程曉芳，袁丹丹，張余慧，王琤

（江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西南昌330013）

隨著生活條件的改善，食品的風(fēng)味、口感和營養(yǎng)等有了更高的要求標(biāo)準(zhǔn)，食品加工產(chǎn)業(yè)也正向著更安全和更高質(zhì)量的方向發(fā)展。酶制劑具有高效催化的特點(diǎn)，是傳統(tǒng)食品加工中化學(xué)用劑的良好替代品。其中應(yīng)用最廣泛的是蛋白酶制劑，其銷售量高占世界酶制劑銷售量的60%[1]。在食品行業(yè)中蛋白酶可用于嫩化肉類、澄清啤酒以及改善面包品質(zhì)等，本文簡要闡述了蛋白酶在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，以期為蛋白酶在食品行業(yè)的應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。

1　蛋白酶的概況

水解蛋白質(zhì)肽鏈的一類酶叫蛋白酶，它能將蛋白質(zhì)水解為多肽和氨基酸，廣泛存在于動(dòng)物內(nèi)臟、植物莖葉、果實(shí)和微生物中[2]。此類酶在酶學(xué)研究中出現(xiàn)的比較早，20世紀(jì)初，蛋白酶商品的生產(chǎn)就已經(jīng)出現(xiàn)，1911年美國第一次將木瓜蛋白酶用于澄清啤酒，20世紀(jì)30年代首次將微生物蛋白酶投入食品產(chǎn)業(yè)中[3]。蛋白酶有多種分類方式，按其水解多肽的方式可以分為外肽酶和內(nèi)肽酶。按蛋白酶的最適pH值可將蛋白酶分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶，酸性蛋白酶的最適pH值為2.5～4.5，最適作用溫度為40℃～50℃，中性蛋白酶的最適pH值為6.5～7.5，最適作用溫度為45℃～55℃，堿性蛋白酶的最適pH值為9.0～11.0，最適作用溫度為45℃～55℃[4]。而學(xué)術(shù)上一般是使用1960年提出的按蛋白酶的活性中心功能基團(tuán)對蛋白酶進(jìn)行分類，也是如今比較流行的方法，將蛋白酶分為絲氨酸蛋白酶、金屬蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶[5]。蛋白酶作為酶制劑的一種，具有反應(yīng)安全，對作用底物專一以及高效等優(yōu)點(diǎn)，因此可廣泛的應(yīng)用到食品行業(yè)中。

2　蛋白酶在食品中的作用機(jī)理

2.1　改變蛋白質(zhì)的功能特性

品的感官品質(zhì)主要由食品蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)所決定，而這些獨(dú)特的功能又和蛋白質(zhì)分子的大小、形狀以及表面的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。帶電氨基酸殘基越多的蛋白質(zhì)，其與水結(jié)合的能力越強(qiáng)，即水合性越大，有利于減少食品水分的散失；平均疏水性越好、分子柔性越大的蛋白質(zhì)的起泡能力及泡沫穩(wěn)定性越好，有利于蛋糕、冰淇淋的制作；二硫鍵的斷裂、疏水區(qū)域的暴露則有助于蛋白質(zhì)分子與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合，改善食品的口感。用于食品加工的蛋白酶主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和微生物蛋白酶，食品蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶酶解發(fā)生分子間、分子內(nèi)交聯(lián)和產(chǎn)生特殊的化學(xué)基團(tuán)，改變蛋白質(zhì)的各級結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響其溶解性、水合性和乳化性等功能特性，有利于生產(chǎn)出更高標(biāo)準(zhǔn)的各類食品。

2.2　提高蛋白質(zhì)的利用率

蛋白質(zhì)是人體所需的必須營養(yǎng)素，構(gòu)成人體各個(gè)組織的主要成分，蛋白質(zhì)攝入量不足會引起貧血、衰老以及組織器官損傷等各種病癥，嚴(yán)重危機(jī)人體健康，因此，提高機(jī)體對蛋白質(zhì)的消化利用率就顯得尤為重要。食品中含有各種蛋白，在食品中添加蛋白酶是提高蛋白質(zhì)利用率的主要途徑之一，從食品加工初期到食品的儲存運(yùn)輸過程中，催化蛋白質(zhì)水解的蛋白酶主要有原料自身所含的蛋白酶、微生物分泌的蛋白酶以及人工添加的外源蛋白酶制劑，這些蛋白酶不僅可以促進(jìn)蛋白質(zhì)分解成小分子肽、氨基酸，提高人體對蛋白質(zhì)的消化吸收，還可以用于生產(chǎn)制作高蛋白的新型食品，解決幼兒、老齡人以及特殊人群對蛋白質(zhì)需求量的問題，有利于提高食品中蛋白質(zhì)的消化利用率[6]。

