1.固定化酶的定義與特點

固定化酶技術是將酶用人工方法固定在特定載體上,進行催化、生產,因而固定化酶一般可以被認為是不溶性酶。與水溶性酶相比,其優點如下:易于將固定化酶與底物、產物分高,便于后續的分離和純化;可以在較長時間內連續生產;酶的穩定性和最適溫度提高;酶反應條件容易控制;可以增加產物的收率,提高產物質量;酶的使用效率高,使用成本低;適于產業化、連續化、自動化生產。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,還需要需要輔助因子的協助才可以有效反應。

2.固定化酶在食品工業上的應用

2.1固定化酶在柑橘汁加工中的應用

柑桔加工產品出現過度苦味是柑桔加工業中較重要的問題,苦味物質主要由2類物質組成:一類為檸檬苦素的二萜烯二內酯化合物(A和D環);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象有關。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。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用

啤酒以其清晰度高、泡沫適中、營養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,它與游離于啤酒中的多酚、單寧等結合產生不溶性膠體或沉淀,造成啤酒混濁,從而嚴重影響了啤酒的質量。

2.3固定化酶在乳制品中的應用

乳糖酶亦稱為β-半乳糖苷酶,是工業中應用相當廣泛的一種酶,較多地應用于乳制品加工中。很多人小腸黏膜內的乳糖酶活性嚴重降低,導致乳糖不耐受癥。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.的果糖基轉移酶,并用戊二醛交聯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移酶,酶活力可保留95%。Yun等將果糖基轉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,初始固定化酶的活性僅喪失8%。Chiang等將Aspergillusniger和Aspergillusjapoicus的果糖基轉移酶純化后共價結合在甲基丙烯酰胺高分子顆粒上,可保留酶活力達100%。固定化葡萄糖異構酶可以用來催化玉米糖漿和淀粉生產高甜度的高果糖糖漿。用淀粉生產高果糖漿包含3步:一是用淀粉酶液化淀粉;二是用糖化酶將其轉化為葡萄糖,即糖化;三是用葡萄糖異構酶將葡萄糖異構為果糖。由此可得到含高果糖漿與蔗糖同等甜度時,其價格低10%~20%,具有經濟推動力。該固定化酶常用的制備技術是熱處理法,將含葡萄糖異構酶的放線菌、芽孢桿菌或鏈霉菌等細胞用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、拓展茶葉深加工的領域和應用范圍。

2.6固定化酶在煙葉中的應用

在烤煙初烤和復烤后尚殘留淀粉,淀粉在燃吸時影響燃燒速度和燃燒完全性,并產生糊焦氣味,影響吸食品質。在一定條件下淀粉能水解為水溶性糖,使煙質改善。但這些反應并不充分,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用

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

3.固定化技術在食品工業中應用的前景和發展

固定化技術在食品工業中的應用還很多,如固定化氨基酰化酶生產L-谷氨酸;固定淀粉酶和葡萄糖淀粉酶以淀粉為原料生產葡萄糖;固定化酶法釀造調味品等,但用于食品工業的酶遠遠大于固定化酶。還有很多固定化酶和固定化細胞處于中試階段,固定化原生質克服了固定化細胞的一些缺陷,但固定原生質體還處于研究之中,未用于生產。人們清楚地看到了固定化技術的一些優點,雖然很多還處于研究和開發中,但已經給人們指明發展方向。隨著固定化技術的發展,將會有更多的固定化酶、細胞、原生質體應用于生產中,充分顯示出固定化技術的優越性,開啟固定化技術的新局面。