食品酶工程關(guān)鍵技術(shù)及其安全性評(píng)價(jià)

汪寄宇

（上海拜朗生物科技有限公司，上海 201401）

隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)與生活水平不斷提高，對(duì)食物的需求不僅僅只滿(mǎn)足于“吃飽”，而更加注重“吃好”的問(wèn)題，食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、安全衛(wèi)生、口感等都是現(xiàn)代人所重點(diǎn)關(guān)注的。食品酶工程是將酶工程的技術(shù)理論運(yùn)用到食品的生產(chǎn)加工中，將酶工程與食品工程有機(jī)結(jié)合，為新型食品及原材料的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)、技術(shù)改良及工藝改進(jìn)提供了有力支持。

1 食品酶工程關(guān)鍵技術(shù)

食品酶工程的作用包括：穩(wěn)定或增加營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；改良食品的顏色、風(fēng)味、形態(tài)和質(zhì)地；方便儲(chǔ)存；便于加工；增加食品價(jià)值和品類(lèi)；批量自動(dòng)生產(chǎn)；剔除不良成分和保護(hù)有效成分；進(jìn)行食品快速、專(zhuān)一、高靈敏度檢測(cè)分析[1]。由于生產(chǎn)的食品越來(lái)越多，酶的使用范圍也越來(lái)越廣，但很多酶的成分和作用不能充分滿(mǎn)足食品產(chǎn)業(yè)需要，研制新型的食品酶、攻克技術(shù)難題是目前應(yīng)該重視和解決的問(wèn)題。

1.1 酶的提純與分離

食品酶工程中的基礎(chǔ)技術(shù)為酶的提取及分離純化。直接提高酶的產(chǎn)出率和保持高活性的狀態(tài)，是其他技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)[2]。當(dāng)前，分離純化的方法大致有6類(lèi)。（1）沉淀分離：經(jīng)加入其他物質(zhì)或更改一些條件，讓酶不易溶解而從溶液中沉淀析出。（2）離心分離：依靠離心力讓質(zhì)量、密度、大小不同的物質(zhì)在不同的條件下分別析出。（3）過(guò)濾和膜分離：利用過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾混合物中不同大小、形狀的物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)分離。（4）層析技術(shù)（色譜技術(shù)）：依賴(lài)物質(zhì)具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，把不同成分的化合物分開(kāi)。（5）電泳分離：不同酶表面的電荷不同，根據(jù)酶的運(yùn)動(dòng)方向與本身所帶電荷相反、運(yùn)動(dòng)速度與電荷數(shù)量和分子量等固有性質(zhì)相關(guān)等原理而實(shí)現(xiàn)分離。（6）萃取分離：根據(jù)各種化合物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同而獲得分離。

1.2 固定化酶技術(shù)

固定化酶技術(shù)是經(jīng)過(guò)特殊的方法，將游離酶固定在特定的載體或空間內(nèi)，酶無(wú)法自由活動(dòng)但結(jié)構(gòu)仍然完整未被破壞。固定化酶的優(yōu)點(diǎn)很多，如同一類(lèi)型的固定化酶能反復(fù)使用很多次、連續(xù)完成自動(dòng)化的生產(chǎn)工藝流程等[3]。酶被固定化后能與反應(yīng)物快速分離，從而可以有效掌控生產(chǎn)過(guò)程，也可以減少不良加工條件造成的酶失活問(wèn)題發(fā)生，還為研究酶動(dòng)力學(xué)提供了良好的環(huán)境。目前，固定化酶的常用制作方法有吸附法、包埋法、共價(jià)結(jié)合法、結(jié)晶法、分散法和熱處理法，常見(jiàn)的固定化材料有無(wú)機(jī)、有機(jī)載體材料，復(fù)合載體、磁性納米材料等新型固化材料相繼問(wèn)世，加快了固定化酶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.3 動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)酶技術(shù)

動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)酶技術(shù)是利用特殊技術(shù)手段獲取優(yōu)質(zhì)的動(dòng)植物細(xì)胞，然后在特定條件下對(duì)獲得的細(xì)胞進(jìn)行體外規(guī)?；囵B(yǎng)，從而獲得所需要的酶。蛋白酶、抗氧化酶等多從植物細(xì)胞中獲得，而胰蛋白酶、凝乳酶等一般從哺乳動(dòng)物細(xì)胞中獲得。

1.4 生物酶解技術(shù)

動(dòng)物蛋白質(zhì)在對(duì)應(yīng)蛋白酶催化作用下分解為小分子的蛋白肽及氨基酸，適度水解不僅可以保存或增加食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且在酶解過(guò)程中釋放的氣體含有類(lèi)似肉香氣物質(zhì)，提高食品的感官品質(zhì)。應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)后，更利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，降低過(guò)敏反應(yīng)的發(fā)生率。淀粉酶能水解淀粉，生成可溶性糊精及少量的麥芽糖和葡萄糖，在制酒工藝中起到一定作用。另外，利用酶解法還可以提取各種植物膳食纖維，如采用酶解法可以提取菠蘿葉可溶性膳食纖維；利用淀粉酶、胰蛋白酶和糖化酶對(duì)甘薯渣進(jìn)行酶解，可提取出膳食纖維等。

