酶工程在食品工业中的应用
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酶工程技术在工业中的应用与前景酶工程技术是将生物酶应用于工业生产中的一种技术。
这种技术已经在许多工业领域中被广泛应用,如食品工业、制药工业、医药工业、石油化工、纺织业等。
随着生物技术的发展,酶工程技术也在不断地完善,并在各行业中发挥越来越重要的作用。
酶是一种催化剂,它能够在相对较温和的条件下促进化学反应的进行。
相较于其他化学催化剂来说,酶具有选择性强、催化效率高、反应条件温和等优点。
因此,酶工程技术能够制造更环保、更高效的产品,提高工业生产效率,促进工业的可持续发展。
在食品工业中,酶工程技术得到了广泛的应用。
例如,面包的生产中需要大量使用酵母菌发酵面团,以此来实现面包的松软口感和香味。
而在牛奶和奶制品的制造中,酶也被广泛应用于提高产品的质量和口感。
此外,酶还被应用于饮料、酒类、果汁等食品的生产过程中,以使产品更加口感丰富、营养更加丰富。
在制药工业中,酶工程技术也有着极其重要的作用。
目前,糖尿病、癌症、心血管疾病等疾病的治疗中,都需要使用酶工程技术制造特定的药物。
特别是一些高效、低成本的生物制药品,如蛋白质类药物,能够通过酶工程技术得到更好地制造。
除此之外,酶工程技术还在环保领域中有着重要的应用。
石油化工行业中,酶被应用于油污的降解和治理,可以降低有害化学品的排放。
在纺织工业中,酶工程技术被用于制造高品质的天然染料,使得衣物柔软、色彩鲜艳。
此外,酶工程技术还可以应用于污水处理和海水淡化等环保领域中来。
未来,随着生物技术的不断发展,酶工程技术在工业生产中的作用将会继续扩大。
尤其是在可持续发展的背景下,酶工程技术作为一种绿色、高效、低成本的技术,将更加得到重视。
从生物催化剂的研究、工程化设计、反应器的研究与开发、在酶反应下副反应的控制、生产过程的绿色设计等角度推进酶工程技术的应用,将有助于提升酶工程技术的发展水平。
总的来说,酶工程技术在工业生产中的应用已经取得了丰硕的成果,并被广泛应用于各行业中。
随着科技的不断发展,酶工程技术在未来将会有更加广泛和重要的应用前景。
酶技术在食品工业中的应用酶技术是一种利用酶作为催化剂来改变物质结构和性质的技术。
在食品工业中,酶技术被广泛应用于食品加工和生产中,能够提高食品品质、改善生产工艺、增加生产效益。
本文将从食品加工、食品保鲜和食品安全三个方面介绍酶技术在食品工业中的应用。
一、酶技术在食品加工中的应用1. 面粉加工:面粉中的淀粉不能直接被人体消化吸收,酶技术可以通过添加淀粉酶将淀粉分解为可被人体消化的糖类,提高食品的可消化性和营养价值。
2. 果汁加工:果汁中的果胶会使果汁浑浊不清,酶技术可以通过添加果胶酶降解果胶,使果汁更加清澈透明。
3. 面包加工:酵母在发面过程中产生的酶可以将面粉中的淀粉分解为糖类,产生二氧化碳使面团发酵膨胀,从而制作出松软可口的面包。
二、酶技术在食品保鲜中的应用1. 果蔬保鲜:酶技术可以通过添加抑制酶活性的物质来延缓果蔬中酶的活性,从而延长果蔬的保鲜期。
2. 肉类保鲜:酶技术可以通过添加抑制菌落生长的酶来防止肉类快速腐败,延长肉类的保鲜期。
3. 酒类酿造:酒类酿造中,酶技术可以通过添加酒精酶来促使酒精的生成,同时添加其他酶来提高酿造效率和产品质量。
三、酶技术在食品安全中的应用1. 食品检测:酶技术可以用于快速检测食品中的有害物质,如添加抗生素、农药残留等。
