CN1649501A - 用于防止或抑止焙烤食品的烘焙过程中的硬化及其作用的方法和组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于防止或抑止焙烤食品的烘焙过程中硬化的方法,其包括在所述焙烤制品中加入足够量的至少一种中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶的步骤。本发明进一步涉及一种用于防止或抑止焙烤食品的烘焙过程中的硬化的改良剂,其特征在于其包括至少一种中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶。
Description
发明背景
[0001]本发明涉及一种用以防止或抑止焙烤食品的烘焙过程中的硬化及其相关作用的方法和组合物,包含至少一种中间热稳定和/或热稳定丝氨酸蛋白酶。
发明背景
[0002]消费者喜欢购买新鲜的面包并且他们希望面包能够长时间保持新鲜。抑止硬化对于焙烤食品原料的生产者来说始终是一个挑战。面包生产越来越集中化并且离发送点越来越远的事实带给添加剂和配料的发展更大的压力以保持面包的柔软。柔软的面包卷(soft roll),汉堡包,小圆面包(bun)和面粉糕饼制品也遭遇硬化和失去柔软性。现在有许多已知的抑止面包和松软焙烤制品硬化的配料。脂肪和乳化剂例如经蒸馏的单酸甘油酯和stearoyl lactylates已经被使用了数十年。单糖,二糖和多糖具有对于水分保持和结合的积极的影响。水分丢失通常都与硬化有关联,并且糖类对于焙烤食品的口感有积极影响,因此减少了硬化的感觉。公知的是淀粉酶对于硬化和淀粉降解具有有益的效果。
[0003]面包硬化是个复杂的现象。它所被感受得到的是面包皮的柔软,面包屑的硬化和新鲜面包的气味的消失。面包屑的硬化不仅是由于如Boussingault((1852)Ann.Chim.Phys.3,36,490)所证明的储存过程中水分的丧失造成的。它是一些物理-化学过程的结果。在过去的许多年里,研究者们努力弄清楚这些过程并形成了不同的理论。
[0004]以前,面包的硬化仅仅归咎于淀粉的降解(Katz,J.R.(1930)Z.Phys.Chem.,150,37-59)。通过X-光衍射表明面包中的淀粉在储存过程中形成一种微-晶体结构。后来,表明水溶性淀粉部分在面包硬化过程中减少了(Schoch等(1947)Cereal Chem.,24,231-249),其包括在焙烤过程中淀粉颗粒吸收水分。线性直链淀粉链变得可溶并扩散到水相中。越来越多的直链淀粉及时出现在水相中。所以直链淀粉被部分地从溶胀的淀粉颗粒中滤出。支链淀粉仍然留在这些颗粒中。这个滤出的过程受到可用水分的限制。在冷却过程中,直链淀粉迅速地降解并形成一种凝胶。由于立体化学的干扰,支链淀粉的降解据信包括主要外部支链的组合并需要比降解直链淀粉更长的时间,假设在硬化过程中突出,在产品冷却后出现,更慢地聚集。支链淀粉形成分子内键合。淀粉在面包硬化中的显著作用是通过使用糖酶以减少或减慢焙烤食品的硬化而进一步被揭示。其表明(Conn J.F.等(1950)Cereal Chem.,27,191-205)来自细菌或真菌来源的淀粉酶减缓面包硬化的速率,并导致较为松软的面包屑结构。耐热性α-淀粉酶或β-淀粉酶的加入是最有效的。然而,这也导致形成粘性面包屑。
[0005]文献EP0412607中公开使用耐热性α-1,6-内切葡聚糖酶或α-1,4-外切葡聚糖酶以减少硬化;EP0234858公开了使用一种耐热性麦芽糖β-淀粉酶以保持面包屑的松软。
[0006]然而,仍然不清楚的是抗-硬化作用是由于所产生的糊精还是由于直链淀粉、支链淀粉以及随之产生的减少的晶化趋势的修饰造成的。乳化剂如甘油单油酸酯和sodiumstearoyllactylate的影响似乎证实了面包屑硬化中淀粉的作用(Schuster G.(1985)Emulgatoren fürLebensmittel-Springer Verlag 323-329)。这些导致淀粉构象变化的乳化剂和淀粉之间的相互作用是所观察到的硬化减少的原因。
[0007]由于在淀粉结构和硬化之间并非一直存在良好的相关性(Zobel H.F.等人(1959)Cereal Chem.,36,441),其它面粉组分也被研究。面粉蛋白质在面包屑硬化过程中的作用被进行了研究但是发现它们没有淀粉重要(Cluskey,J.E.(1959)Cereal Chem.,36,236-246.),Dragsdorf,R.D.等人((1980)Cereal Chem.,57,310-314)研究了面包储藏过程中淀粉和面筋之间水的迁移。这些作者总结由于淀粉cristallinity中的变化,其吸收更多的水分,所以水分从面筋中迁移到淀粉中,因此更少的游离水可利用。
