第四章发酵技术和酶技术 第一节发酵技术 、发酵的概念 通常认为发酵为缺氧条件下糖类的分解。不过从食品工业角度 来看，为了扩大其范围，发酵可进一步被理解为有氧或缺氧条件下糖类或近似糖 类物质的分解 二、发酵的作用 1、产酸发酵 2、酒精发 3、生产发酵调味品 4、其他 三、重要的微生物作用类型 (一)重要的发酵类型 1.乳酸发酵 糖+乳酸菌一乳酸 2.酒精发酪 糖+酵母一酒精+C02 3.醋酸发酵 酒精+醋酸菌+02→醋酸+H20 4.丁酸发酵 乳酸或糖+酪酸梭状芽孢杆菌→丁酸+副产物 5.产气发酵 糖+大肠杆菌等一C02+H2 发酵的类型及机理 1.酒精发酵 酵母南 C。H12Oo 2C,HsOH +2CO2 2.醋酸发酵 酷酸杆 →CHCOOH+H2O 3.乳酸发酵 乳酸杆 C6H1206 →2CH,CHOH-COOH
1 第四章 发酵技术和酶技术 第一节 发酵技术 一、发酵的概念 通常认为发酵为缺氧条件下糖类的分解。不过从食品工业角度 来看，为了扩大其范围，发酵可进一步被理解为有氧或缺氧条件下糖类或近似糖 类物质的分解 二、 发酵的作用 1、产酸发酵 2、酒精发酵 3、生产发酵调味品 4、其他 三、重要的微生物作用类型 （一）重要的发酵类型 1. 乳酸发酵 糖+乳酸菌 → 乳酸 2. 酒精发酵 糖+ 酵母 → 酒精+ CO2 3. 醋酸发酵 酒精+醋酸菌+O2 → 醋酸+ H2O 4. 丁酸发酵 乳酸或糖+ 酪酸梭状芽孢杆菌→丁酸+副产物 5. 产气发酵 糖+大肠杆菌等→CO2+H2 发酵的类型及机理
4.酪酸发酵（丁酸发酵） 酪酸梭状芽孢杆菌 CHO。- CH (CH)COOH+2CO,+2HO 醇 这是不期望出现的发酵类型 ·(二)蛋白质降解 -蛋白质+变形杆菌等→胺+N3↑（腐败） 蛋白质降解有时也是需要被利用的，比如酱和酱油的生产、腐乳的 生产等 (三)脂解 脂肪+产碱杆菌→脂肪酸→醛类等（酸败变质） ·脂肪降解也有好的一面，在腐乳、肉制品生产中，部分降解形成香 (四)产毒 四、发酵保藏的原理 ·发酵保藏食品利用能够产酸和酒精的微生物的生长来抑制其它微生物的 生长 有利菌一旦能大批生长，在它们所产生的酒精和酸的影响下，原来 有可能被腐败菌所利用的食物成分将被发酵菌所利用。 ·有利菌的产物如酸和酒精等对有害菌有抑制作用，从而使得有害菌 的生长不能大量讲行，而保持食品不腐收。 微生物如果要在发酵和腌渍上有用 它认须且各二个面要特性 (1 这些微生物必须能在适合的底物和环境中生长并容易大量培养。 (2)这些微生物必须能够在上述条件下保持其生理稳定性，且易于产生 大量所必须的酶，以期能出现所要求的化学变化。 ·(3)为使微生物的生长和繁殖最快所必须的环境条件应相对较简单。 五、控制食品发酵的因素 ·酸度 P325 酒精含量 菌种的使用 温 氧的供给量 食盐 酸度 高浓度的氢离子可以降低细菌菌体表面原生质膜外，与输送溶质通过原生质膜相 2
2 • （二）蛋白质降解 – 蛋白质+变形杆菌等 → 胺 +NH3↑（腐败） – 蛋白质降解有时也是需要被利用的，比如酱和酱油的生产、腐乳的 生产等 （三）脂解 – 脂肪+产碱杆菌→脂肪酸→醛类等 （酸败变质） – 脂肪降解也有好的一面，在腐乳、肉制品生产中，部分降解形成香 味。 （四）产毒 四、发酵保藏的原理 • 发酵保藏食品利用能够产酸和酒精的微生物的生长来抑制其它微生物的 生长 – 有利菌一旦能大批生长，在它们所产生的酒精和酸的影响下，原来 有可能被腐败菌所利用的食物成分将被发酵菌所利用。 – 有利菌的产物如酸和酒精等对有害菌有抑制作用，从而使得有害菌 的生长不能大量进行，而保持食品不腐败。 微生物如果要在发酵和腌渍上有用，它必须具备三个重要特性： • （1） 这些微生物必须能在适合的底物和环境中生长并容易大量培养。 • （2） 这些微生物必须能够在上述条件下保持其生理稳定性，且易于产生 大量所必须的酶，以期能出现所要求的化学变化。 • （3） 为使微生物的生长和繁殖最快所必须的环境条件应相对较简单。 五、控制食品发酵的因素 • 酸度 P325 • 酒精含量 • 菌种的使用 • 温度 • 氧的供给量 • 食盐 酸度 高浓度的氢离子可以降低细菌菌体表面原生质膜外，与输送溶质通过原生质膜相
关的蛋白质和催化导致合成被膜组分的反应的酶的活性，从而影响了菌体对营养 物的吸收：另外高浓度的氢离子还会影响微生物正常的呼吸作用，抑制微生物体 内酶系统的活性 因此控制酸度可以控制发酵作用 酒精含量 酒精具有脱水的性质，可使菌体蛋白质因脱水而变性。另外，酒精还可以溶解菌 体表面脂质，从而起到一定的机械除菌作用。 酒精的防腐能力的大小取决于酒精浓度，按容积计12%15%的发酵酒 精就能抑制微生物的生长，而一般发酵饮料酒精含量仅为9%~13%，缺少防腐能 力，仍需经巴氏杀菌。 如果在饮料酒中加入酒精，使其含量达到20%（按容积计），则不需经 巴氏杀菌就足以防止腐败和变质。 菌种的使用 如果在发酵开始时加入大量预期菌种，那么它们就可以迅速地生长繁殖，并抑制 住其它杂菌的生长，从而促使发酵过程向着预定的方向进行。例如面包、馒头的 发酵，酿酒以及酸奶发酵就是采用了这种技术。