食品業(yè)固定化酶作用

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1.固定化酶的定義與特點

固定化酶技術(shù)是將酶用人工方法固定在特定載體上,進(jìn)行催化、生產(chǎn),因而固定化酶一般可以被認(rèn)為是不溶性酶。與水溶性酶相比,其優(yōu)點如下:易于將固定化酶與底物、產(chǎn)物分高,便于后續(xù)的分離和純化;可以在較長時間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn);酶的穩(wěn)定性和最適溫度提高;酶反應(yīng)條件容易控制;可以增加產(chǎn)物的收率,提高產(chǎn)物質(zhì)量;酶的使用效率高,使用成本低;適于產(chǎn)業(yè)化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。與此同時,由于酶的分離、固定化處理等原因,固定化酶也具有一些難以避免的缺點:在固定化過程中,酶活力會損失;生產(chǎn)成本提高,工廠初期投資大;只能用于水溶性底物,適合于小分子;不適宜于多酶反應(yīng),還需要需要輔助因子的協(xié)助才可以有效反應(yīng)。

2.固定化酶在食品工業(yè)上的應(yīng)用

2.1固定化酶在柑橘汁加工中的應(yīng)用

柑桔加工產(chǎn)品出現(xiàn)過度苦味是柑桔加工業(yè)中較重要的問題,苦味物質(zhì)主要由2類物質(zhì)組成:一類為檸檬苦素的二萜烯二內(nèi)酯化合物(A和D環(huán));另一類為果實中多種黃酮苷,其中柚皮苷為葡萄柚和苦橙等柑桔類果汁中的主要黃酮苷,柚皮苷的苦味與鼠李糖和葡萄糖連接鍵的分子構(gòu)象有關(guān)。主要是利用不同的酶分別作用于檸檬苦素和柚皮苷生成不含苦味的物質(zhì)。Manjon等使用空心玻璃床作為載體,分別使DEAE-Sephadex和單寧-氨基乙基纖維(tanninaminoethy1cellulose)作為載體;Puri等使用海藻糖;Soures等使用醋酸纖維和三醋酸纖維制成膜固定酶,其試驗結(jié)果都表明用固定化酶處理后的果汁苦味明顯降低。

2.2固定化酶在啤酒澄清中的應(yīng)用

啤酒以其清晰度高、泡沫適中、營養(yǎng)豐富和口感好成為人們的最佳選擇。但是,由于啤酒中含有一定量的蛋白質(zhì),它與游離于啤酒中的多酚、單寧等結(jié)合產(chǎn)生不溶性膠體或沉淀,造成啤酒混濁,從而嚴(yán)重影響了啤酒的質(zhì)量。

2.3固定化酶在乳制品中的應(yīng)用

乳糖酶亦稱為β-半乳糖苷酶,是工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種酶,較多地應(yīng)用于乳制品加工中。很多人小腸黏膜內(nèi)的乳糖酶活性嚴(yán)重降低,導(dǎo)致乳糖不耐受癥。用乳糖酶處理部分乳糖,分解為葡萄糖和半乳糖,可以減少這種癥狀。

2.4固定化酶在制糖中的應(yīng)用

在制備低聚果糖中,Hayashi等用多孔硅石吸附Aureo-basidiumsp.的果糖基轉(zhuǎn)移酶,并用戊二醛交聯(lián)后裝柱可保留較高的酶活力。Hayashi等用DEAE-纖維素固定果糖基轉(zhuǎn)移酶,酶活力可保留95%。Yun等將果糖基轉(zhuǎn)移酶固定在苯乙烯衍生的多孔離子交換劑上填入玻璃柱內(nèi),初始固定化酶的活性僅喪失8%。Chiang等將Aspergillusniger和Aspergillusjapoicus的果糖基轉(zhuǎn)移酶純化后共價結(jié)合在甲基丙烯酰胺高分子顆粒上,可保留酶活力達(dá)100%。固定化葡萄糖異構(gòu)酶可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產(chǎn)高甜度的高果糖糖漿。用淀粉生產(chǎn)高果糖漿包含3步:一是用淀粉酶液化淀粉;二是用糖化酶將其轉(zhuǎn)化為葡萄糖,即糖化;三是用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)為果糖。由此可得到含高果糖漿與蔗糖同等甜度時,其價格低10%~20%,具有經(jīng)濟(jì)推動力。該固定化酶常用的制備技術(shù)是熱處理法,將含葡萄糖異構(gòu)酶的放線菌、芽孢桿菌或鏈霉菌等細(xì)胞用60~65℃熱處理15min,該酶就固定在菌體上制成固定化酶。

2.5固定化酶在茶葉加工中的應(yīng)用

在茶葉中含有種類繁多的酶,如多酚氧化酶、過氧化酶、單寧酶、果膠酶等,其對茶葉的加工或深加工有重要的意義。對重要酶類的固定化研究,可有效地改善茶葉的品質(zhì)、拓展茶葉深加工的領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。

2.6固定化酶在煙葉中的應(yīng)用

在烤煙初烤和復(fù)烤后尚殘留淀粉,淀粉在燃吸時影響燃燒速度和燃燒完全性,并產(chǎn)生糊焦氣味,影響吸食品質(zhì)。在一定條件下淀粉能水解為水溶性糖,使煙質(zhì)改善。但這些反應(yīng)并不充分,處理后的煙葉中淀粉含量仍很高,特別是低次煙葉中較高的淀粉含量影響了該類煙葉的可用性。加酶處理能加速淀粉水解,能將直鏈淀粉迅速降解為糊精和麥芽糖等,糖化酶能將直鏈淀粉和支鏈淀粉降解為葡萄糖。

2.7固定化酶在食品檢測以及傳感器中的應(yīng)用

生物傳感器被認(rèn)為是一種由受體、抗體或酶構(gòu)成的生物感應(yīng)層于換能器緊密連接而能提供環(huán)境組成信息的感應(yīng)器。如:測量電流以及電位的酶電極,酶熱敏電阻裝置,以場效應(yīng)管為基礎(chǔ)的生物傳感器,以及生物發(fā)光及化學(xué)發(fā)光為基礎(chǔ)的纖維—光學(xué)傳感器等,不同的傳感器都應(yīng)用不同類型的固定化酶。食品中的農(nóng)藥殘留分析越來越受到人們的關(guān)注,蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的快速檢測已成為目前人們研究的熱點。應(yīng)用有機(jī)磷農(nóng)藥對膽堿酯酶特異性抑制的酶化學(xué)比色分析法已被廣泛應(yīng)用于有機(jī)磷農(nóng)藥的定性、定量檢測。

3.固定化技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的前景和發(fā)展

固定化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用還很多,如固定化氨基酰化酶生產(chǎn)L-谷氨酸;固定淀粉酶和葡萄糖淀粉酶以淀粉為原料生產(chǎn)葡萄糖;固定化酶法釀造調(diào)味品等,但用于食品工業(yè)的酶遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固定化酶。還有很多固定化酶和固定化細(xì)胞處于中試階段,固定化原生質(zhì)克服了固定化細(xì)胞的一些缺陷,但固定原生質(zhì)體還處于研究之中,未用于生產(chǎn)。人們清楚地看到了固定化技術(shù)的一些優(yōu)點,雖然很多還處于研究和開發(fā)中,但已經(jīng)給人們指明發(fā)展方向。隨著固定化技術(shù)的發(fā)展,將會有更多的固定化酶、細(xì)胞、原生質(zhì)體應(yīng)用于生產(chǎn)中,充分顯示出固定化技術(shù)的優(yōu)越性,開啟固定化技術(shù)的新局面。