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普鲁兰酶在食品工业中的应用_生物学_自然科学_专业资料。18 食品工程 FOOD ENGINEERING 2008年第2期 6月出版 普鲁兰酶在食品工业中的应用 Applica

  普鲁兰酶在食品工业中的应用_生物学_自然科学_专业资料。18 食品工程 FOOD ENGINEERING 2008年第2期 6月出版 普鲁兰酶在食品工业中的应用 Application of pullulanase in food industry

  18 食品工程 FOOD ENGINEERING 2008年第2期 6月出版 普鲁兰酶在食品工业中的应用 Application of pullulanase in food industry 周念波‘孙杰 ZHOU Nian-bo’SUN Jie 王 晶魏丙卓 WEI Bing-zhuo (武汉生物工程学院生物工程系,武汉430415) WANG Jing (Department ofBioengineering,Wuhan Bioen百neering Institute,Wuhan 430415,China) 摘要普鲁兰酶是一种能够专一性切开支链淀粉 分支点中的a-1,6一糖苷键的脱支酶。普鲁兰酶 在食品工业中的研究与应用正日渐广泛与深入,通 过对该领域的众多成果进行了整理,对普鲁兰酶在 高葡萄糖浆、超高麦芽糖浆、啤酒及改性淀粉等生 产中的应用进行了综述。 关键词普鲁兰酶;食品工业;应用 Abstract which Puflulanase is a 继1 96 1年Bender和Wallenfels通过产气气杆菌 (Aerobacter.aerogenes)发酵获得普鲁兰酶以后,各 国的科研人员经过广泛深入研究,从不同的地区、 微生物中获得该酶,掀起了开发普鲁兰酶的高潮。 近年来,国内对普鲁兰酶的研究主要集中在耐酸耐 热高产菌株的筛选及基因的克隆与表达。国内食品 工业上所用的普鲁兰酶均是从丹麦NOVO进口。 kind of debranching enzyme hydrolyze d-1,6-glucoside linkages in use 1 普鲁兰酶在高葡糖浆生产中的应用 高转化率的葡萄糖浆可用来生产结晶葡萄糖或 amylopectin.This paper summarized respectively the of puflulanase in glucose food industry,including the high malt USeS in syrup,extremely syrup,beer and 作为高果糖浆的原基料。通常全酶法葡萄糖浆的生 产过程包括两个酶水解步骤、液化过程和糖化过 程。液化过程中,通常在309/100 g一359/1009固形 物的淀粉浆中添加耐高温Ot一淀粉酶进行淀粉液 modified starch. keywords pullulanase;food industry;application 在食品加工行业中,大部分淀粉质原料中支 链淀粉占总淀粉质量约为70%~95%,如玉米中 占74%、马铃薯中占76%、小麦中占75%、稻谷 中占81%,糯米中占100%。a一1,6一糖苷键在 支链淀粉中出现的频率约为20~25个葡萄糖残基, 所以支链淀粉中约含有4%~5%的理一1,6一糖苷 键。支链的存在阻碍淀粉的分解,影响到淀粉的利 用率和产品的质量。 普鲁兰酶(Pullulanase,EC 3.2.1.41)是一种能够 专一性切开支链淀粉分支点中的Ot一1,6一糖苷键, 从而剪下整个侧枝,形成直链淀粉的脱支酶。普鲁 兰酶在以淀粉为原料的食品加工业中有着重要的用 途,是由于其能将最小单位的支链分解,最大限度 的利用淀粉原料。 +周念波,男,1979年出生,硕士,研究方向:酶制剂开发应用。 收稿日期:2008—04—21 化;糖化过程中,用葡萄糖淀粉酶使部分水解的淀 粉分子完全分解成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶对仅一1, 4-键的水解非常有效,但对d一1,6一键的水解速 率大大降低。因此仅一1,6一键的存在对于高葡萄 糖浆的生产无疑是一种障碍。 使用普鲁兰酶,在糖化阶段与葡萄糖淀粉酶协 同作用。:可有效地提高淀粉的水解速率,降低葡萄 糖淀粉酶的用量,缩短反应时间,提高葡萄糖的产 量和纯度。