随着科学技术的发展，发酵前加 入的预期菌种已可以用纯培养方法制得，这种纯培养菌种称为酵种(Starter), 它可以是单一菌种，也可以是混合菌种。蔬菜腌制品如酸白菜、泡菜等的制时作 常用到该技术。 温度 以卷心菜为例，在腌制过程中有三种主要菌种参与将卷心菜汁液中的糖分转化为 醋酸、乳酸及酒精等代谢产物。它们是肠膜状明串珠菌、黄瓜发酵乳杆菌和短乳 杆菌。其中肠膜状明串珠菌适宜生长和发酵的温度较低(21℃)，黄瓜发酵乳杆菌 和短乳杆菌能忍受较高的温度。如果发酵初期温度超过21℃，乳杆菌类极易生 长，使得肠膜状明串珠菌的生长受到抑制，这样就不可能形成 由肠膜状明串珠 代谢所产生的醋酸、酒精和其它预期的产物，影响了产品的风味。所以说卷心菜 腌制初期发酵温度应控制低些，到了发酵后期发酵温度可适当升高。 氧的供给量 霉菌是完全需氧性的，在缺氧条件下不能存活，控制缺氧条件则可控制霉菌的生 酵母是兼性厌氧菌，氧气充足时，酵母会大量繁殖，缺氧条件下，酵母则进行酒 精发酵，将糖分转化成酒精。 细菌中则需氧的、兼性厌氧的和专性厌氧的品种都有，视菌种而定。例如醋酸菌 是需氧的，乳酸菌则为兼性厌氧，肉毒杆菌专性厌氧。 因此供氧或断氧可以促进或抑制某种菌的生长活动，同时可以引导发酵向预 期的方向进行。 食盐 各种微生物的耐盐性并不完全相同，细菌鉴定中就常利用它们的耐盐性作为选择 和分类的 一种手段。在其他因素相同的条件下，加盐量不同即可控制微生物生长 及它们在食品中的发酵活动 菜腌制品中常见的乳酸菌都能忍受浓度为 10%18%的食盐溶液，而大多数朊解菌和脂解菌则不能忍受2.5%以上的盐液浓 度。所以通过控制腌制时食盐溶液的浓度完全可以达到防腐和发酵的目的。 3
3 关的蛋白质和催化导致合成被膜组分的反应的酶的活性，从而影响了菌体对营养 物的吸收；另外高浓度的氢离子还会影响微生物正常的呼吸作用，抑制微生物体 内酶系统的活性，因此控制酸度可以控制发酵作用。 酒精含量 酒精具有脱水的性质，可使菌体蛋白质因脱水而变性。另外，酒精还可以溶解菌 体表面脂质，从而起到一定的机械除菌作用。 酒精的防腐能力的大小取决于酒精浓度，按容积计 12%~15%的发酵酒 精就能抑制微生物的生长，而一般发酵饮料酒精含量仅为 9%~13%，缺少防腐能 力，仍需经巴氏杀菌。 如果在饮料酒中加入酒精，使其含量达到 20%(按容积计)，则不需经 巴氏杀菌就足以防止腐败和变质。 菌种的使用 如果在发酵开始时加入大量预期菌种，那么它们就可以迅速地生长繁殖，并抑制 住其它杂菌的生长，从而促使发酵过程向着预定的方向进行。例如面包、馒头的 发酵，酿酒以及酸奶发酵就是采用了这种技术。随着科学技术的发展，发酵前加 入的预期菌种已可以用纯培养方法制得，这种纯培养菌种称为酵种(Starter)， 它可以是单一菌种，也可以是混合菌种。蔬菜腌制品如酸白菜、泡菜等的制时作 常用到该技术。 温度 以卷心菜为例，在腌制过程中有三种主要菌种参与将卷心菜汁液中的糖分转化为 醋酸、乳酸及酒精等代谢产物。它们是肠膜状明串珠菌、黄瓜发酵乳杆菌和短乳 杆菌。其中肠膜状明串珠菌适宜生长和发酵的温度较低(21℃)，黄瓜发酵乳杆菌 和短乳杆菌能忍受较高的温度。如果发酵初期温度超过 21℃，乳杆菌类极易生 长，使得肠膜状明串珠菌的生长受到抑制，这样就不可能形成由肠膜状明串珠菌 代谢所产生的醋酸、酒精和其它预期的产物，影响了产品的风味。所以说卷心菜 腌制初期发酵温度应控制低些，到了发酵后期发酵温度可适当升高。 氧的供给量 霉菌是完全需氧性的，在缺氧条件下不能存活，控制缺氧条件则可控制霉菌的生 长。 酵母是兼性厌氧菌，氧气充足时，酵母会大量繁殖，缺氧条件下，酵母则进行酒 精发酵，将糖分转化成酒精。 细菌中则需氧的、兼性厌氧的和专性厌氧的品种都有，视菌种而定。例如醋酸菌 是需氧的，乳酸菌则为兼性厌氧，肉毒杆菌专性厌氧。 因此供氧或断氧可以促进或抑制某种菌的生长活动，同时可以引导发酵向预 期的方向进行。 食盐 各种微生物的耐盐性并不完全相同，细菌鉴定中就常利用它们的耐盐性作为选择 和分类的一种手段。在其他因素相同的条件下，加盐量不同即可控制微生物生长 及它们在食品中的发酵活动。一般在蔬菜腌制品中常见的乳酸菌都能忍受浓度为 10%~18%的食盐溶液，而大多数朊解菌和脂解菌则不能忍受 2.5%以上的盐液浓 度。所以通过控制腌制时食盐溶液的浓度完全可以达到防腐和发酵的目的
六、发酵作用的顺序 微生物在天然食品材料中获取可利用的碳水化合物、蛋白质、脂肪、物质的微 量营养素。看来，微生物首先作用于碳水化合物，然后是蛋白质，最后是脂肪 即使是碳水化合物 也有一定的作用顺序：首先是糖类， 其次是醇类，最后是 类。由于微生物活动的第一需要是能量，所以看来最易利用的形式（按优先选择 顺序)是CH2、CH、CHOH和COOH碳键。有些键（例如CN基团）对微生物是没 有用的」 七、发酵对食品品质的影响 1 改变食品的风味和 1)蔬菜 (2)牛到 (3)制酒 (4)对肉类 2.提高营养价值 改变组织结构 (1)蔬菜脆性的变化 (2)色泽的变化 (3)其它：豆腐乳、干路、面包 八、食品发酵中微生物的利用 (一）发酵食品中细菌的利用 ·1、乳酸菌发酵 ·2、醋酸菌发酵 ·3、公氨酸发酵 )发酵酒和面包中酵母菌的利用 葡和枝和置根 (三)发酵食品中霉菌的利用 腐乳、酱油 毛霉 毛莓 毛霉又叫黑霉、长毛霉。