[0008]在最近的研究(Martin等(1991)Cereal Chem.,68(5),498-503和503-507)中,看来高分子量糊精不具有对面包屑的抗硬化作用。相反,高DP糊精会涉及和/或形成与蛋白质原纤维的氢键,因此有效地交联面筋。因此,硬化速率被提高了。一般认为稍弱(weaker)面粉中面筋与淀粉颗粒的相互作用更强。这导致面包屑硬化更快。然而更好的面筋质量和更强的面粉也导致更高的面包体积并因此得到松软的面包屑。Axford等人(1968)(引用在Faridi,H.(1985)Rheology of wheatproducts,AACC,p.263-264))表明面包的比容是衡量硬化的速率和程度的主要因素。所以面筋在面包硬化中的作用仍然是不确定的,少有人进行基于面筋修饰以减缓硬化的尝试。
[0009]蛋白酶在焙烤部门得以应用已经有很长的历史。它们大都被面包工人使用以减少机械的面团成熟对于不寻常的强或坚硬的面筋的需求。它们减少面团的粘度并提高生面团的膨胀度。在最后的产品中,它们提高结构的可压缩性、面包体积和面包颜色。通过某些肽的产生也改善了香味。这些蛋白酶通过酶化而不是通过机械力使得面筋变得醇香。它们减少了面团的稠度,减少了面粉试验仪的值(farinographvalue)。在焙烤中常使用的蛋白酶来自米曲霉(Aspergillus oryzae)和枯划芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。到目前为止,与碱性蛋白酶相比,中性的细菌蛋白酶对于面筋更有活性。木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和无花果蛋白酶是从番木瓜、菠萝和无花果中提取的硫醇-蛋白酶。尤其是,木瓜蛋白酶对于面筋具有特别好的活性。细菌蛋白酶和木瓜蛋白酶,尤其是中性蛋白酶,被用于需要显著松弛面团的饼干,面包棍和薄脆饼干中。然而,在面包制造中,一种更为温和的真菌蛋白酶的水解是优选的。
[0010]蛋白酶也有很严重的缺点。蛋白酶的作用并不及时受到限制,它在混合后继续进行并及时地削弱面团的结构。这种现象提高了削弱面团的危险并增加了面团的粘度。有时,它们的作用甚至由于发酵过程中的pH值下降而提高。在焙烤中蛋白酶的使用需要严格控制发酵量和面团醒发(proofing)条件。蛋白酶在焙烤中失活(Kruger,J.E.(1987)Enzymes and their role in cereal technology AACC 290-304)。尤其是中性细菌蛋白酶和木瓜蛋白酶应当被非常小心的定量,因为如果过量会导致面团过度松弛。这可能会导致在进炉之前面团下瘪或是减少的面包体积和更加开放的面包屑结构。尤其是在欧洲,其面粉比美国和加拿大的更弱些,过量使用蛋白酶的风险普遍存在。
[0011]此外,蛋白酶也增加了粘度,这是由于通过水解作用水从面筋中得以释放(Schwimmer,S.(1981)Source book of foodenzymology-AVI Publishing,583-584)。这意味着在欧洲实际上蛋白酶并不常使用于面包制作中。
[0012]文献EP021179公开一种α-淀粉酶制剂的使用,所述蛋白酶(失活的)与乳化剂一起使用以抑止硬化。
[0013]Conforti等人((1996)FSTA,96(12),M0190介绍摘要)在脂肪替代松饼中加入一种包含细菌淀粉酶,真菌淀粉酶和真菌蛋白酶的酶混合物。作为对照的含脂肪的松饼更松软些。酶的处理降低了硬化速度。考虑到有淀粉酶,这是不足为奇的。
[0014]公知的是脂肪酶也软化面包屑和一定程度减缓面包屑硬化速率(WO 94/04035实施例2)。
[0015]真菌蛋白酶对高温敏感。它们在大约50℃或更高的中温至高温范围内的蛋白水解能力一般是很弱的。有些细菌中性和碱性蛋白酶对高温处理具有抵抗性。至今为止关于例如在大约60℃高温范围能保持良好肽酶活性的具耐热性的细菌来源的蛋白酶的报道很少见。文献EP1186658公开由枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)属,尤其是M2-4菌株的细菌产生的该类酶。然而,所公开的酶混合物在大约70℃时完全丧失其活性。源自芽孢杆菌属(Bacillus)的耐热性蛋白酶,在去污剂配方中是优选的,所述蛋白酶可以对氧化剂耐受。源自芽孢杆菌属的碱性耐热性蛋白酶也在洗涤和去污剂配方中使用。木瓜蛋白酶非常耐热并需要在90℃-100℃下延长加热以实现失活。菠萝蛋白酶没有这么稳定并在大约70℃时就能失活。其它耐热性蛋白酶是由地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)NS70(Chemical Abstracts,127,4144 CA),地衣芽孢杆菌MIR 29(Chemical Abstracts,116,146805 CA),嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)(Chemical Abstracts,124,224587 CA),诺卡氏菌(Nocardiopsis)(Chemical Abstracts,114,162444 CA)和热拟杆菌(Thermobacteroides)(Chemical Abstracts,116,146805 CA)产生。这并不是完整的列表,但它表明耐热性丝氨酸蛋白酶以及它们的应用的重要性,主要是在洗涤剂中的应用。没有文献提及其用于焙烤和抗-硬化性能。