1.5 酶聯(lián)免疫分析技術(shù)

該技術(shù)基本原理是將抗原-抗體免疫學(xué)反應(yīng)與酶學(xué)催化反應(yīng)結(jié)合，以酶促反應(yīng)所具有的放大作用來(lái)顯示初級(jí)免疫反應(yīng)。在底物參與下，復(fù)合物上的酶催化底物，水解或氧化還原為另一種物質(zhì)。由于所產(chǎn)生的降解底物與顯色程度呈正比，可根據(jù)顯色程度間接確定其是否存在未知抗原并計(jì)算其含量。該方法靈敏度高、特異性強(qiáng)，簡(jiǎn)便快捷，應(yīng)用廣泛，可以檢驗(yàn)食物中殘留的藥物、重金屬、病菌等成分。

1.6 酶生物傳感器技術(shù)

1967年，Updike等[4]將葡萄糖氧化酶電極用于定量檢測(cè)血清中葡萄糖的含量，這是酶生物傳感器發(fā)展的開(kāi)端。此后，酶生物傳感器經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：第一代酶生物傳感器是以氧為中繼體的電催化；第二代是基于酶介體的電催化，目前應(yīng)用最廣泛；第三代是酶與電極直接進(jìn)行電子傳遞，尚未大規(guī)模應(yīng)用。

酶生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)單元由固定化酶膜（識(shí)別元件）和基體電極（信號(hào)轉(zhuǎn)換器）構(gòu)成，當(dāng)酶膜發(fā)生酶促反應(yīng)，基體電極對(duì)產(chǎn)生的電活性物質(zhì)發(fā)生響應(yīng)，讓化學(xué)信號(hào)變成電信號(hào)，從而能準(zhǔn)確地檢驗(yàn)復(fù)雜混合物中的特定成分[5]。與傳統(tǒng)的分析技術(shù)相比，酶生物傳感器成本低、體積小、靈敏度高，能連續(xù)快速地監(jiān)測(cè)。該技術(shù)多用于食品檢驗(yàn)領(lǐng)域，如使用特定的酶生物傳感器對(duì)食品中的亞硝酸鹽進(jìn)行快速檢驗(yàn)。

2 食品酶技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在焙烤行業(yè)的應(yīng)用

在各種酶的作用下，一定程度上可以改善面粉、面團(tuán)的質(zhì)量，使面團(tuán)質(zhì)地更加柔軟、推遲老化過(guò)程，提高面粉白度、延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間。如蛋白酶可以促進(jìn)面團(tuán)快速發(fā)酵，淀粉酶能適當(dāng)延長(zhǎng)面類(lèi)物質(zhì)的老化，脂肪酸氧合酶可以分解不飽和脂肪酸，產(chǎn)生羰基化合物等香氣物質(zhì)，改良食品品質(zhì)。

2.2 在啤酒行業(yè)的應(yīng)用

在啤酒加工過(guò)程中，存在麥芽糖化不充分、黏度大、過(guò)濾率低等問(wèn)題。加入高效的復(fù)合酶制劑（β-葡聚糖酶、木聚糖酶、中性蛋白酶），可以有效降解麥汁中的黏性物質(zhì)，提高氨基氮量，提高啤酒的穩(wěn)定度；α-乙酰乳酸脫羧酶可以促進(jìn)發(fā)酵過(guò)程，減少制作時(shí)間；還可以添加脯氨酸蛋白內(nèi)肽酶，防止冷渾濁形成，維持起泡特性[6]；另外，可以添加葡萄糖氧化酶來(lái)消除溶解在啤酒和儲(chǔ)存啤酒容器內(nèi)的氧，延長(zhǎng)啤酒的保質(zhì)期。

2.3 在調(diào)味品行業(yè)的應(yīng)用

人們現(xiàn)在追求的色香味俱全離不開(kāi)食品調(diào)味料的支持，其中醬油、醋等發(fā)酵調(diào)味料占據(jù)了調(diào)味品的半壁江山。過(guò)去，使用酸法發(fā)酵的過(guò)程中很難避免有毒甚至致癌物質(zhì)的產(chǎn)生，如三氯丙醇等。隨著酶工程的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，現(xiàn)在的發(fā)酵調(diào)味品制作安全高效、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，符合國(guó)家食品質(zhì)量要求。耐高熱的α-淀粉酶能夠快速提高醬油、食醋等的生產(chǎn)過(guò)程，加速原材料中淀粉的分解，減少產(chǎn)品黏性，節(jié)約糧食成本。葡萄糖淀粉酶補(bǔ)充釀造曲中酶的不足，提高曲的糖化能力，減少了曲的用量，有助于產(chǎn)量的提高和質(zhì)量的穩(wěn)定[7]；酸性蛋白水解酶使醬醅中的氨基態(tài)氮含量增多，縮短發(fā)酵時(shí)間和促進(jìn)香氣、風(fēng)味物質(zhì)的形成；α-乙酰乳酸脫羧酶有效控制制造過(guò)程中雙乙酰的積累濃度和閾值，增強(qiáng)對(duì)調(diào)味品口感的調(diào)控能力，從而使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。

