酶在植物源性老年食品加工中的应用研究进展

李双娇，赵 静*，肖 蓉,*

（1.辽宁师范大学生命科学学院，辽宁 大连 116081；2.大连知微生物科技有限公司，辽宁 大连 116023）

人口老龄化是人类社会进步的标志和世界人口发展的必然趋势[1]。根据世界卫生组织的统计，目前全世界60 岁及以上人口为8.41亿，预计到2050年将达到20亿。老年人生理功能的自然衰退，尤其饮食功能的衰退容易导致老年人出现咀嚼和吞咽功能障碍。不当的饮食会对老年人身体健康造成危害，甚至会引起死亡[2-3]。目前，老年人常食用的食物主要包括液体和固体食品，前者容易误入气管从而引起老年人咳嗽甚至肺炎；而后者如年糕和汤团类黏性食品则易引起呛食从而导致生命危险。因此，如何给老年人提供既营养可口又安全可靠的食品是一个亟待解决的问题[4]。针对老年人营养需求的特点[5]，老年食品开发方向应遵循的原则是：补充优质充足的蛋白质、膳食纤维、维生素和微量矿物元素，保证低脂肪、低糖、低热量和低钠的饮食要求。此外，根据老年人的自身生理条件，其加工食品要求[6]：1）质地松软、易于咀嚼、易消化吸收、刺激性小；2）迎合老年人喜好的色泽、风味、口味、口感及营养需求；3）包装便捷、分量宜小，适合老年人少食多餐的饮食习惯。目前研究证实，老年人一日的膳食中应尽量包括以下5 类食物：谷类及薯类，动物性食物，豆类和坚果，蔬菜、水果和菌藻类，烹调油和调味品[7]。遗憾的是，我国老年食品最突出的问题是品种单一，主要以淀粉或多糖类食品为主，此外还有少量的老人面包和饼干等[8]，并且上述食品在营养、配方和口味等方面满足不了老年人的营养需求；因此，开发老年食品的市场潜力大、前景广阔。然而，我国在老年食品的开发应用上与发达国家，尤其是与人口老龄化程度严重的日本相比，无论从产业发达程度、产品种类，还是从研发投入上，都存在较大差距。

目前，酶制剂在老年食品加工中已经占据不可或缺的地位。不过，我国酶制剂发展较晚，并且针对老年食品加工市场的酶制剂种类更显单一，其安全性和应用性研究均显不足。因此，本文从植物源性食品入手，阐述酶及其应用技术在老年食品加工中的应用，以期为植物源性老年食品和酶制剂的研究开发提供理论依据和创新思路。

1 植物源性老年食品种类及特点

由于植物源性食品不含胆固醇，能够提供人体无法合成的维生素（如VC和VB族等）和膳食纤维，且具有天然、益于人体健康等优点，是老年人膳食结构中最重要、比重最大的一类食品，同时也是非常适合加工成老年食品的原材料。植物源性食品包括：蔬菜水果及其制品、粮食及其加工制品（如粗粮饼干、无糖或低糖米糊等）、干果（如大枣）、坚果（如核桃）、籽仁类及其制品等。此外，老年植物源性功能保健食品也是老年食品市场一个不可或缺的部分。典型的代表如：水溶性膳食纤维（如抗性糊精等）和葡聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚麦芽糖、壳聚糖等功能性低聚寡糖，以及具有抗衰老、抗氧化等作用的天然植物有效成分（如花青素制品等）。在植物源性食品加工中，无论是食品自身的酶类还是添加的酶制剂都对食品的风味、质地以及口感等具有重要作用。

2 植物源性食品中内源酶的影响和控制措施

植物源性食品及原材料在采摘、运输、贮藏及加工过程中，不可避免地会出现食品色泽及口感的改变。而引起这种现象的主要原因是植物细胞内酶促反应导致的新色素的形成、自身色素的酶促降解，以及酶对植物源性食品中芳香物质的降解。在老年食品加工过程中，内源酶的酶促反应可对老年食品的色泽及风味产生较大影响。