2.3　清除沉淀物質(zhì)、延長保質(zhì)期

許多食品需要在較低溫度下貯存，以達(dá)到抑制酶活、延長保質(zhì)期的目的，但是大部分液態(tài)飲品在儲存過程中容易產(chǎn)生大量沉淀，沉淀的主要成分就是蛋白質(zhì)，有些還包括多酚類化合物或大分子糖類。膠體溶液類的液態(tài)飲品在生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸?shù)倪^程中，體系中分子間氫鍵、離子鍵、范德華力等各種相互作用力發(fā)生變化，以及外界溫度、動(dòng)力的影響，使得原本就不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)分子體系發(fā)生膠體聚沉，產(chǎn)生大量的大分子沉淀，影響食品的品質(zhì)風(fēng)味以及后續(xù)的銷售，而蛋白酶可有效分解蛋白質(zhì)，改善飲品中由蛋白質(zhì)引起的沉淀的現(xiàn)象，保持液體食品的各種感官品質(zhì)并延遲飲品的貨架期。

3　蛋白酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究

3.1　蛋白酶在肉類食品中的作用

肉類中肌纖維蛋白和膠原蛋白的含量是影響肉類嫩度的主要原因[7]。動(dòng)物在屠宰后，蛋白酶作用于肌肉各組織經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)降解其中的肌纖維蛋白和膠原蛋白，從而增加肉類所具有的嫩度，將肌肉轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒承匀鈁8]，但在此期間酶的活力也在發(fā)生著變化，僅靠內(nèi)源蛋白酶的酶解作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，周丹等[9]研究發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶可有效的提高河蚌肉中可溶性蛋白的含量，同時(shí)降低其硬度和咀嚼性，增加蚌肉的嫩度及彈性，改善蚌肉的色澤，使其具有更好的食用口感和感官品質(zhì)。蔣小鋒等[10]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)菠蘿蛋白酶處理的馬肉更加柔軟細(xì)嫩、汁多并且富有彈性，具有很高的感官價(jià)值。另外，蛋白酶還可提高肉類食品中的各營養(yǎng)指標(biāo)，有利于肉類食品深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[11]。楊二剛等[12]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)中性蛋白酶和木瓜蛋白酶處理的雞肉，其蛋白水解液的水解程度高達(dá)54%，雞肉的各方面營養(yǎng)指標(biāo)、嫩度及持水率都顯著提高，有利于雞肉產(chǎn)品的深加工。蛋白酶還可改善肉類食品的風(fēng)味，羅珺等[13]研究發(fā)現(xiàn)適量的胰蛋白酶可促進(jìn)肉類中蛋白質(zhì)的水解，增加其中氨基酸小分子肽等風(fēng)味物質(zhì)，對改善肉類食品的風(fēng)味具有重要意義。

3.2　蛋白酶在烘烤食品中的作用

烘烤食品主要是指面包、蛋糕和餅干等由面粉為主要原料，經(jīng)過一系列復(fù)雜的工藝方法通過烘焙所制得的方便食品[14]。而面粉中含有淀粉酶、蛋白酶以及戊聚糖酶等多種酶，其中蛋白酶的主要作用是降低面粉的筋度、提高面筋的可塑性、增大面團(tuán)體積、改善面團(tuán)韌性、縮短面團(tuán)成形時(shí)間等[15]，但是面粉中的蛋白酶含量有限，為了制作出更營養(yǎng)、美味及高品質(zhì)的烘烤食品仍需外源蛋白酶制劑的添加。張依潔等[16]利用木瓜蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶研制出具有高氨基酸含量和獨(dú)特風(fēng)味的雞骨泥風(fēng)味餅干。陸曉濱等[17]研究發(fā)現(xiàn)在餅干中添加中性蛋白酶可改善餅干在生產(chǎn)加工時(shí)出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象，減少產(chǎn)品的損失。研究還發(fā)現(xiàn)烘烤食品所具有的風(fēng)味其實(shí)是由烘烤時(shí)氨基酸和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)所產(chǎn)生的，因此通過添加外源蛋白酶可有效的幫助蛋白質(zhì)分解成氨基酸，促進(jìn)美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，增加烘烤食品的風(fēng)味[18]。另外在制作蛋糕時(shí)加入蛋白酶可以保證其具有良好的乳化性和持泡性，從而改進(jìn)風(fēng)味，常用的有細(xì)菌蛋白酶，其來源于枯草桿菌和地衣芽孢桿菌。