[0016]公知的是脂肪酶也软化面包屑和一定程度减缓面包屑硬化速率(WO 94/04035实施例2)。
[0017]真菌蛋白酶对高温敏感。有些细菌中性和碱性蛋白酶对高温处理具有抵抗性。源自芽孢杆菌属的耐热性蛋白酶,在去污剂配方中是优选的,所述蛋白酶可以对氧化剂耐受。源自芽孢杆菌的碱性耐热性蛋白酶也在洗涤和去污剂配方中使用。木瓜蛋白酶非常耐热并需要在90℃-100℃下延长加热以实现失活。菠萝蛋白酶没有这么稳定并在大约70℃时就能失活。其它耐热性蛋白酶是由地衣芽孢杆菌NS70(ChemicalAbstracts,127,4144 CA),地衣型芽孢杆菌MIR 29(ChemicalAbstracts,116,146805 CA),嗜热脂肪芽孢杆菌(Chemical Abstracts,124,224587 CA),诺卡氏菌(Chemical Abstracts,114,162444 CA)和热拟杆菌(Chemical Abstracts,116,146805 CA)产生。这并不是完整的列表,但它表明耐热性丝氨酸蛋白酶以及它们的应用的重要性,通常在洗涤剂中。没有文献提及其用于焙烤和抗-硬化性能。
[0018]木瓜蛋白酶是热带番木瓜树的果实的乳汁中的一种具蛋白水解活性的成分。天然的经干燥的乳汁含有至少4种半胱氨酸蛋白酶的混合物。
[0019]嗜热菌蛋白酶是一种由革兰氏阳性嗜热细菌耐热性水解蛋白芽孢杆菌(Bacillus thermoproteolyticus)分泌的细胞外金属内切肽酶。
现有技术
[0020]角蛋白酶是一种对角蛋白有活性的蛋白酶,一种以哺乳动物表皮、头发、毛、趾甲和皮毛上的一种成分存在的硬蛋白。这种酶的实际应用是作为脱毛剂组合物的一种成分;作为皮革生产中助脱毛剂,降解角蛋白并重组到纺织品结构中。已知该酶未应用于食品工业中。
[0021]水生栖热菌(Thermus aquaticus)是一种属于Archea的超嗜热菌(hyperthermophile)。众所周知的“Taq多聚酶”TM就是从这种生物中分离的。激烈火球菌(Pyrococcus furiosus)是这个属中另一种代表。耐热性蛋白酶从这些生物体中分离。
[0022]热酶(thermitase)是一种源自普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)的细胞外内切肽酶。由于其对肽键相对低的切割特异性,热酶有许多应用。它适于生产用于健康或其它特别的饮食的部分水解蛋白质。
发明概述
[0023]本发明的第一方面是关于一种用于抑止或延迟焙烤食品的焙烤过程中的硬化及其相关作用的方法,所述方法包括在所述焙烤产品的配料中加入足够有效量的至少一种耐热性蛋白酶的步骤。
[0024]优选的是所述蛋白酶是中性或碱性蛋白酶,最优选的是碱性蛋白酶。
[0025]优选的是中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶具有高于60℃的最佳温度活性,优选是高于70℃,更优选是高于75℃或甚至高于80℃。本发明方法中所使用优选的中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶呈现出在最适温度的蛋白酶活性与25℃的蛋白酶活性的比值高于10,优选高于15。同样,该酶优选在焙烤过程中具有活性并优选在上升过程中不具有活性。
[0026]这些中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶可以通过本领域技术人员公知的方法从天然存在的真核生物或原核生物中提取而获得,可以通过合成或基因工程获得。
[0027]优选的中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶是可以从菌株水生栖热菌(LMG8924)中方便获得的Taq蛋白酶,或是角蛋白酶,优选分离自地衣芽孢杆菌(LMG7561),或是分离自普通高温放线菌属的热酶。这三种蛋白酶都属于丝氨酸肽酶类。木瓜蛋白酶(属于半胱氨酸肽酶类)和嗜热菌蛋白酶(属于金属肽酶类)都被包括在进行的焙烤试验中,它们对于焙烤过程和所得产品并不能减少硬化和/或具有不良的副作用和/或负作用。
[0028]本发明的方法中,中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶可以与其它酶一起使用,例如耐热性α-淀粉酶,β-淀粉酶,中间耐热性生麦芽糖淀粉酶,脂肪酶,转糖基酶(glycolsyltransferase)或支链淀粉酶。该耐热性蛋白酶也可以被加入到非酶性的添加剂中例如乳化剂(单酸甘油酯,甘油二酯和/或stearoyllactylades)。在焙烤过程中,其它合适的乳化剂也可被加入到所述中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶中。存在协同或累加作用。
