基于在食品加工與食品質(zhì)量檢測中酶學(xué)技術(shù)的應(yīng)用探索

◎ 馬 芳

（沭陽縣綜合檢驗(yàn)檢測中心，江蘇 宿遷 223600）

目前，雖然在食品研究學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2 700多種生物酶，但用于食品加工領(lǐng)域的不足百種。而從生物酶制劑生產(chǎn)情況來看，只有將近50%用于食品工程領(lǐng)域。伴隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，酶學(xué)技術(shù)不僅應(yīng)用于食品加工，也開始應(yīng)用于食品質(zhì)量檢測方面，在食品領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展前景。因此應(yīng)加強(qiáng)酶學(xué)技術(shù)在食品加工與食品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究，為推動相關(guān)技術(shù)發(fā)展指明方向。

1 酶學(xué)技術(shù)概述

作為生物學(xué)技術(shù)，酶學(xué)技術(shù)涉及領(lǐng)域較多，例如工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和食品制造等。從技術(shù)應(yīng)用原理上來看，酶學(xué)技術(shù)是通過各種酶的生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，在密閉環(huán)境中將酶作為反應(yīng)催化劑，對底物進(jìn)行催化操作[1]。在食品領(lǐng)域，在加工過程添加特定酶，可以轉(zhuǎn)化食品的某些組分，降低反應(yīng)所需的活化能，將底物轉(zhuǎn)化為易反應(yīng)的活化分子。生物酶擁有較高的催化效率，可將反應(yīng)速率提升數(shù)百萬倍，同時不會被消耗和打破反應(yīng)平衡，因此有助于食品加工質(zhì)量和安全性提升。從食品質(zhì)量檢測角度來看，應(yīng)用酶學(xué)技術(shù)需要對食品的不同組分展開分析。在相關(guān)技術(shù)中，免疫酶技術(shù)具有代表性，可以憑借抗原抗體反應(yīng)特異性完成待測物質(zhì)的檢測。以酶為標(biāo)記物，通過與抗原或抗體聯(lián)結(jié)，對發(fā)生的作用進(jìn)行觀察，可以根據(jù)顏色變化進(jìn)行定性分析，并根據(jù)抗原抗體量進(jìn)行定量分析。

2 酶學(xué)技術(shù)在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用分析

2.1 食品加工中酶的作用機(jī)理

從食品加工使用的酶種類來看，主要包含蛋白酶和果膠酶。其中，蛋白酶在植物果實(shí)、莖葉和動物內(nèi)臟中廣泛存在，在食品加工中可用于與蛋白質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)蛋白反應(yīng)、水解反應(yīng)等不同反應(yīng)。在食品加工中，可以使用內(nèi)源蛋白、微生物分泌蛋白酶或人造蛋白酶制劑。在酶的催化作用下，食品中蛋白質(zhì)分子的酰胺鍵斷裂，導(dǎo)致游離氨基酸出現(xiàn)。酶和底物的反應(yīng)使水解活化能有所降低，確保裂解過程相對溫和，并能夠持續(xù)進(jìn)行。而果膠酶屬于復(fù)合酶的一種，能夠?qū)Ω叩戎参镏懈缓墓z物質(zhì)進(jìn)行分解。通過微生物發(fā)酵方式，可以獲得大量的果膠酶制劑，按照作用機(jī)理又分為裂解酶、脂酶、多聚半乳糖醛酸酶等類型，分別發(fā)揮反式消去、-OCH基隨機(jī)切除、α-1,4糖苷鍵切斷等不同作用[2]。通過切斷果膠分子中的不同化學(xué)鍵，能夠促進(jìn)整個催化反應(yīng)，以滿足不同食品的加工需求。

在食品加工中應(yīng)用酶學(xué)技術(shù)具有高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了工業(yè)酶制劑銷量的持續(xù)增長。但受提取難、生產(chǎn)周期長等因素影響，酶制劑產(chǎn)量難以快速提高。而微生物發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，在加快酶生產(chǎn)的同時，可有效保護(hù)環(huán)境，因此在食品酶制劑生產(chǎn)領(lǐng)域擁有較好的發(fā)展前景。

2.2 不同食品加工對酶學(xué)技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 谷物類食品加工

谷物類食品加工屬于傳統(tǒng)食品工業(yè)領(lǐng)域，長期以來產(chǎn)品附加值不高。酶學(xué)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了該類食品深加工技術(shù)的發(fā)展，例如，從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度開發(fā)適合人類營養(yǎng)需求的新型谷物食品，能夠有效提高食品加工價(jià)值，創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。目前在營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域，包含抗性糊精在內(nèi)的許多膳食纖維被證明為具有重要生理功能，可以從谷物中提取加工。而谷物中含有的大量淀粉屬于大分子，抗性糊精屬于低分子，在加工時需要添加糖化酶、淀粉酶等促進(jìn)酶解，達(dá)到提高抗性糊精產(chǎn)量和質(zhì)量的目標(biāo)。谷物類食品除了含有大量淀粉，也包含較多糖分，與其他物質(zhì)加工能夠生成對人體有益的物質(zhì)。在嬰幼兒食品中，大量使用低聚半乳糖、殼寡糖等物質(zhì)，可發(fā)揮雙歧桿菌增殖、激活機(jī)體內(nèi)源性免疫等作用[3]。在加工這些食品時，將菊粉作為底物，使用菊粉酶、殼聚糖酶等制劑促進(jìn)生物轉(zhuǎn)化，有效提升谷物類營養(yǎng)食品的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.2 果蔬類食品加工

