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生物酶技术在食用菌加工中的应用

文章来源:本站 发布时间:2016/11/10 点击数: 2274 次

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。凡军民等采用纤维素酶提取杏鲍菇多糖时,提取率高达18.57%,比传统水提取法多糖提取率8.29%高出1.24倍。同时酶法提取还缩短操作时间,减少料液比和降低提取温度,从而节省能源并避免高温对多糖成分的破坏。王安建等利用纤维素酶对香菇副产品香菇柄进行嫩化处理,研究表明,纤维素酶可以有效改善富含粗纤维的香菇柄的口感嚼劲和组织形态。而肖玲玲等则利用纤维素酶降解废弃香菇柄中的大量纤维素,以酶解液中的还原糖供酵母发酵,酿造新型香菇醋。
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。
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。陶静等研究猴头菇酶解时发现,果胶酶处理后,溶液中固形物含量从36mg/g升高到88mg/g,效果优于其他三种细胞破壁酶(纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶)。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。
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。王小红利用5′-磷酸二酯酶酶解双孢蘑菇核酸时得到胞苷酸11.31μg/mL、腺苷酸为6.78 μg/mL、鸟苷酸8.37 μg/mL、尿苷酸6.40μg/mL,核酸酶解率达到68.1%。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。
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∶1∶1)提取松茸多糖,得率也达到了7.53%。
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。
展望
食用菌是世界卫生组织公认的机能因子型保健食品,著名食用菌学家、香港中文大学张树庭教授更将其价值高度概括为“可食可补可药”。目前,对食用菌进行深加工,开发食用菌中的有效活性成分,提高其附加值已经成为国内外市场竞争的焦点所在。生物酶技术因其高效率、条件温和、低能耗、低污染、简化工艺等优势,已经在部分食用菌深加工中得到较快发展。但是,并没有形成一套较为系统的应用体系,多数仍停留在实验室水平。已有相关研究表明,工业酶制剂于商业食用菌膳食纤维生产上与分析用酶效果类似。因此,生物酶技术在食用菌深加工方面具有巨大商业潜力。但是,生物酶技术也存在一定的缺陷。一方面,反应条件对酶解效果有极大限制,且固定化酶重复利用率普遍不高,这就造成酶成本偏高;另一方面,食用菌深加工中生物酶技术应用研究不完善,工艺不成熟。因而,生物酶技术在食用菌深加工中的进一步发展需要做到以下方面:①加大产酶微生物的筛选和培育,降低生产成本,开发出高酶活、适应范围广的酶制剂。②开发高效、廉价、通透性好、性能稳定、安全无毒的载体以及简便易行的固定化方法,提高固定化酶的性质、稳定性和应用范围。③增强生物酶技术在食用菌功能性成分提取工艺中的应用研究,并建立酶解液中的残留酶检测指标,以保证提取液的稳定性与质量。
总之,生物酶技术在我国食用菌深加工中具有广阔的应用前景和市场潜力。
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