*程晓芳，袁丹丹，张余慧，王琤*
（江西科技师范大学生命科学学院，江西南昌330013）
摘 要：蛋白酶在酶类领域具有重要地位，广泛应用于食品工业中。综述了蛋白酶在肉类食品、烘烤食品、饮品、乳制品以及调味品中的具体应用情况和使用时的注意事项，以期对食品生产加工有一定的参考作用。
关键词：蛋白酶；作用机理；食品工业；应用；展望
随着生活条件的改善，食品的风味、口感和营养等有了更高的要求标准，食品加工产业也正向着更安全和更高质量的方向发展。酶制剂具有高效催化的特点，是传统食品加工中化学用剂的良好替代品。其中应用最广泛的是蛋白酶制剂，其销售量高占世界酶制剂销售量的60%[1]。在食品行业中蛋白酶可用于嫩化肉类、澄清啤酒以及改善面包品质等，本文简要阐述了蛋白酶在食品生产中的应用情况，以期为蛋白酶在食品行业的应用提供理论依据和参考。
水解蛋白质肽链的一类酶叫蛋白酶，它能将蛋白质水解为多肽和氨基酸，广泛存在于动物内脏、植物茎叶、果实和微生物中[2]。此类酶在酶学研究中出现的比较早，20世纪初，蛋白酶商品的生产就已经出现，1911年美国第一次将木瓜蛋白酶用于澄清啤酒，20世纪30年代首次将微生物蛋白酶投入食品产业中[3]。蛋白酶有多种分类方式，按其水解多肽的方式可以分为外肽酶和内肽酶。按蛋白酶的最适pH值可将蛋白酶分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶，酸性蛋白酶的最适pH值为2.5～4.5，最适作用温度为40℃～50℃，中性蛋白酶的最适pH值为6.5～7.5，最适作用温度为45℃～55℃，碱性蛋白酶的最适pH值为9.0～11.0，最适作用温度为45℃～55℃[4]。而学术上一般是使用1960年提出的按蛋白酶的活性中心功能基团对蛋白酶进行分类，也是如今比较流行的方法，将蛋白酶分为丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶[5]。蛋白酶作为酶制剂的一种，具有反应安全，对作用底物专一以及高效等优点，因此可广泛的应用到食品行业中。
品的感官品质主要由食品蛋白质的功能性质所决定，而这些独特的功能又和蛋白质分子的大小、形状以及表面的化学性质密切相关。带电氨基酸残基越多的蛋白质，其与水结合的能力越强，即水合性越大，有利于减少食品水分的散失；平均疏水性越好、分子柔性越大的蛋白质的起泡能力及泡沫稳定性越好，有利于蛋糕、冰淇淋的制作；二硫键的断裂、疏水区域的暴露则有助于蛋白质分子与风味物质的结合，改善食品的口感。用于食品加工的蛋白酶主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和微生物蛋白酶，食品蛋白质经蛋白酶酶解发生分子间、分子内交联和产生特殊的化学基团，改变蛋白质的各级结构，使蛋白质的化学性质发生变化，从而影响其溶解性、水合性和乳化性等功能特性，有利于生产出更高标准的各类食品。
蛋白质是人体所需的必须营养素，构成人体各个组织的主要成分，蛋白质摄入量不足会引起贫血、衰老以及组织器官损伤等各种病症，严重危机人体健康，因此，提高机体对蛋白质的消化利用率就显得尤为重要。食品中含有各种蛋白，在食品中添加蛋白酶是提高蛋白质利用率的主要途径之一，从食品加工初期到食品的储存运输过程中，催化蛋白质水解的蛋白酶主要有原料自身所含的蛋白酶、微生物分泌的蛋白酶以及人工添加的外源蛋白酶制剂，这些蛋白酶不仅可以促进蛋白质分解成小分子肽、氨基酸，提高人体对蛋白质的消化吸收，还可以用于生产制作高蛋白的新型食品，解决幼儿、老龄人以及特殊人群对蛋白质需求量的问题，有利于提高食品中蛋白质的消化利用率[6]。
许多食品需要在较低温度下贮存，以达到抑制酶活、延长保质期的目的，但是大部分液态饮品在储存过程中容易产生大量沉淀，沉淀的主要成分就是蛋白质，有些还包括多酚类化合物或大分子糖类。胶体溶液类的液态饮品在生产、储存和运输的过程中，体系中分子间氢键、离子键、范德华力等各种相互作用力发生变化，以及外界温度、动力的影响，使得原本就不稳定的蛋白质分子体系发生胶体聚沉，产生大量的大分子沉淀，影响食品的品质风味以及后续的销售，而蛋白酶可有效分解蛋白质，改善饮品中由蛋白质引起的沉淀的现象，保持液体食品的各种感官品质并延迟饮品的货架期。