菌丝为无隔膜的单细胞，多核，以孢囊孢子和接合孢子 繁殖。毛莓的菌丝体在基质上或基质内能广泛蔓延，无假根和匍匐枝 孢囊梗直 接由第丝体生出，一般单生，分枝较少或不分枝。分枝顶瑞都有膨大的孢子囊 轴与孢囊梗相连处无囊托。孢囊孢子成熟后，孢子囊壁破裂，孢囊孢子分散开 来 毛霉菌丝初期白色，后灰白色至黑色，这说明孢子囊大量成熟 毛霉在土壤、粪便、禾草及空气等环境中存在。在高温、高湿度以及通风不良的 条件下生长良好。毛莓的用途很广，常出现在酒药中，能糖化淀粉并能生成少量 乙醇，产生蛋白馥，有分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆豉。许多 毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等，有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝 乳酶等。常用的毛霉主要有鲁氏毛霉和总状毛霉
4 六、发酵作用的顺序 微生物在天然食品材料中获取可利用的碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质的微 量营养素。看来，微生物首先作用于碳水化合物，然后是蛋白质，最后是脂肪。 即使是碳水化合物，也有一定的作用顺序；首先是糖类，其次是醇类，最后是酸 类。由于微生物活动的第一需要是能量，所以看来最易利用的形式（按优先选择 顺序）是 CH2、CH、CHOH 和 COOH 碳键。有些键（例如 CN 基团）对微生物是没 有用的。 七、发酵对食品品质的影响 1. 改变食品的风味和香气 （1）蔬菜 （2）牛乳 （3）制酒 （4）对肉类 2. 提高营养价值 3. 改变组织结构 （1）蔬菜脆性的变化 （2）色泽的变化 （3）其它：豆腐乳、干酪、面包 八、食品发酵中微生物的利用 • （一）发酵食品中细菌的利用 • 1、乳酸菌发酵 • 2、醋酸菌发酵 • 3、谷氨酸发酵 • （二）发酵酒和面包中酵母菌的利用 • （三）发酵食品中霉菌的利用 • 腐乳、酱油 • 毛霉 毛霉 毛霉又叫黑霉、长毛霉。菌丝为无隔膜的单细胞，多核，以孢囊孢子和接合孢子 繁殖。毛霉的菌丝体在基质上或基质内能广泛蔓延，无假根和匍匐枝，孢囊梗直 接由菌丝体生出，一般单生，分枝较少或不分枝。分枝顶端都有膨大的孢子囊， 囊轴与孢囊梗相连处无囊托。孢囊孢子成熟后，孢子囊壁破裂，孢囊孢子分散开 来。毛霉菌丝初期白色，后灰白色至黑色，这说明孢子囊大量成熟。 毛霉在土壤、粪便、禾草及空气等环境中存在。在高温、高湿度以及通风不良的 条件下生长良好。毛霉的用途很广，常出现在酒药中，能糖化淀粉并能生成少量 乙醇，产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆豉。许多 毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等，有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝 乳酶等。常用的毛霉主要有鲁氏毛霉和总状毛霉
·植一书臨节术 一、酶的性质和食品加工 (一)酶的催化特性 (二)食品酶制剂 (三)酶的活力单位 (四)固定化酯 二、酶在食品生产中的应用 )酶在蛋白类食品加工中的应用 (二)酶在果蔬类食品加工中的应用 (三)酶在淀粉类食品加工中的应用 1、果葡糖浆 是以淀粉为原料，淀粉酶液化，及a一淀粉酶，脱支酶协同糖化 精制浓宿而成的， 含果糖42%以上的淀粉糖品。 (三)酶在淀粉类食品加工中的应用 2、酶法生产环状糊精 B-环状糊精(B-cyclodextrin简称B-CD)B一环状糊精(B-C D)是淀粉经酸解环化生成的产物。它可以包络各种化合物分子，增加被 包络物对光热、氧的稳定性，改变被包络物质的理化性质。 在食品行业 具有 龙用送 环状糊精有着保护一些物质抗氧化、抗光、抗热、防挥发以及固相化等 功能，所以可作为多功能食品添加剂。其主要用途： 在食品加工和保存过程中B-CD可以防止各种香料、油料、香辛料及 其它易挥发物质的挥发，长期保持食品香味不变。B-CD可以保持易氧化 遇光分解、遇热易变质的色素、氨基酸和维 生素等营养成份的稳定 2.BCD可以除去鱼、肉腥味及食品中补加维生素B等营养成份后的不 愉快味道及其它食品中的异味，增加食品的适口性，也可以改善糖精和甜 蜜素等甜味剂的口感。 3.B-CD对于含油量高的饮料，如：冰淇淋、咖啡饮料及其它乳化食品 等均 可使其形成长期移稳定的乳状液。若与食品乳化剂配合使用，乳化效 果更佳。 4.BCD可以使食品防腐剂、保鲜剂缓慢释放，提高防腐效果，延长食 品保质期。 有的企业在开发和生产食品饮料时，立品生产时程中偶到产量、质量等问 题时，习惯使用机械设备来解决。且不说机械设备投资很大 有的产品产 量、质量问题使用机械设备未必就能解决得好，有的难题还解决不了。在 不少场合，运用酶学技术不仅花费不多便能解决相关的问题，还能创造性 地开发出科技新产品。 据科研显示，磷酸二酯键水解的非醢反应需要3年时间，腺瞟吟脱氨的非 酶反应需要上百年，而乳清酸脱羧的非酶反应要上千年才能完成。如果用 酶催化，这些反应将在几小时甚至数十分钟或更短的时间内便可完成。由 此可见，酶技术提高生产效率有时候是机械设备难以相比拟的。 ·从食品饮料科学领域可将酶分为加工类、风味类、食用类三种类型。 ·每种类型都有数十种酶可供运用。用酶在机械设备上投产不大，主要使用 5
