固定化酶在食品中的應(yīng)用完整版

1、固定化酶在食品中的應(yīng)HUAsystemofficeroom【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】固定化酶在食品中的應(yīng)用生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院袁定清)摘要:固定化酶技術(shù)將酶工程提高到一個(gè)新水平，實(shí)現(xiàn)了酶的重復(fù)使用及產(chǎn)物與酶的分離。而且它已在食品領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了固定化酶技術(shù)的特點(diǎn)、固定方法、食品工業(yè)方面的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，是酶工程的核心技術(shù)之一。關(guān)鍵詞：固定化酶；食品制造；固定化技術(shù)Applicationofimmobilizedenzymeinfood(CollegeofbiologicalscienceandtechnologyYuan

2、Dingqing)Abstract:Thetechnologyofimmobilizedenzymeisoneofthecoretechnologyforenzymeengineering,itenzymeengineeringtoanewlevel,toachievetheseparationofenzymereuseandproductwiththeenzyme.Andithasbeeninthefoodareaofrapiddevelopmentandwideapplication.Thispaperdescribesthecharacteristicsoftheimmobilizede

3、nzymetechnology,fixationmethods,applicationsanddevelopmenttrendsinthefoodindustryforecast.Keywords:immobilizedenzyme;foodindustry;immobilizationtechnology;prospects1固定化酶的定義和特點(diǎn)固定化酶技術(shù)是用人工方法將酶固定在特定載體上，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(diǎn)如下：易于將固定化酶與底物、產(chǎn)物分離，便于后續(xù)的分離和純化；可以在較長(zhǎng)時(shí)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

4、；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，成本低；適于產(chǎn)業(yè)化、連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。與此同時(shí)，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(diǎn)：在固定化過程中，酶活力會(huì)損失；生產(chǎn)成本會(huì)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)，還需要輔助因子的協(xié)助才可以有效反應(yīng)。2酶的固定方法21傳統(tǒng)的固定化酶的發(fā)方法211包埋法包埋法是將酶包埋于凝膠網(wǎng)格或聚合物的半透膜中使酶固定化的方法。根據(jù)被包埋的生物催化劑可分為：網(wǎng)格型、脂質(zhì)體型、微膠囊型、中空纖維型及膜型包埋法，常用的凝膠有瓊脂、海藻酸鈉及聚丙烯酰胺凝膠等；用于制備微囊的材料有聚酰胺、聚脲、聚酯等。

5、該法反應(yīng)條件溫和，很少改變酶蛋白結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，酶活回收率較高。由于小分子底物和產(chǎn)物在凝膠網(wǎng)格和微囊中有分子擴(kuò)散效應(yīng)，因此更適用于有小分子底物和產(chǎn)物參加的反應(yīng)。212吸附法吸附法是通過非特異性物理吸附法或生物物質(zhì)的特異吸附作用將酶固定到載體，此方法簡(jiǎn)便，對(duì)酶活力影響小，條件溫和，但酶與載體的結(jié)合不牢，易于脫落。而且吸附法中由離子鍵、氫鍵、偶極鍵及疏水鍵固定的酶易受反應(yīng)介質(zhì)的pH、離子強(qiáng)度等的影響，所以它的使用受到一定的限制?？晒┻x擇的載體涉及天然或合成的無機(jī)與有機(jī)高分子材料，吸附法常用的吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、磚膠、羥基磷灰石213結(jié)合法選擇適宜的載體，使之通過共價(jià)

6、鍵或離子鍵與酶結(jié)合在一起而制成固定化酶的方法，稱為結(jié)合法。根據(jù)酶與載體結(jié)合的化學(xué)鍵的不同，結(jié)合法可分為離子鍵結(jié)合法和共價(jià)鍵結(jié)合法。離子鍵結(jié)合法通用的內(nèi)載體是各種離子交換劑，用離子鍵結(jié)合法制備的固定化酶，操作簡(jiǎn)便，活力損失少，但是結(jié)合不牢固，當(dāng)pH值和離子強(qiáng)度等條件變化時(shí)，酶容易脫落。共價(jià)鍵結(jié)合法常用的載體有：纖維素、瓊脂糖凝膠、葡聚糖凝膠、甲殼素、氨基酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物等。用共價(jià)結(jié)合法制備的固定化酶，結(jié)合牢固，酶不易脫落，可連續(xù)使用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。但載體的活化操作比較復(fù)雜，因?yàn)榻Y(jié)合法制備固定化酶所用的高分子載體需帶有強(qiáng)的反應(yīng)基團(tuán)，如重氮鹽、醛、酰、氯、活性酯等活性基團(tuán)，以保證酶的固化過程

