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1、第八章 酶与食品安全卫生,生物与食品工程学院 食品酶学,第九章 酶与食品安全卫生,酶具有改善食品品质和加工性能，酶在食品工业中的应用日益深入和广泛，极大地促进了酶制剂工业的发展。然而酶的来源及其性质也关乎食品质量安全，特别是随着生物技术的发展，通过基因工程手段改造部分微生物的基因，从而改变酶蛋白的基本结构，达到强化酶在某方面功能特性目的的做法已成为商业上成功的典范，同时，这种做法给食品酶的应用带来安全隐患。对食品工业用酶制剂生产及应用进行安全卫生管理，从而建立一套科学使用规范及酶制剂安全性评价体系是有必要的。,酶与食品质量安全的关系酶制剂的安全性评价酶制剂的安全卫生管理,第九章 酶与食品安全卫
2、生,9.1 酶与食品质量安全关系,酶存在于所有的新鲜食品当中，当人们食用这些食品时，相当数量的酶就摄入人体中。在摄入的酶中，不仅有动物和植物来源的，而且还有微生物来源的。在发酵和腌制食品中，例如干酪、酸奶、啤酒和腌黄瓜，就含有微生物来源的酶。微生物来源的食品酶制剂，除了包括酶蛋白本身以外，还含有微生物的代谢产物，以及添加的保存剂和稳定剂。如果将加入食品中的酶看作为食品添加剂，那么就应该考虑到卫生和安全方面的问题。,一、酶作为食品添加剂进入食品的潜在危害,可能引起过敏反应：酶与其他混入酶制剂的蛋白质，对人体而言属外源蛋白，虽然目前还极少见这样的例子，但在新的酶制剂出现时必须以予考虑。可能带有毒素
3、：对于来源于微生物的酶制剂，必须选择那些不产生毒素的菌种来生产酶制剂，或检查每一批酶制剂以确定其不含毒素。酶制剂作为食品添加剂使用时应符合国家标准GB 2760食品添加剂使用卫生标准的规定。,GB 2760-2007 部分内容,迄今为止，还没有充分的证据表明，用于食品工业中的酶是有害于人体健康的。此外，在大多数情况下，酶在加工中已失活，且在加工中失活的酶经进一步的单元操作是否尚存在于食品中，在很多情况下也是不确定的。因此在标签上注明添加的酶反而会引起误解。,一、酶作为食品添加剂进入食品的潜在危害,二、酶催化有毒物质的产生,在原始生物材料中，酶和底物处在细胞的不同部位当生物材料破碎时，酶和底物的
4、相互作用就有可能发生，其次，湿度、pH、温度、辅酶和金属离子等条件也是重要的。本身是无毒的底物，在经酶催化降解后变成有害物质。,二、酶催化有毒物质的产生,木薯中的生氰糖苷在内源糖苷酶的作用下，产生氢氰酸。消除：将木薯根切成小块后彻底清洗，使组织中的微量HCN在随后的烧煮中就很容易挥发除去。十字花科植物的种子以及皮和根中的葡萄糖芥苷（一种硫糖苷），在芥苷酶作用下会产生甲状腺肿素。消除：可用加热的方法使芥苷酶失活。,例：生氰糖苷糖苷酶的作用下产生HCN,例如，菜籽中的原甲状腺肿素在芥苷酶作用下按下式水解：式中的甲状腺肿素是由酶水解产物异硫氰酸酯环化而成的。甲状腺肿素能使人和动物体的甲状腺代谢性增大
5、,例：菜籽中甲状腺肿素的产生,例：油菜籽饼粕的去毒可采用两类方法,在芥苷酶作用下，至少有三类终产物：挥发性的异硫氰酸酯：非挥发性的环化异硫氰酸酯，即甲状腺肿素水溶性的硫氰酸酯。因此，加工的条件必须按照终产物的物理化学性质而变化。用加热的方法使芥苷酶失活，然后将完整的原甲状腺肿素从组织中沥出。,三、酶导致食品中营养组分的损失,食品加工中营养组分的损失一般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视的。例如：维生素的降解,维生素A的酶促降解损失,脂肪氧合酶催化胡萝卜素降解而使面粉漂白，显然，此酶在其他食品中也存在。一些蔬菜的加工过程中也包括了胡萝卜素的破坏过程。为了防止：在蔬菜冻
