生物酶制剂在乳及乳制品中的应用进展

2016-07-20刘汉灵曾吉伟玉小金南宁庞博生物工程有限公司

食品安全导刊 2016年15期

□ 李毅刘汉灵黄菊曾吉伟王升玉小金南宁庞博生物工程有限公司

生物酶制剂在乳及乳制品中的应用进展

□ 李毅刘汉灵黄菊曾吉伟王升玉小金南宁庞博生物工程有限公司

摘要：生物技术是21世纪的高新技术，其中生物酶技术是重中之重。目前，酶工程发展迅速，生物酶制剂广泛应用于食品生产，尤其在乳业及乳品加工中，生物酶制剂的应用呈现上升趋势。笔者综述了生物酶制剂在新型奶粉、酸奶及奶酪加工、液态奶以及无抗奶中的应用。

关键词：生物酶；新型奶粉；酸奶及干酪；液态奶；无抗奶

随着经济发展，人们对生活品质要求越来越高，乳牛业和乳品工业得到长足发展，我国乳制品产量高速增长，品种不断丰富，各类高新技术，特别是生物酶技术等在乳制品生产中的应用也越来越广泛，使乳制品质量得到了质的飞跃。

生物酶是具有高效催化功能的蛋白质，它安全，无毒，具有化学催化剂无法比拟的作用，近20年来，酶工程发展迅速，特别是生物酶制剂能有效降低生产成本，使其广泛用于各种行业。生物酶制剂应用于食品加工，尤其在乳业及乳品加工中，生物酶制剂的应用呈现上升趋势。本文针对现在乳品中的各个应用领域和产品，概述了生物酶制剂在新型奶粉、酸奶及奶酪加工、液态奶以及无抗奶加工生产中的应用。

1 生物酶在新型奶粉加工生产中的应用

1.1 母乳型奶粉

我国乳品工业发展迅速，婴儿奶粉是我国乳制品市场上的一个较大品种，2012年中国婴儿奶粉销售额为385.18亿元，2013年中国国内奶粉市场销售额为600亿元。目前，奶粉配方一般是通过模拟母乳进行基本营养素设计，但仅限于模拟母乳微量活性物质，而在免疫力方面，婴儿配方奶粉仍无法替代母乳。现在国内婴儿母乳喂养率已下降至30%，多以奶粉替代母乳喂养。如何使牛乳接近母乳，特别是在免疫力方面接近母乳，成了急需突破的一个问题。

如表1所示，人乳和牛乳在蛋白质、乳糖及脂肪含量上并无太大差别，最大差别之一在于溶菌酶的含量。如表2所示，母乳中的溶菌酶含量约10 ug/100 ml，而牛乳中仅含有微量溶菌酶。溶菌酶是一种非特异性免疫因子，能杀死肠道中腐败式微生物，增强抗感染力，同时促进婴儿肠道中双歧乳酸杆菌的增殖，是婴儿食品必需的添加因子。溶菌酶在欧洲已成为广泛用于婴儿食品的一种食品添加剂。将一定量的溶菌酶添加到牛乳及其制品中，能补足其缺乏的抗菌蛋白，减小与人乳的差异，增强婴儿对病菌等的抵抗力。因此，在牛乳或奶粉中添加一定量溶菌酶，可制成母乳型奶粉，不但具有防腐功效，而且营养增加，有利于婴幼儿健康成长。

表1 人乳、牛乳及配方奶分营养成分对比（%）

表2 人乳和牛乳的蛋白质组成（%）

1.2 低乳糖无腹泻奶粉

中国膳食指南建议每人每天喝奶500 ml。但由于种族、遗传以及气候等诸多因素的影响，相当一部分人群饮用牛奶后会腹泻，即乳糖不耐受。据统计，全世界各地区人群中约1 /3至1 / 2的人口存在不同程度的乳糖不耐受。亚州人种乳糖不耐受发生率甚至高达93%。

乳糖不耐受是因为人体肠道中缺乏乳糖酶或该酶功能低下。乳糖酶又叫β-半乳糖苷酶，能使乳糖水解为葡萄糖和半乳糖。人体肠道中有足够的乳糖酶，食入的乳糖就能被分解吸收。到目前为止，奶粉中的乳糖通过乳糖酶将其降解成人体易于消化的单糖或者将乳糖酶直接和乳制品一起食用，都可缓解腹胀，缓解或消除乳糖不耐受症状。利用乳糖酶生物酶解新技术，可将牛乳中4%～10%的乳糖水解和去除。如图1所示，经过酶处理后，70%以上的乳糖都能被水解，以此制成低乳糖奶粉，可缓解腹涨、腹泻，减轻饮奶后的肠道不适症状，让牛奶中的营养成分更容易吸收。表3中，采用低乳糖奶粉辅助治疗儿童腹泻，止泻时间和住院时间都比食用普通奶粉的儿童短，可见食用低乳糖奶粉对缓解和治疗腹泻有明显作用。

1.3 适度水解无过敏奶粉（HA奶粉）

牛奶中含有β-乳球蛋白或酪蛋白，它是某些特殊人群的过敏原。牛奶蛋白过敏临床症状主要表现为血管神经性水肿、荨麻疹、遗传过敏性皮炎、呼吸症状、急性腹痛、腹泻、呕吐等过敏反应。在发达国家，儿童牛奶蛋白过敏患者的比例占0.5%～7.5%。我国中小学推广学生饮用奶的过程中，也有极个别学生饮奶后出现皮肤过敏发痒、麻疹等症状，还有一些婴儿在食用奶粉后，出现过敏症状。