5 • 第二节 酶技术 一、酶的性质和食品加工 • （一）酶的催化特性 • （二）食品酶制剂 • （三）酶的活力单位 • （四）固定化酶 二、酶在食品生产中的应用 • （一）酶在蛋白类食品加工中的应用 • （二）酶在果蔬类食品加工中的应用 • （三）酶在淀粉类食品加工中的应用 1、果葡糖浆 • 是以淀粉为原料，淀粉酶液化，及 a- 淀粉酶，脱支酶协同糖化， 精制浓宿而成的,含果糖 42%以上的淀粉糖品。 • （三）酶在淀粉类食品加工中的应用 2、酶法生产环状糊精 • β-环状糊精（β-cyclodextrin 简称β-CD）β－环状糊精（β-Ｃ Ｄ）是淀粉经酸解环化生成的产物。它可以包络各种化合物分子，增加被 包络物对光热、氧的稳定性，改变被包络物质的理化性质。 在食品行业中具有广泛用途 • 环状糊精有着保护一些物质抗氧化、抗光、抗热、防挥发以及固相化等 功能，所以可作为多功能食品添加剂。其主要用途: • 1、 在食品加工和保存过程中β-CD 可以防止各种香料、油料、香辛料及 其它易挥发物质的挥发，长期保持食品香味不变。β-CD 可以保持易氧化、 遇光分解、遇热易变质的色素、氨基酸和维生素等营养成份的稳定。 • 2. β-CD 可以除去鱼、肉腥味及食品中补加维生素 B 等营养成份后的不 愉快味道及其它食品中的异味，增加食品的适口性，也可以改善糖精和甜 蜜素等甜味剂的口感。 • 3. β-CD 对于含油量高的饮料，如：冰淇淋、咖啡饮料及其它乳化食品 等均可使其形成长期移稳定的乳状液。若与食品乳化剂配合使用，乳化效 果更佳。 • 4. β-CD 可以使食品防腐剂、保鲜剂缓慢释放，提高防腐效果，延长食 品保质期。 • 有的企业在开发和生产食品饮料时，产品生产过程中遇到产量、质量等问 题时，习惯使用机械设备来解决。且不说机械设备投资很大，有的产品产 量、质量问题使用机械设备未必就能解决得好，有的难题还解决不了。在 不少场合，运用酶学技术不仅花费不多便能解决相关的问题，还能创造性 地开发出科技新产品 。 • 据科研显示，磷酸二酯键水解的非酶反应需要 3 年时间，腺嘌呤脱氨的非 酶反应需要上百年，而乳清酸脱羧的非酶反应要上千年才能完成。如果用 酶催化，这些反应将在几小时甚至数十分钟或更短的时间内便可完成。由 此可见，酶技术提高生产效率有时候是机械设备难以相比拟的。 • 从食品饮料科学领域可将酶分为加工类、风味类、食用类三种类型。 • 每种类型都有数十种酶可供运用。用酶在机械设备上投产不大，主要使用
的是一些反应罐和搅拌及控制温度的器件：在技术上主要是设计反应程 序、选用特定的酶种、调摄温度和pH值、去干扰，使用固定化技术更可 降低成本 有的企业在开发和生产食品饮料时，产品生产过程中遇到产量、质量等问题时 习惯使用机械设备来解决。且不说机械设备投资很大，有的产品产量、质量问题 使用机械设名未必就能解决得好，有的难颗还解决不了。在不少场合，运用醢学 技术不仅花费不多便能解决相关的问题，还能创造性地开发出科技新产品。 例如：在制酒类产品时出现沉淀或混浊等情况，并非机械过滤都能解决，有时滤 去絮状物，还会发生。如果使用酶，如米曲耐热蛋白酶之类，便可消除混浊和防 止再次混浊。有的果蔬饮料难以澄清，用丝状菌果胶酶可协同其他方法加以解决。 又如：食品饮料中出现苦涩味、腥味或其他不良气味，用相应的酶就可能加以解 据科研显示，磷酸二酯键水解的非酶反应需要3年时间，腺嘌吟脱氨的非酶反应 需要上百年，而乳清酸脱羧的非酶反应要上千年才能完成。如果用酶催化，这些 反应将在几小时甚至数十分钟或更短的时间内便可完成。由此可见，酶技术提高 生产效率有时候是机械设备难以相比拟的。 在开发新产品方面，酶学技术更可以推陈出新。例如：运用酶可使各种畜禽 肉类制品变得鲜嫩：用酶可使柚子皮及橘、橙等果皮脱苦，将这类大量弃物变成 可食用的原料及相应的产品：用酶可将各种动物肝脏转化为乳白鱼肝油一样的产 品，而不依赖于价高物少的鲨鱼肝来生产用酶生 业的 一大类功效确切 的制品：酶制玻璃酸、脑苷酯、骨胶素等，更是鲜见昂贵的科技产品：不少酶本 身就可作为食品饮料使用，如SOD和其他抗氧化酶、甲基化酶、磷酸化酶等等。 另有一些酶抑制剂及拮抗酶的功能，具有“反义产品”的开发意义。 就日常 食物原料而言，用酶学技术可把蔬菜加工得柔软并增加其风味。脱水蔬菜的风味 多少有损失，加入相应的风味酶及使用相关的技术可得以恢复或部分恢复和优 化。果蔬粉加入果蔬风味酶，饮用时可恢复原有的大部分风味。酱油、醋、酒等 亦可用酶学技术来增加产量和风味。甚至大米、米糠、麦及麦麸、胚芽、大豆及 各种豆类、种仁均可使用酶学技术加工和开发新产品。 从食品饮料科学领域可将酶分为加工类、风味类、食用类三种类型，每种类型都 有数十种酶可供运用。用酶在机械设备上投产不大，主要使用的是一些反应罐利 搅拌及控制温度的器件：在技术上主要是设计反应程序、选用特定的酶种、调摄 温度和pH值、去干扰，使用固定化技术更可降低成本。目前，被食品业实际选 择来运用的酶种类不多，而希望用其技术的厂家更少。其实，用酶投资不大，既 可提高产量和质量，还可由此开发出新型产品，大多企业是没有注意到这方面的 信自 才没有或很少应用。酶学技术中可实用的项目很多，食品饮料界应加以关 注和重视。 6
