固定化酶在食品工业中的应用研究进展（二）

3 固定化酶在食品添加剂生产中的固定工业应用

高果糖浆、低聚果糖、化酶L-苹果酸等是食品常用的食品添加剂，利用性能稳定的应用研究固定化酶生产这些食品添加剂，具有产量高、进展成本低等优点。固定工业

3.1 高果糖浆的化酶生产

固定化葡萄糖异构酶是目前全球产量最高、应用范围最广的食品一种固定化酶，一般是应用研究将其固定在菌体上，常用的进展固定方法是热处理法，温度需达到60～65℃，固定工业热处理时间持续15 min。化酶以淀粉为原料生产高果糖浆的食品关键酶主要有以下3种:α-淀粉酶，又称液化酶，应用研究主要起到淀粉液化的进展作用;葡萄糖淀粉酶，其水解产物为β-葡萄糖;葡萄糖异构酶，可将葡萄糖异构为果糖，是催化淀粉最关键的酶。早在1973年，研究者就使用固定化的葡萄糖异构酶催化淀粉生产高果糖浆。采用此方法获得的高果糖浆，果糖含量高达55%，且价格比蔗糖低10%～20%，经济效益较高。使用高果糖浆替代蔗糖是固定化酶应用最成功的工业案例，500 t固定化的葡萄糖可生产约1×107t高果糖浆。但该工艺在我国发展比较缓慢，目前只应用于高果糖浆的小规模生产，因此，急需寻找新型固定化载体，制备可以高产量生产高果糖浆的固定化葡萄糖异构酶，以降低生产成本，提高经济效益。

3.2 低聚果糖的生产

低聚果糖(Fructo Oligsacccharids,FOS)，又称蔗果低聚糖，以菊芋粉为原料，通过菊糖内切酶水解作用制得。低聚果糖既是一种新型糖源，又是一种功能性保健食品，受到广大消费者的青睐。低聚果糖的生产主要采用液体深层发酵法，但此方法存在一定的缺点:生产酶的菌体不能够再利用，酶的利用率也较低;过滤、除杂、脱色等工艺使后处理过程成本增加。1995年，魏远安等以少量Ca Cl2和戊二醛作为交联剂，固定了GX-0010菌株中的果糖基转移酶和壳聚糖凝胶，发现1 kg固定化果糖基转移酶可生产11 330 kg的低聚果糖浆，且该糖浆中的果糖含量高达58%.2000年，该团队研究发现，经固定化的果糖基转移酶对温度的适应性更强，热稳定性、酸碱稳定性和储存稳定性更高。目前，低聚果糖生产中的主要问题是产率较低，仅为40%～60%，而酶的固定化技术为提高低聚果糖生产效率、降低成本提供了可能。

3.3 L-苹果酸、L-天门冬氨酸和阿斯巴甜的生产

L-苹果酸是一种人体必需的有机酸，在三羧酸循环中起重要作用，广泛应用于食品和医药行业。L-天门冬氨酸是一种良好的营养增补剂，主要添加于各种清凉饮料，是糖代用品阿斯巴甜(Aspartame,APM)的主要生产原料。研究发现，固定化的富马酸酶在生产L-苹果酸和L-天门冬氨酸方面具有得天独厚的优势:富马酸在固定化的富马酸酶催化下，可生成L-苹果酸;富马酸与氨的结合物在天门冬氨酸酶(从大肠杆菌中提取)催化下，可生成L-天门冬氨酸。通过该方法获得的L-苹果酸和L-天门冬氨酸产量较高，一个10 m3的固定化细胞柱每月可生产数吨L-苹果酸和L-天门冬氨酸。阿斯巴甜，又称阿斯巴坦，是由L-天门冬氨酸和L-苯丙氨酸(或L-甲基苯丙氨酸酯)以化学或酶催化反应合成的一种氨基酸二肽衍生物，作为一种非碳水化合物类的人造甜味剂，已被广泛应用于食品添加剂行业。目前，工业生产阿斯巴甜最常用的方法是固定化酶耦合反应。与传统的酶催化反应相比，固定化酶耦合反应具有反应时间短、酶的回收利用率高、产物分离纯化简单等优势。陈飞飞采用一种Na Cl增溶和微波辅助的方法，快速高效地制备了固定化嗜热菌蛋白酶，该固定化酶的催化活力是游离酶的1.6倍，其热稳定性和耐有机溶剂性均有所提高，且可回收利用，极大地节约了生产成本。

