食品风味与酶

趣 j期 1999年 5月 No 5 M ．1999 食品风味与酶 二。’、2 刘 毅 宁正祥 (华南理工夫孚套品写歪初工程学 广州 510641) 【摘要】首先介绍了食品中的太分子物质脂肪、蛋白质、核醢和风味前体在酶的作用下生成风味轴 盾的过程，用于消除食品原料末身具有的或者加工过程中产生的异昧的酶。并 绍 1直接用于 合成风味柏质的酶。 关键词：食品 风味 酶 — —、／ ～ ～一 0 ；J 言 ? Lifl仅 良好风味对食品是必不可少的，有些食 品需要专门进行风味强化；而公众对食 品添 加剂的安全性 日益关注，这就促进了对生物 方法合成风睐物质的研究。许多风味物质具 有特定的光学构象，用化学方法很难合成。 由于酶具有立体选择性，就可以解决这个问 题。酶的作用条件又比较温和，故酶法比起 化学合成方法具有很大优势。随着生物技术 的发展．用酶法或发酵法合成风味物质在食 品工业中发挥着越来越大的作用。 在风味技术中所用酶的主要用途 J：增 强食品风味或将风味前体转变风眯物质；作 为风味物质生产中的生物催化剂；充当从天 然原料中提取风味物质的催化剂；激活食品 中的内源酶以诱导合成风味物质的反应；钝 b食品中的内源酶以避免异味的产生；用酶 来释放食品的异眯。 l 食品中的大分子在酶作用下 产生风味物质 当食品中的大分子物质，如蛋白质、碳水 化合物、脂肪和棱酸被水解时，几乎都会对食 品风味产生影响。在多种酶可以催化这些大 分子物质的水解．使其水解有多种途径。当 生产某种特定的风味物质时，也常会有多条 途径可供选择。 1．1 脂肪 许多食品的主要风味特征是由脂肪决定 的。脂肪在脂肪酶的作用下水解得到的游离 脂肪酸对食品风味有重要影响。有时，游离 脂肪酸会被转化成其他风味物质。短链脂肪 酸( 以下)有刺激性的烟熏味，与油脂的酸 败味有关。中链脂肪酸( ～G2)有肥皂味． 对食品风味影响最大。例如菠萝椰子老姆酒 有时会带有强烈的肥皂味，就是因为椰子中 脂肪在菠萝的耐热脂肪酶作用下，释放出十 二碳脂肪酸。长链脂肪酸(G 2以上)对食品 风味无明显影响_1 。一般情况下，胰脂肪酶 用于形成短链脂肪酸，曲霉属和假丝酵母属 真菌可以形成广泛链长的脂肪酸．青霉菌用 于释放丁酸，米曲霉用于释放 C6～c10的脂 肪酸 。 在干酪生产中，添加脂肪酶或含有脂肪 酶的微生物，可以改善风味，缩短成熟期。在 赛达干酪生产中，加入米曲霉可使其风味明 显增强：成熟期也由几个月缩短到 12～72小 时，而且可以在风味形成与质构破坏之间找 到一个最佳平衡点“J。向原料乳中加八酸 乳酪和脂肪酶，可以改善拉丁美洲白干酪的 风味、质构，缩短成熟期。通过对孚L月 肪有控 制的水解，可使蓝干酪的风味强度提高 20～ 3O倍_1 。在干酪生产中通过使用 不同的脂 肪酶可以得到不同的脂肪酸组成．以使各种 干酪的典型风味特征得到充分体现。 易 品 2 味 讽 巨 ) 中 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 5期 专论与综述 食品风味与酶 3 黄油在青霉菌与胰脂肪酶混合作用下， 可得到干酪类型风味物质。对由黄油生产干 酪类型风味物质的脂水解动力学研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明： 固态发酵中的脂肪酶活性比液体深层发酵中 的高 3．3倍_6】。前者还可用于对橄榄油的水 解，并且对乳脂肪中的风味物质组成有一定 的控制能力[25】。 在面包中添加活性大豆风味物质以作为 脂肪氧化酶的来源，可以对亚麻酸和其他多 不饱和脂类进行过氧化作用，以改善面包的 挥发性组分。