酶與食品質(zhì)量安全

酶與食品質(zhì)量安全酶具有改善食品品質(zhì)和加工性能，酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益深入和廣泛，極大地促進(jìn)了酶制劑工業(yè)的發(fā)展。然而酶的來(lái)源及其性質(zhì)也關(guān)乎食品質(zhì)量安全，特別是隨著生物技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)基因工程手段改造部分微生物的基因，從而改變酶蛋白的基本結(jié)構(gòu)，達(dá)到強(qiáng)化酶在某方面功能特性目的的做法已成為商業(yè)上成功的典范，同時(shí)，這種做法給食品酶的應(yīng)用帶來(lái)安全隱患。對(duì)食品工業(yè)用酶制劑生產(chǎn)及應(yīng)用進(jìn)行安全衛(wèi)生管理，從而建立一套科學(xué)使用規(guī)范及酶制劑安全性評(píng)價(jià)體系。第2頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1酶與食品質(zhì)量安全酶存在于所有的新鮮食品當(dāng)中，例如堅(jiān)果、乳、奶油、干酪、新鮮水果和蔬菜、未燒煮的肉、魚(yú)和蛋中都富含各種酶類。當(dāng)人們食用這些食品時(shí)，相當(dāng)數(shù)量的酶就攝入人體中。在攝入的酶中，不僅有動(dòng)物和植物來(lái)源的，而且還有微生物來(lái)源的。在發(fā)酵和腌制食品中，例如干酪、酸奶、啤酒和腌黃瓜，就含有微生物來(lái)源的酶。作為微生物來(lái)源的食品酶制劑，通常除了包括酶蛋白本身以外，還含有微生物的代謝產(chǎn)物，以及添加的保存劑和穩(wěn)定劑。如果將加入食品中的酶看作為食品添加劑，那么就應(yīng)該考慮到衛(wèi)生和安全方面的問(wèn)題。第3頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.1酶制劑作為食品添加劑進(jìn)入食品的潛在危害酶不僅來(lái)源于動(dòng)植物，也有來(lái)源于微生物的，酶與其他混入酶制劑的蛋白質(zhì)，作為外源蛋白質(zhì)在隨同食品進(jìn)入人體后，有可能引起過(guò)敏反應(yīng)，雖然目前還極少見(jiàn)這樣的例子，但在新的酶制劑出現(xiàn)時(shí)必須以予考慮。另外，來(lái)源于微生物的酶制劑也可能帶有毒素，必須選擇那些不產(chǎn)生毒素的菌種來(lái)生產(chǎn)酶制劑，或檢查每一批酶制劑以確定其不含毒素。酶制劑作為食品添加劑使用時(shí)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2760《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。第4頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天迄今為止，還沒(méi)有充分的證據(jù)表明，用于食品工業(yè)中的酶是有害于人體健康的。此外，在大多數(shù)情況下，酶在加工中已失活，且在加工中失活的酶經(jīng)進(jìn)一步的單元操作是否尚存在于食品中，在很多情況下也是不確定的。因此在標(biāo)簽上注明添加的酶反而會(huì)引起誤解。第5頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1.2酶催化有毒物質(zhì)的產(chǎn)生在生物材料中，酶和底物處在細(xì)胞的不同部位，僅當(dāng)生物材料破碎時(shí)，酶和底物的相互作用才有可能發(fā)生，其次，濕度、pH、溫度、輔酶和金屬離子等條件也是重要的。有時(shí)底物本身是無(wú)毒的，在經(jīng)酶催化降解后變成有害物質(zhì)。第6頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天例如，木薯含有生氰糖苷，雖然它本身并無(wú)毒，但是在內(nèi)源糖苷酶的作用下，產(chǎn)生氫氰酸。如果將木薯根切成小塊后徹底清洗，那么留在組織中的微量HCN在隨后的燒煮中就很容易揮發(fā)除去。十字花科植物的種子以及皮和根含有葡萄糖芥苷，葡萄糖芥苷屬于硫糖苷，在芥苷酶作用下會(huì)產(chǎn)生對(duì)人和動(dòng)物體有害的甲狀腺腫素，可用加熱的方法使芥苷酶失活。因此，食品加工的條件必須按照終產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)而變化。