[0029]因此,本发明的方法会产生改良的焙烤制品,优选选自由面包,软面包卷(soft roll),百吉饼(bagel),油炸圈饼(donut),丹麦酥皮饼(danish pastry),汉堡包卷,比萨(pizza),皮塔饼(pitabread)和蛋糕组成的组中。
[0030]本发明的另一方面是关于用于焙烤制品的抗硬化组合物,包括至少一种耐热性蛋白酶。
[0031]本发明的另一实施方案是一种改良剂组合物,更优选的是一种面包改良剂组合物,包括至少一种中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶和改良剂组合物常用活性成分。改良剂组合物对于面包师来说是一个公知的概念。它是一种活性成分的混合物,例如酶和乳化剂,其与做面包的常用配料例如水和面粉混合在一起。
[0032]本发明进一步的实施方案是关于所述中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶的用途,尤其是本发明的角蛋白酶在食品工业更优选的在焙烤制品中的用途。
发明详述
[0033]本发明涉及一种中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶在焙烤制品中的应用。优选的是,这些丝氨酸蛋白酶是碱性蛋白酶但也可以是中性蛋白酶。所述酶制剂具有对面包屑柔软度和延迟焙烤制品硬化的显著的效果。所述酶制剂的特征在于对面团流变学、面包屑结构和所得面包体积没有不利的影响。该酶在25℃-40℃的温度具有低活性意味着其在面团静止和/或发起时不必降低活性。该酶具有60℃-80℃或更高的最适温度。该酶在焙烤过程中或失活或不失活。本发明的中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶的特征在于具有如抗硬化剂的积极作用。这种作用在与其它抗-硬化酶组合时尤为显著。作为其它抗硬化酶的例子,本领域技术人员会选择源自地衣芽胞杆菌或嗜热脂肪芽孢杆菌的耐热性淀粉酶和耐热性生麦芽糖淀粉酶(如源自Novozymes的Novamyl)。它们的作用也与单-和二甘油酯,stearoyllactylates和其它用于焙烤的乳化剂的抗硬化作用累加。
[0034]本发明的中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶可以被用于面包、软面包卷、百吉饼、油炸圈饼、丹麦酥皮饼、汉堡包卷、比萨、皮塔饼和蛋糕和其硬化及其抑止是一个质量问题的其它焙烤制品。
[0035]本发明的中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶可以通过原核生物(细菌)和真核生物(真菌,Archea,动物,植物等)产生和/或可以用本领域公知的任何技术通过基因工程或甚至通过合成而得到。
[0036]基本上,本发明所使用的蛋白酶的最重要的特性是:
1)它们的耐热性:在保持酶稳定的PH条件下,它们具有高于60℃的最适温度,优选高于70℃,甚至更优选高于75℃,高于80℃或85℃。
2)最适温度的活性与在25℃的活性的比值至少高于10,优选高于15。
3)它们属于丝氨酸蛋白酶类。
[0037]优选的是,本发明的蛋白酶不会在高于60℃,优选高于70℃、75℃、80℃或甚至85℃的温度下丧失其活性。本发明的酶可以在焙烤过程中产品内达到的(当充分焙烤时,对于酵母发酵焙烤食品至少大约75℃和对于化学发酵焙烤食品至少大约90℃-95℃)非常高的内在温度下仍然有活性。在最佳温度范围内,温度可以为大约60℃至61℃、62℃、63℃、......84℃、85℃、......89℃、90℃、......94℃、95℃,包括其中所有的整数。
[0038]本发明的酶优选角蛋白酶、Taq蛋白酶和/或热酶。角蛋白酶优选由地衣芽胞杆菌(例如地衣芽孢杆菌LMG 7561)产生。Taq蛋白酶优选由水生栖热菌(实施例水生栖热菌LMG 8924)产生。热酶优选由普通高温放线菌产生。
[0039]蛋白酶可以通过使用任意适当的技术从各自的微生物中获得。例如,蛋白酶制剂可以由一种微生物发酵并然后通过本领域公知技术如离心和超滤法从所得肉汤中分离含有蛋白酶的制剂而获得。蛋白酶也可以通过于宿主生物体克隆编码合适的蛋白酶的DNA序列,在细胞内-或细胞外表达该蛋白酶并收集所产生的酶而获得。优选,所述蛋白酶以允许精确的和/或或多或少精确的定量的形式存在。当该蛋白酶是一种含有多于一种酶类的复杂的天然混合物的一部分时,定量可能是困难的。在这种情况下,可能需要包括一步或更多步纯化。
[0040]蛋白酶也可能通过耐热性或非耐热性丝氨酸蛋白酶或酶的直接进化或基因改组(gene shuffling)而获得。只要它们具有肽切割活性,就认为它们是本发明范围的蛋白酶。
[0041]令人惊奇的是,发明者发现对于生面团流变学不具明显作用的蛋白酶的使用对于柔软度和面包屑硬化的延迟具有显著的效果。与对照相比,对面包屑的弹性没有不利的影响或没有提高面包的粘度。其作用与已知抗-硬化剂(例如α-淀粉酶)累加,并可以开发具有更长的储存期的面包和其它松软焙烤制品。
[0042]蛋白酶的选择十分的重要。蛋白酶应当在混合和随后的醒发中没有不利作用。否则能被施用的剂量就太低了以至于无法减慢硬化的速度以保持良好的面包弹性。酶的最适温度越高,其对于面包屑结构和生面团流变的负作用就越小。