已经发现在添加了大豆风味物 质以后，已醛、已醇、l一戊醇、2一庚酮的浓度 上升[ 。 1．2 蛋白质 对蛋白质进行水解，可以得到风味物质 或风味增强剂。青霉蛋白酶水解大豆蛋白； 链霉蛋白酶水解酪素；胃蛋白酶水解豌豆蛋 白；血管紧张肽原酶重组脱奶的蛋自质【11】。 尽管酵母抽提物是通过激活酵母自身的降解 酶来进行自溶生产的，但当加入蛋白酶如木 瓜蛋白酶以后，可以使谷氨酸的浓度大大提 高 】。将蛋白质水解后，有时需要用谷氨酸 处理以进一步增强风味。例如：将小麦泥用 来自枯草杆菌和米曲霉的蛋白酶处理后，再 加入谷氨酸酶，可以使谷氨酸含量增加 2．6 倍[1 8】。 ． 蛋白酶有助于改善干酪的风味强度和口 感．并缩短成熟期。细菌中性蛋白酶可以大 大增加两类西班牙干酪的非蛋白氮含量．有 助于缩短其成熟期。细菌甲硫氨酸酶通过将 含硫氨基酸转变成甲硫醇，有助于赛达干酪 的风味形成【| 。需注意的是，蛋白酶可能导 致蛋白质疏水基团的释放，使食品产生苦味， 故对它的使用要慎重。当用脂肪酶和 8一半 乳糖酶可以达到缩短千酪成熟期并改善风味 的目的时．尽量不用蛋白酶。 1．3 接酸 5 肌苷酸和5 _鸟苷酸(简称“I+G”) 是广泛使用的风味增强剂。可以由发酵获 得，也可以由核酸酶催化 RNA得到。可以 通过直接往食品中加酶来获得“I+G”；也可 以在使用可溶性酶或固定化酶的酶反应器中 合成后再往食品中添加。反应中常用的酶是 桔青霉 5‘_磷酸二酯酶[5,17】。“Il+G”与谷 氨酸一钠配合使用可以形成强烈的肉类风 味，并且形成爽口和醇厚的感觉。它们可以 用来弥补低脂肪食品风味的不足，并可掩盖 某些食品的异味。 1．4 风味前体物质 食品加工过程中的风味损失可以通过添 加合适的酶制剂来恢复。囤为在加工过程 中，风味物质损失且内源酶被钝化，但风味前 体依然存在。当添加了相关酶以后，又可以 重新生成风味物质。这种方法 已经在水田 芥、芥子、甘蓝、洋葱和覆盆子的加工中得到 应用[1 。 用适当酶作用于水果中的风味前体，可 以有效释放香气物质。有孢汉逊酵母 口 葡 萄糖苷酶释放水果中的萜烯醇，葡萄糖能抑 制该酶 的活性，乙醇则有助于提高酶 活 性u 。a—L吡哺鼠李糖苷酶或 a—L呋喃 阿拉伯糖苷酶释放水果中的沉香醇和香叶 醇u 。在不久的将来，会开发出用于特定水 果以释放特定香气成分的商业酶制剂。在植 物的非果实部分也有许多风味前体，因此可 以使用工农业生产中的下脚料来合成香气物 质。例如：用 B一葡萄糖苷酶处理豆荚，可把 其中的葡萄糖香草醛转化成香草醛。用黑曲 霉水解酶处理豆英也可达到类似的目的，这 种工艺现已发展到接近工业生产的规模_1 。 糖苷水解物是高品质葡萄酒中重要的香 气化合物。用非特异性葡萄糖苷酶水解 由葡 萄酒和葡萄汁中分离出的糖苷，水解样品与 感官分析记录中的“蜂蜜味”、“茶味”、“酸橙 味”或“花香”等特征有关，葡萄酒正是由于这 些非浆果属性而得到高的定位。这种用酶法 提高产品档次的技术，已经在 Shiraz、Semil— ion、Chardonnay、Sauvignon]31Btnc葡萄酒中得 维普资讯 http://www.cqvip.com d 中 国 调 味 品 总第243期 到应用l 。 1．5 食品中异味的消除 真菌柚皮昔酶可以将苦味物质柚皮水解 成野黑樱素和鼠李糖，从而实现对朱栾或朱 栾浓缩物的脱苦 不动细菌柠檬苦素脱氢 酶，可以把柠檬苦素氧化成柠檬苦素环内脂， 以对柑橘或朱栾~jn-E品脱苦[”]。 当双乙酰浓度超过 0．15mg／L时．会使 啤酒具有馒饭味。双乙酰要较长时间才可消 失，其含量作为衡量啤酒是否成熟的指标。 酶法可用于消除双己酰，缩短啤酒成熟期。 在辅助因子 NADH存在下．