4 固定化酶在生物活性肽制备中的应用

生物活性肽是一类对机体具有积极作用的特异性蛋白片段，在蛋白序列中通常不具有活性，但可通过酶解或微生物发酵等方式释放后发挥作用。生物活性肽来源广泛，易消化利用，安全性较高，因具有降胆固醇、降血压、抗菌、抗氧化等生物活性而成为食品领域的研究热点。然而，生物活性肽在食品中的应用受其制备方法的影响。固定化酶酶解是制备生物活性肽的主要方法之一，与酸水解、碱水解等化学水解方法相比，不仅是一种绿色安全的方法，还可最大限度地保护氨基酸不被破坏。

4.1 CPP的制备

CPP是一类源于酪蛋白的磷酸肽，在促进机体对矿物质吸收和预防龋齿方面具有重要作用，可添加到婴幼儿奶粉、中小学生营养奶、高钙饼干、预防龋齿的牙膏等产品中。目前，日本已生产液体营养食品、儿童咖哩饭、口香糖等多种CPP商业产品.1999年，吴思方等采用固定化酶酶解酪蛋白制备了CPP，并通过正交试验优化了其工艺参数，获得了粗制的CPP产品。张黎明以壳聚糖为载体、戊二醛为交联剂，利用固定化的胰蛋白酶酶解酪蛋白生产CPP，得率较高，生产成本较低。尽管CPP的制备方法有很多，但每种方法各有利弊。其中固定化酶酶解法具有天然、易控制、效果佳、可大批量工业化生产等优势而应用广泛，但因酶的种类有限，在食品工业中的应用也存在一定的局限性。

4.2 高F值寡肽的制备

高F值寡肽是一个由2—9个氨基酸残基组成的混合小肽(或称寡肽)体系，其支链氨基酸与芳香族氨基酸的物质的量比值大于20，具有保肝、护肝、治疗肝脏疾病、抗疲劳、抗氧化、延缓衰老等生理功能，食品和医学界对其关注度均较高。黄程以碎鱿鱼肉为原料，以固定化风味酶和固定化胃蛋白酶(由壳聚糖和戊二醛为材料制备)作为催化酶制备了高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应之后仍可保持较高的酶活力，并可实现重复再利用。

5 固定化酶在食品检测中的应用

随着食品安全问题重要性的日益凸显，快速、即时、低成本、便捷化的食品安全检测方法受到研究者的重视。生物传感器是一种对生物物质敏感，并可将生物物质浓度转换为电信号进行检测的仪器，主要应用于食品检测、环境监测等领域。生物传感器不仅可快速高效地鉴定食品成分，降低检测仪器、试剂成本，而且可实现实时在线检测，其可快速进行分子识别和有毒有害物质检测得益于利用生物活性物质固定化制备的敏感膜。张彦等制备了利用壳聚糖将葡萄糖氧化酶固定在蛋膜和氧电极的葡萄糖传感器，建立了快速测定葡萄糖含量的方法，该生物传感器具有灵敏度高、反应时间短、操作简单、成本低等特点。舒友琴等将固定化酶和生物传感器联用，采用化学发光法高效精准地检测食品中的淀粉含量，该方法误差较小。伍周玲等采用固定化乙酰胆碱酯酶和多碳纳米管制备了电化学生物传感器，该传感器可用于食品中农药残留的快速高效检测，其中，氨基甲酸酯类杀虫剂的含量可通过峰电流值来定量。在酶基生物传感器中，酶固定化是影响传感器性能的关键步骤，纳米生物催化技术可大大提高其性能，展现出更好的选择性、稳定性、可重复性和再现性。

6 结语与展望

本文对固定化酶及其特性、制备方法进行了简述，对固定化酶应用于食品加工贮藏、食品添加剂生产、生物活性肽制备和食品检测的研究现状进行了综述，指出了固定化酶以其高催化效率、高剩余酶活力、高稳定性已被广泛应用于食品工业的多个领域;以固定化酶为基础的生物传感器以其高选择性、高灵敏度已被成功应用于食品中有毒有害物质和营养物质的检测，在食品检测领域取得了较大进展。然而，目前固定化酶在食品工业化生产中的投资较大且应用技术尚不成熟，固定化预分离时酶活力的损失较大，不易进行多酶反应。因此，研究者未来可着重探索新的固定化技术和固定化载体，优化固定化预分离技术，制备能够进行多酶反应及对大分子底物具有催化效应的新型固定化酶，以降低生产成本，提高经济效益。随着生物、化学、信息技术等相关学科的快速发展，符合当代可持续发展战略要求的固定化酶在食品行业中的应用前景将会更加广阔。

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