肉类中肌纤维蛋白和胶原蛋白的含量是影响肉类嫩度的主要原因[7]。动物在屠宰后，蛋白酶作用于肌肉各组织经过一系列复杂的化学反应降解其中的肌纤维蛋白和胶原蛋白，从而增加肉类所具有的嫩度，将肌肉转变为可食性肉[8]，但在此期间酶的活力也在发生着变化，仅靠内源蛋白酶的酶解作用是远远不够的，周丹等[9]研究发现木瓜蛋白酶可有效的提高河蚌肉中可溶性蛋白的含量，同时降低其硬度和咀嚼性，增加蚌肉的嫩度及弹性，改善蚌肉的色泽，使其具有更好的食用口感和感官品质。蒋小锋等[10]研究发现经菠萝蛋白酶处理的马肉更加柔软细嫩、汁多并且富有弹性，具有很高的感官价值。另外，蛋白酶还可提高肉类食品中的各营养指标，有利于肉类食品深加工产业的发展[11]。杨二刚等[12]研究发现，经中性蛋白酶和木瓜蛋白酶处理的鸡肉，其蛋白水解液的水解程度高达54%，鸡肉的各方面营养指标、嫩度及持水率都显著提高，有利于鸡肉产品的深加工。蛋白酶还可改善肉类食品的风味，罗珺等[13]研究发现适量的胰蛋白酶可促进肉类中蛋白质的水解，增加其中氨基酸小分子肽等风味物质，对改善肉类食品的风味具有重要意义。
烘烤食品主要是指面包、蛋糕和饼干等由面粉为主要原料，经过一系列复杂的工艺方法通过烘焙所制得的方便食品[14]。而面粉中含有淀粉酶、蛋白酶以及戊聚糖酶等多种酶，其中蛋白酶的主要作用是降低面粉的筋度、提高面筋的可塑性、增大面团体积、改善面团韧性、缩短面团成形时间等[15]，但是面粉中的蛋白酶含量有限，为了制作出更营养、美味及高品质的烘烤食品仍需外源蛋白酶制剂的添加。张依洁等[16]利用木瓜蛋白酶和风味蛋白酶研制出具有高氨基酸含量和独特风味的鸡骨泥风味饼干。陆晓滨等[17]研究发现在饼干中添加中性蛋白酶可改善饼干在生产加工时出现的断裂现象，减少产品的损失。研究还发现烘烤食品所具有的风味其实是由烘烤时氨基酸和还原糖发生美拉德反应所产生的，因此通过添加外源蛋白酶可有效的帮助蛋白质分解成氨基酸，促进美拉德反应的进行，增加烘烤食品的风味[18]。另外在制作蛋糕时加入蛋白酶可以保证其具有良好的乳化性和持泡性，从而改进风味，常用的有细菌蛋白酶，其来源于枯草杆菌和地衣芽孢杆菌。
啤酒和茶饮料等液态饮品中含有大量的蛋白质，储存过程中其蛋白质发生胶体聚沉从而产生沉淀物质，严重影响饮品的口感及后续销售，然而蛋白酶制剂可有效的解决以上情况。蛋白酶作用于蛋白质将其分解成小分子肽和氨基酸，不仅缓解了饮品中出现的沉淀现象，还增加了其所含有的风味物质。郑宝东等[19]研究发现经蛋白酶处理后的茶汁，其氨基态的氮的含量增加了13%～39%，茶汤的鲜味感和风味都得到了有效的改善。韩华等[20]通过在啤酒生产中添加中性蛋白酶去除了其中的不稳定物质，减少了大分子蛋白质的含量，提高了啤酒在储存过程中的稳定性。研究表明蛋白酶也可促进糖化发酵，去除果酒、葡萄酒的杂味，对消除果酒、葡萄酒、黄酒的浑浊也有显著效果。另外，蛋白酶在研发新型饮品中也有巨大贡献，谭斌等[21]利用中性蛋白酶研制出高营养、易消化、风味独特的橙汁花生肽饮料，在一定程度上可改善特殊人群对蛋白质的需求量。
干酪是最为主要的乳制品之一，含有丰富的蛋白和钙，其需求量也日益增加，而蛋白酶可以有效的加速干酪的生产和成熟[22]。研究表明由芽孢杆菌产生的金属蛋白酶可以水解牛奶中的κ-酪蛋白，从而使凝乳步骤在奶酪生产中快速的完成，配合其它的蛋白酶可使牛奶中的寡肽水解，加快奶酪的成熟同时产生特异风味物质[23]。如今已研发出来源广泛的生姜蛋白酶和PPe等可以代替乳酪生产初期所使用的小牛胃凝乳酶，乌血岩等[24]利用生姜蛋白酶制得出品质更好、口感更佳、更具保健功能的干酪，庞志花等[25]研究发现PPe制得的干酪与小牛胃凝乳酶制得的干酪无显著差别，同时PPe还优于市场上所销售的猪胃蛋白酶和微生物凝乳酶，在解决凝乳酶量的缺乏具有重要意义。另外，蛋白酶的添加使制得的干酪凝块质地更加细腻，风味更浓郁。徐辉艳[26]研究表明在制作干酪时添加木瓜蛋白酶可降低其硬度、咀嚼性和内聚性，减少挥发性风味物质的产生，得到高品质的干酪。
食品的口味和鲜味在很大程度上是由调味品所决定的，而调味品的制得离不开蛋白酶的催化发酵作用，酱油是人们生活中主要的调味品之一，其在酿造的过程中会产生大量的米曲霉，而米曲霉分泌蛋白酶作用于原料大豆中的蛋白质，使其分解成小分子肽和氨基酸等具有风味性的物质，从而使酱油具有了改善食品味道的功效。随后又通过添加外源蛋白酶增强酱油发酵时酶系的作用，以提升酱油的风味品质。池慧芳[27]研究发现在制作酱油时添加外源蛋白酶可有助于米曲霉的生长，增加细菌数量，且外源蛋白酶用量为0.06%时得到的酱油产量最高，大大缩短了酱油发酵的时间，更改善了酱油的各方面感官品质。另外酱油中的含氮大分子和糊精会在酱油生产和储存过程中产生大量沉淀，造成了巨大的损失同时严重影响到后续的销售，赵聪聪等[28]通过正交试验研究发现中性蛋白酶可以很好的改善此类情况，同时确定了酱油的最佳工艺条件。除了酱油，还有许多其他的调味料都是通过蛋白酶制备得来，刘光明等[29]将海蟹下脚料经蛋白酶酶解作用后制得低过敏原性、氨基酸含量丰富、鲜味浓郁的海蟹调味料，陈娜等[30]利用木瓜蛋白酶作用虾下脚料得到了虾味浓郁、良好色泽并且可作为功能食品添加成分的调味料。