2.1 内源酶对植物源性老年食品色泽的影响和控制措施

在植物源性食品中，常常由于食品内部的不溶性成分发生化学反应而影响食品的品质与色泽。如部分酚类化合物和含硫化合物的氧化过程以及天然色素如叶绿素、花青素、类胡萝卜素、淀粉等的降解过程，都会导致褐变和非自然色素的形成[9]。以上因素中，酚类化合物对果蔬的品质和色泽起着重要作用[10]。酚类化合物经酶促转化后可最终使食材品质下降，例如使苹果、梨、菠萝等水果发生褐变，以及使生菜、洋葱、土豆和山药等蔬菜发生褐变。在植物源性食品的组织细胞中，与酚类化合物氧化分解有关的两种酶分别为多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD）；而与酚类化合物合成相关的酶则主要是苯丙氨酸氨化酶（phenylalanine ammonia lyase，PAL）[11]。酚类化合物在PPO和POD作用下，氧化为醌类物质，进一步形成黑褐色色素。在正常的植物组织中，酚类物质、氧气和PPO等酚类氧化酶呈区域性分布，并无接触机会，以确保氧化反应不能在植物细胞内进行[12]。而在食品加工过程中，细胞膜的破坏则打破了这些物质的区域分布，从而使酚类底物在氧气存在的情况下被氧化酶利用产生醌类物质，进而导致褐变[13]。另一类重要的褐变因素是植物源性食材中天然色素的降解。例如，水果中花青素的降解可引起香蕉[14]、葡萄[15]、蓝莓[16]和草莓[17-18]等的褐变。这些水果中的花青素先经花青素酶（糖苷酶）作用水解，后被PPO或POD氧化转变为褐色色素。此外，在未经热烫处理的冷冻蔬菜中，叶绿素和类胡萝卜素的降解与叶绿素酶、POD、PPO的活性，以及酶促脂质的降解有密切关系[19]。在植物源性老年食品中，也存在着各种内源酶及其酶促反应的发生，会使得食品自身发生褐变，从而降低食品的色泽。

在食品加工中，根据酶促褐变作用的特点，通过适当的方法可防止或降低食品内源酶促褐变的发生。目前已知可防止褐变的手段大致分为化学方法和物理方法[13,20]。化学方法主要包括添加抗氧化剂、铜离子鳌合剂、钙盐或进行酸处理。化学方法主要是抑制或阻断自由基链式反应、抑制或降低酚酶的活性从而抑制褐变。物理方法主要是抑制多酚氧化酶的活性以此抑制褐变的产生，包括热烫、低温处理或气调包装[21-22]。除以上方法外，Yang Qingzhen等[23]还利用惰性气体加压技术来抑制甜樱桃的褐变现象，并延缓了亮度、饱和度和色度的下降。

2.2 内源酶对植物源性老年食品风味的影响和控制措施

果蔬类植物源性老年食品的香味是影响感官评价的一个重要指标，其香味来源于果蔬中的芳香物质。这些芳香物质主要由成分繁多但痕量存在的酯类挥发性混合物组成，此外也包含醇、醛、酮和萜类等多种有机物。比如，水果中80%以上的挥发性芳香物质由酯类构成[24-25]，而蔬菜中则是大量的萜类物质决定了蔬菜的香气和味道。在果蔬成熟过程中，挥发性芳香物质经多通路的复杂代谢网络，在多种酶系参与的作用下形成。这些酶包括醇酰基转移酶（alcohol acetyltransferase，AAT）、脂氧合酶（lipoxygenases，LOX）、乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）和丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarboxylase，PDC）等。除了含有游离态的芳香物质，果蔬类食材中也含有风味前体物质，例如芳香族类、萜类、脂肪族类等化合物。该类前体物质是由糖类或其他物质以糖苷键或其他化学键键合而成[26]。在果蔬类食材加工过程中（热处理），游离态的芳香物质会发生部分降解，并且风味相关酶（AAT、LOX、ADH和PDC等）失活。但是，风味前体物质却不容易发生挥发和降解。所以，在植物源性老年食品加工过程中，添加风味酶（如β-葡萄糖苷酶等）可使键合态的风味物质前体发生水解或其他生物化学反应，从而使风味物质从前体中释放出来，最终增加、再生、强化以及改善老年食品的风味[27]。

3 外源酶制剂在植物源性老年食品加工过程中的应用

3.1 酶制剂来源及安全性

将酶从动、植物组织或细胞及微生物发酵液中提取并加工成具有一定纯度标准的生化制品，称为酶制剂[28]。目前，食品工业应用的外源酶制剂主要来源于微生物，约有20多种，其中80%以上为水解酶类，主要应用于淀粉、酿造品、果汁、饮料、调味品、油脂加工等领域[29]。1978年第21届世界卫生组织大会上，联合国粮食及农业组织和世界卫生组织提出了对外源微生物酶的安全性评估标准[28]：首先，来自动植物可食部位，即可作为传统食品成分或传统用于食品的菌种所产生的酶，如符合适当的化学与微生物学要求，即可视为食品，而不必进行毒性实验；第二，由非致病的一般食品污染微生物所产的酶要做短期毒性实验；第三，由非常见微生物所产生的酶要做广泛的毒性实验，包括老鼠的长期喂养实验。这一标准为各国酶的生产提供了安全性评估依据。