第7頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.3酶作用導(dǎo)致食品中營(yíng)養(yǎng)組分的損失雖然在食品加工中營(yíng)養(yǎng)組分的損失是由于非酶作用所引起的，但是食品材料中一些酶的作用也是不能忽視的。例如：維生素的降解第8頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天維生素的降解（1）脂肪氧合酶催化胡蘿卜素降解使面粉漂白，在其他食品如一些蔬菜的加工過(guò)程中脂肪氧合酶也參與了胡蘿卜素的破壞過(guò)程。（2）在一些用發(fā)酵方法加工的魚(yú)制品中，由于魚(yú)和細(xì)菌中的硫胺素酶的作用，使這些食品缺少維生素B。（3）抗壞血酸是最不穩(wěn)定的維生素，雖然抗壞血酸氧化酶能催化抗壞血酸氧化生成脫氫抗壞血酸，當(dāng)脫氫抗壞血酸內(nèi)酯進(jìn)一步水解生成2,3-二酮古羅糖酸后，Vc的活性才完全喪失。第9頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4酶作用的解毒反應(yīng)第10頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4.1去除食品中的抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸以鈣、鎂、和鉀鹽的形式存在于豆類和谷類中，易于同膳食中的鐵、鋅和其他金屬離子形成難溶的絡(luò)合物，因而使人體吸收這些元素變得困難。植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇，顯著降低植酸和寡糖的含量。近年植酸酶還用于釀造和飼料工業(yè)，以改善原料中磷的利用，以及用于去鉀大豆蛋白食物的生產(chǎn)，成為腎臟病人蛋白質(zhì)的來(lái)源。第11頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4.2水解牛乳中的乳糖牛奶中所含的乳糖是一種雙糖，因?yàn)榉肿犹?，要在小腸中消化成較小的葡萄糖及半乳糖才能穿過(guò)腸壁進(jìn)入血管中被吸收。但當(dāng)小腸中的乳糖酶未能發(fā)揮作用時(shí)，乳糖就在大腸內(nèi)發(fā)酵，大約半小時(shí)至2小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)脹氣、腹痛、嘔吐或拉肚子等癥狀。乳糖不耐癥是一種相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，特別是亞洲人的乳糖酶缺乏發(fā)生率高達(dá)90%以上。第12頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天酶法低乳糖牛乳的生產(chǎn)工藝水解14-16h，水解率達(dá)50%以上第13頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4.3降低淀粉類食品高溫產(chǎn)生丙烯酰胺含量自從2002年4月瑞典斯德哥爾摩大學(xué)MargaretaTornqvist教授首次發(fā)現(xiàn)，在油炸或焙烤的馬鈴薯和谷物類食品中存在具有神經(jīng)毒性的潛在致癌物——丙烯酰胺，有關(guān)丙烯酰胺的問(wèn)題立即引起了全世界的廣泛關(guān)注。隨后英國(guó)、美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家也開(kāi)展了相關(guān)研究。許多國(guó)家和國(guó)際性機(jī)構(gòu)對(duì)丙烯酰胺在食品中形成機(jī)理、危害評(píng)估和消除方法等方面進(jìn)行廣泛而深入研究。第14頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天目前，淀粉類食品在加工中丙烯酰胺的生成機(jī)理的研究已有突破性進(jìn)展；在食品貯藏和加工方法方面，歐美和日本等國(guó)對(duì)食物加工前的保存條件、加工溫度對(duì)食品中丙烯酰胺含量的影響進(jìn)行了研究，并提出減少丙烯酰胺的方法，如降低加工溫度、體系pH值，減少原料中天門冬酰胺的含量等。瑞士科學(xué)家Vass等研究發(fā)現(xiàn)天門冬酰胺酶應(yīng)用可降低薄脆餅干70％丙烯酰胺含量，但作用機(jī)理還有待于進(jìn)一步深入分析和研究。第15頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4.4其他另有研究發(fā)現(xiàn)，α-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶用于甜葉菊加工，可以脫苦澀味，黃曲霉毒素B1經(jīng)黃曲霉毒素脫毒酶處理后毒性、致畸性極大降低。