[0043]本发明将在下面非限制性实施例和所示附图中得以详细阐述。
附图简介
[0044]图1表示以在pH7.0下,0.1M磷酸盐缓冲溶液中aqualysinI(◆,实线),角蛋白酶(●,虚线)的相对活性(%)的函数表示的蛋白酶最适温度。
[0045]图2表示在存在和缺失Novamyl(0-8g/100kg面粉)下加入Taq蛋白酶(0U:◆,800U:▲)对面包硬化的延迟作用。
[0046]图3表示在存在和缺失Novamyl(0-8g/100kg面粉)下在面包中加入角蛋白酶(0U:◆,800U:■)后对面包硬化的提高的延迟作用。
[0047]图4表示在pH7.0下,0.1M磷酸盐缓冲溶液中,以相对活性(%)的函数表示的热酶最适温度。
[0048]图5表示以相对活性(%)的函数表示的热酶的热稳定性。
发明优选实施方式说明
[0049]一种所用优选丝氨酸蛋白酶是从菌株地衣芽孢杆菌LMG7561中获得,其具有角蛋白酶活性。通过氨基酸相似性和苯基甲基磺酰氟化物抑止,角蛋白酶被证明是一种丝氨酸蛋白酶。所述角蛋白酶是通过在下列培养基上培养菌株地衣芽孢杆菌LMG 7561获得的:0.5g/lNH4Cl,0.5g/l NaCl,0.3g/l K2HPO4,0.4g/l KH2PO4,0.1g/lMgCl2.6H2O,2g/l柠檬酸,0.1g/l酵母提取液和10g/l羽粉(feathermeal)。培养基用磷酸调节至pH6.5。没有施加pH对照。在通气条件下(p260%,1.25vvm)45℃下培养40小时,之后培养基被收集进一步浓缩。上清夜然后通过膜超滤(分子截断:5,000Da)被浓缩。这样所获得角蛋白酶粗提液被冷冻保藏直到其被用于焙烤试验。
[0050]这样所获得的角蛋白酶溶液在60℃pH8.0下呈现出最高活性。在pH范围7至9下,测量到高于最高活性的85%。60℃加热该溶液一小时,酶的活性并没有任何丧失。70℃加热该酶14分钟,酶的活性减少50%。
[0051]在角蛋白上进行了活性测定。对于标准测量,4g角蛋白被溶于100ml氢氧化钠。在溶解后,用3.2M磷酸慢慢调节pH值至8.0。加入蒸馏水直到终体积达到200ml。5ml底物溶液在60℃下预保温。加入1ml酶溶液并在60℃下保温。然后加入5ml14%TCA(三氯乙酸)到经培养的酶溶液中。混合60分钟。该溶液被过滤,在275nm下测量其相对于一空白溶液的吸光度(在TCA加入后酶被加入)。
其活性以KU/ml表示
发酵含有300-1500KU/ml。
[0052]为了焙烤的目的,其活性以基于protazym片测定的mU/ml来表示。该KU仅被用于证明角蛋白酶的存在。
[0053]所述Taq蛋白酶是通过在下列培养基上培养菌株水生栖热菌LMG 8924获得的:1g/l胰蛋白胨;1g/l酵母提取物;100ml/l盐溶液和900ml蒸馏水。用1M NaOH调节pH至8.2,然后在121℃灭菌15分钟。该盐溶液具有如下组分:1g/l次氮基乙酸;0.6g/lCaSO4.2H2O;1g/l MgSO4.7H2O;80mg/l NaCl,1.03g/l KNO3;6.89g/l NaNO3;2.8g/l Na2HPO4.12H2O;10ml/l FeCl3.6H2O溶液(47mg/100ml);10ml/l微量元素溶液和1l蒸馏水。所述微量元素溶液具有如下组分:0.5ml/l H2SO4;1.7g/l MnSO4.H2O;0.5g/l ZnSO4.7H2O;0.5g/l H3BO3;25mg/l CuSO4.5H2O;25mg/l Na2MoO4.2H2O;46mg/lCoCl2.6H2O和1l蒸馏水。通气条件下(pO260%,4vvm)60℃下培养24小时,然后培养基被收集进一步浓缩。水生栖热菌LMG 8924产生至少两种细胞外蛋白酶。其中一种细胞外蛋白酶被称为aqualysinI,它是从早期稳定期直到细胞停止生长被线性分泌的一种碱性蛋白酶。蛋白水解活性的最佳温度在70至80℃之间。另一种被称为aqualysinII,它是一种中性蛋白酶,其产生从第四天起出现,该蛋白酶的浓度线性持续5天。在95℃获得最高活性(所测最高温度)。发酵提取物在焙烤试验的发酵的一天后被使用。由于发酵在一天后停止,出现的蛋白酶是aqualysinI。aqualysinI被微生物丝氨酸蛋白酶抑止物强烈的抑止,其可以被归类为一种碱性丝氨酸蛋白酶。
[0054]然后上清夜通过膜超滤(分子截断:10,000Da)被浓缩。这样所获得Taq蛋白酶粗提液被冷冻保藏直到其被用于焙烤试验。
[0055]这样获得的Taq蛋白酶溶液在80℃呈现出最高活性。当在80℃加热该溶液一小时,基本不会丧失酶活性。在90℃下加热10分钟,酶活性减少60%。
