1、第13章酶与食品质量安全n21世纪的科学技术 21世纪的科学技术是立足于环境保护的技术体系，基于绿色化学观点的工业技术将不可或缺，所以21世纪也被称为生物技术的世纪。另外，对于地球环境的修复、粮食、能源等21世纪困扰人类生活的几大问题的解决，从安全性、经济性和环境角度来考虑，都对生物技术寄予了极大的期望。n生物技术与酶 生物技术与酶的关系非常紧密。从绿色化学的观点来看，与酶有关的生物催化反应是关键技术。在环境净化、资源再利用、新的工业加工工艺的创造、功能性食品的开发、医疗方面的贡献等极为广泛的领域内，酶都被寄予了极大的厚望。n酶的未来 从酶被寄予如此大的期望，就可以看出其发展的广阔前景。生命科
2、学的急速进展，其实就是对新型酶的探索、利用IT技术进行构造解析、并通过对功能的阐明在基因水平上对酶蛋白进行高功能化改造，以研制出更加高效的超级酶、或融合其他技术对酶制剂进行高度利用，从而对人类生活作出更大的贡献。二、酶与食品工业n酶可以改善食品品质和加工性能，酶在食品工业中的应用日益深入和广泛，极大地促进了酶制剂工业的发展。n据统计，目前从微生物中至少已发现2500多种不同的酶类，其中绝大部分用于食品工业。种 类 品 名 应 用 淀粉酶Amylase AMT 1.2L 用于生产麦芽三糖 Transglucosidase L Amano 用于生产异麦芽低聚糖浆 Cyclodextrin Gluc
3、anotransferase Amano（CGT-ase）用于生产环状糊精 KLEISTASE E5S 淀粉工业用(葡萄糖浆，果葡糖浆，麦芽糖浆，糊精等)，提高饼干、薄脆饼干等的质量。KLEISTASE SD80 KLEISTASE T10S 淀粉工业(麦芽糊精，葡萄糖浆，高麦芽糖浆，高果糖浆，以及寡糖)，酿酒工业和酒精生产应用。种 类 品 名 应 用 纤维素酶Cellulase Cellulase A Amano 3 植物纤维、海藻类的分解、酿造、蔬菜抽提物的生产等 Cellulase T Amano 4 半纤维素酶Hemicellulase Hemicellulase Amano 90半纤
4、维素酶“天野”90 用于烘焙和蔬菜，果汁加工 种 类 品 名 应 用 蛋白酶Protease Newlase F3G 用于蛋白质水解 Papain W-40木瓜蛋白酶 W-40 ProteAX 用于蛋白质水解去除苦味 Peptidase R Protease A Amano2 SD 用于蛋白质水解，肉汁抽提等。Protease M Amano SD Protease P Amano6 SD THERMOASE PC10F 皮革工业生皮软化和脱毛，肉汁抽提，胶卷行业废弃银的回收，阿斯巴甜生产等方面的应用。THERMOASE C100 PROTIN SD-AY10 皮革工业生皮软化和脱毛，肉汁抽提
5、，胶卷行业废弃银的回收等。n然而，酶的来源及其性质也关乎食品质量安全，特别是随着生物技术的发展，通过基因工程手段改造部分微生物的基因，从而改变酶蛋白的基本结构，达到强化酶在某方面功能特性目的的做法已成为商业上成功的典范，同时，这种做法给食品酶的应用带来安全隐患。n因此，对食品工业用酶制剂生产及应用进行安全卫生管理，需建立一套科学使用规范及酶制剂安全性评价体系。13.1 酶与食品质量安全酶与食品质量安全n我们每天所吃的食品的口感和风味大多是由酶进行调控。n食品加工用酶制剂领域主要分为：蛋白加工用酶制剂、风味强化用酶制剂、淀粉加工用酶制剂、酿造用酶制剂、油脂加工用酶制剂等n如果将加入食品中的酶看作
6、为食品添加剂，那么就应该考虑到卫生和安全方面的问题。13.1.1 酶制剂作为食品添加剂进入食品酶制剂作为食品添加剂进入食品的潜在危害的潜在危害n作为外源蛋白质在随同食品进入人体后，作为外源蛋白质在随同食品进入人体后，有可能引起有可能引起过敏反应过敏反应n来源于微生物的酶制剂也可能带有来源于微生物的酶制剂也可能带有毒素毒素n酶制剂作为食品添加剂使用时应符合国家酶制剂作为食品添加剂使用时应符合国家标准标准GB 2760GB 2760食品添加剂使用卫生标准食品添加剂使用卫生标准的规定。的规定。n迄今为止，还没有充分的证据表明，用于食品工业中的酶是有害于人体健康的。n在大多数情况下，酶在加工中已失活，