通过添加特定的酶底物和检测试剂,可以快速检测出食品中是否存在有害物质。
2. 食品鉴别:酶技术可以利用酶的特异性来鉴别食品中的成分。
例如,通过检测食品中特定酶的活性,可以判断食品中是否掺入了非法添加物。
3. 食品加工控制:酶技术可以用于控制食品加工过程中的酶活性,确保食品的安全性。
通过合理控制酶的使用量和加工条件,可以避免食品中的酶活性过高或过低,从而保证食品的质量和安全性。
酶技术在食品工业中的应用非常广泛。
通过合理利用酶技术,可以改善食品的品质、提高生产效益、延长食品的保鲜期,并确保食品的安全性。
随着科技的不断发展,相信酶技术在食品工业中的应用将会越来越广泛,为人们提供更加安全、健康的食品。
简述酶工程的主要应用
酶工程是利用生物技术和分子生物学的手段对酶进行基因工程和蛋白工程的研究,目的是改良酶的性质和功能,以满足特定的工业生产需求。
酶工程的主要应用如下:
1. 生物催化剂:酶工程可以通过改变酶的结构和活性,将其应用于各种化学反应中,提高反应的速度和选择性,减少副产物的生成,从而降低生产成本。
2. 食品工业:酶工程可以应用于食品加工中,比如利用蛋白酶降解蛋白质以改善食品质量,或者利用淀粉酶和糖化酶来提高糖化效率和改善食品口感。
3. 制药工业:酶工程可以用于制药行业的药物合成、分解和修饰等方面。
通过改变酶的特性,可以提高药物的生物利用度和活性,改变药物代谢途径和降低不良反应的发生。
4. 生物燃料工业:酶工程可以用于生物质能源的转化和生物燃料的合成,通过改变酶的特性和效率,提高生物质能源的利用效率和生物燃料的产量。
5. 环境工程:酶工程可以用于环境治理和资源回收方面。
比如利用酶降解有机废弃物、去除水污染物,或者利用酶提取珍贵金属和重要化合物等。
综上所述,酶工程的主要应用领域包括生物催化剂、食品工业、制药工业、生物燃料工业和环境工程等。
通过改变酶的性质和
功能,可以提高生产效率、降低成本、改善产品质量,同时也能为环境保护和可持续发展做出贡献。
酶工程在食品加工方面的应用酶的生产和应用的技术过程称为酶工程。
酶工程技术广泛应用于食品添加剂生产,不断开发新酶源,研制新产品,固定化酶反应器使生产连续化,设备小型化,生产成本降低,产品易纯化,收率提高。
本文意在阐述近年来酶工程在分子水平的研究进展,展示酶工程在食品加工方面的应用进展,并对其未来前景进行了展望。
1、酶工程在甜味剂生产中的应用应用海藻糖是一种新型的多功能食品添加剂。
从中国土样中筛选分离得到能产生淀粉转化为海藻糖的酶菌柱,并利用该菌柱生产的酶进行淀粉合成海藻糖。
产物海藻糖在反应混合物中的含量可达48%。
科学家研究了在不易破壁取得胞内海藻糖合酶的情况下,采用渗透处理细胞技术生产透性化细胞酶,并获得了较高的酶活力。
海藻糖还可由海藻糖合酶将麦芽糖直接转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中有着良好的应用前景。
2、酶工程在调味剂生产中的应用在日本和美国利用酶水解蛋白制取的营养型调味剂和氨基酸复配调味品占调味剂市场很大的比重。
其销售量已超过传统调味剂的数倍。
用酶法提取的米糠蛋白的溶解性、起泡性、乳化特性和营养性等蛋白功能特性上表现出良好性能,不仅可以作为食品中的营养强化剂,还可以作为食品中的风味增强剂3、酶工程在食品抗氧剂生产中的应用采用低浓度的乙醇、氨基酸和溶菌酶复酶添加入食品的杀菌防腐的方法越来越受到人们的重视,并在食品加工业中广泛推广。
