应加强菌种选育和发酵工艺等基础研究工作，以提高其产量和活性，特别是要注意利用DNA基因重组技术的应用，来选育出活性高、产酶量大的菌种。 5.3、加强纤维素酶检测方法研究。 虽然纤维素酶的检测方法很多，但真正能适合的检测方法还没有，这给实际应用工作带来困难，如无法比较不同厂家的产品质量，确定纤维素酶添加量也很困难，应组织有关力量，制订出统一的检测方法标准，供生产中应用。 结论:食品工业是纤维素酶应用最广泛的邻域之一。现阶段～纤维素酶已广泛应用于食品等一些行业中～纤维素酶来源广～成本低～可提高产品质量和原料利用率。除上面写的应用外～纤维素酶在活性物质提取～油料作物～啤酒生产～焙烤食品等方面也起着重要的作用。但在纤维素酶的应用上还存在一些不足～相信在以后的路上这些不足会得以解决～纤维素酶会得到更好更多的应用。总之～纤维素酶应用前景广阔。 参考文献: - 4 - 1、王菁莎，王颉，刘景彬 《纤维素酶的应用现状》 中国食品添加剂。 2、明景熙 《啤酒工业中可再生性资源的开发》 中国酿造。 3、 刘翔，何国庆 《纤维素酶及相关酶在食品生物技术中的应用》 粮油加工与机械。 4、 尚英 《纤维素酶的性质及其在食品发酵生产中的应用》 中国自然科学。 5、邱雁临 《纤维素酶对啤酒糟蛋白酶解率的影响》 粮油加工与食品机械。 6、乞永立，耿月霞，任章启 《纤维素酶的生产及应用》 河北化工。 7、阎训友，刘志敏，史振霞 《纤维素酶在食品工业中的应用进展》 食品工业科技。 - 5 -