6 的是一些反应罐和搅拌及控制温度的器件；在技术上主要是设计反应程 序、选用特定的酶种、调摄温度和 pH 值、去干扰，使用固定化技术更可 降低成本。 • 有的企业在开发和生产食品饮料时，产品生产过程中遇到产量、质量等问题时， 习惯使用机械设备来解决。且不说机械设备投资很大，有的产品产量、质量问题 使用机械设备未必就能解决得好，有的难题还解决不了。在不少场合，运用酶学 技术不仅花费不多便能解决相关的问题，还能创造性地开发出科技新产品。 O ©食品论坛 - 关注食品安全，探讨食品技术，汇聚行业英才，推动行业发展。 khS 例如：在制酒类产品时出现沉淀或混浊等情况，并非机械过滤都能解决，有时滤 去絮状物，还会发生。如果使用酶，如米曲耐热蛋白酶之类，便可消除混浊和防 止再次混浊。有的果蔬饮料难以澄清，用丝状菌果胶酶可协同其他方法加以解决。 又如：食品饮料中出现苦涩味、腥味或其他不良气味，用相应的酶就可能加以解 决。 -e` ©食品论- 关注食品安全，探讨食品技术，汇聚行业英才，推动行业发展。 9:Z 据科研显示，磷酸二酯键水解的非酶反应需要 3 年时间，腺嘌呤脱氨的非酶反应 需要上百年，而乳清酸脱羧的非酶反应要上千年才能完成。如果用酶催化，这些 反应将在几小时甚至数十分钟或更短的时间内便可完成。由此可见，酶技术提高 生产效率有时候是机械设备难以相比拟的。 \6hmM ©食品论坛 - 关注食品安全，探讨食品技术，汇聚行业英才，推动行业发展。 az 在开发新产品方面，酶学技术更可以推陈出新。例如：运用酶可使各种畜禽 肉类制品变得鲜嫩；用酶可使柚子皮及橘、橙等果皮脱苦，将这类大量弃物变成 可食用的原料及相应的产品；用酶可将各种动物肝脏转化为乳白鱼肝油一样的产 品，而不依赖于价高物少的鲨鱼肝来生产；用酶生产的寡肽，是一大类功效确切 的制品；酶制玻璃酸、脑苷酯、骨胶素等，更是鲜见昂贵的科技产品；不少酶本 身就可作为食品饮料使用，如 SOD 和其他抗氧化酶、甲基化酶、磷酸化酶等等。 另有一些酶抑制剂及拮抗酶的功能，具有“反义产品”的开发意义。 就日常 食物原料而言，用酶学技术可把蔬菜加工得柔软并增加其风味。脱水蔬菜的风味 多少有损失，加入相应的风味酶及使用相关的技术可得以恢复或部分恢复和优 化。果蔬粉加入果蔬风味酶，饮用时可恢复原有的大部分风味。酱油、醋、酒等 亦可用酶学技术来增加产量和风味。甚至大米、米糠、麦及麦麸、胚芽、大豆及 各种豆类、种仁均可使用酶学技术加工和开发新产品。 \QZ © - 关注食品安全，探讨食品技术，汇聚行业英才，推动行业发展。 xu0pq\ 从食品饮料科学领域可将酶分为加工类、风味类、食用类三种类型，每种类型都 有数十种酶可供运用。用酶在机械设备上投产不大，主要使用的是一些反应罐和 搅拌及控制温度的器件；在技术上主要是设计反应程序、选用特定的酶种、调摄 温度和 pH 值、去干扰，使用固定化技术更可降低成本。目前，被食品业实际选 择来运用的酶种类不多，而希望用其技术的厂家更少。其实，用酶投资不大，既 可提高产量和质量，还可由此开发出新型产品，大多企业是没有注意到这方面的 信息，才没有或很少应用。酶学技术中可实用的项目很多，食品饮料界应加以关 注和重视。n+kN
酶在果酒生产中的应用与研究 近年来，随着人民生活水平的提高，果酒的需求和加工更有了突飞猛进的发展。消费者对果 酒品质的追求在很大程度上促进了新工艺、新技术。经过果酒生产者的深入研究，发现水果的成 熟、乙醇的生成、苹果酸一乳酸发酵、风味物质的释放以及各种果汁的榨取、澄清和过滤都是酶作 用的结果，酶影响着果酒酿制的各个重要环节。这些发现以及酶制剂工业的飞速发展使得酶制剂 在果酒工业中得到越来越广泛的应用。在果酒生产中使用的酶制剂主要有果胶酶、纤维素酶、半 纤维素酶、淀粉醇、蛋白酶和风味酶等。 1酶可以提高出汁率和缩短压榨时间 制汁是果酒生产的关键作业之一，这一工序要求尽可能地提高出汁率和缩短压榨时间。己知 出汁率的高低与原料的破碎程度有关，适当提高原料的破碎程度有利于提高出汁率。果实细胞壁 的构成物质是纤维素、半纤维和果胶等物质。细胞壁的结构较紧密，通常情况下，单纯依靠机械 或化学方法难以将其充分破碎，但通过添加一定量的果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶使得细胞的 这些构成物质水解，破坏细胞的网状结构，提高果实的破碎程度，从而就能在压榨时达到提高出 汁效率并缩短压榨时间的目的。同时，把大分子的果胶物质降解后，也有助于提高后一阶段的澄 清和过滤作业。 在提高果实出汁率和缩短压榨时产生的一系列酶制剂中，果胶酶是最具有代表性的一种。