在加工食品时并不是任何一种蛋白酶的添加都能得到预期所要的效果，要选用合适的蛋白酶。许多蛋白酶都有凝固豆乳的功能，但栾广忠等[31]研究发现Alcalase的凝乳作用最强，所制得的豆乳具有相当高的应用价值，孟祥晨等[32]研究发现碱性蛋白酶水解鸡蛋蛋清蛋白质的效果优于中性蛋白酶。唐福元等[33]研究表明无花果蛋白酶对猪肉的嫩化效果优于木瓜蛋白酶，复合酶又比单一酶嫩化效果好。
使用蛋白酶时，其用量的多少十分重要，用量太少可能作用效果不明显，使最终食品口感风味仍有所欠缺，用量过多可能会造成浪费甚至作用过度的现象。解蕊等[34]研究发现木瓜蛋白酶量为4 000 U/g时水解鸡骨所制得的调味料风味最好，赵文净等[35]研究表明木瓜蛋白酶用量为3%时，其茶多酚浸出量最高，茶香更浓郁。
外界条件也是影响蛋白酶的作用效果的重要因素。唐福元等[33]研究发现超声可促进无花果蛋白酶嫩化猪肉，且功率为240 W，超声时间5 min、温度50℃、pH7.5、嫩化时间60 min等条件下嫩化效果最佳。左继红等[36]研究发现微波辐射可加快蛋白酶的酶解时间，且功率480 W，处理时间1 h，温度55℃条件下效果最好。蒋小锋等[10]采用正交试验得出菠萝蛋白酶嫩化马肉的最佳条件是酶量12 U/g，温度60℃，时间1.5 h，pH7.0或者酶量为16 U/g，温度 60℃，时间2 h，pH7.0。
蛋白酶作为一种安全、清洁、高效的酶制剂，已经广泛的应用于各个领域，尤其是食品行业，在食品风味、口感、储存等方面都有巨大贡献，但仍有许多理论问题尚没有得到解决，加强蛋白酶理论知识的了解和探索，开发更适合食品行业的新型蛋白酶，降低成本，提高经济效益成为今后食品行业蛋白酶研究的首要任务，相信随着科技的发展进步，蛋白酶将会为食品加工产业作出更巨大的贡献。
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Research Progress of Proteases in the Food Industry
CHENG Xiao-fang，YUAN Dan-dan，ZHANG Yu-hui，WANG Cheng-wei*
（College of Life Science，Jiangxi Normal University of Science and Technology，Nanchang 330013，Jiangxi，China）
Abstract：Protease has an important position in the field of enzymes，widely used in the food industry.This paper reviewedthe specific application of protease in meat products，baked goods，beverages，dairy products and condiments and the precautions for use，with a view to reference to food production and processing.
Key words：protease；mechanism of action；food industry；application；prospect
引文格式：程晓芳，袁丹丹，张余慧，等.蛋白酶在食品工业中的应用研究进展[J].食品研究与开发，2018，39（7）：221-224
CHENG Xiaofang，YUAN Dandan，ZHANG Yuhui，et al.Research Progress of Proteases in the Food Industry[J].Food Research and Development，2018，39（7）：221-224
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2018.07.039
基金项目：江西科技师范大学第11届本科生科研基金项目（20171104141）
作者简介：程晓芳（1996—），女（汉），本科生，食品质量与安全专业。
*通信作者:王琤
，副教授，博士，研究方向：动物营养。
收稿日期：2017-09-27