6、结前的热烫破坏其中的脂肪氧合酶。隔绝氧气操作：果蔬在真空条件下干燥时，胡萝卜素和维生素A的损失比在有氧光照下干燥时低得多。,维生素B的酶促降解损失,在一些用发酵方法加工的鱼制品中，由于鱼和细菌中的硫胺素酶的降解作用，使之缺少维生索B1。,维生素B的酶促降解损失,防止方法：新鲜制备的大蒜提取液中含有的蒜氨酸酶能将蒜苷转变成蒜素：将大蒜提取液和硫胺素混合在一起，那么蒜素同硫胺素结合，形成具有VB1活力而不能作为硫胺素酶的底物的蒜硫胺素，使硫胺素得到保护。,大蒜素的形成,大蒜素对硫胺素的保护,维生素C的酶促降解损失,抗坏血酸是最不稳定的维生素，在食品加工和保藏中，常由于酶或非酶的因素而被氧化。抗坏血
7、酸氧化酶能催化抗坏血酸氧化生成脱氢抗坏血酸，但是后者易于通过温和的还原作用重新转变成抗坏血酸。当脱氢抗坏血酸内酯在中性或pH高于7.0条件下进一步水解生成2，3二酮古罗糖酸后，Vc的活性才完全丧失：酸性条件下，不会进一步水解，因此Vc仍有活性,VC的酶促失活,果蔬中其他氧化酶也能通过间接作用破坏抗坏血酸例如：桔汁和香蕉泥的混合物中的多酚氧化酶，也可使抗坏血酸生成脱氢抗坏血酸，又由于香蕉泥的缓冲能力使桔汁的pH升高，最终导致脱氢抗坏血酸转变成二酮古罗糖酸。,维生素C的酶促降解损失,四、酶的解毒作用,1、植酸等抗营养因子的去除植酸的去除植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇，显著降低植酸的含量。近年植酸
8、酶还用于酿造和饲料工业，以改善原料中磷的利用。大豆胀气因子的去除-D-半乳糖苷酶分解大豆低聚糖,四、酶的解毒作用,1、植酸等抗营养因子的去除大豆中抗营养因子处理方法在加热处理豆类食物之前，先将它粉碎，并调成糊状，然后在55和pH5.2条件下利用豆中内源的植酸酶和D半乳糖苷酶的活力，使豆中的植酸和D半乳糖苷分解，这样处理可以显著地降低它们的含量。由于在豆类和谷类中植酸酶的活力通常是较低的，因此，可以外加植酸酶，例如富含植酸酶的小麦芽，以促进植酸的分解。,2、水解牛乳或其他乳制品中的乳糖由乳糖引起的乳糖不耐症是一种相当普遍的现象，特别是非洲人的乳糖酶缺乏发生率高达90%以上。工业上可以用乳糖酶或微
9、生物预先对乳糖进行分解低乳糖牛乳的生产：水解14-16h，水解率达50%以上,四、酶的解毒作用,3、单细胞蛋白质资源中核酸的消除在快速生长的细胞中，除了蛋白质含量很高外，RNA和DNA的含量也很高，核酸的量相当于蛋白质的量的8-25。如果直接摄入核酸，那么它在体内降解为嘌呤碱、腺嘌呤和鸟嘌呤，然后再氧化成尿酸：尿酸在水中的溶解度很低，在人体内不能进一步降解，并且它仅部分地被排出体外。尿酸在体内积累会引起关节炎病以及肾和膀胱结石。,四、酶的解毒作用,3、单细胞蛋白质资源中核酸的消除酶促消除方法：热处理方法：例如，将酵母细胞在68下热处理几秒钟，然后在45下保温2小时，最后在55保持1小时。这个过
10、程可以激活内源的核糖核酸酶，它能降解部分RNA生成的水溶性产物。外源酶处理方法：例如，牛核糖核酸酶能降解单细胞中的核酸。为了帮助外源酶渗透到细胞中去，需要将试样在80下热处理30秒钟，这个方法一般能除去单细胞中3/4的核酸。,四、酶的解毒作用,3、单细胞蛋白质资源中核酸的消除化学消除方法：虽然还可以用其他的化学方法除去单细胞蛋白质中的核酸，但是以内源酶和外源酶作用为基础的方法比较安全。,四、酶的解毒作用,4、蚕豆病因子的去除因食用蚕豆而引起的血球溶解贫血病称为蚕豆病。这种症状仅出现在血浆葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）水平很低的人群中。虽然对引起血球溶解贫血病的确切原因还不清楚，但是一般认为