7、且在加工中失活的酶经进一步的单元操作是否尚存在于食品中，在很多情况下也是不确定的。因此在标签上注明添加的酶反而会引起误解。13.1.2 酶催化有毒物质的产生酶催化有毒物质的产生n在生物材料中，酶和底物处在细胞的不同部位，仅当生物材料破碎时，酶和底物的相互作用才有可能发生，其次，湿度、pH、温度、辅酶和金属离子等条件也是重要的。n有时底物本身是无毒的，在经酶催化降解后变成有害物质。n例如，木薯含有生氰糖苷，虽然它本身并无毒，但是在内源糖苷酶的作用下，产生氢氰酸。如果将木薯根切成小块后彻底清洗，那么留在组织中的微量HCN在随后的烧煮中就很容易挥发除去。n食品加工的条件必须按照终产物的物理化学性质而
8、变化。13.1.3 13.1.3 酶作用导致食品中营养酶作用导致食品中营养组分的损失组分的损失n虽然在食品加工中营养组分的损失是由于非酶作用所引起的，但是食品材料中一些酶的作用也是不能忽视的。n（1）脂肪氧合酶催化胡萝卜素降解使面粉漂白，在其他食品如一些蔬菜的加工过程中脂肪氧合酶也参与了胡萝卜素的破坏过程。n（2）在一些用发酵方法加工的鱼制品中，由于鱼和细菌中的硫胺素酶的作用，使这些食品缺少维生素B。n（3）抗坏血酸是最不稳定的维生素，常由于酶或非酶的因素而被氧化，虽然抗坏血酸氧化酶能催化抗坏血酸氧化生成脱氢抗坏血酸，但是后者易于通过温和的还原作用重新转变成抗坏血酸，仅当脱氢抗坏血酸内酯进一步
9、水解生成2,3-二酮古罗糖酸后，Vc的活性才完全丧失。13.1.4 酶作用的解毒反应酶作用的解毒反应n1)去除食品中的抗营养因子去除食品中的抗营养因子植酸以钙、镁和钾盐的形式存在于豆类和谷类中，易于同膳食中的铁、锌和其他金属离子形成难溶的络合物，因而使人体吸收这些元素变得困难。植酸还能同蛋白质形成稳定的复合物，从而降低豆类蛋白质的生理价值。人体缺乏-D-半乳糖苷酶和-D-果糖苷酶，不能水解豆类中的一些寡糖，不仅减少了人体对一些单糖的吸收，而且这些寡糖在肠道中发酵所产生的气体会引起人体不适。植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇，可利用豆中内源的植酸酶和-D-半乳糖苷酶处理，显著降低植酸和寡糖的含量。
10、可以外加植酸酶或富含植酸酶的小麦芽，以促进植酸的分解。n2)水解牛乳中的乳糖水解牛乳中的乳糖n牛奶中的乳糖是一种双糖，因为分子太大，要在小肠中消化成较小的葡萄糖及半乳糖才能穿过肠壁进入血管中被吸收。n当小肠中的乳糖酶未能发挥作用时，乳糖就在大肠内发酵，大约0.5-2 h内出现胀气、腹痛、呕吐或拉肚子等症状。n乳糖不耐症是一种相当普遍的现象，特别是亚洲人的乳糖酶缺乏发生率高达90%以上。乳糖酶预处理乳或乳制品，可克服人体消化乳糖的困难。n乳糖酶应用于水解乳糖的基本工艺流程原料乳离心净乳巴氏杀菌 冷却并加酶水解乳糖检测终点灭菌灌装原料乳离心净乳超高温灭菌 冷却并无菌添加乳糖酶 无菌灌装 在运输及销
11、售过程中进行酶解，添加的乳糖酶需要经过无菌过滤装置处理后才能添加。n在酶解的过程中温度的控制是至关重要的。因为在温度高于40或低于0的情况，乳糖酶是没有任何活力的。n3)降低淀粉类食品高温产生丙烯酰胺含量降低淀粉类食品高温产生丙烯酰胺含量n2019年4月瑞典斯德哥尔摩大学首次发现，在油炸或焙烤的马铃薯和谷物类食品中存在具有神经毒性的潜在致癌物丙烯酰胺，有关丙烯酰胺的问题立即引起了全世界的广泛关注。n随后英国、美国、加拿大等发达国家也开展了相关研究。许多国家和国际性机构对丙烯酰胺在食品中形成机理、危害评估和消除方法等方面进行广泛而深入研究。n目前，淀粉类食品在加工中丙烯酰胺的生成机理的研究已有突