工业上有复合糖化酶,为葡萄糖淀粉酶 与普鲁兰酶的混合制剂,应用复合酶可使DE值达 99,葡萄糖量达总糖质量的97%。 2普鲁兰酶在超高麦芽糖浆生产中的 应用 ‘ 人们对麦芽糖浆的喜爱是由于麦芽糖不易结 万方数据 2008年第2期 6月出版 周念波,等:普鲁兰酶在食品工业中的应用 19 晶,吸湿性小,甜味与砂糖不同,具有爽口、清淡 等优点。其溶液黏度较低,而且热稳定性很好,麦 芽糖经氢化可制得麦芽糖醇,可作糖的代用品及低 浆。啤酒专用糖浆的构成应尽量接近麦芽汁的成 分,这样才能满足啤酒生产的需要,从而使酿造的 啤酒在口感、色度及泡沫等方面达到质量要求,因 此啤酒糖浆的生产工艺与普通淀粉糖浆有差异。采 用B一淀粉酶为糖化剂,同时添加普鲁兰酶,以提 热量食品。因此,麦芽糖浆中麦芽糖的含量直接关 系着麦芽糖浆优良性能的发挥。 麦芽糖的生产方法是采用d一淀粉酶和8一淀 粉酶的共同作用下使淀粉分解制得,所得制品的麦 芽糖含量最多也不超过50 g/100 g~65 g/100 高啤酒糖浆的麦芽糖含量。啤酒专用糖浆不仅可以 保证啤酒生产的正常进行并降低生产成本,而且缓 解了大麦供应的紧张局面。国际上,美国、日本、 非洲及欧洲地区许多国家都采用专用糖浆酿造啤 酒,我国部分地区的啤酒厂也进行了这方面的应 用,取得了很好的效果。 g左右, 称之为高麦芽糖浆。在此基础上,将麦芽糖含量进 一步提高,所得制品称为超高麦芽糖浆。但古老的 方法使用单一的糖化酶作用制造的糖化液,精制高 纯度的麦芽糖非常困难。因此提高糖化液中麦芽糖 的含量是高纯度麦芽糖浆生产中最重要的环节。在 糖化时用普鲁兰酶将支链淀粉脱支而形成短的直链 淀粉片段,有利于p一淀粉酶的作用,减少B一极 限糊精的形成,从而提高麦芽糖的含量。据报道, 普鲁兰酶与仅一淀粉酶、B一淀粉酶协同作用,可 得到麦芽糖含量为92.4 g/100 4普鲁兰酶在改性淀粉食品生产中的 应用 近年来随着经济的发展和人民生活水平的提 高,人们对淀粉制品的品质提出了越来越高的要 求,通过各种方法对淀粉进行改性以改良淀粉品质 一直是科技工作者和生产厂的研究热点。 4.1抗消化淀粉生产中的应用 抗消化淀粉(resisant starch或enzyme—resistant starch,RS),又称抗酶解淀粉或抗性淀粉,是指不 能在人体小肠中消化吸收,但在结肠内可被微生物 发酵利用的那部分淀粉。抗消化淀粉对人体血糖水 g的糖化液。 3普鲁兰酶在啤酒生产中的应用 在啤酒酿造的糖化过程中,麦芽中分解淀粉的 主要酶是d一淀粉酶、B一淀粉酶和分解淀粉 a一1,6一糖苷键的R一酶(植物普鲁兰酶或植物茁 霉多糖酶)。在工业生产中为了节约麦芽用量,采 用所谓外加酶法糖化,即在减少麦芽用量的前提 下,增加淀粉质辅助原料的比率,并加入适当种类 的酶制剂进行糖化。要使大麦及其他辅助原料糖化 平、肥胖、癌症、脂质代谢和能量等方面有重要生 理功能。因此,他被广泛应用于碳水化合物、脂肪 食品、低脂人造奶油等,或作为一种单独的添加荆 加入功能性食品配方中。国外已有工业化生产的抗 消化淀粉产品问世。目前,国内外报道的抗消化淀 粉生物制备主要采用酶脱支降解。 采用普鲁兰酶将马铃薯淀粉、玉米淀粉、甘薯 淀粉进行脱支处理后再经糊化老化处理可增加抗消 化淀粉的含量。Kettlitz B报道采用普鲁兰酶或其他 脱支酶催化脱除淀粉中支链可得到含量高达60% 的抗消化淀粉。 4.2歧化环糊精生产中的应用 环糊精(cyclodextrin,CD)是由淀粉在生物酶 的作用下降解所产生的一种由多个D一吡喃型葡萄 糖通过a一1,4一糖苷键连接的环状低聚糖化合物。 但是,环糊精和其包接化合物的溶解性较差,而影 响其应用。利用普鲁兰酶的转移和缩合作用将麦芽 糖基等与环糊精以仪一1,6一糖苷键相连,得到改 性后的歧化环糊精,可改善其溶解性。Shiraishi等 完全,需要外加a一淀粉酶和分解d一1,6一糖苷键 的普鲁兰酶制剂等。如果分解淀粉仅一1,6一糖苷 键的酶活性不足,淀粉分解就不完全,其结果是可 发酵性糖含量低,制成的啤酒发酵度达不到要求。 采用普鲁兰酶与d一淀粉酶协同作用,效果良好, 其分解产物主要是麦芽糖和少量的麦芽多糖。啤酒 外加酶法糖化工艺已在世界范围内被广泛接受,普 鲁兰酶能使原辅料中的淀粉分解完全,降低麦芽汁 中B一极限糊精含量,增加可发酵性糖的含量,从 而大幅度提高发酵度。近年来兴起的干爽啤酒的主 要特色是发酵度高,通常发酵度要大于75%,而要 获得这样高的发酵度,在糖化阶段就必须要添加普 鲁兰酶。 