在果蔬類食品加工方面，大量果膠物質(zhì)的存在給果汁等產(chǎn)品過濾、澄清等加工操作帶來了困難。而使用果膠酶降解果膠，可降低植物組織黏度，提高食品加工效率。在果蔬汁加工中，澄清為關(guān)鍵工序，將直接影響果汁質(zhì)量和穩(wěn)定性。但未成熟果實(shí)中含有大量淀粉，加工時易導(dǎo)致果漿黏稠、渾濁，為有效解決此類問題，需要添加一定量水解酶與果膠酶復(fù)合。在果酒釀造中，也可利用該方法消除膠體，防止酒業(yè)渾濁，同時降低發(fā)酵中產(chǎn)生的揮發(fā)性酸，增強(qiáng)食品穩(wěn)定性。在果實(shí)脫皮方面，使用粗果膠酶有助于分離皮層和皮肉細(xì)胞，在控制成本的同時，滿足清潔加工需求。在果蔬深加工領(lǐng)域，使用纖維素酶可以輔助提取功能性成分，例如從大蒜中提取多糖類物質(zhì)用作抗氧化劑，滿足功能性產(chǎn)品開發(fā)需求。

2.2.3 其他食品加工

結(jié)合現(xiàn)代人的需求，功能性食品越來越多。例如在酸奶等制品加工中，在發(fā)酵環(huán)節(jié)添加蛋白水解酶促進(jìn)酪蛋白水解，以產(chǎn)生更多有益人體健康的乳酸菌和肽類風(fēng)味物質(zhì)。在肉類食品加工方面，蛋白質(zhì)水解可以使肉質(zhì)嫩化，增加活性肽含量，使食品具有獨(dú)特風(fēng)味。蛋白質(zhì)交聯(lián)能夠增強(qiáng)肉類食品的保水性，使肉質(zhì)獲得更好彈性。因此，在加工過程中添加水解酶、氧化還原酶等不同生物酶，可減少有害副產(chǎn)物產(chǎn)生的同時，還可改善食品風(fēng)味和口感。在魚類產(chǎn)品加工方面，添加水解酶可以改善其乳化性、溶解性等多種特性，使食品擁有豐富氨基酸種類。此外，也可以在食品保鮮加工方面應(yīng)用酶學(xué)技術(shù)，例如軟包裝果蔬食品易因微生物侵?jǐn)_出現(xiàn)腐爛、變質(zhì)等問題，添加溶酶菌能夠產(chǎn)生遏制細(xì)菌、真菌的效果，有助于食品貨架期的延長。

3 酶學(xué)技術(shù)在食品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用分析

3.1 酶聯(lián)免疫技術(shù)

在食品質(zhì)量檢測領(lǐng)域，酶聯(lián)免疫技術(shù)（ELISA）為最常用的技術(shù)，能夠用于食品毒素、微生物、重金屬污染、殘留農(nóng)藥等檢測工作，具有操作簡單、靈敏度高、速度快等突出優(yōu)勢。由于抗體抗原反應(yīng)敏感且具有專一性，可在食品未分離提取狀態(tài)下開展定性和定量分析，達(dá)到縮減食品檢測步驟的目標(biāo)。

針對食品中致癌的真菌毒素進(jìn)行檢測，采用ELISA能夠?qū)S曲霉素、玉米赤霉烯酮等重要毒素進(jìn)行檢測。例如檢測貝類、藻類等食品中的黃曲霉素B1時，線性范圍為0.25～5.0 ng·mL-1，僅需4 h即可完成測定。在有害細(xì)菌檢測上，能夠用于對肉類、乳制品等食品中的李斯特氏菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌等多種物質(zhì)進(jìn)行檢測，例如檢測沙門氏菌僅需45 min，最低檢測量可達(dá)到500 CFU·g-1[4]。在植物性食品的農(nóng)藥殘留檢測方面，運(yùn)用ELISA檢測技術(shù)能夠?qū)Χ喾N除草劑、殺菌劑等藥物殘留進(jìn)行檢測，例如對草甘膦進(jìn)行檢測時，只需要簡單進(jìn)行樣本前處理，可以大大減少純化步驟，縮短樣本分析時間，因此也可以在食品現(xiàn)場檢測領(lǐng)域使用。在動物性食品質(zhì)量檢測方面，該技術(shù)也可用于獸藥殘留檢測，例如對瘦肉精等藥物進(jìn)行檢測時，可以利用抗原抗體反應(yīng)完成抑制測定，在定性篩選的同時完成定量測試，具有快速、準(zhǔn)確等優(yōu)勢。在重金屬污染檢測方面，可通過檢測金屬硫蛋白判定食品是否受到銅、鉛等金屬離子帶來的污染。食物受到環(huán)境中重金屬污染后將產(chǎn)生較多的金屬硫蛋白，可直接反映金屬污染的特異性指標(biāo)，采用ELISA技術(shù)進(jìn)行高精度檢測，能夠達(dá)到超微量檢測標(biāo)準(zhǔn)，為加強(qiáng)食品安全管理提供有力技術(shù)支撐。

