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酶工程在茶饮料中的应用及研究进展
苹果中提取的酶制剂直接加工成速溶茶的制造工 艺,并取得了专利[24]。日本人竹元万寿美曾用简单 经济的方法制造富含茶黄素类的发酵茶饮料,并 获得了专利[25]。此外,多酚氧化酶还可用于茶饮料 生产过程中异味的去除、独特风味物质的形成、 解决浑浊现象等方面[26]。 1.4 β-葡萄糖苷酶
β-葡萄糖苷酶(Beta-Glucosidase,EC3.2.1.21) 又称 β-D-葡萄糖苷水解酶,它能水解结合于末端 非还原性的 β-D-葡萄糖键,同时释放出 β-D-葡 萄糖和相应的配基。香气形成机理研究结果表明, 内源糖苷酶对茶叶花香形成起着很重要的作用 。 [27] 比如茶叶中具有百合花香或玉兰花香味的芳樟醇、 具有玫瑰香气的香叶醇等,这些芳香物质的形成 是由糖苷类水解酶的作用而产生的。Su E. Z.等人对 固定化 β-葡萄糖苷酶在茶饮料的增香效果中得出 经固定化 β-葡萄糖苷酶处理的不同茶饮料,绿茶、 乌 龙 茶 和 红 茶 的 香 精 油 总 量 分 别 增 加 20.69% 、 10.30%、6.79%[28]。李平等人将黑曲霉 β-葡萄糖苷 酶应用于果汁、茶汁、果酒等食品的增香,显示 出较好的增香效果[29]。吕连梅用固定化的 β-葡萄糖 苷酶处理 5 种茶汤,其香气释放总量、醇系香气 总量都有不同程度的提高[30]。β-葡萄糖苷酶不仅对 茶叶增香有显著的效益、在果汁风味的改良和果 酒增香中也有广泛的应用[31]。 1.5 其他酶制剂
还有一些酶类物质可以应用在茶饮料的生产 加工中,葡萄糖氧化酶可作为护色酶应用于茶饮 料生产中,溶菌酶防止茶饮料因微生物污染而引 起的变质,用蛋白酶可降低浑浊度等。宁井铭等 对绿茶饮料护色技术的研究时指出加入一定量的 葡萄糖氧化酶,消耗以部分的游离氧,从而减小 的游离氧,可以使茶汤中茶多酚、维生素、芳香 成分等对氧敏感的物质变得稳定,因而起到了护 色作用[32]。茶饮料中的沉淀除了茶内含成分的作用 之外,也有可能是由细菌等微生物污染而引起的, 加入溶菌酶则可以起到溶菌防腐的作用[33]。茶汤中 添加蛋白酶可分解蛋白质,防止蛋白质的沉降, 提高茶饮料的澄清度[34]。
综上所述,固定化酶技术在茶饮料上的的研 究主要集中在固定化的方法的探索、寻找合适的 载体、反应器等方面,总体上都取得了一定的成 就。当然由于技术原因,目前用酶处理茶汤进行 工业化生产的成本太高,无法在生产上大力推行, 当前要解决的问题首先要培养产高酶、活力强的 菌种,其次解决酶固定化的问题[46]。所以探索新方 法和固定化材料提高酶活性,研究新方法将实验 成果转向工业生产等将成为未来酶工程发展的方 向[47]。
2013
综述与述评
饮料工业
高效率,降低生产成本;将其运用在果汁饮料、 茶饮料实际生产应用中,可以起到改善风味、提 高品质的作用[37]。