果 胶物质是含有聚半乳糖醛主链的杂多糖，果胶酶依据它对聚半乳糖醛酸的作用可分为两类：一类 是能催化果胶解聚，另一类是能催化果胶分子中的酯水解，前者有聚裂解酶(PMG)、果胶裂解酶 (PMGL)、聚半乳糖醛酸酶(PG)和果胶裂解酶(PGL)，后者有果胶酯酶(PE)等。在工业生产中应 用的果胶酶制剂不仅含有一种酶活性，而是多种酶的复合体，含有数量不同的各种果胶分解酶， 通常其主要作用是分离细胞和破坏部分细胞，也就是分解细胞间层的部分原果胶、纤维素，但又 使果浆还保持一定程度的结构，从而有利于果浆的压榨，提高出汁率。 2应用酶有利于汁液的澄清 在果酒的生产中有两种澄清作业，一是果汁的澄清，二是原酒的澄清。果汁澄清的目的是在 发酵前将果汁中的杂质尽量减少到最低限度，以避免果汁中的杂质参与发酵而产生不良成分给酒 带来异味。原酒澄清的目的是为了避免果汁在贮存过程中，酒石结晶沉淀或无定形的色素微粒自 行沉淀出来以及出现蛋白质浑浊、微生物浑浊等不良现象，从而保证得到品质较高的果酒。两种 澄清作用中，酶制剂主要用于果汁的澄清，所用到的酶主要有果胶酶、淀粉酶，此外还有蛋白酶。 7
7 酶在果酒生产中的应用与研究 近年来，随着人民生活水平的提高，果酒的需求和加工更有了突飞猛进的发展。消费者对果 酒品质的追求在很大程度上促进了新工艺、新技术。经过果酒生产者的深入研究，发现水果的成 熟、乙醇的生成、苹果酸-乳酸发酵、风味物质的释放以及各种果汁的榨取、澄清和过滤都是酶作 用的结果，酶影响着果酒酿制的各个重要环节。这些发现以及酶制剂工业的飞速发展使得酶制剂 在果酒工业中得到越来越广泛的应用。在果酒生产中使用的酶制剂主要有果胶酶、纤维素酶、半 纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和风味酶等。 1 酶可以提高出汁率和缩短压榨时间 制汁是果酒生产的关键作业之一，这一工序要求尽可能地提高出汁率和缩短压榨时间。已知 出汁率的高低与原料的破碎程度有关，适当提高原料的破碎程度有利于提高出汁率。果实细胞壁 的构成物质是纤维素、半纤维和果胶等物质。细胞壁的结构较紧密，通常情况下，单纯依靠机械 或化学方法难以将其充分破碎，但通过添加一定量的果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶使得细胞的 这些构成物质水解，破坏细胞的网状结构，提高果实的破碎程度，从而就能在压榨时达到提高出 汁效率并缩短压榨时间的目的。同时，把大分子的果胶物质降解后，也有助于提高后一阶段的澄 清和过滤作业。 在提高果实出汁率和缩短压榨时产生的一系列酶制剂中，果胶酶是最具有代表性的一种。果 胶物质是含有聚半乳糖醛主链的杂多糖，果胶酶依据它对聚半乳糖醛酸的作用可分为两类：一类 是能催化果胶解聚，另一类是能催化果胶分子中的酯水解，前者有聚裂解酶（PMG)、果胶裂解酶 (PMGL)、聚半乳糖醛酸酶(PG)和果胶裂解酶 （PGL），后者有果胶酯酶(PE)等。在工业生产中应 用的果胶酶制剂不仅含有一种酶活性，而是多种酶的复合体，含有数量不同的各种果胶分解酶， 通常其主要作用是分离细胞和破坏部分细胞，也就是分解细胞间层的部分原果胶、纤维素，但又 使果浆还保持一定程度的结构，从而有利于果浆的压榨，提高出汁率。 2 应用酶有利于汁液的澄清 在果酒的生产中有两种澄清作业，一是果汁的澄清，二是原酒的澄清。果汁澄清的目的是在 发酵前将果汁中的杂质尽量减少到最低限度，以避免果汁中的杂质参与发酵而产生不良成分给酒 带来异味。原酒澄清的目的是为了避免果汁在贮存过程中，酒石结晶沉淀或无定形的色素微粒自 行沉淀出来以及出现蛋白质浑浊、微生物浑浊等不良现象，从而保证得到品质较高的果酒。两种 澄清作用中，酶制剂主要用于果汁的澄清，所用到的酶主要有果胶酶、淀粉酶，此外还有蛋白酶
果胶酶的主要作用是降解果胶物质，尽可能地使果汁中可溶性果胶物质得到彻底分解，降低果汁 粘度，这一点有别于压榨中所用到的果胶酶的作用。由于果胶的分解能使浑浊颗粒失去胶体保护 而相互絮凝，从而大大提高了澄清效果。在使用酶制剂对果汁进行处理时要注意温度、pH值等的 影响，如用果胶酶澄清葡萄汁时只能在常温、常压下进行，通常24小时左右可使果汁澄清。而酶 制剂使用量的确定，则应在小型实验的基础上找出最佳效果的使用量，例如应用酶活力为20000 单位的果胶酶对薏斯林葡萄汁进行澄清试验，当果胶酶用量在40mg/1时澄清效果最佳。 对于一些淀粉含量较高的水果，如苹果，在压榨过程中和压榨后，淀粉会从果浆和细胞块进 入果汁中，并在加热时溶解，然后通过凝沉作用，以析出浑浊物的形式出现在果汁中。由于淀粉 是一种典型的强水合性亲水胶体，能够覆盖浑浊物颗粒，并使浑浊物颗粒在果汁中呈悬浮状态， 想要获得满意的澄清度和澄清稳定性，必须用淀粉酶彻底将果汁的淀粉水解。 果汁中还含有少量蛋白质和一定数量的酚类物质，蛋白质是由细胞原生质中渗透出来的，它 很容易与酚类物质反应，生成浑浊物和沉淀物。此外，在一些果汁如苹果原汁(3.2一3.5)中， 蛋白质还因带正电荷而能与带负电荷的果胶物质或与具有强水合能力的含果胶浑浊物颗粒聚合， 形成悬浮状态的浑浊物。因此，同样为了获得较好的澄清效果和澄清稳定性，可采用蛋白酶将果 汁中的蛋白质水解。 