摘要：在簡(jiǎn)述固定化酶及其特性的基礎(chǔ)上，對(duì)固定化酶在食品工業(yè)(食品加工貯藏、食品添加劑生產(chǎn)、生物活性肽制備和食品檢測(cè))中的應(yīng)用研究進(jìn)行綜述.指出：將固定化酶應(yīng)用于食品工業(yè)中，既可提高酶的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)酶的重復(fù)利用、增加目標(biāo)物的工業(yè)產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本，還可保留產(chǎn)品的原有風(fēng)味、增加其功能性，同時(shí)也可提高生物傳感器的檢測(cè)靈敏度、縮短反應(yīng)時(shí)間及簡(jiǎn)化操作步驟.未來(lái)可在尋求新的固定化技術(shù)和固定化載體、優(yōu)化固定化預(yù)分離技術(shù)、制備能夠進(jìn)行多酶反應(yīng)的新型固定化酶等方面開(kāi)展深入研究，以進(jìn)一步推進(jìn)固定化酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用.

　　關(guān)鍵詞：固定化酶;食品工業(yè);加工貯藏;食品添加劑;生物活性肽;食品檢測(cè)

　　0 引言

　　早在80年前，一些專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)吸附在骨炭粉上的酶具有生物活性，啟發(fā)了業(yè)界學(xué)者對(duì)固定化酶的探索.1953年，N.Grubhofer等[1]將聚苯乙烯樹(shù)脂重氮化后作為載體與胃蛋白酶、淀粉酶、羧肽酶、核糖核酸酶共價(jià)結(jié)合，制成了最早的固定化酶.1969年，日本的千畑一郎將固定化的氨基酰化酶(該固定化酶的生產(chǎn)成本比游離酶低60%)成功應(yīng)用于D-氨基酸、L-氨基酸的光學(xué)分析，開(kāi)拓了國(guó)際上利用固定化酶進(jìn)行連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)的道路，這也是酶應(yīng)用歷史上的一次偉大變革[2].1970年，中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)研究所和中國(guó)科學(xué)院微生物所開(kāi)始研究固定化酶，揭開(kāi)了我國(guó)探索固定化酶的序幕.隨后，國(guó)內(nèi)多家科研單位開(kāi)始研究固定化酶，發(fā)展勢(shì)頭銳不可擋.本文在簡(jiǎn)述固定化酶及其特性的基礎(chǔ)上，綜述了固定化酶在食品加工貯藏(乳制品加工、水產(chǎn)品加工、油脂改性、啤酒儲(chǔ)存)、食品添加劑(高果糖漿、低聚果糖、L-蘋(píng)果酸、L-天門(mén)冬氨酸、阿斯巴甜)生產(chǎn)、生物活性肽(酪蛋白磷酸肽(CPP)、高F值寡肽)制備和食品檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并指出了未來(lái)的研究方向，以期為固定化酶在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用提供參考和新思路.

　　1 固定化酶

　　采用人工措施將酶從生物體內(nèi)提取出來(lái)并固定到相應(yīng)的載體上，即可制得在一定空間內(nèi)具有催化效應(yīng)的固定化酶.固定化酶主要有線(xiàn)條、顆粒、薄膜、酶管等形狀，其中，顆粒固定化酶的應(yīng)用最為廣泛，它和線(xiàn)條固定化酶主要用于發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)，可大大提高發(fā)酵的反應(yīng)效率;薄膜固定化酶主要用于酶電極;酶管固定化酶的機(jī)械強(qiáng)度較大，主要用于食品檢測(cè)[3-5].固定化酶除了具有酶的一般催化特性(如底物特異性、反應(yīng)溫和、高效等)[6]外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：可提高對(duì)溫度、pH值的適應(yīng)性，以及對(duì)蛋白酶、抑制劑的抗性[7];可通過(guò)簡(jiǎn)單的方法回收再利用，且酶活力損耗少;后續(xù)與產(chǎn)物、底物的分離純化較容易[8];可批量操作并具有連續(xù)性，適用于連續(xù)化、自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)[9].然而，固定化酶在固定化處理、分離等過(guò)程中具有如下缺點(diǎn)：工業(yè)化生產(chǎn)投資較大;固定化預(yù)分離時(shí)酶活力的損失較大，其中胞內(nèi)酶尤為明顯;不易進(jìn)行多酶反應(yīng)，輔助因子在某些酶的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用;小分子底物易與固定化酶反應(yīng)，大分子底物與其反應(yīng)概率較低，且只對(duì)水溶性底物具有催化作用[10].