细菌双乙酰还原 酶可以把双乙酰还原成 2．3一丁二醇 。在l临 近结束的发酵醪中加入乙酰乳酸脱氢酶，可 以直接把 a一乙酰乳酸转化成3一羟基丁酮， 以避免前者自发转化成双乙酰的过程 ]，现 已把编码乙酰乳酸脱氢酶的基因克隆到酿酒 酵母中，用这种酵母生产的啤酒，双乙酰浓度 可以降到0．01pprn以下-l 。 超高温消毒奶中易产生蒸煮味，这与蛋 白质中琉基的释放有关．若先在原料奶中加 入巯基氧化酶．可以把琉基转化成二硫化物。 再进行高温消毒，可以避免蒸煮味的产 生r 。 在脱脂豆奶生产中．由于己醛的裂解会 使产品产生异味。可以使用醇脱氢酶、醛脱 氢酶和 NADH氧化酶把己醛转化成己醇或 己酸、以减少异味的产生n 。由基因工程改 变脂肪氧合酶系统的基因编码．可以消除该 酶对脂肪酸过氧化反应的催化性能，从而避 免己醛的生成【l2J。 2 风味化合物的酶法合成 用酶对某种风味物质进行生物合成、分离 和纯化，是风味化学工业的重要研究方向之 一 。为进一步提高酶的使用效果，进行 了许多 相关研究；利用蛋白质工程生产新酶．通过固 定化或化学改性来发展稳定酶的新途径。对氧 化还原反应中的辅助因子进行再生。修饰反应 介质以得到酶的折陛质，等等。以下是一些通 过酶促工艺来生产风味化合物的实例。 2．1 脂肪酶和酯酶 用脂肪酶可以催化酯化反应、酯基转移 反应(酸解、醇解或酯交换作用)和内酯化反 应．以进行风味酯的合成 J。到 目前为止， 已有超过五十种的酯可以由酶法合成。合成 产量受溶剂的疏水性(1ogP)、脂肪酶的来源 以及醇与酸的分子量等因素的共同影响。底 物极性和水分活度对酯化反应和酯基转移反 应的速率影响很大。底物极性和水分活度对 酯化反应和酯基转移反应的速率影响很大， 因为酶活性高度依赖于酯化过程中的游离水 分子。当溶剂 的 logP>3．5且水分含量 < 1％时．是合成短链风味酯的最佳条件L2 。 毛霉脂肪酶可以将 15一羟基十五烷酸 和16一羟基十六烷酸转化成相应的大环内 酯．反应在含有醚和甲苯的有机溶剂中进行． 80℃时转化率可达 30％。如果水分含量保 持在0．083％，并且在生产脂肪酶的过程中， 在冷冻脱水之前加入糖醇，如赤藓糖醇、阿拉 伯糖醇或山梨糖醇等．可以使反应的转化率 上升【 。 香蕉、甜瓜、草莓等水果中的香气酯主要 是乙酸和丁酸的乙酯、丁酯、异丁酯和异戊 酯，其合成酶是乙酰 CoA转移酶或酯合成 酶。在体外．反应性能与酶的来源和底物结 构有关，例如：来自草莓的合成酶的最适底物 是戊酰 CoA,而来 自香蕉和甜瓜的合成酶与 乙酰 CoA、丙酰CoA和丁酰 CoA的反应效果 好【 5- 。 L一薄荷醇是在香气和风味工业中广泛 使用的萜烯醇。制取L一薄荷醇的关键步骤 是从 DL一混合物中分离出L一薄荷醇。酶 法分离 L一薄荷醇．主要是通过特异性水解 DL一薄荷醇酯中的“L”部分，得到 L一薄荷 醇．再把 L一薄荷醇结晶出来。这个工艺可 以由来 自酵母或者藻酸单胞菌的酯酶来实 现。把红酵母固定在聚亚氨树脂凝胶中以后 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 专论与综述 食品风味与酶 5 (估计半衰期>55天)，可以得到 100％光学 纯度的L一薄荷醇L 。 2．2 氯化还原酶 氧化还原酶很少直接用到工业生产中， 主要困难是氧化还原酶的生产成本很高，而 且反应过程中的辅助因子再生困难。但有一 些例子表明氧化还原酶的应用潜力，通过适 宜的酶促反应可以对辅助因子进行再生。 2、2．1 醇脱氢酶(ADH) 醇脱氢酶可以在葡萄等植物或马肝中提 取出来，也可用微生物方法生产r 。它既可 以把酮、醛还原成醇，又可以把醇氧化成相应 的醛或酮。