3.2 酶制剂在植物源性食品加工中的应用

目前为止，国内外食品酶制剂在植物源性老年食品加工中已有一定规模的应用。酶制剂的优点主要体现在安全性、催化特异性、催化反应的温和性等方面[30-31]。这些优点使得酶制剂可以改进食品加工工艺、提高质量、降低加工成本，增加产品附加值和市场竞争力。表1列举出应用于植物源性老年食品加工中的主要酶制剂种类。

表 1 植物源性老年食品加工中应用的主要酶类Table 1 Major enzymes applied in processing plant-based foods for the elderly

3.2.1 酶制剂与植物源性食品中芳香物质的释放

在老年植物源性饮品的开发领域，尤其是具有养生保健以及补充营养功效的天然产物饮品，酶制剂的应用可以起到增香去异味、改善营养吸收的功效。大量研究报道β-葡萄糖苷酶对果蔬汁、茶叶等饮品具有增香功能[32]。这主要是由于β-葡萄糖苷酶能够通过水解糖苷类的香味前体物质来释放挥发性香气成分[33]。孙爱东等[34]采用不同来源的β-葡萄糖苷酶来酶解橙汁中键合态芳香物质，发现杏仁β-葡萄糖苷酶对橙汁的水解效果好于微生物酶。这主要是由于橙汁中键合态芳香物质成分近似于游离态芳香组分。李平等[35]将从黑曲霉突变株分离得到的β-葡萄糖苷酶应用于果汁、茶汁等植物源性饮品中，发现增香效果明显，且香气组成饱满圆润。张亮等[36]对莲子中β-葡萄糖苷酶进行分离提纯与酶学性质研究，并应用于荷叶饮料的增香工艺中。在此基础上，杨凌唐等[37]进一步研究了β-葡萄糖苷酶对荷叶饮品的增香去苦机制，开发出新型的莲子风味酶产品和荷叶饮品增香去苦工艺；在对荷叶饮料香气成分的鉴定研究中，未经酶处理的荷叶饮料主要含有42 种香气成分；而经莲子风味酶和改进工艺处理后的荷叶饮料中则主要含有62 种香气成分，且改进后的产品香气柔和，苦涩感显著降低。

3.2.2 酶制剂与植物源性食品中膳食纤维的提取

膳食纤维能够抗腹泻，预防某些癌症（如肠癌），治疗便秘，降低胆固醇、血压和血脂以及血糖等[38]，因此被广泛应用于老年食品的加工过程。比如，以抗性糊精为代表的大多数膳食纤维是老年饮食结构中一种极其重要的组成成分。抗性糊精是一种低热量葡聚糖，属低分子水溶性膳食纤维，由谷物淀粉[39]经α-淀粉酶、糖化酶、普鲁兰酶、转苷酶等酶制剂加工而来[40]。这些酶制剂的使用可提高抗性糊精的质量和产量[41]。近年来有研究表明，利用酶法提取植物源性食物中的膳食纤维具有酶解时间短以及操作简便等优点[42-43]，并且提取的膳食纤维可应用于食品工业中[42]。

3.2.3 酶制剂与植物源性食品中多肽的制备

多肽具有促进矿物质吸收、抑制细菌、抗高血压、抗氧化、抗疲劳、神经调节、免疫调节等生理活性。老年人缺少活性肽后，自身免疫力就会下降，出现新陈代谢紊乱、内分泌失调，从而引起各种疾病的产生，如失眠、身体消瘦等。因此，肽对于老年人来说具有重要的生理作用。利用酶水解制备功能性多肽是目前功能性食品研究的热点。近些年，有大量研究报道通过酶法制备植物源性食品中的肽类，并应用于食品中来降低血糖[44]、胆固醇[45]浓度以及促进脂肪代谢[46]等。此外，利用酶法所提取的肽类还具有改善食品风味[47]和抗氧化等[48-50]特点。酶法制备生物活性肽具有生产成本低、产品安全性高、生产条件温和、水解进程易于控制、可定位生产特定的肽并且能较好地满足生产需要等特点，被广泛应用。由于多肽在生物体内利用率较游离氨基酸高，因此通过酶解法制备多肽具有更佳的前景。