随着近年来酒精需求量的上升,固定化细胞技术应用于酒精工业生产方面的研究也变得非常活跃。
日本协和发酵公司的固定化酵母连续发酵系统,半衰期可长达3个月,酒精产值接近理论值,已进入工业生产阶段。
4、在乳制品中的应用乳糖是存在于哺乳动物乳汁中的一种双糖,甜度和溶解度均较低,饮食中的乳糖可提高人体对Ca,P,Mg和其他必需微量元素的吸收,但其在小肠里不能被直接吸收,必须通过小肠内乳糖酶水解才能被人体消化吸收。
5、在培烤食品中的应用酶在烘烤食品方面,可以增大面包体积,改善面包表皮色泽,改良面粉质量,延缓陈变,提高柔软度,延长保存期限。
酶工程的应用及其发展趋势
酶工程是利用生物技术方法对酶进行改造和优化,以满足工业生产的需求。
它在各个领域都有广泛的应用,包括医药、食品、化学等。
以下是几个酶工程的应用及其发展趋势:
1. 医药领域:酶被广泛应用于药物合成和制药过程中。
例如,通过酶工程可以改进药物合成的效率和产量,减少副产物的生成,提高纯度和质量。
此外,酶还可以用于制造生物药物,包括蛋白质药物、抗体药物等。
未来的发展趋势是开发更多的酶药物,并提高制药过程的效率和环保性。
2. 食品工业:酶在食品工业中有广泛的应用,包括面包、啤酒、酸奶等食品的制作过程中。
通过酶工程可以改善食品的质地、口感和保鲜性。
此外,酶还可以用于食品添加剂的开发,用于改善食品的营养价值和功能性。
未来的发展趋势是开发更多的专用酶用于食品加工,提高食品的品质和安全性。
3. 环境保护:酶工程在环境保护领域有重要的应用。
例如,酶可以用于处理工业废水和污染物,降解有机废弃物和重金属污染物。
此外,酶还可以用于制备生物柴油和生物降解塑料等可再生能源和环保材料。
未来的发展趋势是开发更多具有高效降解性和低成本的酶用于环境治理和再生资源的利用。
4. 新型酶的发现和优化:酶工程的发展趋势是发现和利用新型酶及其应用。
随着生物技术的不断发展,越来越多的新酶被发现和鉴定,可以应用于各种工业过
程。
此外,通过基因工程和代谢工程的方法,可以对酶进行定向进化和改造,提高其催化活性、稳定性和特异性。
未来的发展趋势是开发更多的新型酶和创新技术,提高工业生产的效率和可持续性。
酶工程在食品工业中的应用
一、酶的用途
表:酶用于食品加工
酶的用途反应酶
水解淀粉生产葡萄糖淀粉+H2O → 葡萄糖糖化酶α-淀粉酶
水解RNA生产 5'-IMP及5'-GMP • RNA+H2O →5'-AMP+5'- GMP+5'-
UMP+5' - CMP
• 5'-AMP+H2O→5'-AMP+NH3 •磷酸二酯酶• AMP 脱氨酶
用Plaste in 反应修饰蛋白质肽 + 蛋氨酸乙酯→ 肽 - 蛋氨酸木瓜酶
消除桔汁苦味•柚苷 +H2O → 鼠李糖 + 柚配质
-7- 葡糖苷
(2) 柚配质-7-葡糖苷→葡萄糖+柚
配质•柚苷酶
•黄酮化合物糖苷酶
生产果葡糖浆D-葡萄糖→D-果糖葡萄糖异构酶
增加甜菜糖收率棉子糖 +H2O →半乳糖 + 蔗糖蜜二糖酶(α-半乳
糖苷酶 )
分解牛奶及乳清中乳糖乳糖 + 水→D-半乳糖 + 葡萄糖β- 半乳糖苷酶
消除食品中残留 H2O2 H2O2+ H2O2→O2+ 2H2O 过氧化氢酶
分离鱼碎肉废水中油和蛋白质蛋白质、油、聚丙烯酸钠、水→肽氨
基酸、油聚丙烯酸
碱性蛋白酶
