葡萄糖氧化酶的催化機(jī)理及其在食品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

◎ 郭盧云，羅 彤

（1.湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，湖北 武漢 430070）

1 葡萄糖氧化酶的催化機(jī)理

葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase，E.C.1.1.3.4，簡稱GOD）是一種需氧脫氫酶，其主要成分為β-D-葡萄糖氧化還原酶，輔基為黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。無過氧化氫酶時(shí)，GOD 能專一性氧化β-D-葡萄糖生成δ-D-葡萄糖酸內(nèi)酯，同時(shí)消耗一分子氧生成H2O2，氧化態(tài)GOD-FAD 作為脫氫酶從葡萄糖分子中帶走兩個(gè)H 形成還原態(tài)GOD-FADH2，隨后還原態(tài)GOD 被氧分子再氧化成氧化態(tài)GOD，葡萄糖酸內(nèi)酯在水環(huán)境下轉(zhuǎn)化生成D-葡萄糖酸（如圖1）。有過氧化氫酶下，H2O2被催化分解成H2O 和O2，此時(shí)一分子GOD 氧化時(shí)消耗一原子氧[1]。

圖1 GOD 的催化機(jī)理圖

2 葡萄糖氧化酶在食品行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 葡萄糖氧化酶在烘焙食品中的應(yīng)用

無毒副作用的GOD 已作為面粉改良劑溴酸鉀的替代品，能顯著改善面粉粉質(zhì)特性、面團(tuán)的彈性及耐機(jī)械攪拌性，提高了焙烤食品的烘焙質(zhì)量。其原理是GOD 氧化面粉中葡萄糖時(shí)產(chǎn)生了H2O2，氧化了面筋蛋白中的巰基，形成了二硫鍵，增強(qiáng)了面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。許紅[2]通過一系列的烘焙實(shí)驗(yàn)，確定了GOD 的最佳添加量為20 ～40 mg·kg-1，改良效果表現(xiàn)為粉質(zhì)的穩(wěn)定時(shí)間增加，軟化度減少等。任冠橋[3]證明了用GOD代替溴酸鉀用于改良面粉的可行性，并經(jīng)過單因素和正交試驗(yàn)得到了代替溴酸鉀的GOD 最優(yōu)配方。

2.2 葡萄糖氧化酶在食品保鮮中的應(yīng)用

食品在儲存運(yùn)輸過程中，由于氧的作用，容易發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，引起色、香、味的改變，且大部分細(xì)菌因氧的存在而繁殖生長，加快食品腐敗變質(zhì)。GOD 可快速高效地去除食品中的氧，保護(hù)食品中還原性物質(zhì)不被氧化破壞，延長食品的貨架期，是一種理想的除氧保鮮劑。啤酒中含氧過高易引起啤酒的氧化，產(chǎn)生沉淀和老化味。利用無毒無害的GOD 可以消耗啤酒中的溶解氧，明顯降低啤酒的老化，延長保質(zhì)期。Jessica 等人[4]將GOD 與過氧化氫酶一起加入到葡萄酒中，可以降低2%的酒精含量，同時(shí)產(chǎn)生特殊酒香。周晶晶等人[5]在百香果渾濁果汁中加入GOD 后發(fā)現(xiàn)，其能減緩果汁在儲藏過程中的氧化褐變，減緩花色苷的降解速率。

2.3 葡萄糖氧化酶在葡萄糖酸鹽生產(chǎn)中的應(yīng)用

葡萄糖酸鈣和酸鋅口服液是補(bǔ)鋅的首選保健品。過去采用的事金屬催化法和發(fā)酵法生產(chǎn)。近年來，酶法工藝已在葡萄糖酸鹽行業(yè)內(nèi)得到推廣。酶法工藝就是利用GOD 直接將葡萄糖液或淀粉糖漿轉(zhuǎn)化成葡萄糖酸，再經(jīng)堿的中和作用，將其轉(zhuǎn)化成葡萄糖酸鹽系列產(chǎn)品。其最顯著的特點(diǎn)是不需要種子，免去了微生物和培養(yǎng)基等原、輔材料對反應(yīng)體系的干擾，提高了反應(yīng)產(chǎn)物的純度和收率，方便提取和精制，明顯縮短生產(chǎn)周期。李秋紅[6]等人采用GOD 在過氧化氫酶的協(xié)同作用下生產(chǎn)葡萄糖酸，并用流加的氧化鋅懸液進(jìn)行中和，生成葡萄糖酸鋅，該工藝生產(chǎn)的葡萄糖酸鋅溶液經(jīng)一次結(jié)晶純度可達(dá)99.6%。杜嬋娟[7]等人用固定化GOD 制備葡萄糖酸鈣，實(shí)現(xiàn)了GOD 的反復(fù)利用，進(jìn)一步降低了成本。

3 展望

目前國內(nèi)市場上銷售的GOD 主要來源于諾維信和杰能科兩家公司，而國內(nèi)酶制劑企業(yè)生產(chǎn)的GOD 普遍存在產(chǎn)酶活力低、后處理工藝繁瑣、不耐熱和生產(chǎn)成 本高等缺點(diǎn)。隨著基因工程和發(fā)酵工藝的不斷提升，相信不久以后國產(chǎn)GOD 的產(chǎn)量和品質(zhì)會(huì)有很大提高。固定化酶技術(shù)的發(fā)展，將進(jìn)一步降低GOD 的應(yīng)用成本，促進(jìn)其在食品行業(yè)的快速推廣和應(yīng)用。