[0056]通过azurine-交联酪蛋白(AZCL-酪蛋白)对该蛋白酶的活性进行测定。其通过染色和交联酪蛋白从而产生在一种在水中水合但不溶于水的物质来制备。蛋白酶的水解作用产生水溶性染色片段,并且其释放速率(在590nm的吸光度增加)可能与酶活性((Protazyme AKTablets,Megazyme,Ireland)直接相关。一片protazyme AK片在pH7.0下100mM Na2HPO4.2H2O中60℃温育5分钟。一份酶的等份试样(1.0ml)被加入,并且反应被允许持续正好10分钟。该反应由加入磷酸钠(10ml,2%w/v,pH12.3)停止。使试管在室温中静止大约2分钟,其内含物被过滤。在590nm下测量该滤出液相对于一底物空白的吸光度。
其活性表示为
mU/ml=(34.2*(Abs590酶-Abs590空白)+0.6)/稀释度
[0057]在嗜热微生物普通高温放线菌中,众所周知在繁殖的对数生长期许多蛋白质水解酶被分泌到周围的介质中。在培养基的滤出液的5种蛋白水解成分中一种蛋白酶占总活性的70至80%,称为热酶。
[0058]热酶是一种细胞外热稳定性丝氨酸蛋白酶。pH曲线表现出在pH7.5至9.5之间的广泛的最适度。该酶在pH6.4至7.6范围内显示出最高活性,高于pH8.0和低于pH5.75不稳定性升高,尤其是在温度提高和较长时间段。依赖于底物的大小,热酶在从65℃(明胶),70℃(鱼精蛋白)至85℃(偶氮酪蛋白)的范围呈现出最高活性。最适温度与最大底物(偶氮酪蛋白)作用时是最明显的:在85℃时的活性比25℃时高12倍。
[0059]所述热酶是通过在具有下列成分的培养基上培养菌株普通高温放线菌NRRLb-1617获得的:在蒸馏水中的小麦淀粉(20g/l),细菌用蛋白胨(5g/l),酵母提取物(3g/l)和麦芽提取物(3g/l)。培养在45℃,12l/min通气和200rpm转动下进行。在培养24小时后收集上清液。由于培养物上清液中含有大量α-淀粉酶活性,一种初步纯化步骤被进行以从α-淀粉酶活性中分离蛋白酶活性从而进行焙烤试验。上清液通过膜超滤(分子截断:10,000Da)被浓缩。热酶通过S-琼脂糖柱(Pharmacia)的柱层析进行纯化。该柱用500mM醋酸钠缓冲液(pH4.5),然后用10mM醋酸钠缓冲液(pH4.5)和5mM CaCl2平衡。α-淀粉酶活性成分没有结合到柱上,热酶通过10mM醋酸钠缓冲液(pH4.5),5mM CaCl2和1M NaCl洗脱。洗脱部分用10mM醋酸钠缓冲液(pH4.5)和5mM CaCl2透析,并被用于进行焙烤试验。
[0060]副活性例如-淀粉酶活性通过Phadebas Amylase TestTM(Pharmacia & Upjohn)被检测。底物是带有蓝色染料的水不溶性交联淀粉聚合物。其被-淀粉酶水解以形成水溶性蓝色片段。该蓝色溶液的吸光度就是试样中-淀粉酶活性的函数。
[0061]木聚糖酶副活性通过Xylazyme MethodTM(Megazyme)被检测。所使用的底物是azurine-交联木聚糖。该底物通过染色和交联高度纯化的木聚糖(来自birchwood)以产生一种水合但不溶于水的物质来制备。通过内-(1,4)-β-D-木聚糖酶水解产生水溶性染料片段,其释放速率(在590nm的吸光度升高)与酶活性直接相关。
[0062]所获Taq蛋白酶溶液没有呈现出任何-淀粉酶和木聚糖酶副活性。
[0063]所获角蛋白酶溶液没有木聚糖酶活性,通过Phadebas检测其含有少于8U/mlα-淀粉酶活性。
[0064]所获热酶溶液在经纯化步骤后没有呈现任何α-淀粉酶和木聚糖酶副活性。
[0065]焙烤试验在1kg面包中进行。基本配方是(以克表示):
面粉(Duo): 1500
水: 840
新鲜酵母(Bruggeman,Belgium): 75
氯化钠: 30
部分氢化棕榈油: 21
经蒸馏单酸甘油酯: 3
蔗糖: 6
抗坏血酸: 0.06
[0066]下面的面包制作过程被采用:
各种成分在Diosna SP24混合器中2分钟低速混合,在6分钟高速混合。最终面团的温度是29℃。在25℃大量发酵20分钟后,用Euro200S(Bertrand-Electrolux Baking)以R8/L19制成600g面团块并被铸形。面团块在35℃发面50分钟,其具有95%的相对湿度。然后这些面包在MIWE CONDO(Micheal Wenz-Arnstein-德国)炉中230℃下用蒸汽(焙烤之前0.1L以及烤面包之后0.2L)焙烤。本领域技术人员显而易见的是用其它供应商的设备也能获得同样的最终结果。
[0067]面包的柔软度通过TA-XT2结构分析仪(Stable MicroSystems UK)进行检测。面包被切成块并且4块1cm的产生25%变形的力被检测。这称之为硬度。硬度在焙烤后的第1天和第6天被检测。两种测量值之间的差别是“柔软度的丧失”:
柔软度的丧失=第6天的变形力-第1天的变形力
[0068]这是一种相对测量。其绝对值没有意义,但应当与对照值进行比较以进行解释。
[0069]其弹性是上述力与松弛20秒后的力之间的差别。当弹性低于对照面包时,这意味着面包屑变得弹回性减弱。当受压时,面包屑不会保持原来的形状,这意味着在切块或操作的过程中面包屑结构可以不可逆地丢失。重要的是,与对照面包相比通过加入酶就不会丢失弹性。
[0070]在面包面团中加入本发明中的酶不会改变发面时间,面包的湿度和特定的装载体积。面包的最初湿度含量轻微的改变,但所有烤过的面包块在室温下的六天储藏时间内丢失大约同样数量水分。