3.2 酶擴(kuò)增技術(shù)

應(yīng)用酶學(xué)技術(shù)開展食品質(zhì)量檢測工作，也可采用重組酶介導(dǎo)擴(kuò)增技術(shù)（RAA）、重組酶聚合酶等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)（RPA）等多種技術(shù)，能夠達(dá)到較高敏感性和檢測特異性要求。例如在肉質(zhì)品的李斯特菌檢測方面，采用傳統(tǒng)檢測技術(shù)需要的周期較長，同時程序相對復(fù)雜，容易出現(xiàn)漏檢問題，使用大量化學(xué)試劑又容易帶來環(huán)境污染。應(yīng)用RAA技術(shù)，可在5～20 min內(nèi)擴(kuò)增基因片段，快速完成病原菌檢測。憑借方法特異性，檢測結(jié)果不會與金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌等發(fā)生交叉反應(yīng)，最低檢測限可達(dá)到8.62×102CFU·mL-1。應(yīng)用RPA技術(shù)，可以對食源性致病菌、病毒等進(jìn)行檢測，滿足食品安全管理需求。例如對沙門氏菌進(jìn)行檢測，可以聯(lián)合采用RPA和側(cè)向流動免疫試紙條，只需要8 min即可達(dá)到檢測閾值，具有靈敏度高、檢測成本低、速度快等優(yōu)勢。酶擴(kuò)增技術(shù)與芯片技術(shù)結(jié)合，可用于對金黃葡萄球菌等多種致病菌進(jìn)行檢測，例如在牛奶質(zhì)量檢測中只需30 min即可給出準(zhǔn)確檢測結(jié)果，檢出限達(dá)到100 CFU·mL-1。近年來，酶促恒溫?cái)U(kuò)增技術(shù)（ERA）憑借高靈敏性、操作簡單、耗時短等諸多優(yōu)勢得到了關(guān)注，可以用于檢測肉類摻假。例如采用實(shí)時熒光核酸恒溫?cái)U(kuò)增檢測試劑盒，能夠?qū)Ω黝惾庠葱猿煞趾怂崽禺惢蚱芜M(jìn)行定性檢測，判斷樣品中是否存在肉源性成分，有效把控動物性食品質(zhì)量。

3.3 酶生物傳感技術(shù)

酶生物傳感技術(shù)屬于融合性技術(shù)，需將酶和生物電極組合在一起，用于對食品底物含量進(jìn)行測定。酶對特定底物可以產(chǎn)生專一催化性，同時電化學(xué)分析法具有快速、便捷等特點(diǎn)，因此二者的結(jié)合能夠滿足食品質(zhì)量檢測需求。在食品中亞硝酸鹽檢測方面，可利用亞硝酸還原酶的生物傳感器進(jìn)行定量檢測。而在發(fā)酵工業(yè)中，需利用酶電極測量特定底物濃度。在酒精中氨基甲酸乙酯檢測方面，考慮到該物質(zhì)由尿素和乙醇反應(yīng)獲得，因此可利用固定化脲酶膜的酶電極對尿素含量進(jìn)行測定。在酶電極中，電極表面覆蓋敏感的酶凝膠膜，能夠通過在膜面擴(kuò)散促使底物受到酶的催化作用，然后通過離子選擇電極對催化產(chǎn)物進(jìn)行測量，換算為待測底物濃度值[5]。經(jīng)過不斷改良，酶生物傳感器能夠快速檢測多種食品物質(zhì)成分中的有害物質(zhì)，并表現(xiàn)出良好的選擇性。例如在食品添加劑、感官指標(biāo)、鮮度檢測等方面采用酶生物傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對食品加工的在線監(jiān)測，同時完成食品保質(zhì)期等特殊指標(biāo)分析，為食品質(zhì)量管控提供有力支持。

4 結(jié)語

隨著食品產(chǎn)業(yè)的多樣化發(fā)展，需要深入探索酶學(xué)技術(shù)在谷物類食品、果蔬類食品等不同食品加工中的應(yīng)用方法，在促進(jìn)食品質(zhì)量提供的同時，保證食品加工安全。在食品流通環(huán)節(jié)，為保證食品安全和民眾健康，需要引進(jìn)酶聯(lián)免疫分析法、重組酶介導(dǎo)擴(kuò)增技術(shù)等不同的酶學(xué)技術(shù)對食品中的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行高效、準(zhǔn)確檢測，促進(jìn)食品質(zhì)量檢測技術(shù)的不斷發(fā)展。