所有這些都證明酶法解毒是一種安全、高效的解毒方法，對(duì)食品無(wú)污染、有高度的選擇性，且不影響食品的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。第16頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.5酶作為現(xiàn)代食品質(zhì)量與安全快速、靈敏分析的重要手段如酶聯(lián)免疫測(cè)定、PCR、生物傳感器、酶抑制率法第17頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2酶制劑的安全評(píng)價(jià)對(duì)酶制劑產(chǎn)品的安全性要求，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）食品添加劑專家委員會(huì)（JECFA）早在1978年WHO第2屆大會(huì)就提出了對(duì)酶制劑來(lái)源安全性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。第18頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天酶制劑來(lái)源安全性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（1）來(lái)自動(dòng)植物可食部位即傳統(tǒng)上作為食品成份，或傳統(tǒng)上用于食品的菌種所生產(chǎn)的酶，如符合適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)與微生物學(xué)要求，即可視為食品，而不必進(jìn)行毒性試驗(yàn)。（2）由非致病的一般食品污染微生物所產(chǎn)的酶要做短期毒性試驗(yàn)。（3）由非常見(jiàn)微生物所產(chǎn)生的酶要做廣泛的毒性試驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的長(zhǎng)期喂養(yǎng)試驗(yàn)。第19頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天

這一標(biāo)準(zhǔn)為各國(guó)酶的生產(chǎn)提供了安全性評(píng)估的依據(jù)，即生產(chǎn)菌種必須是非致病性的，不產(chǎn)生毒素、抗生素和激素等生理活性物質(zhì)，菌種需經(jīng)各種安全性試驗(yàn)證明無(wú)害才準(zhǔn)使用于生產(chǎn)。對(duì)于毒素的測(cè)定，除化學(xué)分析外，還要做生物分析。第20頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天微生物來(lái)源的食品酶制劑的安全特性評(píng)價(jià)

對(duì)于通過(guò)常規(guī)方法改造菌種得到的食品酶制劑，通常要考慮的安全因素包括:菌種產(chǎn)毒素的可能性和潛在的致病性致過(guò)敏性和刺激性致癌性和誘導(dǎo)突變性影響生育和導(dǎo)致胎兒畸形酶反應(yīng)的產(chǎn)物酶與其他食品成分之間的反應(yīng)和酶對(duì)消費(fèi)者的直接作用等。第21頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1潛在的產(chǎn)毒素性作為菌種必須具備基本的安全性，一般來(lái)說(shuō)，菌是否具有潛在的產(chǎn)毒素的特性，尤其是那些通過(guò)口服起作用的毒素作為重點(diǎn)考慮的因素。由于在商品酶制劑中不會(huì)含有活微生物，因此潛在的致病性不是重點(diǎn)考慮的因素，但是對(duì)酶制劑生產(chǎn)工廠的工人來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)要尤為注意。第22頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2潛在的致病性一般來(lái)說(shuō)，明顯的人類致病菌不能在食品酶制劑工廠的生產(chǎn)中應(yīng)用，同時(shí)微生物也不可能在成品的酶制劑中存活。即便如此，作為常規(guī)的工業(yè)化操作規(guī)范，還是要通過(guò)動(dòng)物模型來(lái)確定未知微生物的潛在的致病危害。區(qū)分致病性和偶然的感染非常重要，許多微生物可以通過(guò)寄主的免疫系統(tǒng)到達(dá)一定位置就可以產(chǎn)生感染。