2.4 在食品保鮮中的應(yīng)用

在食品的制作和保存過(guò)程中，很容易受到各種因素的影響而變質(zhì)。為應(yīng)對(duì)食品保鮮保質(zhì)的問(wèn)題，制作商多采用添加防腐劑或高溫殺菌等辦法，但防腐保鮮劑大多為人工化學(xué)物質(zhì)，有致癌的風(fēng)險(xiǎn)，而高溫殺菌也會(huì)破壞食物的熱敏性有效成分，使食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低。酶工程技術(shù)的應(yīng)用為食品的保鮮提供了一種新的思路，如瓶裝的飲料、酸奶等，利用葡萄糖氧化酶去除瓶中的氧氣來(lái)延長(zhǎng)貨架時(shí)間；某些肉類(lèi)食品、水產(chǎn)、水果等存儲(chǔ)運(yùn)輸中易受細(xì)菌污染，可使用溶菌酶達(dá)到保鮮的效果[8]。

3 食品酶工程的安全性評(píng)價(jià)

酶在食品行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，帶來(lái)諸多便利的同時(shí)，也有著不少安全隱患。首先，酶是一種蛋白質(zhì)，跟隨食物進(jìn)入體內(nèi)，而外源性的蛋白質(zhì)會(huì)在一定程度上誘發(fā)過(guò)敏反應(yīng)。其次，生物酶制劑并不是100%安全，也存在部分致敏和有害物質(zhì)；另外，本身底物沒(méi)有毒性，但在酶的催化過(guò)程中有可能反應(yīng)生成有害物。最后，有些食品營(yíng)養(yǎng)成分在酶的作用下被破壞，導(dǎo)致食物的品質(zhì)降低。目前，我國(guó)對(duì)食品酶安全評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，這些隱患急需相關(guān)部門(mén)和人員的重視和解決。

3.1 食品酶生產(chǎn)菌株溯源

食品酶的生產(chǎn)原料的安全是保障酶制劑能夠安全發(fā)揮作用的基石。一般情況下，微生物來(lái)源的酶的安全隱患比動(dòng)植物來(lái)源的大，微生物菌種帶來(lái)的有害毒素可能具有潛在的刺激性、過(guò)敏性、致病性與致癌性，甚至可能引起突變，影響生育功能或引起胎兒畸形，因此應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)食品加工過(guò)程中使用的酶達(dá)到食品級(jí)的要求。有些未經(jīng)安全認(rèn)證的微生物產(chǎn)酶菌株，雖在選育中表現(xiàn)出良好的特性，但由于未獲得安全審批，不能直接在食品加工中使用。當(dāng)前，我國(guó)食品業(yè)中大多數(shù)微生物酶是食品級(jí)的，但部分企業(yè)無(wú)法提供其所使用酶試劑的來(lái)源，為保證我國(guó)食品安全，建立和完善食品酶生產(chǎn)菌株溯源體系刻不容緩。

3.2 食品酶安全生產(chǎn)過(guò)程控制

當(dāng)前，我國(guó)食品酶生產(chǎn)過(guò)程中暴露出很多問(wèn)題，不管是原材料的選擇較少，還是生產(chǎn)設(shè)備落后和工藝粗糙，必然造成酶的生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)不到國(guó)際要求，食品安全性無(wú)法保障。因此，研制開(kāi)發(fā)新的高效食品酶品類(lèi)、建立并完善大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)體系、搭建食品酶安全性評(píng)價(jià)平臺(tái)，是解決食品酶工程中安全隱患問(wèn)題的關(guān)鍵。

可以通過(guò)制定原材料安全選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范流程，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采購(gòu)符合食品安全要求的原材料，從源頭上遏制有害物質(zhì)進(jìn)入食物導(dǎo)致的食品安全事件的發(fā)生。同時(shí)，在制作和使用食品酶制劑的過(guò)程中，也要盡量避免有害物質(zhì)的產(chǎn)生，無(wú)法避免的情況下，也應(yīng)該及時(shí)對(duì)有害物質(zhì)如污染物、廢氣、廢水、固體廢物等進(jìn)行環(huán)保處理，減少酶制劑生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境安全的危害。

3.3 食品酶的安全制備

在食品酶的制備當(dāng)中，酶粉塵對(duì)車(chē)間操作工人的身體健康是有害的，而且粉塵釋放對(duì)大氣環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生污染，因此，要考慮向無(wú)粉塵酶制劑方向發(fā)展。此外，還要積極利用新型技術(shù)，如低溫微囊化，讓酶制劑的制備過(guò)程更安全、環(huán)保，保持食品酶的良好品質(zhì)，使酶制劑產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定且適應(yīng)性強(qiáng)，符合國(guó)家和國(guó)際食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，酶工程在食品行業(yè)的應(yīng)用程度越來(lái)越高，在食品工業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但我國(guó)在酶的安全質(zhì)量方面與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，應(yīng)積極學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的科研成果，優(yōu)化創(chuàng)新食品酶工程關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益雙贏。