固定化酶在食品工业中的应用

固定化酶在食品工业中的应用固定化酶在食品工业中的应用固定化酶是酶工程的核心技术之一,有利于实验酶的重复使用及产物与酶的分离,将酶工程提高到一个新的水平,极大地促进了酶工程的研究与应用,并广泛应用于各个领域。综述了固定化酶的制备方法,总结了其在食品工业中的应用,并对其的发展进行了展望。固定化酶技术是将酶用人工方法固定在特定载体上,进行催化、生产,因而固定化酶一般可以被认为是不溶性酶。与水溶性酶相比,其优点如下:易于将固定化酶与底物、产物分高,便于后续的分离和纯化;可以在较长时间内连续生产;酶的稳定性和最适温度提高;酶反应条件容易控制...

固定化酶在食品工业中的应用固定化酶是酶工程的核心技术之一,有利于实验酶的重复使用及产物与酶的分离,将酶工程提高到一个新的水平,极大地促进了酶工程的研究与应用,并广泛应用于各个领域。综述了固定化酶的制备方法 ,总结了其在食品工业中的应用,并对其的发展进行了展望。固定化酶技术是将酶用人工方法固定在特定载体上,进行催化、生产,因而固定化酶一般可以被认为是不溶性酶。与水溶性酶相比,其优点如下:易于将固定化酶与底物、产物分高,便于后续的分离和纯化;可以在较长时间内连续生产;酶的稳定性和最适温度提高;酶反应条件容易控制;可以增加产物的收率,提高产物质量;酶的使用效率高,使用成本低;适于产业化、连续化、自动化生产。与此同时,由于酶的分离、固定化处理等原因,固定化酶也具有一些难以避免的缺点:在固定化过程中,酶活力会损失;生产成本提高,工厂初期投资大;只能用于水溶性底物,适合于小分子;不适宜于多酶反应,还需要需要辅助因子的协助才可以有效反应酶的固定方法主要有吸附法、包埋法、共价键合法和一些其他方法,针对不同的酶、不同的载体,需要采用不同的方法,有时还需要将几种方法联合使用。包埋法是指酶或细胞包埋在各种多种载体(如聚丙烯酰胺凝胶、矽酸盐凝胶、藻酸盐、角叉菜聚糖等)中发生聚合、沉淀或凝胶化使之固定的方法。主要分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法,该方法操作简单,酶活回收率较高,但发生化学反应时,酶易失活,适用于小分子底物和产物的酶。结合法指选择适宜的载体,使之通过共价键或离子键与酶结合在一起的固定方法。包括离子键结合法和共价键结合法。离子键结合法操作简单,条件温和,酶活性损失少,但酶与载体结合力弱,酶易脱落,这也是最常用的方法之一。共价键结合法研究较为成熟,酶与载体结合牢固,一般不轻易脱落,但反应条件较剧烈,会引起酶蛋白空间构象的变化,破坏酶的活性部位。交联法是用双功能试剂或多功能试剂进行酶分子之间的交联,是酶分子和双功能试剂或多功能试剂之间形成共价键,得到三向德交联网状结构,除了酶分子之间发生交联外,还存在一定的分子内交联。根据使用条件和添加材料的不同,还能够产生不同物理性质的固定化酶。此法反应条件较剧烈,酶活回收率很低,故不常用。一般将吸附法和交联法2种方法结合起来使用。固定化酶在乳制品中的应用乳糖酶亦称为β-半乳糖苷酶,是工业中应用相当广泛的一种酶,较多地应用于乳制品加工中。很多人小肠黏膜内的乳糖酶活性严重降低,导致乳糖不耐受症。用乳糖酶处理部分乳糖,分解为葡萄糖和半乳糖,可以减少这种症状。应用海藻酸钠—壳聚糖固定化乳酸菌进行发酵乳清饮料研究。结果表明,固定化乳酸菌产酸和耐酸能力强,菌种活力持久并可多次重复利用。酵母乳糖酶间歇处理预先超高温消毒的牛奶,用戊二醛处理环状芽孢杆菌的乳糖酶,或把该菌用戊二醛交联固定于多孔硅胶,经处理或固定化后的乳糖酶,其生产活性从原来的21%提高至40%。用聚丙烯酰胺凝胶包埋米曲酶的乳糖酶,酶活力与机械强度都比较理想。固定化酶的稳定性范围扩大,热稳定性提高,同时底物乳糖在凝胶中扩散不影响固定酶的反应速度。使用该固定化酶处理脱脂牛奶,可以在保持原有风味的条件下,增加甜度,饮用时可减少蔗糖用量。固定化酶在制糖中的应用在制备低聚果糖中,用多孔硅石吸附Aureo-basidium sp.的果糖基转移酶,并用戊二醛交联后装柱可保留较高的酶活力。用DEAE-纤维素固定果糖基转移酶,酶活力可保留95%。Yun等将果糖基转移酶固定在苯乙烯衍生的多孔离子交换剂上填入玻璃柱内,初始固定化酶的活性仅丧失8%。Chiang等[16]将Aspergillus niger和Aspergillus japoicus的果糖基转移酶纯化后共价结合在甲基丙烯酰胺高分子颗粒上,可保留酶活力达100%。固定化葡萄糖异构酶可以用来催化玉米糖浆和淀粉生产高甜度的高果糖糖浆。用淀粉生产高果糖浆包含3步:一是用淀粉酶液化淀粉;二是用糖化酶将其转化为葡萄糖,即糖化;三是用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构为果糖。由此可得到含高果糖浆与蔗糖同等甜度时,其价格低10%~20%,具有经济推动力。该固定化酶常用的制备技术是热处理法,将含葡萄糖异构酶的放线菌、芽孢杆菌或链霉菌等细胞用60~65 ?热处理15 min,该酶就固定在菌体上制成固定化酶。固定化技术在食品工业中应用的前景和发展固定化技术在食品工业中的应用还很多,如固定化氨基酰化酶生产L-谷氨酸;固定淀粉酶和葡萄糖淀粉酶以淀粉为原料生产葡萄糖;固定化酶法酿造调味品等,但用于食品工业的酶远远大于固定化酶。还有很多固定化酶和固定化细胞处于中试阶段,固定化原生质克服了固定化细胞的一些缺陷,但固定原生质体还处于研究之中,未用于生产。人们清楚地看到了固定化技术的一些优点,虽然很多还处于研究和开发中,但已经给人们指明发展方向。随着固定化技术的发展,将会有更多的固定化酶、细胞、原生质体应用于生产中,充分显示出固定化技术的优越性,开启固定化技术的新局面。荀芳 1044208

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