实施例
实施例1:Taq蛋白酶
[0071]根据前述方法加入Taq蛋白酶(最终存在不同剂量的来自Novozymes(Denmark)的Novamyl10000BG)焙烤面包。
[0072]剂量以焙烤试验中使用的100kg面粉重量表示。
[0073]下面表1表示在前面所定义的焙烤后的第1天和第六天之间柔软度的丧失。
表1:柔软度
Novamylg/100kg | 800U Taq蛋白酶 | 0U Taq蛋白酶 |
0 | 140 | 209 |
2.5 | 128 | 152 |
5 | 96 | 118 |
8 | 68 | 105 |
[0074]实施例显示使用Taq蛋白酶会延迟面包的硬化。将Taq蛋白酶与中间耐热性生麦芽糖淀粉酶(如Novamyl,Novozymes的商业酶)一起使用会显著延迟面包硬化。因此在耐热性丝氨酸淀粉酶与α-淀粉酶之间存在协同作用。其作用在更高剂量的Novamyl(参见图2)时更显著。
[0075]表2表示面包屑的弹性几乎不被使用Taq蛋白酶所影响。
表2:弹性
Novamylg/100kg | 800U Taq蛋白酶 | 0U Taq蛋白酶 |
0 | 61.5 | 61.9 |
2.5 | 63.1 | 63.4 |
5 | 63.0 | 64.2 |
8 | 63.4 | 64.9 |
实施例2:角蛋白酶
[0076]根据前述方法加入角蛋白酶(最终存在来自Novozymes(Denmark)的Novamyl10000BG)焙烤面包。
[0077]下表3中的剂量以焙烤试验中使用的100kg面粉重量表示。
[0078]该表表示在前面所定义的焙烤后的第1天和第六天之间柔软度的丧失。
表3:柔软度
Novamylg/100kg | 800U角蛋白酶 | 0U角蛋白酶 |
0 | 121 | 209 |
2.5 | 95 | 126 |
5 | 64 | 111 |
8 | 50 | 59 |
[0079]从该实验中明显的是加入耐热性丝氨酸蛋白酶角蛋白酶对于面包的柔软度具有显著的作用。与耐热性生麦芽糖淀粉酶如Novamyl(参见图3)具有累加效应。经证实,通过单独检测淀粉酶,制剂中存在少量的淀粉酶对于柔软度和松弛率没有影响。
[0080]表4也显示当使用这种蛋白酶时,对于松弛率没有不利的影响。
表4:弹性
Novamylg/100kg | 800U角蛋白酶 | 0U角蛋白酶 |
0 | 62.6 | 63.6 |
2.5 | 64.3 | 65.0 |
5 | 65.5 | 65.8 |
8 | 65.4 | 65.8 |
实施例3:热酶
[0081]根据前述方法加入热酶(最终与来自Novozymes(Denmark)的Novamyl10000BG联用)焙烤面包。
[0082]下表5中的剂量以焙烤试验中使用的100kg面粉重量表示。
[0083]表5表示在前面所定义的焙烤后的第1天和第六天之间柔软度的丧失。
表5:柔软度
Novamylg/100kg | 10.500U热酶 | 0U热酶 |
0 | 140 | 197 |
2.5 | 87 | 107 |
5 | 65 | 102 |
8 | 62 | 68 |
[0084]从该实验中明显看出加入耐热丝氨酸蛋白酶热酶对于面包的柔软度具有显著的作用。与耐热性生麦芽糖淀粉酶如Novamyl也具有累加效应。经纯化热酶,在制剂中不存在可能对柔软度和松弛率有影响的α-淀粉酶。
[0085]表6也显示当使用这种蛋白酶时,对于松弛率没有不利的影响。
表6:弹性
Novamylg/100kg | 10500U热酶 | 0U热酶 |
0 | 62 | 64 |
2.5 | 64 | 65 |
5 | 64.6 | 66.3 |
8 | 64.4 | 66.2 |
[0086]热酶的在0.1M磷酸盐缓冲液中的pH7.0下的蛋白酶最佳相对活性和热稳定性(以给定温度下的功能或相对稳定性表示)分别在图4和图5中列出。
[0087]仅用Taq蛋白酶、角蛋白酶和/或热酶,作为混合物和/或与耐热性淀粉酶(如Novamyl)一起处理显著影响面包柔软度。当加入Taq蛋白酶、角蛋白酶和/或热酶,经酶处理的面包更软。实施例显示出就柔软度和硬化而言,根据本发明的耐热性丝氨酸蛋白酶延长焙烤产品的货架期。
实施例4:角蛋白酶,热酶和Taq蛋白酶对面包屑结构和面包感觉
特征的影响
[0088]上述本发明的中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶对于面包屑结构没有负作用,然而其它非耐热性蛋白酶或属于其它蛋白酶类如木瓜蛋白酶(半胱氨酸肽酶)或嗜热菌蛋白酶(金属肽酶)却有负作用。使用例如木瓜蛋白酶或嗜热菌蛋白酶导致面包屑结构更开放,这依赖于所使用的剂量。使用本发明的耐热性丝氨酸蛋白酶对焙烤产品的体积没有影响。
[0089]加入角蛋白酶,热酶和/或Taq蛋白酶,面包皮颜色、面包皮特征、面包屑颜色、面包香味和面包口感都不发生显著的改变。
实施例5:Taq蛋白酶在蛋糕中的应用
配方:Mix Satin Crème Cake:1000g
鸡蛋:350g
油:300g