Su E. Z.等人对固定化 β-葡萄糖苷酶、固定化 的单宁酶进行了研究,通过交联-包埋-交联法固 定化后,其中固定化 β-葡萄糖苷酶的活性回收率 达 46.0%,固定化单宁酶达 76.6%,并且还对这两 种固定化酶的性质进行了研究,以确定其最适的 反应条件;此外还对它们的储藏稳定性和重复实 用性进行测定,在 42d 的储藏后活性保留量分别 为 73.3%、72.5%,在 50 次重复使用之后固 定化 β-葡萄糖苷酶的残留活性还有 93.6%,固定化单 宁酶在 30 次使用后为 86.9%,都显示出了较好的 储藏稳定性和重复使用性[28,38]。苏二正等通过共固 定化单宁酶和 β-葡萄糖苷酶,比较了海藻酸钠和 壳聚糖两种载体及不同固定化方法对单宁酶和 β葡萄糖苷酶的共固定化效果,结果表明以海藻酸 钠为载体,采用交联-包埋-交联固定化方法的效 果最佳[39,40]。印度 Khan A. A.等,利用硅藻土 545采 用吸附法对土豆中提纯的多酚氧化酶进行固定化 研究,酶活回收率达到 71%,并且固定化酶对高 温、表面活性剂(如 SDS 等)的抗性以及在有机溶 剂中的稳定性较游离酶有着显著的提高[41]。李荣林 等在研究多酚氧化酶固定化技术的试验中指出用海 藻酸钠包埋具有较好的效果[42]。Fernandez-Lorente G. 等人指出固定化单宁酶在最佳的反应条件下稳定性 很好[43]。Boadia D. K.等尝试采用多种载体对单宁酶 进行固定化研究,结果表明以海藻酸钙为核心, 外面包裹壳聚糖,再用戊二醛交联,所产生的胶 珠性能最佳,固定化单宁酶可在茶汤中连续进行 3 批共 39h 的“冷后浑”转溶处理,冰箱保存一个月 后酶活力仍保持稳定[44]。Girelli A. M.等的试验将固 定化的酪氨酸酶生物反应器作为一种快速工具来 测定茶叶中茶多酚含量[45]。
水解酶(H、半纤维素酶、蛋白酶、果胶酶 等。这些酶主要是通过酶解法的原理打开茶叶细 胞壁,使茶叶内的有效成分充分溶解出来,从而 提高茶叶的萃取率和茶汤固形物的含量,增加茶 饮料口感的丰富度。姜绍通等利用酶制剂研究了 提取速溶绿茶的条件,认为绿茶在蛋白酶、纤维 素酶组合作用下 ,速溶绿茶提 取率达 30% 左右 , 并具有保香效果好、冲溶后茶水口味鲜醇的优点[19]。 梁靖等人研究了纤维素酶在速溶茶中应用的最佳 条件是:浸提温度 45℃、浸提时间 60min、添加量 0.15u/ml[20]。武永福等人通过正交设计和实际生产的 结合指出速溶茶酶辅提的较合适的工艺参数为: 蛋白酶、果胶酶、纤维素酶各添加 0.25%,原料粉 碎至 16 目,茶水比 1∶15,浸提 2 次,各 30min[21]。 黄静等在外源果胶酶对绿茶液微滤过程的效应研 究中加入外源果胶酶后,茶液中的水浸出物、茶 多酚、氨基酸、咖啡碱、儿茶素和糖的含量都有 所增加[22]。 1.3 多酚氧化酶
茶叶是一种天然的保健产品,随着人们生活 节奏的加快,茶饮料作为顺应时代发展的产物已 经深入人们的生活。茶饮料是指以茶叶的水提取 液或其浓缩液、茶粉等为原料,经加工制成的饮 料[6]。目前茶饮料行业发展迅猛,对整个茶叶行业 的发展起着不可低估的推动作用。但茶饮料加工 中还存在一些技术性难题制约其发展,比如茶叶 中的茶多酚及其氧化产物茶黄素、茶红素等和咖 啡碱通过氢键的缔合作用,形成络合物而导致冷 后浑;在茶饮料加工过程中芳香物质出现香气混 杂、损耗及变化而导致香气低沉恶化;还有滋味 淡薄、汤色褐变等现象。酶工程技术正好具有反 应条件温和,专一性强、效率高的特点,能有效
解决这些问题,为茶饮料的健康发展奠定良好而 坚实的基础。本文就其在茶饮料中的应用进行阐 述和总结,并对未来的发展趋势进行展望。
1 酶制剂在茶饮料中的应用
1.1 单宁酶 单宁酶(Tannase,EC3.1.1.20)通过水解酯型儿