　　固定化酶的固定方法主要包括包埋法、吸附法、共價(jià)法和交聯(lián)法[11-18].其中，包埋法不涉及酶的構(gòu)象和酶分子的化學(xué)變化，合成簡(jiǎn)單，但存在擴(kuò)散限制、傳質(zhì)受阻等問(wèn)題，不適合催化大分子底物[17];吸附法工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，載體選擇范圍廣且可再生，主要通過(guò)一些較弱的相互作用力(如氫鍵、范德華力、親疏水作用、靜電作用等)實(shí)現(xiàn)酶的固定化;共價(jià)法和交聯(lián)法屬于化學(xué)固定方法，所形成的化學(xué)鍵由于能量較高而難以斷裂，故這兩種固定方法不可逆

　　近年來(lái)，固定化酶被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)[19]，因其具有節(jié)約資源和能源、減少或防治污染的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)而符合當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展的倡議要求.王歡等[20]利用氨基化樹(shù)枝狀介孔SiO2固定葡萄糖氧化酶，用于檢測(cè)血清和飲料中的葡萄糖，該固定化酶重復(fù)使用36次以上仍具有80%的相對(duì)酶活力.該方法操作方便、準(zhǔn)確度高，提高了酶的pH穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，降低了檢測(cè)成本.N.Marjan等[21]使用多醛交聯(lián)劑制備了磁性納米粒子固定果膠酶，提高了果膠酶的回收率和酶活力.M.M.D.Júlia等[22]利用固定化殼聚糖酶生產(chǎn)殼寡糖，與β-葡萄糖苷酶、纖維素酶相比，該固定化酶表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，在水解6個(gè)周期后，仍可保持70%的初始酶活力.

　　2 固定化酶在食品加工貯藏中的應(yīng)用

　　2.1 乳制品加工

　　乳制品是人們?nèi)粘Ｋ璧鞍踪|(zhì)等的重要來(lái)源，其對(duì)固定化酶的要求較高，因而，如何利用固定化酶生產(chǎn)高質(zhì)量的乳制品是研究人員一直關(guān)注的重點(diǎn).1998年底，中國(guó)食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)將乳糖酶列為食品添加劑的新品種，使乳糖酶在乳制品工業(yè)中的應(yīng)用更為廣泛.固定化乳糖酶可分解乳糖、制造干酪，主要應(yīng)用于液體乳制品(如低乳糖牛奶)、冷凍乳制品(如冰激凌、雪糕、速凍酸乳酪)、糖的替代添加劑(如低聚半乳糖)等方面.牛奶中的乳糖含量一般為4.3%～4.5%，乳糖酶可將其分解為葡萄糖和半乳糖，避免乳糖不耐癥患者產(chǎn)生腹脹、腹瀉等不良反應(yīng).固定化乳糖酶能夠連續(xù)水解乳制品中的乳糖，大大提高乳糖的分解效率[23].李燕等[24]采用聚丙烯酰胺凝膠包埋米曲霉制備了固定化乳糖酶，該固定化酶的熱穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)且適宜的溫度范圍增大，酶活力損失較少，機(jī)械強(qiáng)度也有所增大.使用該固定化酶水解牛奶，不但能夠保持牛奶原有的風(fēng)味，還能增加甜度，減少其他糖類(lèi)的添加量[25].將固定化乳糖酶應(yīng)用于冰淇淋類(lèi)產(chǎn)品的加工中，既可提升冰淇淋類(lèi)產(chǎn)品的口感和甜度，還可彌補(bǔ)乳糖在低溫時(shí)易結(jié)晶的缺點(diǎn)[26].

　　2.2 水產(chǎn)品加工

　　酶工程是對(duì)水產(chǎn)品加工影響最大的一種生物技術(shù)，固定化酶不僅可改善水產(chǎn)品的品質(zhì)，還可提升水產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值.海參是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的海鮮產(chǎn)品，由于放養(yǎng)密度過(guò)大、日常管理不科學(xué)、池底環(huán)境含氮量較高、人工復(fù)合餌料研究滯后等問(wèn)題，海參的多種并發(fā)癥日益凸現(xiàn).在餌料中適量添加益生菌和有助于海參消化的酶制劑是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵.李向陽(yáng)等[27]采用包埋法，將真菌α-淀粉酶固定化在環(huán)保、無(wú)毒、廉價(jià)的海藻酸鈉上制成海參餌料添加劑，提高了海參腸道內(nèi)淀粉的消化利用率，減少了代謝產(chǎn)物的排出量.固定化酶也可使一些低附加值水產(chǎn)品副產(chǎn)物得到更為合理的利用.羅非魚(yú)是較為常見(jiàn)的淡水養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)，在水產(chǎn)加工方面主要用于魚(yú)片的生產(chǎn)，其副產(chǎn)物一般用作飼料或肥料，利用率很低.瞿葉輝[28]采用吸附法制備殼聚糖埃洛石 (CS/HNTs) 復(fù)合微球并用于固定木瓜蛋白酶，該固定化酶儲(chǔ)存性更好，穩(wěn)定性更高，可大大提高木瓜蛋白酶的利用價(jià)值.利用該固定化酶從羅非魚(yú)副產(chǎn)物中提取的抗氧化活性多肽，可作為添加劑應(yīng)用于食品、化妝品等行業(yè).