3.3　蛋白酶在飲品中的作用

啤酒和茶飲料等液態(tài)飲品中含有大量的蛋白質(zhì)，儲存過程中其蛋白質(zhì)發(fā)生膠體聚沉從而產(chǎn)生沉淀物質(zhì)，嚴(yán)重影響飲品的口感及后續(xù)銷售，然而蛋白酶制劑可有效的解決以上情況。蛋白酶作用于蛋白質(zhì)將其分解成小分子肽和氨基酸，不僅緩解了飲品中出現(xiàn)的沉淀現(xiàn)象，還增加了其所含有的風(fēng)味物質(zhì)。鄭寶東等[19]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)蛋白酶處理后的茶汁，其氨基態(tài)的氮的含量增加了13%～39%，茶湯的鮮味感和風(fēng)味都得到了有效的改善。韓華等[20]通過在啤酒生產(chǎn)中添加中性蛋白酶去除了其中的不穩(wěn)定物質(zhì)，減少了大分子蛋白質(zhì)的含量，提高了啤酒在儲存過程中的穩(wěn)定性。研究表明蛋白酶也可促進(jìn)糖化發(fā)酵，去除果酒、葡萄酒的雜味，對消除果酒、葡萄酒、黃酒的渾濁也有顯著效果。另外，蛋白酶在研發(fā)新型飲品中也有巨大貢獻(xiàn)，譚斌等[21]利用中性蛋白酶研制出高營養(yǎng)、易消化、風(fēng)味獨(dú)特的橙汁花生肽飲料，在一定程度上可改善特殊人群對蛋白質(zhì)的需求量。

3.4　蛋白酶在干酪制品中的作用

干酪是最為主要的乳制品之一，含有豐富的蛋白和鈣，其需求量也日益增加，而蛋白酶可以有效的加速干酪的生產(chǎn)和成熟[22]。研究表明由芽孢桿菌產(chǎn)生的金屬蛋白酶可以水解牛奶中的κ-酪蛋白，從而使凝乳步驟在奶酪生產(chǎn)中快速的完成，配合其它的蛋白酶可使牛奶中的寡肽水解，加快奶酪的成熟同時(shí)產(chǎn)生特異風(fēng)味物質(zhì)[23]。如今已研發(fā)出來源廣泛的生姜蛋白酶和PPe等可以代替乳酪生產(chǎn)初期所使用的小牛胃凝乳酶，烏血巖等[24]利用生姜蛋白酶制得出品質(zhì)更好、口感更佳、更具保健功能的干酪，龐志花等[25]研究發(fā)現(xiàn)PPe制得的干酪與小牛胃凝乳酶制得的干酪無顯著差別，同時(shí)PPe還優(yōu)于市場上所銷售的豬胃蛋白酶和微生物凝乳酶，在解決凝乳酶量的缺乏具有重要意義。另外，蛋白酶的添加使制得的干酪凝塊質(zhì)地更加細(xì)膩，風(fēng)味更濃郁。徐輝艷[26]研究表明在制作干酪時(shí)添加木瓜蛋白酶可降低其硬度、咀嚼性和內(nèi)聚性，減少揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生，得到高品質(zhì)的干酪。

