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。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1×107t高果糖漿。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)，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。

3.2 低聚果糖的生產(chǎn)

低聚果糖(Fructo Oligsacccharids,FOS)，又稱蔗果低聚糖，以菊芋粉為原料，通過(guò)菊糖內(nèi)切酶水解作用制得。低聚果糖既是一種新型糖源，又是一種功能性保健食品，受到廣大消費(fèi)者的青睞。低聚果糖的生產(chǎn)主要采用液體深層發(fā)酵法，但此方法存在一定的缺點(diǎn):生產(chǎn)酶的菌體不能夠再利用，酶的利用率也較低;過(guò)濾、除雜、脫色等工藝使后處理過(guò)程成本增加。1995年，魏遠(yuǎn)安等以少量Ca Cl2和戊二醛作為交聯(lián)劑，固定了GX-0010菌株中的果糖基轉(zhuǎn)移酶和殼聚糖凝膠，發(fā)現(xiàn)1 kg固定化果糖基轉(zhuǎn)移酶可生產(chǎn)11 330 kg的低聚果糖漿，且該糖漿中的果糖含量高達(dá)58%.2000年，該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)固定化的果糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)溫度的適應(yīng)性更強(qiáng)，熱穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性更高。目前，低聚果糖生產(chǎn)中的主要問(wèn)題是產(chǎn)率較低，僅為40%～60%，而酶的固定化技術(shù)為提高低聚果糖生產(chǎn)效率、降低成本提供了可能。

3.3 L-蘋果酸、L-天門冬氨酸和阿斯巴甜的生產(chǎn)

L-蘋果酸是一種人體必需的有機(jī)酸，在三羧酸循環(huán)中起重要作用，廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥行業(yè)。L-天門冬氨酸是一種良好的營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，主要添加于各種清涼飲料，是糖代用品阿斯巴甜(Aspartame,APM)的主要生產(chǎn)原料。研究發(fā)現(xiàn)，固定化的富馬酸酶在生產(chǎn)L-蘋果酸和L-天門冬氨酸方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì):富馬酸在固定化的富馬酸酶催化下，可生成L-蘋果酸;富馬酸與氨的結(jié)合物在天門冬氨酸酶(從大腸桿菌中提取)催化下，可生成L-天門冬氨酸。通過(guò)該方法獲得的L-蘋果酸和L-天門冬氨酸產(chǎn)量較高，一個(gè)10 m3的固定化細(xì)胞柱每月可生產(chǎn)數(shù)噸L-蘋果酸和L-天門冬氨酸。阿斯巴甜，又稱阿斯巴坦，是由L-天門冬氨酸和L-苯丙氨酸(或L-甲基苯丙氨酸酯)以化學(xué)或酶催化反應(yīng)合成的一種氨基酸二肽衍生物，作為一種非碳水化合物類的人造甜味劑，已被廣泛應(yīng)用于食品添加劑行業(yè)。目前，工業(yè)生產(chǎn)阿斯巴甜最常用的方法是固定化酶耦合反應(yīng)。與傳統(tǒng)的酶催化反應(yīng)相比，固定化酶耦合反應(yīng)具有反應(yīng)時(shí)間短、酶的回收利用率高、產(chǎn)物分離純化簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。陳飛飛采用一種Na Cl增溶和微波輔助的方法，快速高效地制備了固定化嗜熱菌蛋白酶，該固定化酶的催化活力是游離酶的1.6倍，其熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑性均有所提高，且可回收利用，極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 固定化酶在生物活性肽制備中的應(yīng)用

生物活性肽是一類對(duì)機(jī)體具有積極作用的特異性蛋白片段，在蛋白序列中通常不具有活性，但可通過(guò)酶解或微生物發(fā)酵等方式釋放后發(fā)揮作用。生物活性肽來(lái)源廣泛，易消化利用，安全性較高，因具有降膽固醇、降血壓、抗菌、抗氧化等生物活性而成為食品領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，生物活性肽在食品中的應(yīng)用受其制備方法的影響。固定化酶酶解是制備生物活性肽的主要方法之一，與酸水解、堿水解等化學(xué)水解方法相比，不僅是一種綠色安全的方法，還可最大限度地保護(hù)氨基酸不被破壞。