水:225g
方法:混合器:Hobart
工具:Padle
速度:1分钟速度1和2分钟速度2然后
加入油和水,1分钟速度1,刮
下和2分钟速度1
奶蛋糊重量:300g
温度:180℃
时间:45分钟
[0090]下表7中的剂量以焙烤试验中使用的100kg面粉重量表示。
[0091]表7表示在焙烤后的4天,1星期,2星期和3星期后测量的柔软度的丧失。
表7:柔软度
0U Taq蛋白酶 | 600U Taq蛋白酶 | 1200U Taq蛋白酶 | |
4天 | 396 | 321 | 237 |
1星期 | 492 | 379 | 298 |
2星期 | 542 | 457 | 268 |
4星期 | 687 | 441 | 308 |
Claims (22)
1、用于在焙烤制品的焙烤过程中阻止或延迟硬化的方法,包括在所述焙烤制品中加入足够有效量的至少一种中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶的步骤。
2、根据权利要求1的方法,其特征在于所述中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶具有高于60℃的最佳活性温度,优选高于70℃并更优选高于75℃。
3、根据权利要求1或2的方法,其特征在于最佳温度的蛋白酶活性与在25℃的蛋白酶活性的比例高于10,优选高于15。
4、根据前述权利要求的任一项的方法,其特征在于中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶通过从天然存在的真核或原核生物体中提取、通过合成或基因工程而获得。
5、根据前述权利要求的任一项的方法,其特征在于中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶是中性蛋白酶或更优选的是碱性蛋白酶。
6、根据前述权利要求的任一项的方法,其特征在于所述蛋白酶选自由aqualysin I、aqualysin II、热酶和角蛋白酶组成的组。
7、根据前述权利要求的任一项的法,其特征在于耐热性丝氨酸蛋白酶是从水生栖热菌(Thermus aquaticus)LMG 8924中分离的Taq蛋白酶,分离自地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)LMG 7561的角蛋白酶和/或分离自普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)的耐热蛋白酶。
8、根据前述权利要求中任一项的方法,进一步包括加入另一种抗-硬化添加剂的步骤,所述的抗-硬化添加剂选自耐热性α-淀粉酶,β-淀粉酶,中间耐热性生麦芽糖淀粉酶,脂肪酶,转糖基酶,支链淀粉酶和乳化剂,优选单酸甘油酯,甘油二酯和/或stearoyllactylates。
9、根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于所述焙烤制品选自由面包、软面包卷、百吉饼、油炸圈饼、丹麦酥皮饼、汉堡包卷、比萨、皮塔饼和蛋糕组成的组。
10、用于阻止和延迟焙烤制品的焙烤过程中的硬化的改良剂,其特征在于其包括至少一种中间耐热性或耐热性丝氨酸蛋白酶。
11、如权利要求10所述改良剂,其特征在于所述蛋白酶具有高于60℃的最适活性温度,优选高于70℃,更优选高于75℃。
12、如权利要求10或11所述改良剂,其特征在于最适温度的蛋白酶活性与25℃的蛋白酶活性的比值高于10,优选高于15。
13、如权利要求10-12任一项中所述改良剂,其特征在于所述蛋白酶是通过从天然存在的原核或真核生物体中提取、通过合成或通过基因工程而获得的。
14、如权利要求10-13任一项中所述改良剂,其特征在于所述蛋白酶是Taq蛋白酶、角蛋白酶和/或热酶。
15、如权利要求10-14任一项中所述改良剂,其特征在于所述蛋白酶选自由aqualysin I、aqualysin II、角蛋白酶和热酶组成的组。
16、根据权利要求10-15中任一个的改良剂,其特征在于所述耐热性丝氨酸蛋白酶是从水生栖热菌LMG 8924分离的Taq蛋白酶、从地衣芽孢杆菌LMG 7561中分离的角蛋白酶和/或从普通高温放线菌中分离的热酶。
17、如权利要求10-16任一项中所述改良剂,其特征在于其进一步包括另外的抗-硬化添加剂,所述抗-硬化添加剂选自:耐热性α-淀粉酶,β-淀粉酶,中间耐热性生麦芽糖淀粉酶,脂肪酶,转糖基酶,支链淀粉酶和乳化剂,优选单酸甘油酯,甘油二酯和/或stearoyllactylates。
18、如权利要求10-17任一项中所述改良剂,其特征在于所述改良剂是一种面包改良剂。
19、角蛋白酶在食品应用中的用途。
20、角蛋白酶在焙烤制品的焙烤过程中的用途。
21、如权利要求19或20的用途,其中所述角蛋白酶是中间耐热性和/或耐热性丝氨酸蛋白酶。
22、根据权利要求21的用途,其特征在于所述角蛋白酶是从地衣芽孢杆菌LMG 7561中分离的。
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