将“ADH+NADI{”加入含有多不 饱和脂肪的牛奶中可以减少醛的含量，特别 是己醛含量。 乙醛在柑橘和酸乳酪等食品的风味中发 挥重要作用。使用 ADH可以把柑橘香精中 的乙醇转化成乙醛，其辅助因子 NAD通过 使用FMN在一个含有 和催化荆的光催 化反应中再生。ADH可以在双相系统(水／ 正己烷)中催化由香叶醇生产香叶醛的工艺． 利用反应物与产物在有机溶剂中溶解度的不 同，可以消除产物抑制效应，转化率可达 50％12] 。 葡萄杆菌 ADH可以把葡萄糖转化 成 5一酮葡萄糖酸，后者通过控温加热转化 成具有强烈肉类风味的甲基呋喃 J。 2、2．2 醇氧化酶 苯甲醛是李属水果的主要风味物质，当 压榨扁桃、美洲李、桃子、苹果等李属水果的 种子或果核时，可由酶促反应产生L1 。苯甲 醛可在体外合成，由醇氧化酶作用于苯甲醇 实现，后来开发成功了在两相介质中使用毕 赤酵母菌的整胞生产工艺【2J。 2．2．3 其他氧化还原酶 假单胞菌脱氢酶可以把 L一薄荷酮转化 成L一薄荷醇，将此酶作用于由未成熟辣薄 荷提取的香精油(几乎只含 L一薄荷酮)，可 以增加 L一薄荷醇韵含量。利用纤维单胞菌 也可实现相同工艺。这两种情况都需要一个 辅助因子的再生系统。在牛肝中提取的醛脱 氢酶可以把正戊醛和正己醛氧化，以减少大 豆的豆腥味，反应在好气条件下进行，用溶解 氧做电子受体，不需要辅助因子r16 J。 0一芷香酮和 0一二氢大马酮是烟草和 许多水果中的重要香气化合物，通过酶对类 胡萝 b素的降解可以产生两类物质。已经开 发成功了利用黑曲霉细胞在有机溶剂中生产 0一芷香酮的工艺。当把多酚氧化酶作用于 椰子油等富含类胡 索的底物时．也可获得 少量 B一芷香酮L“J。 2．3 其他酶 a 一 萜品醇脱氢酶(一种裂解酶)，可以把 柑橘工业的副产品苎烯转化成重要的风味化 合物 12,一萜品醇。这种酶已从假单胞菌中分 离出来，由两种蛋白质组成。在苹果酱中可 以分离出脂肪氧化酶和氢过氧化物裂解酶， 二者共同作用于亚油酸，可以得到 C6～c10 的挥发性醛，前者负责把亚油酸转变成氢过 氧化物，后者把氢氧化物变成挥发性醛。向 反应介质中添加s 或 v 可以显著增加挥 发性醛的含量，以增加最终产物的香气_1 。 3 结论与展望 本文综述了酶对食品风味的影响，以及 与风味有关的酶的研究趋势。还需要进一步 证明这些酶达到商品规模有无经济上的可行 性。基因工程和蛋白质工程可以改善酶的催 化活性和稳定性，但也需要考虑成本以及最 后的毒理学检验和市场规模。 由于酶催化反应的一些优势，如温和的 反应条件，高度的产物特异性，基本没有副产 物的污染等等，使得酶在风味化合物的生产 中具有巨大的应用前景。在最近一段时间 内，主要研究方向应集中在：把酶用做食品添 加剂，以用于风味的产生或改进食品的风味。 随着对风味产生机理的研究越来越深入，以 及对酶在非水介质中使用的研究，必将进一 步促进酶在风味化学工业中的应用。 维普资讯 http://www.cqvip.com 6 中 国 调 味 品 总第 243期 参考文献 1．AddoK Burm~ StuartM R，ct a1． 出 ∞ flour Ⅺ 它 蛇 mtttalit eff~-ts on b=啦d dotlgh,~olatiles．J FoodScl,1螂 ，58(3)：583～585 2．A] 嘲 l E-}瑚m—H目g汕 l B．Biocon'~-it'- 嘲 in皇c 蝴 啪 一phase s 甘n岛．Em Mie~b Teehnol，l99o，12(4)：242～254 3．^ 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