若以淀粉代替全部啤酒主料和辅料,利用酶制 剂制得符合啤酒生产的糖浆,称之为啤酒专用糖 万方数据 食品工程 2008年第2期 6月出版 详细研究了普鲁兰酶逆向合成歧化环糊精的条件, 普鲁兰酶用量为(100~200)U/gCD,pH4.0~4.5 和温度60℃一70℃,各种环糊精的转化率都超过 40%。Watanabe等设计了一种由普鲁兰酶将麦芽糖 和仅一CD缩合生成Gr仅一CD以及在葡萄糖淀粉酶 作用下水解的两步骤制备高产率G1一d—CD的新方 法。Sakano等报道的固定化普鲁兰酶连续生产歧化 环糊精,不仅能连续生产提高酶的使用效率,而且 能减少酶的分离程序,提高产品的品质。 4.3缓慢消化淀粉 缓慢消化淀粉(slowly digestible 此高直链淀粉含量的绿豆制得的粉丝质量比其他淀 粉都好。 美国虽然通过遗传育种的方法得到含直链淀粉 60 g/100 g玉米新品种,但在育种中存在淀粉总含 量下降,水分含量增加,产量下降等问题,不大适 于大量生产。国外已采用普鲁兰酶改变淀粉结构, 可使支链淀粉变为直链淀粉。据报道,采用此法收 率可达100%。 目前,我国所需的直链淀粉主要依赖进口,而 且价格昂贵,是普通淀粉的16倍,每年花去大量 外汇。从我国食品及相关产业的发展来看,利用普 鲁兰酶开展高直链淀粉的生产与加工具有巨大的经 济效益与社会效益。 starch,SDS) 指那些能在小肠中被完全消化吸收但速度较慢的淀 粉,主要指一些生的未经糊化的淀粉,如生大米、 玉米、高粱等。缓慢消化淀粉具有特殊的生理学功 能,如缓慢吸收、持续释放能量、有助于维持血糖 5结束语 普鲁兰酶与其他淀粉酶协同作用或单独作用, 使食品质量提高,降低粮耗,节约成本,减少污 染。普鲁兰酶能分解支链的特性决定了他在食品工 业中的广泛应用,已成为淀粉酶制剂中一个很有前 途的新品种,具有广阔的开发和应用前景。其在食 品工业中的应用研究也将日趋广泛和深人。目前国 际上普鲁兰酶的工业化生产被丹麦垄断,我国仅局 限于实验室研究,且酶活较低,所以开发普鲁兰酶 对食品加工领域具有重要的工业价值。 参考文献 [1]周瑞芳,彭风鼐.脱支酶的性质及在食品中的应用[J].郑 州粮食学院学报,1993(4):26—32. [3]JENSEN B F,NORMAN B E.Bacillus Adidopullulytiaus 稳态,预防和治疗各种疾病(如糖尿病、糖原贮积 病、心脑血管疾病等)。因而,缓慢消化淀粉可应 用于开发特定保健食品、热量持续型运动饮料等产 品。缓慢消化淀粉由大部分无定形成分和小部分有 序结构的双螺旋成分构成,所以淀粉经过普鲁兰酶 脱支处理后产生更多的短链,他们通过氢键与疏水 作用进行排列和交连,聚集形成结晶结构即产生缓 慢消化淀粉。Guraya H s等采用普鲁兰酶脱支处理 大米淀粉可最大限度得到缓慢消化淀粉,其制备工 艺为每100 g蜡质淀粉用10 g普鲁兰酶脱支处理4 h后在1 cc储藏。王萍等研究了采用普鲁兰酶脱支 处理制备大米缓慢消化淀粉工艺,缓慢消化淀粉含 量达到58 g/100 g。 4.4直链淀粉生产中的应用 植物淀粉中直链淀粉所占比例都较少,4166澳门金沙网娱乐大部分 为支链淀粉。利用普鲁兰酶可切断支链淀粉分子中 的d—l,6一葡萄糖苷键,将支链淀粉全部转变成 直链淀粉,而且纯度高。 经普鲁兰酶脱支处理的淀粉形成的膜具有良好 的强度和隔氧性,适用于食品的包装膜。同时,生 产中反应条件温和,不造成环境污染,其产品也是 一种不会因焚烧、丢弃而带来公害的能被生物分解 的物质,4166澳门金沙网娱乐是一种有发展前景的绿色包装膜。因此利 用高直链淀粉生产可食性包装膜是解决目前日益严 重的“白色污染”的有效途径。 此外,高直链淀粉具有独特的物理和化学性 质,这些特性用于糖果业,作为增稠剂用于布丁和 一些精制食品的制作。由于直链淀粉凝沉性好,因 PuHul-anse Apphcation and regulatory Aspecis in the Food Industry[J].Process [4]NAIR Biochem。1984。19:129~134. S U,SINGHAL R s,KAMAT M Y.Induction production in Bacillus cereus ofput— lulanase FDTA—13[J]. Bioresource Technology,1998,4:856-859. [5] 曾新阳。刘应杰.脱支酶在糖化过程中的应用[J].酿酒, 2003。30(4):78—79. 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