　　2.3 油脂改性

　　脂肪酶是一種能夠顯著提高油脂催化效率的綠色生物催化劑，在油脂工業(yè)中應(yīng)用廣泛，可通過(guò)水解、酯交換、酯轉(zhuǎn)移等反應(yīng)達(dá)到油脂改性的目的[29]，例如，1，3-特異性脂肪酶可進(jìn)行酶促酯交換反應(yīng)，將棕櫚油催化改性為制作巧克力的代可可酯[30].然而，脂肪酶易受水、溫度、 pH值、酶液濃度、底物濃度、酶的激活劑或抑制劑等因素影響，導(dǎo)致酶失活、目標(biāo)物產(chǎn)率降低[31].為了解決上述問(wèn)題，R.Rao等[32]使用固定化的脂肪酶M60催化鱈魚(yú)肝油，獲得了富含w\|6或w\|3系列多不飽和脂肪酸等脂類(lèi)物質(zhì);J.B.Lyu等[33]通過(guò)共價(jià)連接方式，將用醛標(biāo)記的枯草芽孢桿菌脂肪酶A固定在Fe3O4單分散磁鐵礦微球上，重復(fù)反應(yīng)10次后，該固定化脂肪酶的酶活力仍能保持在90%，同時(shí)，酶的熱穩(wěn)定性和溶解度大大提高，酶凝聚在一起的可能性也被降低.

　　2.4 啤酒儲(chǔ)藏

　　在儲(chǔ)藏過(guò)程中，啤酒中的多肽和多酚成分會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，造成啤酒出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象.木瓜蛋白酶可以水解啤酒中的多肽和蛋白質(zhì)，但由于水解度的大小直接影響啤酒的泡沫穩(wěn)定性，所以需要控制水解程度[34].溫燕梅等[35]采用吸附-交聯(lián)法使胰蛋白酶先吸附于磁性膠體粒子表面，然后利用戊二醛雙功能試劑交聯(lián)形成固定化酶，該固定化酶對(duì)預(yù)防啤酒渾濁有明顯的效果.趙炳超等[36]以戊二醛為交聯(lián)劑、介孔分子篩MCM-48作載體固定木瓜蛋白酶，所得固定化酶的熱穩(wěn)定性顯著提高，pH穩(wěn)定性和儲(chǔ)藏穩(wěn)定性也有明顯改善.經(jīng)固定化酶處理的啤酒，既可保持儲(chǔ)藏過(guò)程中良好的澄清度，也可保證風(fēng)味上與傳統(tǒng)啤酒無(wú)明顯差異.

　　3 固定化酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　高果糖漿、低聚果糖、L-蘋(píng)果酸等是常用的食品添加劑，利用性能穩(wěn)定的固定化酶生產(chǎn)這些食品添加劑，具有產(chǎn)量高、成本低等優(yōu)點(diǎn).

　　3.1 高果糖漿的生產(chǎn)

　　固定化葡萄糖異構(gòu)酶是目前全球產(chǎn)量最高、應(yīng)用范圍最廣的一種固定化酶，一般是將其固定在菌體上，常用的固定方法是熱處理法，溫度需達(dá)到60～65 ℃，熱處理時(shí)間持續(xù)15 min.以淀粉為原料生產(chǎn)高果糖漿的關(guān)鍵酶主要有以下3種：α-淀粉酶，又稱(chēng)液化酶，主要起到淀粉液化的作用;葡萄糖淀粉酶，其水解產(chǎn)物為β-葡萄糖;葡萄糖異構(gòu)酶，可將葡萄糖異構(gòu)為果糖，是催化淀粉最關(guān)鍵的酶.早在1973年，研究者就使用固定化的葡萄糖異構(gòu)酶催化淀粉生產(chǎn)高果糖漿.采用此方法獲得的高果糖漿，果糖含量高達(dá)55%，且價(jià)格比蔗糖低10%～20%，經(jīng)濟(jì)效益較高[37].使用高果糖漿替代蔗糖是固定化酶應(yīng)用最成功的工業(yè)案例，500 t固定化的葡萄糖可生產(chǎn)約1×107 t高果糖漿[38].但該工藝在我國(guó)發(fā)展比較緩慢，目前只應(yīng)用于高果糖漿的小規(guī)模生產(chǎn)[39]，因此，急需尋找新型固定化載體，制備可以高產(chǎn)量生產(chǎn)高果糖漿的固定化葡萄糖異構(gòu)酶，以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益.

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