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“生物酶技术”在食用菌加工中的应用

2016-07-05

  生物酶技术是基于酶解作用选择性破坏植物细胞壁,使植物细胞内的成分更容易溶解、扩散,具有成分浸出率高、减少热敏成分损失、降低能耗、减少污染、简化工艺等优势,广泛应用于食品工业、饲料工业、纺织和洗涤等。将生物酶技术应用于食用菌深加工,不仅可以有效破坏食用菌细胞壁的致密结构,提高多糖、蛋白质等功能物质溶出,而且也可酶解大分子物质为小分子物质,以便扩散、去杂,改善产品风味。因此,总结国内外应用生物酶技术在食用菌深加工方面的研究进展,将有助于这方面的研究工作。


1.生物酶技术


  酶是由生物体活细胞产生的一类具有特殊催化活性作用的蛋白质,能够参与和促进活体细胞内的各种代谢反应,具有催化效率高、高度专一性、催化条件温和等特点。目前,蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、淀粉酶等酶制剂已经实现工业化生产,并已广泛应用于食品、医药、纺织、日用化工、造纸、工业洗涤废水处理及饲料等各个领域,具有十分广阔的应用前景。


  虽然食用菌细胞中本身含有酶类,但凭借本身自溶远远不能达到理想的制备效果,只能依靠外加酶来实现高提取率。田龙研究外加酶对长根菇营养物质抽提效果时发现,仅靠长根菇自身的酶类作用,可溶性固形物提取率、蛋白抽提率、蛋白水解率只达到55%、40%、15%,表明大部分有效成分提取不出来。一方面,植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结构。在传统热水浸提的基础上,根据细胞壁的组成情况,选用合适的外加酶,将细胞壁组成成分纤维素、半纤维素、果胶质等水解后破坏致密结构,从而使植物细胞内有效成分更容易溶解、扩散。另一方面,细胞中的蛋白质、核酸等往往根据需要被分解为小分子的肽、氨基酸、核苷酸等,添加蛋白酶、磷酸二酯酶等也是很有必要的。另外,在提取制备一些如不可溶膳食纤维时,一些被认为无效的杂质如淀粉、果胶、蛋白质等物质的去除,均需要添加相应的酶对之进行降解。


2.生物酶技术在食用菌加工中的应用


  2.1纤维素酶的应用 纤维素酶是所有参与生物降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称,是起协同作用的多组分酶系,又称纤维素酶系,主要包括内切β-葡萄糖苷酶、外切β-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。食用菌的细胞壁中,纤维素是主要成分之一,主要由β-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接,通过三种酶的协同作用,切断β-1,4糖苷键,生成纤维二糖等短链低聚糖、纤维寡糖和葡萄糖,从而破坏细胞壁的致密结构,促进细胞内有效成分溶出。


  纤维素酶的使用,一方面提高了食用菌功能性成分的溶出率,另一方面也增加了其加工副产品的经济利用价值。另外,纤维素酶还具有增香的作用。李平等将β-葡萄糖苷酶添加于美味牛肝菌子实体和深层发酵液中,发现酶解后主要组分均未改变,但子实体新增17种化合物,其中苯乙酮含量增加了124.78%,而发酵液则新增19种化合物,如香气贡献较大的糠醛、顺茉莉酮、胡椒酮、(Z,E)-法呢醛、(Z,Z)-法呢醛等。因而β-葡萄糖苷酶能够有效改良美味牛肝菌子实体及其深层发酵液中的挥发性物质组分,具有强化风味的效果。


  2.2蛋白酶的应用 蛋白酶是一类能水解蛋白质肽键的酶的总称。在食用菌加工中,目前常用的蛋白酶包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶等。一方面,食用菌的细胞壁和细胞膜中含有蛋白质,因而蛋白酶能通过降解蛋白质破坏细胞壁和细胞膜,从而提高目标物质得率。另一方面,细胞中的蛋白质可经过酶降解成为分子量较小的活性寡聚肽、氨基酸等方便扩散到细胞外,利于后续提取、除杂。