木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等蛋白酶可将牛奶中的β-乳球蛋白或酪蛋白水解。如图2所示，随着时间的延长，牛奶中的蛋白质分子量变小。在蛋白酶的剪切作用下，牛奶中的抗原决定部位的片段被水解，显著降低了牛奶的抗原性，这样过敏原就被消除。牛奶水解得到的肽类不仅提高了其消化吸收性，而且可防止牛奶过敏。如图3所示，水解后的产品成分中，以二、三和四肽的数量最多，功能肽含量显著增多，有助于消化、吸收以及强化营养。因此，利用蛋白酶水解技术，可加工生产适度水解奶粉（HA奶粉），满足牛奶过敏宝宝及其他牛奶过敏人群的需求。

1.4 老人助消化奶粉

由于老年人肠胃消化能力下降，需要摄入更易消化的乳制品。并且在老年人中，乳糖不耐的人群比例较高。对老年人而言，食用普通奶粉不能解决这一问题，他们必须摄入更易消化和吸收的奶粉，这样才能满足每天的营养需求。

图1 不同酶使用量对乳糖水解率的影响

表3 服用低乳糖奶粉后止泄时间和住院时间对照表

图2 酶解时间-分子量动态变化图

图3 HPLC法测定肽的分子质量分布

生物酶是人体非常重要的营养成分消化吸收强化促进剂，人体生理上出现问题或者异常，自身分泌生物酶的能力减弱，如小孩、老人、病人及经常出差人士等，不能正常消化吸收，生物酶型营养强化剂能弥补、帮助及强化促进营养成分消化和吸收，在人体生理上发挥重要作用。生物酶酶解技术可将牛奶中难消化的酪蛋白水解成小分子多肽，水解物易被消化吸收，且具有含氮量高、脂肪低等特点。经过乳糖酶酶解处理过的牛奶，其中的乳糖70%都被水解，加入到老年人专用奶粉中，能够缓解乳糖不耐现象，促进老年人对钙质的吸收，降低患骨质疏松的概率。这样可制成老年人专用奶粉，即能更好吸收，又能缓解乳糖不耐受，让老年人也能安心饮奶。

2 生物酶在酸奶及干酪加工中的应用

2.1 酸奶加工

搅拌型酸奶由于工艺问题，在生产、加工与保存期间很容易产生乳清析出、粘度降低等品质缺陷，影响产品的消费价值和感官品质。谷氨酰胺转氨酶（TG酶）具有促进蛋白质交联的作用，能改善蛋白质的乳化性能，增强物料粘稠度，应用于酸奶加工中，可以增加酸奶的坚实度、保持粘度和持水性，有效降低乳清析出，使酸奶在流通环节品质稳定。

2.2 干酪加工

凝乳酶是干酪生产中必不可少的加工助剂，它能使牛奶蛋白凝固，帮助排除乳清。所以干酪生产过程中，凝乳酶对干酪组织结构起到了非常重要的作用，提高其风味和营养价值。

谷氨酰胺转氨酶用于干酪加工中，能使乳清蛋白和酪蛋白交联在一起，减少蛋白质流失，可以提高奶酪的得率和质量，增加经济效益。此外，溶菌酶在奶酪产业也被广泛使用，如溶菌酶在干酪生产中替代硝酸盐，加入0.001%的溶菌酶，可保持香味物质丁酸，防止干酪产气而变质。德国于1995年11月22日发布了奶酪法规，批准使用溶菌酶来避免在半硬奶酪的生产中由厌氧孢子增殖所引起的胀气现象。

3 生物酶在液态奶中的应用

3.1 液态舒化奶

由于种族、遗传以及气候等诸多因素的影响，相当一部分人群饮用牛奶后会腹泻，即乳糖不耐受。目前，中国人中存在大量乳糖不耐受或者乳糖酶缺乏人群，制约了乳制品市场增长。乳糖酶缺乏症状多表现为腹泻、腹部不适、腹胀、腹痛等。

液态舒化奶通过无菌添加乳糖酶，其产品可分解牛奶中90%以上的乳糖，使牛奶中的绝大部分乳糖预先分解成易于吸收的葡萄糖和半乳糖，可以满足乳糖不耐受者及乳糖酶缺乏者的饮奶需求，从而解决我国人群健康饮奶问题。

3.2 液态奶保鲜

溶菌酶可应用于液态奶的防腐及保鲜，可以有效延长保存期，尤其适用于巴氏杀菌奶。由于溶菌酶具有较强的抗热性，也可适用于超高温瞬间杀菌奶，添加量为300～600 ppm，添加方法为包装前添加。

4 生物酶应用于生产无抗奶

全世界奶牛业生产中普遍存在牛奶中抗生素残留的问题，这是因为在治疗奶牛疾病时往往会用到抗生素药物，导致抗生素残留在奶牛体内，并通过代谢转移到乳腺、牛奶中。抗生素会抑制乳酪生产必需的乳酸菌的生长，但危害不局限于此，正常人长期饮用“有抗奶”，易被动接受、积累抗生素，不仅对抗生素产生耐药性，影响到疾病的预防及治疗，抗生素过量也易造成人体生理紊乱。

溶菌酶能破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1，4糖苷键，进而造成细胞壁破裂。它对人体细胞安全无毒，对革兰氏阳性菌、枯草杆菌等具有很好的杀灭作用，能清理肠道中有害的腐败球菌，增加抗感染力。溶菌酶具有抗菌消炎、增强免疫力的作用，可应用于奶牛乳房腺的治疗，这样就可以不使用抗生素或者少用抗生素。

内酰胺酶可以破坏牛奶中残留的青霉素类、头孢菌素类等抗生素，减少抗生素在人体内的残留，有益于人体健康。