7、得以在比較溫和的條件下進(jìn)行。常用的載體有重氮化聚苯乙烯、縮醛類聚合物、聚酰胺等。214交聯(lián)法交聯(lián)法是指使用雙功能試劑或多功能試劑在酶分子間進(jìn)行交聯(lián)，制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定化方法。常用的雙功能試劑有戊二醛、己二胺、順丁烯二酸酐、雙偶氮苯等，其中應(yīng)用最廣泛的是戊二醛。在使用戊二醛交聯(lián)時(shí)，應(yīng)使其pH值與被交聯(lián)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)相同。此法常與吸附法或包埋法聯(lián)用（即雙重固定法），可使酶蛋白分子更牢固地結(jié)合于載體上。22固定化酶技術(shù)的改進(jìn)把酶和載體在酶的特定位點(diǎn)上連接起來，使酶在載體表面按一定的方向排列的定向固定固定技術(shù)，將酶與酶、酶與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞共同固定化于同一載體，充分發(fā)揮不同酶的各自優(yōu)勢(shì)的多酶共固技術(shù)，

8、都成為固定化酶技術(shù)的重大突破。與傳統(tǒng)的固定化酶技術(shù)相比，改進(jìn)后的固定化酶方法可實(shí)現(xiàn)在較為溫和的條件下進(jìn)行酶的固定化，使固定化酶更加穩(wěn)定，并能減少或避免酶活損失，提高酶的使用次數(shù)。3固定化酶技術(shù)在食品工業(yè)方面的應(yīng)用31在淀粉加工業(yè)中的應(yīng)用淀粉是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷氖澄镌?，通過酶的水解，淀粉可轉(zhuǎn)化為更好吸收利用的短鏈糖類。常見的淀粉酶有a-淀粉酶、B-淀粉酶、葡糖淀粉酶、支鏈酶和異淀粉酶等。通過這些酶的作用，使淀粉轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)乙醇、糖果、調(diào)味品等產(chǎn)品，豐富了人們的生活。隨著科技的不斷進(jìn)步，固定化酶在淀粉加工技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。以纖維素為載體將糖化酶和淀粉酶共同固定化，確定了共同固定化

9、的最佳工藝條件。應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，共同固定化后的淀粉酶，可數(shù)倍提高單糖得率，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)和自動(dòng)化生產(chǎn)。用磁性固定化酶水解甘薯淀粉制備微孔淀粉，探討了不同處理工藝，如固定化酶用量、反應(yīng)時(shí)間、溫度、pH等對(duì)微孔淀粉品質(zhì)的影響，確定了最佳工藝，并通過電鏡對(duì)微孔淀粉進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示，制品上微孔分布均勻、大小均一，明顯提高了淀粉的吸油率。32固定化酶在速溶茶生產(chǎn)中的應(yīng)用在速溶茶的生產(chǎn)過程中，沒食子酸酯的脫桔?；且粋€(gè)極為重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，尤其是生產(chǎn)冰茶時(shí)。茶中的咖啡因與多酚物質(zhì)一起形成不溶性絡(luò)合物，即所謂的“茶冰淇淋”，這實(shí)際上是由于氫鍵存在的緣故。通過去除桔酰基，可以使其溶解性能增加。因此，將發(fā)酵液通

10、過固定化單寧酶反應(yīng)器，使速溶茶的生產(chǎn)更為簡(jiǎn)單，產(chǎn)品速溶性更高。33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34固定化酶在乳制品中的應(yīng)用乳糖酶是工業(yè)中較多地應(yīng)用于乳制品加工中一種酶。很多人小腸黏膜內(nèi)的乳糖酶活性嚴(yán)重偏低，導(dǎo)致產(chǎn)生乳糖不耐受癥，用固定化乳糖酶反應(yīng)器連續(xù)處理牛奶，可將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖，這樣就便于乳糖酶活性偏低的人對(duì)牛奶的吸收了。此外，乳糖在在溫度較低時(shí)易結(jié)晶，用固定化乳糖酶處理后，可以防止其在冷凍產(chǎn)品

11、中結(jié)晶，改善口感，增加甜度。35固定化酶在油脂改性中的應(yīng)用脂肪酶可以催化酯交換、酯轉(zhuǎn)移和水解等反應(yīng)，是目前被廣泛研究的一種酶催化劑。代可可脂是生產(chǎn)巧克力的原料，價(jià)格甚高，而棕櫚價(jià)廉，因此如何改變廉價(jià)油脂性狀以更廣泛地適用于其它工藝受到了較大的重視。，而用表面活性劑處理脂肪酶固定化酶，可將棕櫚油轉(zhuǎn)化成代可可脂，且使酶活性大幅度提高，增加固定化酶的使用次數(shù)。36固定化酶在食品分析與檢測(cè)中的應(yīng)用近年來，將固定化酶應(yīng)用于生物傳感器的研究以及食品分析與檢測(cè)的應(yīng)用發(fā)展十分迅速。漆酶?jìng)鞲衅魇且怨潭ɑ崦缸鳛楦惺芷?，以基礎(chǔ)電極作為換能器的裝置。運(yùn)用DEAE纖維素固漆酶，制成兩種活性穩(wěn)定的傳感器，來檢測(cè)茶葉加工