已有研究證實(shí)，無(wú)論寄主的健康與否，真正的致病性細(xì)菌可以侵入免疫系統(tǒng)，從而產(chǎn)生疾病和感染。第23頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天另外，分清微生物自身作用和寄主對(duì)微生物的反應(yīng)過(guò)是非常重要的。研究表明，給動(dòng)物注射已死的細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致代謝紊亂，最終死于敗血病因?yàn)樽⑸涞氖且阉赖募?xì)菌不會(huì)產(chǎn)生病變，所以動(dòng)物的死亡不是微生物的致病性引起的，人體自身的免疫系統(tǒng)釋放的類荷爾蒙激素物質(zhì)才是至死的主要原因。因此，通過(guò)簡(jiǎn)單的注射微生物進(jìn)人動(dòng)物體內(nèi)來(lái)評(píng)價(jià)微生物致病性的方法是不可取的。第24頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3安全菌株國(guó)際食品與飲料咨詢委員會(huì)（IFBC）認(rèn)為，已確定無(wú)致病性、不產(chǎn)毒素的菌種，尤其是那些在安全用于食品酶制造方面具有悠久歷史的微生物，即便它們經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的或?qū)薉NA的改造，仍然是產(chǎn)生安全菌種系屬的最優(yōu)的選擇。建立一個(gè)安全的菌種還需徹底搞清楚寄主機(jī)體的特征，確保所有導(dǎo)入寄主機(jī)體的DNA的安全，保證整個(gè)改造寄主機(jī)體的過(guò)程適合食品生產(chǎn)的應(yīng)用。第25頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天被篩選出的菌種通過(guò)誘變(如化學(xué)誘變、紫外線照射誘變)從而獲得產(chǎn)酶量高的菌種。利用傳統(tǒng)的方法和基因技術(shù)可以減少和消除一些不想要的內(nèi)源酶和其他的物質(zhì)。例如，許多微生物會(huì)分泌蛋白酶，雖然這一特征在特殊場(chǎng)合下是有用的，但它會(huì)造成目的酶水解，還有可能會(huì)對(duì)食品有不好的影響。因此，一些特殊的菌種被開(kāi)發(fā)出來(lái)，它們的產(chǎn)蛋白酶的基因被去除或鈍化。第26頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.4工程化酶蛋白質(zhì)工程是通過(guò)改變蛋白質(zhì)肽鏈內(nèi)在的氨基酸的排列順序從而影響蛋白質(zhì)功能，可以通過(guò)化學(xué)誘變、紫外線輻射、菌種突變等誘導(dǎo)和隨機(jī)誘變技術(shù)實(shí)現(xiàn)。另外，也可采用定點(diǎn)突變技術(shù)，該法是針對(duì)確定蛋白質(zhì)功能的基因片斷直接突變，從而獲得所需的蛋白質(zhì)功能。第27頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)分子修飾是否會(huì)對(duì)酶的安全性造成影響？要說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們首先得搞清酶結(jié)構(gòu)和功能的自然變化?；蚝塑账岬呐帕许樞驔Q定酶蛋白的氨基酸排列順序，從而決定酶的功能特性，同時(shí)還決定了酶蛋白的三維空間結(jié)構(gòu)。這有利于搞清楚酶在改進(jìn)后相互之間的關(guān)系，也更進(jìn)一步的為搞清楚結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系提供了幫助。第28頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天同一類或同一大類的微生物來(lái)源的酶維持原有的三級(jí)結(jié)構(gòu)和酶的特征，但在穩(wěn)定性、專一性等方面的特定功能有所不同。目前并無(wú)直接證據(jù)表明，酶的這種變化致使酶產(chǎn)毒素。事實(shí)上通過(guò)口服起作用的生物毒素相對(duì)數(shù)以千計(jì)的食物蛋白來(lái)說(shuō)非常少，而且生物毒素的結(jié)構(gòu)和作為商品的食品酶在結(jié)構(gòu)上差異很大。第29頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天有進(jìn)一步的研