何林玲 何貝 張霞

（武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023）

蛋白酶在食品加工中的應(yīng)用進(jìn)展研究

何林玲*何貝 張霞

（武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023）

綜述了蛋白酶的性質(zhì)和作用機(jī)理及其在食品加工中的應(yīng)用的進(jìn)展研究，闡述了目前蛋白酶在食品加工中的應(yīng)用，提出了有待進(jìn)一步研究的問題，并對其在食品中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

蛋白酶；食品加工；作用機(jī)理；應(yīng)用；進(jìn)展

蛋白酶是一種重要的工業(yè)酶制劑，可以催化蛋白質(zhì)和多肽的水解，廣泛存在于果實(shí)、植物莖葉、動(dòng)物內(nèi)臟和微生物中。在食品加工中，催化食品蛋白質(zhì)降解的酶有3種不同的來源：內(nèi)源蛋白酶、微生物分泌的蛋白酶和人為添加的蛋白酶制劑。食品加工過程中，比較重要的蛋白酶應(yīng)用包括蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)、轉(zhuǎn)蛋白反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。

1 蛋白酶的作用機(jī)理

在蛋白酶的催化作用下，蛋白質(zhì)分子中肽鏈斷裂（即酰胺鍵斷裂），生成肽鍵長度較短的肽分子或游離氨基酸，但是普通的蛋白酶催化反應(yīng)并不能確切反映蛋白酶對蛋白質(zhì)催化水解時(shí)的實(shí)際反應(yīng)過程。根據(jù)酶催化反應(yīng)的理論可知，在反應(yīng)過程中有酶-底物中間體形成，即在蛋白質(zhì)分子發(fā)生肽鍵裂解反應(yīng)前，酶是通過與底物之間的作用來改變反應(yīng)途徑的，但不改變反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，這樣降低了水解反應(yīng)的活化能，使得反應(yīng)在較溫和的條件下以較快的速度進(jìn)行。

在蛋白酶水解過程中，蛋白質(zhì)分子是蛋白酶催化反應(yīng)的底物，所生成的肽分子本身也可以成為酶催化反應(yīng)的底物，所以反應(yīng)一般是連續(xù)進(jìn)行的。此外，由于在反應(yīng)體系中水的量一般很大，因此反應(yīng)的趨勢是生成大小不等的肽分子片段。但當(dāng)反應(yīng)中底物或者是其他氨基酸的量很大時(shí)（例如在Plastein反應(yīng)條件下），則在最后一步反應(yīng)中不是水分子進(jìn)攻酶-肽片段，而是由體系中存在的其他肽片段或氨基酸進(jìn)攻酶-肽片段，此時(shí)發(fā)生蛋白質(zhì)的合成反應(yīng)，肽片段或氨基酸同另外的一個(gè)片段通過酰胺鍵結(jié)合，新生成的肽分子與原來的肽分子在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面都顯著不同。

2 蛋白酶在食品加工中的應(yīng)用

2.1 蛋白酶在乳品工業(yè)中的應(yīng)用

凝乳酶在乳品工業(yè)中的應(yīng)用最為常見。干酪生產(chǎn)的第一步是將牛奶用乳酸菌發(fā)酵制成酸奶，再加凝乳酶水解κ-酪蛋白，在酸性環(huán)境下，使酪蛋白凝固，再切塊加熱壓榨熟化而成。以前所用凝乳酶均取自小牛，現(xiàn)在絕大部分的動(dòng)物酶已由微生物酶所代替。凝乳酶已成為僅次于淀粉酶的大宗商品，凝乳酶的本質(zhì)是酸性蛋白酶，凝乳作用強(qiáng)而蛋白分解作用弱，在一定程度上使酪蛋白分解形成苦味。現(xiàn)在用基因工程的方法將牛凝乳酶原生成基因植入大腸桿菌，已經(jīng)表達(dá)成功，用發(fā)酵法已可生產(chǎn)凝乳酶。

堿性乳蛋白酶是一種絲氨酸蛋白酶，其含量隨泌乳期的延長而增加。堿性乳蛋白酶相對分子質(zhì)量約為81 000，分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)雙硫鍵，其能夠催化水解的化學(xué)鍵一般為由賴氨酸、精氨酸的羧基形成的肽鍵，專一性類似于胰蛋白酶。此酶能水解β-酪蛋白產(chǎn)生疏水性更強(qiáng)的κ-酪蛋白，并且也能水解α-酪蛋白產(chǎn)生λ-酪蛋白，但不能水解κ-酪蛋白，乳球蛋白變性后對它存在抑制作用。在奶酪成熟過程中，堿性乳蛋白酶參與乳蛋白質(zhì)的早期水解作用。此外，由于堿性乳蛋白酶對熱較為穩(wěn)定，它對經(jīng)過超高溫處理的牛乳的凝膠作用也有貢獻(xiàn)。