茶素释放出没食子酸,没食子酸又与茶黄素、茶 红素等竞争咖啡碱,形成小分子量的水溶物,从而 降低茶汤的浊度,改善茶汤色泽。Takico Y.将一种 曲霉菌属(Aspegillus oryzae)所产生的单宁酶作用于 6%的红茶茶汤,发现单宁酶在茶汤 pH5.6、温度 45℃的条件下作用 30~60min 时,茶乳酪产生得最少[7]。 Beena P. S.等人指出泡盛曲霉(Aspergillus awamori) 能 产 生 一 种 胞 外 酶— — —嗜 酸 性 单 宁 酶 , 这 种 酶 不 仅能使茶乳酪的增溶,还能在降解茶乳酪的同时 产生没食子酸和单宁酶[8]。1976 年,可口可乐公司 利 用 单 宁 酶 防 止 茶 饮 料 中 的“ 冷 后 浑 ”, 浑 浊 度 由 80%降到 8%[9]。Lane R. W.等人通过对单宁酶的安 全性评价指出,单宁酶可用于茶叶的加工[10]。还有 研究通过青霉菌产生单宁酶进行酒的澄清和茶乳 酪的增溶,其中经过处理后茶乳酪能降低 74% 。 [11] 童鑫等人的在研究外源单宁酶对绿茶液微滤过程 的影响中指出外源单宁酶的加入能有效提高微滤工 效和微滤液的生化得率[12]。Thomas R. L.等研究单宁 酶对红茶及绿茶茶汤的作用,提出最佳作用条件
酶工程是生物工程的一个重要组成部分,它 是在一定的生物反应器内,利用酶的催化作用, 进行物质转化的技术[1]。酶工程技术主要包括酶制 剂的制备、酶的分离纯化、酶的固定化、酶反应 器、酶分子的修饰和应用等。酶工程在茶业上的 研究和应用主要集中在茶叶深加工领域,包括茶 叶天然产物(茶氨酸、茶黄素等)的合成、提取,茶 饮料加工,以及茶树育种、茶叶天然源农药的开 发等。如固定化酶制备茶黄素[2],固定化膜酶催化 茶多酚形成茶黄素的反应条件优选[3],Suzuki 等利 用 GGT 催化 L-谷氨酰胺(Gln)和乙胺反应制备茶 氨酸,Gln 转化率可达到 60%[4],Shuai Y.等利用枯 草芽孢杆菌 SK11.004 中的谷氨酰转肽酶来高效率 合成茶氨酸[5]。
多 酚 氧 化 酶(Polyphenol Oxidase, EC1.10.3.1) 在茶叶加工中是一种重要的酶类,多酚氧化酶的 作用主要是促使儿茶素类物质氧化成邻醌进而形 成茶黄素等氧化聚合物[23]。红茶的品质特点就是在 制造过程中多酚氧化酶将黄烷醇类氧化成醌,形 成的醌再经氧化缩合成更复杂的发酵产物如茶黄 素、茶红素和茶褐素[23]。因此可以通过多酚氧化酶 的转化作用将非红茶原料加工成具有红茶特征的 速溶茶。酶的来源可以是茶鲜叶本身、其它植物 或者微生物等。Takeo T.和 Uritani J.用茶鲜叶或绿 茶为原料,成功地利用从马铃薯、蚕豆、大枫树、
单宁酶不仅在解决茶饮料冷后浑上研究和应用 有很多,而且还广泛用于酒类、果汁饮料等的澄 清。目前单宁酶较多来自在微生物资源方面,主 要集中在曲霉属、青霉属、细菌等,如黑曲霉、米 曲霉、泡盛曲霉、青霉、球形芽孢杆菌等。并且有 研究者 Raghuwanshi S. 等指出球形芽孢杆菌(Bacil- lus sphaericus)是目前最高产生单宁酶的菌株[17]。总 之,单宁酶在有蛋白质参与的沉淀反应中扮演着 重要的角色,广泛应用于医药和食品工业[18]。 1.2 水解酶类
[收稿日期] 2013-02-03 [作者简介] 张敏星(1987-),女,云南大理人,硕士研究生,研究方向:茶叶加工与综合利用研究。 [通讯作者] 陈文品,博士,研究生导师,研究方向:茶叶初、精、深加工研究。