11、，蚕豆中的毒素蚕豆病因子能使体内G6PD缺乏更为严重。,四、酶的解毒作用,4、蚕豆病因子的去除蚕豆病因子属于葡萄糖苷，即蚕豆嘧啶葡萄糖昔和蚕豆嘧啶核苷。它们能同蛋白质牢固地结合，用加热方法不易将它破坏，也不易用提取的方法将它从蚕豆中分离出来，甚至在蚕豆的分离蛋白质中也能检测出它们。蚕豆病因子在酸或一葡萄糖苷酶作用下产生相应的嘧啶碱，即香豌豆嘧啶和异乌拉米尔,四、酶的解毒作用,这些酚类碱是非常不稳定的，在加热的条件下快速地氧化降解。因此，可以采用先自溶，随后热处理的方法达到使蚕豆去毒的目的。实验证明，在室温和pH6条件下将蚕豆粉浸泡在水中也能使它部分地去毒。,5、其他-葡萄糖基转移酶用于甜叶菊加
12、工，可以脱苦涩味黄曲霉毒素B1经黄曲霉毒素脱毒酶处理后毒性、致畸性极大降低。以上实例证明酶法解毒是一种安全、高效的解毒方法，对食品无污染、有高度的选择性，且不影响食品的营养物质。,四、酶的解毒作用,酶作用除去食品中的毒素和抗营养素,五、酶用于食品安全检测,如酶联免疫测定、PCR、生物传感器、酶抑制率法,9.2 酶制剂的安全评价,对酶制剂产品的安全性要求，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）食品添加剂专家委员会（JECFA）早在1978年WHO第2届大会就提出了对酶制剂来源安全性的评估标准。,酶制剂来源安全性的评估标准,来自动植物可食部位即传统上作为食品成份，或传统上用于食品的菌种所
13、生产的酶，如符合适当的化学与微生物学要求，即可视为食品，而不必进行毒性试验。由非致病的一般食品污染微生物所产的酶要做短期毒性试验。由非常见微生物所产生的酶要做广泛的毒性试验，包括实验动物的长期喂养试验。,这一标准为各国酶的生产提供了安全性评估的依据，对于微生物来源的酶，生产菌种必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，经各种安全性试验证明无害才准使用于生产对于毒素的测定，除化学分析外，还要做生物分析。,微生物来源的食品酶制剂的安全特性评价,微生物来源的食品酶制剂的安全特性评价,对于通过常规方法改造菌种得到的食品酶制剂，通常要考虑的安全因素包括:菌种产毒素的可能性和潜在的致病性致
14、过敏性和刺激性致癌性和诱导突变性影响生育和导致胎儿畸形酶反应的产物酶与其他食品成分之间的反应和酶对消费者的直接作用等。,9.3、酶制剂的安全卫生管理,由于发展水平、饮食习惯等因素，各国对酶制剂的安全卫生管理的方式与制度各有差异欧美等国发展较早，相对健全我国起步较晚，尚需完善有些国家尚未明确规定,美国对酶制剂的管理制度有二种,美国对酶制剂的管理制度有二种：一是符合GRAS（General recognized as safe）物质；（安全认定食品添加物）二是符合食品添加剂要求。被认为GRAS 物质的酶，在生产时只要符合GMP(Good Manufacturing Practice)就可以。（良好
15、作业规范、良好生产标准）,美国对酶制剂的管理制度有二种,申请GRAS要通过二大评估，即技术安全性和产品安全性试验结果的接受性评估。GRAS 的认可除FDA有权进行外，任何对食品成份安全性具有评估资格的专家也可独立进行评估。而认为食品添加剂的酶，在上市前须经批准，并在联邦管理法典（CFR，The Code of Federal Regulation）上登记。,美国对酶制剂的管理制度有二种,在美国，用以生产食品酶的动物性原料必须符合肉类检验的各项要求，并执行G M P 生产，而植物原料或微生物培养基成份在正常使用条件下进入食品的残留量不得有碍健康。所用设备、稀释剂、助剂等都应是适用于食品的物质。须