啤酒澄清蛋白质→肽木瓜酶
桔子脱囊衣半纤维素(高分子)→半纤维素(低
分子)
粥化酶
改进谷物淀粉收率淀粉、半纤维素、蛋白质(高分子)
→淀粉、肽、半纤维素(低分子)
半纤维素酶、果胶酶
提高饲料效率淀粉、半纤维素、纤维素→肽、纤
维、半纤维
粥化酶
生产干酪酪素→肽内肽酶
生产干酪用脂肪酶增香脂肪→脂肪酸脂肪酶
改良面团淀粉→糊精α-淀粉酶
生产环糊精环糊精葡萄糖转移
酶
消除大豆腥臭• RCHO+NAD+H2O → RCOOH+NADH
• RCHO+H2O+O2→ RCOOH+H2O2
•醛脱氢酶
•醛氧化酶
消除桔子汁柠碱柠碱酶
二、酶在食品工业的应用
图:古代已用微生物生产食品
1、酶用于淀粉糖的生产
以淀粉为原料,经α—淀粉酶和葡萄糖淀粉酶催化水解,得D—葡萄糖,将它通过固定化D—葡萄糖异构酶柱完成由D—葡萄糖至D—果糖的转化,再通过精制、浓缩等手段,即可得到不同种类的高果糖浆。
图:酶将玉米或小麦等作物中的淀粉转化为糖
2、酶用于甜味剂的生产
淀粉糖均以淀粉为原料进行生产,其甜度增加有限,所以从根本上解决食糖短缺问题应生产甜度高而又不以淀粉为原料的甜味剂。
国外大量生产的阿期巴甜(APM)就是一种高甜度的甜味剂。
阿期巴甜(天门冬酰丙氨酸甲酯)是二肽甜味剂,其甜度是蔗糖的200倍。
过去是以L—天冬氨酸与L —苯丙氨酸为原料用化学法合成。
现在日本采用酶法合成新工艺,可用价格较低的DL—苯丙氨酸为原料,且产品都是α—型体(β—型体有苦味),使生产成本下降 30% 。
3、酶用于乳品加工
(1)干酪生产
全世界生产干酪所耗牛奶达1亿多吨,占牛奶总产量的1/4。
干酪生产的第一步是将牛奶用乳酸菌发酵制成酸奶,然后加凝乳酶水解K-酪蛋白,在酸性条件下,钙离子使酪蛋白凝固,再经切块加热压榨熟化而成。
(2)分解乳糖
牛奶中含有4.5%的乳糖。
乳糖是一种缺乏甜味且溶解度很低的双糖,难于消化。
有些人饮奶后常发生腹泻、腹痛等病,其原因即在于此。
而且由于乳糖难溶于水,常在炼乳、冰淇琳中呈砂状结晶析出,从而影响食品风味。
将牛奶用乳糖酶处理,使奶中乳糖水解为半乳糖和葡萄糖即可解决上述问题。
(3)黄油增香
乳制品特有香味主要是加工时所产生的挥发性物质(如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺类等)所致。
乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。
将增香黄油用于奶糖、糕点等食品,可节约黄油用量,提高风味
(4)婴儿奶粉
人奶与牛奶区别之一在于溶菌酶含量的不同。
奶粉中添加卵清溶菌酶可防止婴儿肠道感染。
4、酶用于肉类和鱼类加工
(1)改善组织、嫩化肉类
酶技术可以促使肉类嫩化。
牛肉及其他质地较差的肉(如老动物肉),结缔组织和肌纤维中的胶原蛋白质及弹性蛋白质含量高且结构复杂。
胶原蛋白质是纤维蛋白,同副键连接成为具有很强机械强度的组成,这种交联键可分成耐热的和不耐热的两种。
幼动物的胶原蛋白中,不耐热交联键多,一经加热即行破裂,肉是得嫩;而老动物的肉因耐热键多,烹煮时软化较难,因而肉质显得粗糙,难以烹调,口感亦差。
采用蛋白酶可以将肌肉结缔组织中胶原蛋白分解,从而使肉质嫩化。
作为嫩化剂的蛋白酶可以分为两类:最常用的一类是植物蛋白酶,另一类是微生物蛋白酶。
(2)转化废弃蛋白
