食品业固定化酶作用

1.固定化酶的定义与特点

固定化酶技术是将酶用人工方法固定在特定载体上,进行催化、生产,因而固定化酶一般可以被认为是不溶性酶。与水溶性酶相比,其优点如下:易于将固定化酶与底物、产物分高,便于后续的分离和纯化;可以在较长时间内连续生产;酶的稳定性和最适温度提高;酶反应条件容易控制;可以增加产物的收率,提高产物质量;酶的使用效率高,使用成本低;适于产业化、连续化、自动化生产。与此同时,由于酶的分离、固定化处理等原因,固定化酶也具有一些难以避免的缺点:在固定化过程中,酶活力会损失;生产成本提高,工厂初期投资大;只能用于水溶性底物,适合于小分子;不适宜于多酶反应,还需要需要辅助因子的协助才可以有效反应。

2.固定化酶在食品工业上的应用

2.1固定化酶在柑橘汁加工中的应用

柑桔加工产品出现过度苦味是柑桔加工业中较重要的问题,苦味物质主要由2类物质组成:一类为柠檬苦素的二萜烯二内酯化合物(A和D环);另一类为果实中多种黄酮苷,其中柚皮苷为葡萄柚和苦橙等柑桔类果汁中的主要黄酮苷,柚皮苷的苦味与鼠李糖和葡萄糖连接键的分子构象有关。主要是利用不同的酶分别作用于柠檬苦素和柚皮苷生成不含苦味的物质。Manjon等使用空心玻璃床作为载体,分别使DEAE-Sephadex和单宁-氨基乙基纤维(tanninaminoethy1cellulose)作为载体;Puri等使用海藻糖;Soures等使用醋酸纤维和三醋酸纤维制成膜固定酶,其试验结果都表明用固定化酶处理后的果汁苦味明显降低。

2.2固定化酶在啤酒澄清中的应用

啤酒以其清晰度高、泡沫适中、营养丰富和口感好成为人们的最佳选择。但是,由于啤酒中含有一定量的蛋白质,它与游离于啤酒中的多酚、单宁等结合产生不溶性胶体或沉淀,造成啤酒混浊,从而严重影响了啤酒的质量。

2.3固定化酶在乳制品中的应用

乳糖酶亦称为β-半乳糖苷酶,是工业中应用相当广泛的一种酶,较多地应用于乳制品加工中。很多人小肠黏膜内的乳糖酶活性严重降低,导致乳糖不耐受症。用乳糖酶处理部分乳糖,分解为葡萄糖和半乳糖,可以减少这种症状。

2.4固定化酶在制糖中的应用

在制备低聚果糖中,Hayashi等用多孔硅石吸附Aureo-basidiumsp.的果糖基转移酶,并用戊二醛交联后装柱可保留较高的酶活力。Hayashi等用DEAE-纤维素固定果糖基转移酶,酶活力可保留95%。Yun等将果糖基转移酶固定在苯乙烯衍生的多孔离子交换剂上填入玻璃柱内,初始固定化酶的活性仅丧失8%。Chiang等将Aspergillusniger和Aspergillusjapoicus的果糖基转移酶纯化后共价结合在甲基丙烯酰胺高分子颗粒上,可保留酶活力达100%。固定化葡萄糖异构酶可以用来催化玉米糖浆和淀粉生产高甜度的高果糖糖浆。用淀粉生产高果糖浆包含3步:一是用淀粉酶液化淀粉;二是用糖化酶将其转化为葡萄糖,即糖化;三是用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构为果糖。由此可得到含高果糖浆与蔗糖同等甜度时,其价格低10%~20%,具有经济推动力。该固定化酶常用的制备技术是热处理法,将含葡萄糖异构酶的放线菌、芽孢杆菌或链霉菌等细胞用60~65℃热处理15min,该酶就固定在菌体上制成固定化酶。

2.5固定化酶在茶叶加工中的应用

在茶叶中含有种类繁多的酶,如多酚氧化酶、过氧化酶、单宁酶、果胶酶等,其对茶叶的加工或深加工有重要的意义。对重要酶类的固定化研究,可有效地改善茶叶的品质、拓展茶叶深加工的领域和应用范围。

2.6固定化酶在烟叶中的应用

在烤烟初烤和复烤后尚残留淀粉,淀粉在燃吸时影响燃烧速度和燃烧完全性,并产生糊焦气味,影响吸食品质。在一定条件下淀粉能水解为水溶性糖,使烟质改善。但这些反应并不充分,处理后的烟叶中淀粉含量仍很高,特别是低次烟叶中较高的淀粉含量影响了该类烟叶的可用性。加酶处理能加速淀粉水解,能将直链淀粉迅速降解为糊精和麦芽糖等,糖化酶能将直链淀粉和支链淀粉降解为葡萄糖。

2.7固定化酶在食品检测以及传感器中的应用

生物传感器被认为是一种由受体、抗体或酶构成的生物感应层于换能器紧密连接而能提供环境组成信息的感应器。如:测量电流以及电位的酶电极,酶热敏电阻装置,以场效应管为基础的生物传感器,以及生物发光及化学发光为基础的纤维—光学传感器等,不同的传感器都应用不同类型的固定化酶。食品中的农药残留分析越来越受到人们的关注,蔬菜中有机磷农药残留的快速检测已成为目前人们研究的热点。应用有机磷农药对胆碱酯酶特异性抑制的酶化学比色分析法已被广泛应用于有机磷农药的定性、定量检测。

3.固定化技术在食品工业中应用的前景和发展

固定化技术在食品工业中的应用还很多,如固定化氨基酰化酶生产L-谷氨酸;固定淀粉酶和葡萄糖淀粉酶以淀粉为原料生产葡萄糖;固定化酶法酿造调味品等,但用于食品工业的酶远远大于固定化酶。还有很多固定化酶和固定化细胞处于中试阶段,固定化原生质克服了固定化细胞的一些缺陷,但固定原生质体还处于研究之中,未用于生产。人们清楚地看到了固定化技术的一些优点,虽然很多还处于研究和开发中,但已经给人们指明发展方向。随着固定化技术的发展,将会有更多的固定化酶、细胞、原生质体应用于生产中,充分显示出固定化技术的优越性,开启固定化技术的新局面。