  木瓜蛋白酶是一类巯基蛋白酶,对动植物蛋白质、多肽等有较强的水解能力,既能把大分子蛋白质水解成小分子多肽或氨基酸,有利于释放出食用菌多糖等功能性成分,又能把蛋白质水解物再合成具有活性功能的肽类物质。刘青娥,研究秀珍菇多糖提取酶解方法时发现,经木瓜蛋白酶酶解后多糖提取率比直接水提法提高了95%,远高于果胶酶的79%和纤维素酶的42%,比传统热水浸提法提高了2倍,因而木瓜蛋白酶更适合于秀珍菇多糖的提取。同时,酶解液也具有食用菌多糖的免疫功能。


  中性蛋白酶是一类在中性(pH6.0~7.5)条件下作用于蛋白质肽键的一类蛋白酶,可将蛋白质水解成氨基酸、多肽以及游离氨基酸,在提取食用菌中不溶性膳食纤维时能很好地起到去除蛋白质、提高得率的作用。风味蛋白酶是内切酶和外切酶的混合酶,可有效地从蛋白质末端切除疏水氨基酸,使末端疏水氨基酸游离,以降低苦味等不良风味,多与其他蛋白酶复合使用制备多肽等。


  2.3果胶酶的应用 果胶酶是一个由果胶水解酶、果胶裂解酶、果胶酯酶和原果胶酶等组成的多酶复合体系,通过裂解或β消去作用切断果胶质中的糖苷键,使果胶质分解为多聚半乳糖醛酸的一类酶。果胶质不仅与纤维素、半纤维素、木质素等构成食用菌细胞壁的坚硬结构,也沉积于细胞间质中。因此,果胶酶不仅能破坏细胞壁,同时亦可以降低溶液黏度,从而促进细胞内有效成分溶出与提取。另外,研究发现,长裙竹荪的果胶酶酶解液也具有了一定的抑菌活性。


  2.4其他酶的应用 5'-磷酸二酯酶能将菇体细胞中RNA降解为5'-核苷酸,不仅增加一定的药理作用,而且5'-鸟苷酸、5'-肌苷酸等也是重要的呈鲜味物质,从而增加风味。β-葡聚糖酶可将葡聚糖降解为低分子量片断的还原糖、寡糖,故常被用于降解主要由线性β-1,3-D-葡聚糖构成的茯苓,以更易水溶的低分子可溶性茯苓多糖,。在提取食用菌的膳食纤维时,也常常用到淀粉酶,以去除杂质淀粉。


  2.5复合酶的应用 在食用菌深加工中,常常引入复合酶解技术。李琴等研究酶解处理对双孢蘑菇汤营养成分和挥发性物质影响时发现,食用菌水解酶(由纤维素酶、蛋白酶、风味酶组成的复合酶)处理后酶解液中固形物含量增加了42.6%,而分步加酶处理时仅增加了15%,同时食用菌水解酶酶解液中蛋白质回收率及游离氨基酸总量也最多,说明复合酶的协同作用使双孢蘑菇细胞壁更易破碎,细胞内的蛋白质更易溶出。Zhu等12s结合响应面法优化复合酶(纤维素酶:果胶酶:胰蛋白酶=2:2:1)辅助提取猴头菇多糖时发现,在pH5.71,52.03℃下酶解33.79min后猴头菇多糖的收率达13.46%,不仅与传统热水浸提法的所得多糖官能团相同,而且得率比后者高8.03%。Yin等采用复合酶(木瓜蛋白酶:果胶酶:纤维素酶=1:l:1)提取松茸多糖,得率也达到了7.53%。


  2.6生物酶技术与其他技术的联用为了进一步提高食用菌深加工中产品的得率,也常常将生物酶技术与超声波、化学法、膜分离等技术联合使用。臧晋等通过超声波200 W处理30min借助其强烈的振动引起细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦,加速有效成分溶解,并改变细胞壁的通透性,加速胞内物质的扩散释放,而后再添加酸性蛋白酶对香菇进行酶解后,该酶解液加工的香菇酱中氨基酸含量可达0.88%。膜分离技术是一项兼具分离、浓缩、纯化的分离新技术,一般根据孔径大小依次分为微滤、超滤、纳滤和反渗透四种,具有分离高效、能耗低、常温工作、连续性好等特点,已广泛应用于食品、水处理、医药等方面。在食用菌深加工中,不仅可利用膜分离技术对酶解液中的有效成分进行富集浓缩,也可以除去酶解过程中产生的不良因子。

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