2.2 蛋白酶在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

釀酒工業(yè)中蛋白酶的應(yīng)用較為常見的是在啤酒的生產(chǎn)中。啤酒在保藏中經(jīng)常發(fā)生混濁現(xiàn)象，產(chǎn)生混濁的原因：一是微生物污染（比較少見），二是在低溫下啤酒中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)（比較多見）。由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的混濁物質(zhì)主要由蛋白質(zhì)（15%～65%）和多酚類化合物（10%～35%）構(gòu)成，此外還有少量的碳水化合物和其他的物質(zhì)。減少啤酒混濁現(xiàn)象的一個(gè)有效方法是添加一些蛋白酶以除去啤酒中的蛋白質(zhì)，經(jīng)過木瓜蛋白酶的處理，啤酒樣品經(jīng)過Sephadex G-25凝膠過濾，所得到的不同組分再利用Folin試劑進(jìn)行分析，可以明顯地看出相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)部分減少，同時(shí)伴隨著游離氨基酸量的增加。一般在啤酒巴氏殺菌之前加入蛋白酶，經(jīng)常使用木瓜蛋白酶。由于木瓜蛋白酶具有較高的耐熱性，因此啤酒經(jīng)巴氏殺菌后，酶活性仍有殘存的可能。在啤酒生產(chǎn)過程中，當(dāng)過濾除去酵母后，啤酒中已不存在蛋白酶的活性。

近年來開始研究用固定化木瓜蛋白酶處理啤酒，使啤酒中的蛋白質(zhì)降解以減少混濁現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3 蛋白酶在肉類加工中的應(yīng)用

蛋白酶在肉類加工中的重要作用是改善組織、嫩化肉類，以及轉(zhuǎn)化廢棄蛋白成為供人類食用或作為飼料的蛋白濃縮物。肉類中存在著一定數(shù)量的膠原蛋白質(zhì)，膠原蛋白質(zhì)中的交聯(lián)數(shù)目和強(qiáng)度隨動(dòng)物年齡的增加而提高，這可能是導(dǎo)致肉類質(zhì)量下降的原因。肉類嫩化劑的主要成分是蛋白酶和鹽，其中使用最多的蛋白酶是木瓜蛋白酶，最近已有米曲霉等微生物蛋白酶用于肉類產(chǎn)品的嫩化。雖然在蛋白酶的作用和嫩化劑的效力之間的關(guān)系方面作了很多的研究工作，但是仍然有許多理論問題沒有搞清楚。

另外，蛋白酶還可用于生產(chǎn)牛肉汁、雞汁等以提高產(chǎn)品收率。此外將酸性蛋白酶在中性條件下處理解凍魚類，可以脫除魚腥味。

2.4 蛋白酶在低值水產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

低值水產(chǎn)品雖然其本身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，但是其蛋白質(zhì)含量非常高，開發(fā)前景很大。用蛋白酶法從低值水產(chǎn)品中提取的蛋白質(zhì)不同于食品原料中的蛋白質(zhì)，產(chǎn)物中含有較多更容易被人體吸收的肽類及氨基酸成分。另外，蛋白酶的溶解性如可濕性、可溶性、彌散性等高于糖和奶粉的溶解性，在魚糊、調(diào)味品、人造牛奶、蛋白質(zhì)飲料和人造肉類制品等的制作中都有廣泛的應(yīng)用。使用蛋白酶水解方法可減少營養(yǎng)素的流失，避免微生物的危害，這就使得產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值和感官質(zhì)量有了很大的提高。

2.5 蛋白酶在烘焙食品加工中的應(yīng)用

在面包生產(chǎn)加工過程中，應(yīng)用蛋白酶可以改變面筋性能。蛋白酶的作用是形成面筋的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其作用主要表現(xiàn)在面團(tuán)發(fā)酵過程中。盡管蛋白酶的種類有很多，切斷肽鍵的位置也不同，但在面筋中的作用都是一樣的，可將它分解成相對分子量較小的物質(zhì)，從而使面團(tuán)的黏度降低。因此添加適量的蛋白酶，可得到黏性適中的面團(tuán)，同時(shí)可以縮短面團(tuán)調(diào)制時(shí)間。由于面團(tuán)的彈性降低，使發(fā)酵時(shí)面筋的網(wǎng)孔變得細(xì)密，面筋的膜變薄，加工出來的面包緊密均勻，觸感柔軟。此外，在面包燒烤過程中，蛋白酶失活基本不發(fā)揮作用，但是面團(tuán)發(fā)酵過程中生成的氨基酸會(huì)與糖發(fā)生焦糖化反應(yīng)，這使得面包外皮色澤得到改善同時(shí)還增加面包香味。