3.2.4 酶制剂的其他应用

利用酶制剂改善食品质地以达到松软易咀嚼、易消化的目的，一直是老年食品市场的关注重点。平原弘志等[51]利用纤维素酶、果胶酶和半纤维素酶等植物组织分解酶复配出能使果胶发生交联的酶类，通过结合浸渍、减压、滚转处理等加工技术，使植物源性食材质地软化，并提高软化后食品原料的保形性和保水性，以加工获得适宜老年人及咀嚼或吞咽障碍人群食用的水果、蔬菜和薯类等。豆类食材富含蛋白质、维生素和矿物质，虽可经传统软化方法加工，但对于咀嚼和吞咽困难的老年人却依然达不到理想的硬度要求。林雅浩[52]采用纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶制备复合酶制剂，该复合酶制剂可在保持豆类食材原有形态的前提下，使豆类组织内部破坏，外皮变脆以达到软化效果。莲子作为药食同源的植物源性食品，对老年人具有明显的滋补功效。但是，目前市场销售的莲子加工制品——莲蓉却含有较高的糖和油，并不适合老年人的饮食结构。刘永乐等[53]将果胶酶和中性淀粉酶应用于莲蓉的加工过程中，利用果胶酶进行莲子脱皮，在中性淀粉酶作用下，莲子中淀粉发生糊化，并降解为糊精、三糖和二糖等低聚糖；在充分保留了莲子营养价值的同时，该款低脂低糖莲蓉制品的色泽、口味以及营养价值均适合老年人的饮食要求。在老年焙烤食品领域中，酶制剂的作用主要体现在改善淀粉类面点等食品的质地和风味上。如α-淀粉酶可调节面粉中麦芽糖生成量，促使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡；β-淀粉酶可改善淀粉作为填料的糕点馅心风味；蛋白酶制剂可促进面筋软化，改善发酵效果，并且可防止糕点老化；脂肪酶可使面包乳脂中微量的醇酸或酮酸甘油酯分解，生成δ-内酯等香味物质，从而增加面包的香味[54]。

老年植物源性功能食品的开发，同样得益于酶制剂的应用拓展。目前，市场上商品化的低聚糖如低聚果糖、低聚半乳糖、壳寡糖等，其主要生产途径是利用微生物所产的外源菊粉酶、β-半乳糖苷酶、壳聚糖酶等酶制剂，以菊粉、乳糖和髙分子壳聚糖等为底物催化生成[55-57]。此外，利用糖基转移酶生产低聚糖的研究也有报道，如利用固定化α-葡萄糖基转移酶生产低聚异麦芽糖[58]。葡萄籽中的低聚原花青素具有改善微循环、抗氧化、清除自由基的作用，可开发有助于提高老年人免疫力、抗衰老等具有保健功能的植物源性食品。张卫军等[59]以葡萄籽脱脂后的饼粕为原料，利用组织蛋白酶和木瓜蛋白酶处理原料，经膜振动过滤系统，得到质量分数高达95.3%的低聚原花青素终产物。

4 酶在植物源性老年食品的新型加工技术中的应用

4.1 酶浸渍处理技术

酶浸渍技术是外源酶在压力作用下渗透进入完整组织，进而特异性地改变组织特性的一种技术[60]。酶浸渍技术的主要手段包括：酶溶液的被动渗透浸渍、压力辅助浸渍以及自然吸涨浸渍。目前，酶溶液的被动渗透浸渍工艺仅局限于处理压榨后的均质液体果蔬汁[61-62]。然而，对于固体食材，受细胞壁的通道孔径和酶蛋白分子大小限制，酶溶液很难进入植物组织内部发挥作用，因此，被动渗透浸渍工艺处理效率低，加工效果不明显。

加压浸渍是酶溶液进入植物组织最直接的方法，是目前食材加工的主要手段。它利用外部压力压缩多空隙植物组织中含有的气体，使酶溶液进入组织内部，占据原有气体空间。然而这一技术的缺点在于降压过程，即压缩气体恢复原有体积后可将大部分液体排出组织内部。另外，类似柑橘属果实的白皮层多孔径结构，直接高压浸渍处理会使其组织结构发生不可恢复的塌陷，从而导致酶溶液难以进入。有研究报道脉冲压力浸渍可有效避免这一缺点，可应用于柑橘果皮的去皮过程[63]。