3酶可以提高过滤能力 果酒的透明度是果酒质量的一项重要指标，要获得清亮透明的果酒，过滤是一项必不可少的 技术手段。过滤是用多孔隔膜进行固相物质与液相物质分离的操作，其作用效果受被过滤物料的 物理性质，如液体粘度、固体颗粒大小等因素影响。在进行果汁或原酒的过滤时，如果粘度过大 或者其中的固体颗粒过大，则很容易堵塞过滤层，使过滤能力下降。导致汁液粘度较大的主要原 因是残留的果胶物质、淀粉及一些中性低聚糖等作用的结果，因此如果在过滤前的操作中利用果 胶酶、淀粉酶等将这些物质水解，降低汁液的粘度，就能提高过滤能力和加快过滤的速度。据报 道，将酶制剂应用于超滤工艺中，能够较好地解决超滤膜堵塞和清洗的问题，从而提高超滤膜的 通透量和缩短超滤膜的清洗时间，所用到的酶主要有淀粉酶、果胶酶、半乳聚糖酶、阿拉伯聚糖 酶等。 4酶应用于浸渍芳香物质，改善果酒风味 果酒的风味也是衡量果酒品质的一项重要指标。果酒的风味物质主要来自水果本身和发酵过 程，酶制剂在这方面的应用主要是针对前者。在水果中，风味物质以两种形式存在，一种是以游 离态形式存在，另一种是与糖类形成糖苷而以键合形式存在（即风味前提物）。许多研究表明， 8
8 果胶酶的主要作用是降解果胶物质，尽可能地使果汁中可溶性果胶物质得到彻底分解，降低果汁 粘度，这一点有别于压榨中所用到的果胶酶的作用。由于果胶的分解能使浑浊颗粒失去胶体保护 而相互絮凝，从而大大提高了澄清效果。在使用酶制剂对果汁进行处理时要注意温度、pH 值等的 影响，如用果胶酶澄清葡萄汁时只能在常温、常压下进行，通常 24 小时左右可使果汁澄清。而酶 制剂使用量的确定，则应在小型实验的基础上找出最佳效果的使用量，例如应用酶活力为 20000 单位的果胶酶对薏斯林葡萄汁进行澄清试验，当果胶酶用量在 40mg/l 时澄清效果最佳。 对于一些淀粉含量较高的水果，如苹果，在压榨过程中和压榨后，淀粉会从果浆和细胞块进 入果汁中，并在加热时溶解，然后通过凝沉作用，以析出浑浊物的形式出现在果汁中。由于淀粉 是一种典型的强水合性亲水胶体，能够覆盖浑浊物颗粒，并使浑浊物颗粒在果汁中呈悬浮状态， 想要获得满意的澄清度和澄清稳定性，必须用淀粉酶彻底将果汁的淀粉水解。 果汁中还含有少量蛋白质和一定数量的酚类物质，蛋白质是由细胞原生质中渗透出来的，它 很容易与酚类物质反应，生成浑浊物和沉淀物。此外，在一些果汁如苹果原汁(pH3.2～3.5)中， 蛋白质还因带正电荷而能与带负电荷的果胶物质或与具有强水合能力的含果胶浑浊物颗粒聚合， 形成悬浮状态的浑浊物。因此，同样为了获得较好的澄清效果和澄清稳定性，可采用蛋白酶将果 汁中的蛋白质水解。 3 酶可以提高过滤能力 果酒的透明度是果酒质量的一项重要指标，要获得清亮透明的果酒，过滤是一项必不可少的 技术手段。过滤是用多孔隔膜进行固相物质与液相物质分离的操作，其作用效果受被过滤物料的 物理性质，如液体粘度、固体颗粒大小等因素影响。在进行果汁或原酒的过滤时，如果粘度过大 或者其中的固体颗粒过大，则很容易堵塞过滤层，使过滤能力下降。导致汁液粘度较大的主要原 因是残留的果胶物质、淀粉及一些中性低聚糖等作用的结果，因此如果在过滤前的操作中利用果 胶酶、淀粉酶等将这些物质水解，降低汁液的粘度，就能提高过滤能力和加快过滤的速度。据报 道，将酶制剂应用于超滤工艺中，能够较好地解决超滤膜堵塞和清洗的问题，从而提高超滤膜的 通透量和缩短超滤膜的清洗时间，所用到的酶主要有淀粉酶、果胶酶、半乳聚糖酶、阿拉伯聚糖 酶等。 4 酶应用于浸渍芳香物质，改善果酒风味 果酒的风味也是衡量果酒品质的一项重要指标。果酒的风味物质主要来自水果本身和发酵过 程，酶制剂在这方面的应用主要是针对前者。在水果中，风味物质以两种形式存在，一种是以游 离态形式存在，另一种是与糖类形成糖苷而以键合形式存在（即风味前提物）。许多研究表明
萜烯类化合物是形成水果风味的主要成分，这些萜烯化合物与糖形成糖苷而呈无芳香气味的风味 前提物。1985年，Gunata等己确定葡萄中以糖苷形式存生的风味前提物主要有-D-葡萄糖苷、 6-0-a-L-吡喃型鼠李糖基-D-吡喃型葡萄糖苷和6-0-a-L-呋喃型阿拉伯糖基-D-吡喃型葡萄糖 苷和6-0-D芹菜糖基-D-吡喃型葡萄糖苷，其中后三种糖苷是二糖苷。其配基则是萜烯类化合 物，主要有里哪醇、ā-萜品醇、橙花醇、香叶醇和芳樟醇，此外也存在一些挥发性芳香化合物的 前提物，如沉香醇氧化物、挥发性酚类物质等。这些以糖苷形式存在的风味前提物即使在发酵过 程中或在萄萄酒的贮存过程中都很稳定，难以溶出，但是通过风味酶水解作用将风味物质释放出 来，从而显著增加葡萄酒的风味，其中所用到的风味酶主要有-D-葡萄糖苷酶、-L-鼠李糖苷酶、 a-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶和-D-芹菜糖苷酶。酶解二葡萄糖苷的过程分两步进行，首先是在a-L- 鼠李糖苷酶或aL-呋喃型阿拉伯糖苷酶或-D-芹菜糖苷酶的作用下，二糖苷分子中糖分子相结合 的键被切断，-D-葡萄糖苷被释放出来，然后经-D-葡萄糖苷酶的作用将糖苷键切断而释放出相应 的糖苷配基，即具有芳香气味的萜烯类化合物。在葡萄酒加工过程中，应用于这方面的商业酶剂 有UVA FLORAL\Macer8(R)和Rapibase20O0等。 