另外，在硬脆餅干的生產(chǎn)加工中，用到細(xì)菌蛋白酶或霉菌蛋白酶，其對面筋蛋白質(zhì)的作用是不可逆的。蛋白酶可以改善餅干面團(tuán)黏彈性，使面團(tuán)不撕展，容易下壓成很薄的片狀，同時(shí)使其在烘焙時(shí)保持平整而不卷邊。

2.6 蛋白酶在茶飲料中的應(yīng)用

目前蛋白酶在茶飲料中的應(yīng)用不是很多，有學(xué)者研究表明，木瓜蛋白酶可以使茶葉中的可溶性蛋白質(zhì)被分解，這樣使氨基態(tài)氮含量增加，茶汁的鮮味感增強(qiáng)，茶汁的風(fēng)味也有了明顯的改善。由于現(xiàn)在低糖和無糖茶飲料得到大家的推崇，這就要求在口感上更接近茶原始風(fēng)味，因此開發(fā)高香、鮮醇干爽、無沉淀的茶飲料產(chǎn)品是未來發(fā)展的重要方向。

2.7 蛋白酶在調(diào)味品中的應(yīng)用

以大豆和麩皮為原料的發(fā)酵醬油前發(fā)酵都要通風(fēng)制曲，菌種的質(zhì)量和制曲的工藝是影響原料利用率的關(guān)鍵因素。優(yōu)質(zhì)的曲種和先進(jìn)的制曲工藝，以及酶制劑的應(yīng)用，可大大提高原料的利用率。中國采用米曲霉3.042、3.951為多，米曲霉生長過程中產(chǎn)生豐富的蛋白酶，有中性蛋白酶、酸性蛋白酶和堿性蛋白酶，有利于豆粕中的蛋白質(zhì)降解成氨基酸，賦予醬油特殊的香味，但對醬油鮮味起重要作用的是中性蛋白酶和酸性蛋白酶。其中酸性蛋白酶，更加有利于蛋白質(zhì)的降解，因醬醅呈酸性，適合于酸性蛋白酶的水解條件。這樣既有利于提高原料的利用率，又有利于增進(jìn)醬油的香味。

2.8 蛋白酶在其他豆制品中的應(yīng)用

大豆加工產(chǎn)品是人類植物蛋白質(zhì)的重要來源，尤其是豆奶，占飲料市場的一大份額。此外，還利用大豆生產(chǎn)水解蛋白，用于肉類加工中，如生產(chǎn)各種風(fēng)味的火腿腸。生產(chǎn)豆奶產(chǎn)品時(shí)，添加酶制劑可脫腥脫苦，蛋白酶和果膠酶可提高成品率，使蛋白質(zhì)和脂肪的含量明顯增加，風(fēng)味也得到改善。

3 結(jié)束語

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人們對蛋白酶在食品中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，利用其在食品中的特殊性質(zhì)來改善食品的功能和價(jià)值。目前，蛋白酶已大量投入到各個(gè)食品行業(yè)的應(yīng)用中?？v觀蛋白酶的研究開發(fā)狀況，目前已得到高效性、專一性和產(chǎn)品風(fēng)味好的酶制劑，同時(shí)提高其分離純化技術(shù)，降低其生產(chǎn)成本，獲得高純度的生物活性物質(zhì)，使酶制劑在食品加工中得到更加廣泛的應(yīng)用。相信隨著技術(shù)的不斷革新，蛋白酶的發(fā)展將會(huì)為食品工業(yè)及改善人民生活做出更大的貢獻(xiàn)。

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Research on application progress ofprotease in food processing

HE Linling*HE Bei ZHANGXia
（College offood science and engineering，Wuhan polytechnic university，Hubei Wuhan 430023，China）

The properties ofprotease,mechanismand its application in food industryhave been reviewed.Applications ofprotease in food processingat present were explored.The problems to be further studied and its application prospect in food were put forward.

protease；food processing；mechanism；application；progress

TS201.2+5

A

1673-6044（2014）01-0012-03

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.01.004

*何林玲，女，1990年出生，武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院研究生在讀。

2013-11-26

修回日期：2013-11-28