12、過程中兒茶酚的化情況，這種傳感器可以進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)，且保存時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)用范圍較廣。用酶?jìng)鞲衅鳒y(cè)定了豬肉新鮮度；日本農(nóng)林水產(chǎn)省研制出的滋味傳感器，可品嘗肉湯風(fēng)味，用于肉湯生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制；還有采用電導(dǎo)型生物傳感器來檢查食品中有機(jī)農(nóng)藥的污染。37在發(fā)酵工程中的應(yīng)用發(fā)酵工程和人們的生活息息相關(guān)，其利用生物和活性酶催化或控制某些工業(yè)生產(chǎn)過程。人們常見的發(fā)酵產(chǎn)品有各種酒類、酸奶、醋等。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵過程可以被控制和改造，以增加產(chǎn)量、提高效率。采用聚乙烯醇固定化菊粉酶，用其水解菊芋，作為發(fā)酵原料生產(chǎn)乙醇，在28C,pH5.2,發(fā)酵液糖度為20%的條件下，保持反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵液的流動(dòng)速度為42mL

13、/min，得到最大的發(fā)酵速率和酒精轉(zhuǎn)化率，發(fā)酵28h后，醪液中的乙醇含量為10.96%。以耐磷酸鹽分解的海藻酸鋁凝膠為載體，將糖化酶和酵母共同固定化，控制發(fā)酵過程，制備木薯酒精，最終醪液中的乙醇濃度達(dá)到13.4%，淀粉利用率達(dá)到90.2%。并對(duì)固定化酶的重復(fù)使用次數(shù)、穩(wěn)定性和酶促反應(yīng)的米氏常數(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重復(fù)使用10次后，固定化酶的剩余活力為83.47%，且仍具有操作性，其活力半衰期為205.7d，穩(wěn)定性較好，同時(shí)米氏常數(shù)提高，較之游離酶，其性質(zhì)更加優(yōu)化。4固定化酶的發(fā)展方向隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，固定化酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，但并不是說可以使用酶的地方，都可以用固定化酶來代替

14、。在使用固定化酶技術(shù)時(shí)，也需要綜合考慮其制備工藝、酶回收率、可操作性、穩(wěn)定性及生產(chǎn)成本等方面的因素。我國目前食品加工企業(yè)使用該技術(shù)的現(xiàn)狀是，固定化酶的操作方法復(fù)雜、穩(wěn)定性較差，成本過高或使用了有毒的化學(xué)試劑而不符合食品加工所要滿足的經(jīng)濟(jì)和安全標(biāo)準(zhǔn)，這些都限制了固定化酶技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，急需探索新型載體和改進(jìn)固定化方法。但已有的成功經(jīng)驗(yàn)也向我們展示了固定化酶技術(shù)在食品加工領(lǐng)域的具大潛力，因此我們相信，固定化酶技術(shù)將在食品領(lǐng)域有更加光明的前景?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】李煒煒，陸啟玉.酶工程在食品領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展J.糧油食品科技，2008,16(3)：34王靜，賈英民，鄒磊，等.固定化酶生產(chǎn)低乳糖牛乳的研究J

15、.現(xiàn)代食品科技，2008,24(8)：791795.王莎莎.固定化酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用J.杭州食品科技，2009，2(3)：17趙雯瑋，陳祥貴，李鑫.固定化酶與食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展J.農(nóng)產(chǎn)食品科技，2008,2(2)：5355.譚碧君.固定化酶制備及應(yīng)用的研究進(jìn)展J.上海畜牧獸醫(yī)通訊，20011，1：1214.秦勝利，于建生.酶固定化技術(shù)研究進(jìn)展J河南化工，20011，3(28)：2832.JulioPolain.工業(yè)酶的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用.出版社:科學(xué)出版社.出版日期:2009.12李斌.食品酶工程.出版社:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.出版日期:2010.07王向東.食品生物技術(shù).出版社:東南大學(xué)出版社.出版日期:2007梅樂和.現(xiàn)代酶工程.出版社:化學(xué)工業(yè)出版社.出版日期:2006.01?吉林大學(xué)分子酶學(xué)工程教育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織編寫.酶工程.出版社:化學(xué)工業(yè)出版社.出版日期:2008?李向陽，單守水，徐世艾固定化真菌a-淀粉酶在海參餌料添加劑方面的應(yīng)