16、严格控制生产方法及培养条件，使生产菌不至成为毒素与有碍健康之来源。,相关标准,微生物食品酶制剂生产协会(AMFEP)于1994 年根据英国化学法典（FCC，Food Chemical Codex）的意见制订酶制剂的最低化学与微生物指标为：As 3 10-6；Pb 10 10-6；重金属 40 10-6；真菌毒素：阴性；抗生素：阴性；大肠菌群 30/g；大肠杆菌：阴性/25g；沙门氏菌：阴性/25g；总活菌数50000/g。中国食品监督检验所制订的指标基本上参照以上标准制定。,KOSHER 食品认证制度,近年来世界食品市场推行KOSHER 食品认证制度，即符合犹太教规要求的食品制度。在美国不仅是
17、犹太人，连穆斯林、素食者、对某些食物过敏的人，大多数也购买KOSHER 食品。按规定KOSHER 食品中不得含有猪、兔、马、驼、虾、贝类、有翼昆虫和爬虫类的成份。加工KOSHER食品的酶制剂同样要符合KOSHER 食品的要求。故国外许多食品酶制剂都有符合KOSHlER 食品的标记。食品是否符合KOSHER要求由专门权威机构审批，其标准比F D A 还严。,Kosher，意思是符合犹太教规的、清洁的、可食的，泛指与犹太饮食相关的产品。犹太人主要分布在以色列、俄罗斯、美国和加拿大等数十个国家，他们信奉犹太教。犹太教的饮食文化集中体现在它的膳食法令中。依据这一法令，他们有“五不食”“一遵从”“一禁止
18、”的食规。,“五不食”：不食动物的血液；不食自死的动物；不食牛羊后部的某些筋健；不食猪、兔、马、驼、龟、蛇、虾、贝、带翼昆虫与爬虫、跳鼠和凶禽猛兽；一餐饭中不可同时食用肉品及奶品。“一遵从”是:烹调必须遵从“特里法”，即不能断定是否洁净的原料不做，烹调方法不正确的菜点不吃；符合教规的食品应有kosher认证标志。“一禁止”是安息日(星期五日落至星期六日落)不可举火做饭，以便摒除一切杂事和杂念去“修身养性”；安息日的食品要提前一天备妥。,目前，世界上已经发现2000 多种酶，在食品工业中广泛应用的工业化生产的酶制剂约20 多种，其中80%以上为水解酶类。以品种分：蛋白酶为60%，淀粉酶为30%，
19、脂肪酶为3%，特殊酶为7%。以用途分：淀粉加工酶所占比例仍是最大为15%；其次是乳制品工业占14%。据英国国际食品配料和分析杂志2000年56 期报道，发达国家酶制剂的应用构成，食品工业占60%、其他工业占40%。我国酶制剂应用于尚在起步阶段。,食品工业用酶的选择必须考虑几个原则，这些原则包括：安全性、法规容许、成本、来源稳定性、纯度、专一性、催化反应能力以及在加工过程中保持稳定等。,应用于食品工业中的酶制剂来源虽然较多，但以微生物来源的酶制剂种类最多，其数量大、价格低、制备易且用途广。据统计目前从微生物中至少已发现2500 多种不同的酶类，其中部分用于食品工业。微生物来源的主要酶制剂及其用途
20、详见下表1,厂家可以提供不同等级的酶制剂工业级工业级的酶制剂纯度的要求不高；食品级和医药级食品级和医药级的酶制剂纯度要求很严格，而且要进行产品毒性和安全性的评价。新型微生物在食品和医药界的应用，必须得到法定机构的安全性确认，整个过程要有很多资金投入。因而，目前大多数食品业工业微生物的生产还仅限于11种真菌、8种细菌和4种酵母菌。,酶制剂的生产情况,丹麦Novozyme公司是世界上最大的酶制剂生产企业之一。目前，该公司所生产的酶制剂品种（包括食品级酶）有60%以上是通过基因工程改良微生物菌种生产的。同时研究证明，这些食品级酶是安全无毒的。,例如：,本章重点内容酶与食品安全的关系不利方面：产生过敏反应、营养成分的损失、产生有毒物质。有利方面：解毒作用、应用于食品安全检测,Thank You!,
