酶工程的应用及发展趋势

工程技术在食品工业中的应用及发展趋势

默认分类2009-12-11 11:09:39 阅读811 评论0 字号：大中小订阅

摘要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分。酶作为生物催化剂 ,具有高催化效率 ,专一性强 ,反应条件温和及酶活性可以调控。而食品工业是应用酶工程技术最早和最广泛的行业。近年来，由于固定化细胞技术应用化、固定化酶反应器的推广应用，促进了食品添加剂新产品的开发，产品品种增加，质量提高，成本下降。还有些酶本身就是保健食品重要的功效成分，如超氧化歧化酶(sod)、溶菌酶、l一天冬酰胺酶等，为食品工业带来了巨大的社会经济效益。

关键词：酶工程固定化葡萄糖酶

一、酶工程技术的原理

酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分。酶工程又称酶反应技术, 就是指在一定的生物反应器内, 利用生物酶作为催化剂, 使某些物质定向转化的工艺技术, 包括酶的研制与生产, 酶和细胞或细胞器的固定化技术, 酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。

二、酶工程的结构

根据酶工程研究和解决问题的手段不同，可将酶工程分为化学酶工程和生物酶工程两大类。在食品行业中，这两类酶工程的应用都很广泛。

1、化学酶工程

化学酶工程亦称初级酶工程，是指自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。它主要是由酶学原理与化工技术相互渗透和结合而形成的一门科学技术。

2、生物酶工程

生物酶工程是酶学和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术结合的产物，亦称高级酶工程。主要包括3个方面：一是用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）；二是修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）；三是设计新酶基因，合成自然界不曾有的酶（新酶）。

（1）非水相介质中的酶反应

近年来，酶在非水相介质中催化反应的研究，成为酶工程的一项新的重要内容。如蛋白水解酶类，在非水相中能催化肽键的形成，利用这一发现，便可利用蛋白酶在非水介质的催化特性，合成某些肽类物质，用于制药和食品添加剂。

（2）酶反应器和酶传感器

1）酶反应器酶反应器是完成酶促反应的装置。其研究内容包括：酶反应器的类型及特性；酶反应器的设计、制造及选择等。

2）酶传感器酶传感器又称酶电极。用于测定混合液中某种物质的浓度。其研究内容包括：酶电极种类、结构与原理；酶电极制备性能及应用。

三、酶工程在食品工业中的应用

在我国古代就开始将产酶的微生物运用于食品的制作中。在现代食品工业中，酶的应用渗透到各个领域。随着固定化酶、修饰酶、基因工程酶等技术的突破性发展，酶工程在食品工业中的应用将更加广泛和深入。

（一）酶工程在食品分析与检测方面

由于酶具有特异性,因此,它适合于植物和动物材料的化合物的定性和定量

分析。例如,采用乙醇脱氢酶测定食品中的乙醇含量;采用柠檬酸裂解酶测定柠檬酸的含量等。另外,在食品中加入一种或几种酶,根据它们作用于食品中某些组分的结果,可以评价食品的质量,这是一种十分简便的方法。

（二）酶工程在食品保鲜方面的应用

生物酶用于食品保鲜主要就是制造一种有利食品保质的环境,它主要根据不

同食品所含的酶和种类,而选用不同的生物酶,使食品所含的不利食品保质的酶

受到抑制或降低其反应速度,从而达到保鲜的目的。例如葡萄糖氧化酶加在瓶装

饮料中,吸去瓶颈空隙中氧而延长保鲜期;溶菌酶对革兰氏阳性菌有较强的溶菌

作用,用于肉制品、干酪、水产品等的保鲜;细胞壁溶解酶可消除某些微生物的繁殖,已被用作代替有害人体健康的化学防腐剂,对食品进行保鲜储藏。

1、利用葡萄糖氧化酶保鲜

葡萄糖氧化酶是一种氧化还原酶，它可催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸

和双氧水。有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鲜作用。葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下，将蛋类制品中的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变，提高产品的质量。

葡萄糖氧化酶以黄素腺嘌呤二核苷酸为辅基，相对分子质量约为150000。葡萄糖氧化酶在pH值3.5~6.5的条件下，具有很好的稳定性，最适pH值5.6，当pH值大于8.0或小于2.0时，会导致酶的失活。底物葡萄糖对酶活性有保护作用。

2、利用溶菌酶保鲜

用一定浓度的溶菌酶溶液进行喷洒，即可对水产品起到防腐保鲜效果。既可节省冷冻保鲜的高昂的设备投资，又可防止盐腌、干制引起产品风味的改变，简单实用，易于推广。在干酪、鲜奶或奶粉中，加入一定量的溶菌酶，可防止微生物污染，保证产品质量，延长贮藏时间。

（三）酶工程在果蔬加工中的应用

水果蔬菜加工中最常用的有果胶酶,纤维素酶,半纤维素酶,淀粉酶,阿拉伯糖酶等。其中果胶酶已成为许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。

1、水果罐头加工

制作桔子罐头时需除桔瓣囊衣，过去使用碱处理法，耗水量大，又费工时。现采用黑曲霉产生的半纤维素酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，可很好地除去桔瓣囊衣，而避免上述缺点。桔子罐头常发白色浑浊，这是同桔肉中橙皮苷造成的。采用橙皮苷酶，可将橙皮苷水解成为水溶性的橙皮素，从而消除桔子罐头的白浊现象。桃果实含有红色花青素，罐藏时同金属离子作用而呈紫褐色。采用花青素酶处理桃酱、葡萄汁等，即可脱色而提高经济价值。这是因为花青素酶可以水解花青色素，使之变为无色物质。

2、柑桔类脱苦

柑桔类脱苦问题历来是果品加工中的一大问题。桔子中的柠檬苦素是引起桔汁产生苦味的原因，利用球形节杆菌固定化细胞的柠檬酶处理即可消除苦味。3、果汁加工

水果中均含有果胶物质。果胶的重要特性之一，就是在酸性和高浓度的糖存在时，即可形成凝胶。这一性质是制造果冻、果酱的基础。但在果汁加工上，却造成了压榨、澄清的因难。现采用果胶酶处理破碎的果实，即可加速果汁过滤和促进澄清。

利用果胶酶可以明显提高果汁澄清度,增加果汁出汁率,降低果汁相对黏度,提高果汁过滤效果。果胶酶主要由滋生物来生产,人们通过一系列诱变育种技术,可以筛选优良菌种。随着人们对天然健康食品的不断需求,近年来,采用果胶酶和其他的酶(如纤维素酶等) 处理可以大大提高出汁率,简化工艺步骤,并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品,如胡萝卜