3.5　蛋白酶在調(diào)味品中的作用

食品的口味和鮮味在很大程度上是由調(diào)味品所決定的，而調(diào)味品的制得離不開蛋白酶的催化發(fā)酵作用，醬油是人們生活中主要的調(diào)味品之一，其在釀造的過程中會產(chǎn)生大量的米曲霉，而米曲霉分泌蛋白酶作用于原料大豆中的蛋白質(zhì)，使其分解成小分子肽和氨基酸等具有風(fēng)味性的物質(zhì)，從而使醬油具有了改善食品味道的功效。隨后又通過添加外源蛋白酶增強(qiáng)醬油發(fā)酵時(shí)酶系的作用，以提升醬油的風(fēng)味品質(zhì)。池慧芳[27]研究發(fā)現(xiàn)在制作醬油時(shí)添加外源蛋白酶可有助于米曲霉的生長，增加細(xì)菌數(shù)量，且外源蛋白酶用量為0.06%時(shí)得到的醬油產(chǎn)量最高，大大縮短了醬油發(fā)酵的時(shí)間，更改善了醬油的各方面感官品質(zhì)。另外醬油中的含氮大分子和糊精會在醬油生產(chǎn)和儲存過程中產(chǎn)生大量沉淀，造成了巨大的損失同時(shí)嚴(yán)重影響到后續(xù)的銷售，趙聰聰?shù)萚28]通過正交試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶可以很好的改善此類情況，同時(shí)確定了醬油的最佳工藝條件。除了醬油，還有許多其他的調(diào)味料都是通過蛋白酶制備得來，劉光明等[29]將海蟹下腳料經(jīng)蛋白酶酶解作用后制得低過敏原性、氨基酸含量豐富、鮮味濃郁的海蟹調(diào)味料，陳娜等[30]利用木瓜蛋白酶作用蝦下腳料得到了蝦味濃郁、良好色澤并且可作為功能食品添加成分的調(diào)味料。

4　蛋白酶在應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

4.1　酶類的選擇

在加工食品時(shí)并不是任何一種蛋白酶的添加都能得到預(yù)期所要的效果，要選用合適的蛋白酶。許多蛋白酶都有凝固豆乳的功能，但欒廣忠等[31]研究發(fā)現(xiàn)Alcalase的凝乳作用最強(qiáng)，所制得的豆乳具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值，孟祥晨等[32]研究發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶水解雞蛋蛋清蛋白質(zhì)的效果優(yōu)于中性蛋白酶。唐福元等[33]研究表明無花果蛋白酶對豬肉的嫩化效果優(yōu)于木瓜蛋白酶，復(fù)合酶又比單一酶嫩化效果好。

4.2　酶量的添加

使用蛋白酶時(shí)，其用量的多少十分重要，用量太少可能作用效果不明顯，使最終食品口感風(fēng)味仍有所欠缺，用量過多可能會造成浪費(fèi)甚至作用過度的現(xiàn)象。解蕊等[34]研究發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶量為4 000 U/g時(shí)水解雞骨所制得的調(diào)味料風(fēng)味最好，趙文凈等[35]研究表明木瓜蛋白酶用量為3%時(shí)，其茶多酚浸出量最高，茶香更濃郁。

4.3　其他條件

外界條件也是影響蛋白酶的作用效果的重要因素。唐福元等[33]研究發(fā)現(xiàn)超聲可促進(jìn)無花果蛋白酶嫩化豬肉，且功率為240 W，超聲時(shí)間5 min、溫度50℃、pH7.5、嫩化時(shí)間60 min等條件下嫩化效果最佳。左繼紅等[36]研究發(fā)現(xiàn)微波輻射可加快蛋白酶的酶解時(shí)間，且功率480 W，處理時(shí)間1 h，溫度55℃條件下效果最好。蔣小鋒等[10]采用正交試驗(yàn)得出菠蘿蛋白酶嫩化馬肉的最佳條件是酶量12 U/g，溫度60℃，時(shí)間1.5 h，pH7.0或者酶量為16 U/g，溫度 60℃，時(shí)間2 h，pH7.0。

5　結(jié)語

蛋白酶作為一種安全、清潔、高效的酶制劑，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是食品行業(yè)，在食品風(fēng)味、口感、儲存等方面都有巨大貢獻(xiàn)，但仍有許多理論問題尚沒有得到解決，加強(qiáng)蛋白酶理論知識的了解和探索，開發(fā)更適合食品行業(yè)的新型蛋白酶，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益成為今后食品行業(yè)蛋白酶研究的首要任務(wù)，相信隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，蛋白酶將會為食品加工產(chǎn)業(yè)作出更巨大的貢獻(xiàn)。

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