4.1 CPP的制備

CPP是一類源于酪蛋白的磷酸肽，在促進(jìn)機(jī)體對(duì)礦物質(zhì)吸收和預(yù)防齲齒方面具有重要作用，可添加到嬰幼兒奶粉、中小學(xué)生營(yíng)養(yǎng)奶、高鈣餅干、預(yù)防齲齒的牙膏等產(chǎn)品中。目前，日本已生產(chǎn)液體營(yíng)養(yǎng)食品、兒童咖哩飯、口香糖等多種CPP商業(yè)產(chǎn)品.1999年，吳思方等采用固定化酶酶解酪蛋白制備了CPP，并通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化了其工藝參數(shù)，獲得了粗制的CPP產(chǎn)品。張黎明以殼聚糖為載體、戊二醛為交聯(lián)劑，利用固定化的胰蛋白酶酶解酪蛋白生產(chǎn)CPP，得率較高，生產(chǎn)成本較低。盡管CPP的制備方法有很多，但每種方法各有利弊。其中固定化酶酶解法具有天然、易控制、效果佳、可大批量工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)而應(yīng)用廣泛，但因酶的種類有限，在食品工業(yè)中的應(yīng)用也存在一定的局限性。

4.2 高F值寡肽的制備

高F值寡肽是一個(gè)由2—9個(gè)氨基酸殘基組成的混合小肽(或稱寡肽)體系，其支鏈氨基酸與芳香族氨基酸的物質(zhì)的量比值大于20，具有保肝、護(hù)肝、治療肝臟疾病、抗疲勞、抗氧化、延緩衰老等生理功能，食品和醫(yī)學(xué)界對(duì)其關(guān)注度均較高。黃程以碎魷魚肉為原料，以固定化風(fēng)味酶和固定化胃蛋白酶(由殼聚糖和戊二醛為材料制備)作為催化酶制備了高F值寡肽，并利用活性炭吸附法降低了其芳香族氨基酸的含量。固定化的胃蛋白酶在酶解反應(yīng)之后仍可保持較高的酶活力，并可實(shí)現(xiàn)重復(fù)再利用。

5 固定化酶在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著食品安全問(wèn)題重要性的日益凸顯，快速、即時(shí)、低成本、便捷化的食品安全檢測(cè)方法受到研究者的重視。生物傳感器是一種對(duì)生物物質(zhì)敏感，并可將生物物質(zhì)濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器，主要應(yīng)用于食品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。生物傳感器不僅可快速高效地鑒定食品成分，降低檢測(cè)儀器、試劑成本，而且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，其可快速進(jìn)行分子識(shí)別和有毒有害物質(zhì)檢測(cè)得益于利用生物活性物質(zhì)固定化制備的敏感膜。張彥等制備了利用殼聚糖將葡萄糖氧化酶固定在蛋膜和氧電極的葡萄糖傳感器，建立了快速測(cè)定葡萄糖含量的方法，該生物傳感器具有靈敏度高、反應(yīng)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。舒友琴等將固定化酶和生物傳感器聯(lián)用，采用化學(xué)發(fā)光法高效精準(zhǔn)地檢測(cè)食品中的淀粉含量，該方法誤差較小。伍周玲等采用固定化乙酰膽堿酯酶和多碳納米管制備了電化學(xué)生物傳感器，該傳感器可用于食品中農(nóng)藥殘留的快速高效檢測(cè)，其中，氨基甲酸酯類殺蟲劑的含量可通過(guò)峰電流值來(lái)定量。在酶基生物傳感器中，酶固定化是影響傳感器性能的關(guān)鍵步驟，納米生物催化技術(shù)可大大提高其性能，展現(xiàn)出更好的選擇性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性和再現(xiàn)性。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

本文對(duì)固定化酶及其特性、制備方法進(jìn)行了簡(jiǎn)述，對(duì)固定化酶應(yīng)用于食品加工貯藏、食品添加劑生產(chǎn)、生物活性肽制備和食品檢測(cè)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，指出了固定化酶以其高催化效率、高剩余酶活力、高穩(wěn)定性已被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域;以固定化酶為基礎(chǔ)的生物傳感器以其高選擇性、高靈敏度已被成功應(yīng)用于食品中有毒有害物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的檢測(cè)，在食品檢測(cè)領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展。然而，目前固定化酶在食品工業(yè)化生產(chǎn)中的投資較大且應(yīng)用技術(shù)尚不成熟，固定化預(yù)分離時(shí)酶活力的損失較大，不易進(jìn)行多酶反應(yīng)。因此，研究者未來(lái)可著重探索新的固定化技術(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)及對(duì)大分子底物具有催化效應(yīng)的新型固定化酶，以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。隨著生物、化學(xué)、信息技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展，符合當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的固定化酶在食品行業(yè)中的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。

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