12、破性进展；并提出减少丙烯酰胺的方法。n如降低加工温度、体系pH值，减少原料中天门冬酰胺的含量等。n瑞士科学家Vass等研究发现天门冬酰胺酶天门冬酰胺酶应用可降低薄脆饼干70丙烯酰胺含量，但作用机理还有待于进一步深入分析和研究。n4)其他其他研究发现，-葡萄糖基转移酶用于甜叶菊加工，可以脱苦涩味，黄曲霉毒素B1经黄曲霉毒素脱毒酶处理后毒性、致畸性极大降低。所有这些都证明酶法解毒是一种安全、高效的解毒方法，对食品无污染、有高度的选择性，且不影响食品的营养物质。13.2 食品用微生物酶制剂的安全问题及应对措施n一些企业对酶制剂产品的宣传过分强调其有利方面，忽视了其安全性方面，给广大用户造成了认识上的
13、误区。n酶本身是生物产品，比化学制品安全，但酶制剂并非单纯制品，常含有培养基残留物、无机盐、防腐剂、稀释剂等n在生产过程中还可能受到沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的污染。n酶制剂还可能含有生物毒素，尤其是黄曲霉毒素13.3 酶制剂的安全性评价n对酶制剂产品的安全性要求，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）食品添加剂专家委员会（JECFA）早在1978年WHO第2届大会就提出了对酶制剂来源安全性的评估标准。13.3.1 酶制剂来源安全性的评估标准n（1）来自动植物可食部位即传统上作为食品成份，或传统上用于食品的菌种所生产的酶，如符合适当的化学与微生物学要求，即可视为食品，而不必进
14、行毒性试验。n（2）由非致病的一般食品污染微生物所产的酶要做短期毒性试验。n（3）由非常见微生物所产生的酶要做广泛的毒性试验，包括实验动物的长期喂养试验。n这一标准为各国酶的生产提供了安全性评估的依据，即生产菌种必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，菌种需经各种安全性试验证明无害才准使用于生产。对于毒素的测定，除化学分析外，还要做生物分析。13.3.2 微生物来源的食品酶制剂的安全特性评价 对于通过常规方法改造菌种得到的食品酶制剂，通常要考虑的安全因素包括:n菌种产毒素的可能性和潜在的致病性n致过敏性和刺激性n致癌性和诱导突变性n影响生育和导致胎儿畸形n酶反应的产物n酶与其
15、他食品成分之间的反应和酶对消费者的直接作用等1)潜在的产毒素性n作为菌种必须具备基本的安全性，一般来说，菌是否具有潜在的产毒素的特性，尤其是那些通过口服起作用的毒素作为重点考虑的因素。由于在商品酶制剂中不会含有活微生物，因此潜在的致病性不是重点考虑的因素，但是对酶制剂生产工厂的工人来说，这一点要尤为注意。2)潜在的致病性n一般来说，明显的人类致病菌不能在食品酶制剂工厂的生产中应用，同时微生物也不可能在成品的酶制剂中存活。即便如此，作为常规的工业化操作规范，还是要通过动物模型来确定未知微生物的潜在的致病危害。3)安全菌株n国际食品与饮料咨询委员会（IFBC）认为，已确定无致病性、不产毒素的菌种，
16、尤其是那些在安全用于食品酶制造方面具有悠久历史的微生物，即便它们经过传统的或导人DNA的改造，仍然是产生安全菌种系属的最优的选择。n利用传统的方法和基因技术可以减少和消除一些不想要的内源酶和其他的物质。例如，许多微生物会分泌蛋白酶，虽然这一特征在特殊场合下是有用的，但它会造成目的酶水解，还有可能会对食品有不好的影响。因此，一些特殊的菌种被开发出来，它们的产蛋白酶的基因被去除或钝化。4)工程化酶n蛋白质工程是通过改变蛋白质肽链内在的氨基酸的排列顺序从而影响蛋白质功能，可以通过化学诱变、紫外线辐射、菌种突变等诱导和随机诱变技术实现。另外，也可采用定点突变技术，该法是针对确定蛋白质功能的基因片断直接突变，从而获得所需的蛋白质功能。蛋白质分子修饰是否会对酶的安全性造成影响？n酶的结构和功能实验表明，通过改造酶而获得某种功能不致使酶具有产毒性。5)体外基因毒理学测试n新的食品酶制剂需要进行诱导有机体突变的活性实验，但在部分地区仍然只进行常规的测试。目前，新的酶制剂在进行体外基因毒理学测试时，已不能揭示单一的致诱变性，除非使用一种更加复杂的评价体系，它涉及到化学分析和动物限制喂养实验。n总之，对经改造，尤其是经过基因技术改造的食品酶必须经过合理的、必要的安全评价才能工业化生产，并在食品工业中应用。思考题n酶与食品质量安全的关系是什么？