5酶应用于提取色素物质，改善果酒的色泽 一些果酒需持有一定的色泽，如红葡萄酒，因此其色泽也是衡量其品质的一项重要指标。在 这类果酒生产中必须提取出一定的色素物质。果实中的色素物质主要是花青素，存在于细胞的液 泡中，如果在果浆或果汁中加入一定量的果胶酶和蛋白酶，果胶酶能水解果胶物质破坏细胞结构， 蛋白酶则能破坏液泡膜，从而释放出花青素等色素物质。应用于这方面的商业酶制剂有VA COULEUR Rapidase Ex Colour和Rohapect VR等，这些酶在pl3~5、温度10~55℃之间有较强的 活性，用于红葡萄酒的酿造时，可在发酵时将酶制剂与酵母一起加入。 6酶可以提高产品质量和产品的稳定性 各种水果中或多或少地都含有一定量的蛋白质，如不经过处理，这些蛋白质就会残留在果酒 中，容易在贮存中引起果酒的浑浊和沉淀，因此必须在装瓶前对果酒中的残留蛋白质进行处理， 以保证产品的质量和稳定性。处理果酒中的蛋白质常用皂土吸附法，这种方法虽然较有效，但是 皂土吸附剂对于各种蛋白质并没有专一吸附性，如果利用外加蛋白酶来水解果酒中的蛋白质，也 能取得较好的效果，并且不同的蛋白酶对不同的蛋白质具有专一性。 此外，多数水果中含有的多酚氧化酶也容易使果汁或果酒发生氧化，不同程度地破坏果酒的 色泽、风味，使产品质量下降，因此也有必要采取一定的措施以破坏多酚氧化酶的活性。 7结束语
9 萜烯类化合物是形成水果风味的主要成分，这些萜烯化合物与糖形成糖苷而呈无芳香气味的风味 前提物。1985 年，Gunata 等已确定葡萄中以糖苷形式存生的风味前提物主要有 -D-葡萄糖苷、 6-0-a-L-吡喃型鼠李糖基- -D-吡喃型葡萄糖苷和 6-0-a-L-呋喃型阿拉伯糖基- -D-吡喃型葡萄糖 苷和 6-0- -D-芹菜糖基- -D-吡喃型葡萄糖苷，其中后三种糖苷是二糖苷。其配基则是萜烯类化合 物，主要有里哪醇、a-萜品醇、橙花醇、香叶醇和芳樟醇，此外也存在一些挥发性芳香化合物的 前提物，如沉香醇氧化物、挥发性酚类物质等。这些以糖苷形式存在的风味前提物即使在发酵过 程中或在葡萄酒的贮存过程中都很稳定，难以溶出，但是通过风味酶水解作用将风味物质释放出 来，从而显著增加葡萄酒的风味，其中所用到的风味酶主要有-D-葡萄糖苷酶、a-L-鼠李糖苷酶、 a-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶和 -D-芹菜糖苷酶。酶解二葡萄糖苷的过程分两步进行，首先是在 a-L- 鼠李糖苷酶或 a-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶或 -D-芹菜糖苷酶的作用下，二糖苷分子中糖分子相结合 的键被切断，-D-葡萄糖苷被释放出来，然后经-D-葡萄糖苷酶的作用将糖苷键切断而释放出相应 的糖苷配基，即具有芳香气味的萜烯类化合物。在葡萄酒加工过程中，应用于这方面的商业酶剂 有 UVA FLORAL\Macer8(R)和 Rapibase 2000 等。 5 酶应用于提取色素物质，改善果酒的色泽 一些果酒需持有一定的色泽，如红葡萄酒，因此其色泽也是衡量其品质的一项重要指标。在 这类果酒生产中必须提取出一定的色素物质。果实中的色素物质主要是花青素，存在于细胞的液 泡中，如果在果浆或果汁中加入一定量的果胶酶和蛋白酶，果胶酶能水解果胶物质破坏细胞结构， 蛋白酶则能破坏液泡膜，从而释放出花青素等色素物质。应用于这方面的商业酶制剂有 UVA COULEUR Rapidase Ex Colour 和 Rohapect VR 等，这些酶在 pH3～5、温度 10～55℃之间有较强的 活性，用于红葡萄酒的酿造时，可在发酵时将酶制剂与酵母一起加入。 6 酶可以提高产品质量和产品的稳定性 各种水果中或多或少地都含有一定量的蛋白质，如不经过处理，这些蛋白质就会残留在果酒 中，容易在贮存中引起果酒的浑浊和沉淀，因此必须在装瓶前对果酒中的残留蛋白质进行处理， 以保证产品的质量和稳定性。处理果酒中的蛋白质常用皂土吸附法，这种方法虽然较有效，但是 皂土吸附剂对于各种蛋白质并没有专一吸附性，如果利用外加蛋白酶来水解果酒中的蛋白质，也 能取得较好的效果，并且不同的蛋白酶对不同的蛋白质具有专一性。 此外，多数水果中含有的多酚氧化酶也容易使果汁或果酒发生氧化，不同程度地破坏果酒的 色泽、风味，使产品质量下降，因此也有必要采取一定的措施以破坏多酚氧化酶的活性。 7 结束语
近年来，应用于果酒生产的酶制剂在产量、规模、品种和用途等方面不断扩大，但随着市场 需求的扩大和果酒加工技术及质量要求的提高，还需开发出具有新增功能的新一代酶制剂，这些 新增功能首先是具备二次酶活性，如既可处理果胶物质，又能破坏蛋白质，再就是在原有功能基 础上强化单一功能，使产品具有更强的针对性
10 近年来，应用于果酒生产的酶制剂在产量、规模、品种和用途等方面不断扩大，但随着市场 需求的扩大和果酒加工技术及质量要求的提高，还需开发出具有新增功能的新一代酶制剂，这些 新增功能首先是具备二次酶活性，如既可处理果胶物质，又能破坏蛋白质，再就是在原有功能基 础上强化单一功能，使产品具有更强的针对性