真空浸渍是由真空度变化引起，可使得多孔物料内部的气体和液体与外部溶液进行交换，涉及流体动力学机制（hydrodynamic mechanisms，HDM）和变形弛豫现象（deformation relaxation phenomena，DRP）[64]。真空浸渍的优点是植物组织内部气体逸出后，酶溶液可进入植物组织并占据气体空间而不被排出。此外，酶溶液进入的驱动力来自大气压力，该压力并不会对植物组织结构进行压缩和破坏。目前酶真空浸渍技术已成功商业化应用于果蔬类质构改造，如柑橘类果实的软化去皮，灌装果蔬鲜制品保脆等[65]。此外，新鲜植物源性食材中挥发性芳香物质的含量很低，经贮藏和加工过程后必然失去原有的风味。但是，这些挥发性芳香物质的前体物却以糖苷形式大量存在于植物组织中，且其含量远高于游离态的挥发性芳香物质[66]。真空浸渍技术可使酶在植物内部参与芳香前体物质的酶促水解反应，从而生成相应游离态的芳香物质，以恢复原有果蔬气味和香味。因此，真空浸渍技术可在今后广泛应用于食品的增香、去异味等风味改善领域。

自然吸涨浸渍则是利用脱水食材在复水过程中的泡胀力来促使酶溶液进入植物组织内部，可广泛地应用于改善脱水植物源性食材的质地、风味和营养成分等方面。例如，采用复合酶对干燥玉米进行自然吸涨浸渍处理可有效促使玉米粒表皮与乳胚分离，从而改善淀粉得率，防止回生[67]。在干燥脱水过程中，果蔬类食材不可避免地会产生风味物质的损失。与真空浸渍类似，脱水食材经自然吸涨浸渍后，酶与芳香前体物的酶促反应可起到增香复味的作用。此外，许多干豆类和种子类食材含有酶抑制物、异味物质，且易产气、易产生氰化合物等[68]，通过在相应酶类的溶液中浸渍吸涨，可对这些化合物起到降解作用，从而改善味道和品质，以更适宜肠胃功能弱的老年人食用。

4.2 高静压处理技术

高静压（high hydrostatic pressure，HHP）技术是指常温或中低温条件下，用100 MPa以上的压力（100～1 000 MPa）来处理食品，以达到杀菌、灭酶和改善食品功能特性的加工技术[69]。常用的加热处理技术在杀菌和灭酶的同时，会带来许多负面的影响，如使食品产生褐变、热臭味、变色及营养成分损失等等。由于HHP技术只作用于非共价键，对低分子质量复合物，如风味物质、色素和维生素等的影响小，因而能较好地保持食品的营养价值与感官品质，并延长食品货架期[70-72]。在使用HHP技术的过程中，果蔬等植物源性食品内源酶被灭活的同时，不可避免地会使食品本身质构遭到破坏，从而使果蔬质地变软，口感欠佳。此时，可利用真空注入果胶甲酯酶技术来改善果蔬本身的质构。果胶甲酯酶可以使内源果胶在原位脱去甲基。在钙盐存在的情况下，脱去甲基的果胶在较低的pH值下凝胶以提高水果的硬度。对某些鲜切果蔬，在HHP处理之前可真空注入果胶甲酯酶技术来改善果蔬质构，以此来弥补HHP技术的不足之处[73]。

5 结 语

人口老龄化已成为当今世界各国面临的社会发展问题。如何健康老龄化是一个全球性的议题，而食品健康又是健康需求的最基本要素。老龄化人口的急速增长，孕育了一个巨大的“银发”食品市场。我国老年食品市场开发投入不足，产品结构存在种类相对单一、营养配伍不均衡、品质无保障、细分市场品种短缺等问题，使得这个庞大的市场一直满足不了现阶段国内老龄化人口对食品多方面的需求。植物源性食品需求比重又是老年食品市场份额最重要的部分，对这一部分食品市场的细化和深入开发是迫切需要解决的任务。老龄化问题严重的欧美及日本等地区，早已将老年食品的研究与开发提到议事日程，市场上有针对性的老年食品已为消费者提供了多种选择。我国现阶段及未来应根据我国老年人膳食结构和饮食习惯，在保证其营养需求和感官风味的基础上，有针对性地拓展产品种类并提升产品品质。将现有新型酶技术应用于研发和生产中，结合新型食品加工技术，提出相应的调整策略和研发思路，并制定相应的食品卫生标准，是我国老年食品生产研究的可行方向。