将废弃的蛋白、如杂鱼、动物血、碎肉等用蛋白酶水解,抽提其中蛋白质以供食用或用作饲料,是增加人类蛋白质资源的一项有效措施。
其中以杂鱼及鱼厂废弃物的利用最为瞩目。
海洋中许多鱼类因其色泽、外观或味道欠佳等原因,都不能食用,而这类水产却高达海洋水产的80%左右。
采用这项生物技术新成果,使其中绝大部分蛋白质溶解,经浓缩干燥可制成含氮量高、富含各种水溶性维生素的产品,其营养不低于奶粉,可掺入面包、面条中等食用,或用作饲料,其经济效益十分显著。
(3)其他方面的应用
用酸性蛋白酶在pH值呈中性条件下处理解冻鱼类,可以脱腥。
现今开发利用碱性蛋白酶水解动物脱色来制造无色血粉,作为廉价而安全的补充蛋白资源,这一技术已用于工业化生产。
5、酶用于果蔬加工
(1)水果罐头加工
制作桔子罐头时需除桔瓣囊衣,过去使用碱处理法,耗水量大,又费工时。
现采用黑曲霉产生的半纤维素酶、果胶酶和纤维素酶的混合物,可很好地除去桔瓣囊衣,而避免上述缺点。
桔子罐头常发白色浑浊,这是同桔肉中橙皮苷造成的。
采用橙皮苷酶,可将橙皮苷水解成为水溶性的橙皮素,从而消除桔子罐头的白浊现象。
桃果实含有红色花青素,罐藏时同金属离子作用而呈紫褐色。
采用花青素酶处理桃酱、葡萄汁等,即可脱色而提高经济价值。
这是因为花青素酶可以水解花青色素,使之变为无色物质。
(2)柑桔类脱苦
柑桔类脱苦问题历来是果品加工中的一大问题。
桔子中的柠檬苦素是引起桔汁产生苦味的原因,利用球形节杆菌固定化细胞的柠檬酶处理即可消除苦味。
(3)果汁加工
水果中均含有果胶物质。
果胶的重要特性之一,就是在酸性和高浓度的糖存在时,即可形成凝胶。
这一性质是制造果冻、果酱的基础。
但在果汁加工上,却造成了压榨、澄清的因难。
现采用果胶酶处理破碎的果实,即可加速果汁过滤和促进澄清。
图:酶在果汁制造过程中分解纤维
(4)水果蔬菜保藏
用葡萄糖氧化酶除去脱水蔬菜的糖分可防止贮藏过程中发生褐变。
瓶装桔汁贮藏时因氧化而使色香味变劣,采用葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶去氧即可保持果汁原有的色香味。
水果冷冻保藏时,由于果实自身的酶作用而发酵变质,也可用葡萄糖氧化酶保鲜。
6、酶用于焙烤食品
面粉中添加α-淀粉酶可调节麦芽糖的生成量,使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡。
添加蛋白酶可促进面筋软化,增加延伸性,减少揉面时间和动力,改善发酵效果。
用蛋白酶强化的面粉制通心粉制通心面条,延伸性好,风味佳。
用β-淀粉酶强化面粉可防止糕点老化。
糕点馅心常以淀粉为填料,添加β-淀粉酶可以改善馅心风味。
糕点制作使用转化酶可使蔗糖水解为转化糖,从而防止糖浆析晶。
面包制作中适当添加脂肪酶可增进面包的香味,这是因为脂肪酶可使乳脂中微量的醇酸或酮酸的甘油酯分解,从而生成δ-内脂或甲酮等香味物质。
图:酶使面包更松软且保存更长久
7、酶用于酿酒
啤酒是以麦芽为原料,经糖化发酵而成的酒精饮料。
麦芽中含有发酵所必需的各种酶类。
采用微生物淀粉酶、蛋白酶、β-淀粉酶、β-葡聚酶等酶制剂,可补充酶活力的不足。
果酒酿造中采用酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶可消除浑浊,改善破碎果的榨汁操作。
白酒生产中采用糖化酶代替麸曲可使出酒率提高2%~7%,这既能节约粮食,又可简化设备,节省厂房。