張蓓，段小明，馮敘橋，蔡茜彤，范林林，李萌萌

(渤海大學(xué)食品科學(xué)研究院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧錦州，121013)

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，生物酶技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視。酶技術(shù)是指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi)，利用酶的催化作用進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術(shù)，是酶科學(xué)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用;酶的應(yīng)用范圍已經(jīng)遍及工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)分析、環(huán)境保護(hù)和生命科學(xué)等各個(gè)方面［1］。與化學(xué)法等傳統(tǒng)食品加工方法相比，酶技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，可以為食品加工提供更健康、環(huán)保、安全有效的解決方案［2］。為了避免酶源命名的混亂以及滿足為大量新出現(xiàn)酶命名的需要，國(guó)際上采用一個(gè)通用的酶命名和分類系統(tǒng)，此系統(tǒng)根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，將所有的酶分為氧化還原酶(oxido－reductase)、轉(zhuǎn)移酶(transferase)、水解酶(hydrolase)、裂合酶(lyase)、異構(gòu)酶(isomerase)、連接酶(ligase)等 6 大類［3］。隨著酶技術(shù)的發(fā)展，水解酶在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。文中分別介紹了水解酶技術(shù)在制備食品原輔料、改善食品品質(zhì)及食品保鮮中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，分析了存在的問題并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，旨在促進(jìn)相關(guān)研究以推動(dòng)水解酶技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展。

1 水解酶技術(shù)在食品工業(yè)中的研究現(xiàn)狀

1.1 制備食品原輔料

水解酶能夠催化底物的加水分解反應(yīng)，大部分屬于細(xì)胞外酶，在生物體內(nèi)分布最廣，數(shù)量較多;水解酶可水解糖苷鍵、肽鍵、酯鍵、醚鍵、酸苷鍵及其他C—N鍵，常見的有糖酶(carbohydrase)、蛋白酶(protease)、脂肪酶(lipase)以及核酸酶(nuclease)［3］。糖酶、蛋白酶和脂肪酶在生產(chǎn)以及改性糖類、脂類、乳制品、水產(chǎn)品、飲料和藥食同源食品等方面具有非常廣泛的應(yīng)用。由表1可知，不同的酶在制備食品原輔料時(shí)具有不同的作用條件，如酶解溫度、酶解時(shí)間、酶用量以及pH等，對(duì)此，許多研究者選取某種研究方法如單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和響應(yīng)面法等來(lái)篩選最適宜的條件，為食品原輔料的酶法工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)。

1.1.1 糖酶

糖酶主要用于制備功能性低聚糖(表1)，這是因?yàn)楹铣晒δ苄缘途厶堑姆椒ㄒ还灿?種:直接從天然原料中提取、利用酶催化的糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)行合成、天然多糖酸水解、化學(xué)合成以及天然多糖酶水解［4］。在實(shí)際應(yīng)用中，從天然原料直接提取功能性低聚糖幾乎是不可能的，因?yàn)樗鼈儩舛葮O低，而且無(wú)色、不帶電荷，只能使用先進(jìn)的分離技術(shù)進(jìn)行提取，但成本昂貴，故限制了此法的應(yīng)用［5］;多糖酸水解法獲得的水解物中糖類組分極其復(fù)雜，因此不易控制并獲得具有特定結(jié)構(gòu)的功能性低聚糖;對(duì)于化學(xué)合成法而言，它需要復(fù)雜而冗長(zhǎng)的保護(hù)和去保護(hù)步驟才能達(dá)到選擇性的控制合成特定低聚糖的目的，而且得率低較低，很難實(shí)現(xiàn)低聚糖的規(guī)模性生產(chǎn)［6］。而利用酶技術(shù)生產(chǎn)功能性低聚糖，無(wú)論是酶法水解還是酶法合成，都能在不需要基團(tuán)保護(hù)的溫和條件下進(jìn)行具有立體和區(qū)域選擇性的反應(yīng)［6］。從食品工業(yè)角度來(lái)看，作為一種大量使用的功能性原料，低聚糖的生產(chǎn)成本是一個(gè)不可忽視的因素，因此酶法生產(chǎn)功能性低聚糖是一種較理想的方法。

此外，糖酶在啤酒的制備過(guò)程中也具有一定的作用(表1)。在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中，高濃度釀造工藝與傳統(tǒng)釀造方法相比，可以在不增加糖化和發(fā)酵設(shè)備的基礎(chǔ)上大幅度地提高啤酒的產(chǎn)量［7］，而通過(guò)在麥汁煮沸結(jié)束前加入部分麥芽糖漿的方法制備高濃麥汁，可以簡(jiǎn)化麥汁過(guò)濾工藝，且不影響麥汁質(zhì)量［8］。真菌淀粉酶可以從淀粉內(nèi)部切割α－1，4糖苷鍵并繞過(guò)α－1，6糖苷鍵繼續(xù)作用，所以最終糖化液中麥芽糖含量可達(dá)50%左右而不會(huì)有大分子極限糊精殘留［9］。

1.1.2 蛋白酶

蛋白酶主要用于水產(chǎn)品深加工(表1)。在海洋捕撈中，低值魚和小雜魚一直占有較大的比例，隨著人們生活水平的提高，二者的直接食用價(jià)值越來(lái)越低，應(yīng)用水解酶技術(shù)生產(chǎn)濃縮水解魚蛋白則是水產(chǎn)品綜合利用的一條新途徑［1］。水解動(dòng)物蛋白可以作為食品添加劑而用于肉制品、乳制品、保健食品、果奶飲料以及味精中，以達(dá)到增強(qiáng)風(fēng)味及穩(wěn)定性，提高制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，延長(zhǎng)保質(zhì)期等目的［10］。除此之外，蛋白酶也可用于貝類產(chǎn)品中制備海鮮調(diào)味料，用于蝦中制備甲殼素，所以蛋白酶有助于改變水產(chǎn)品加工工業(yè)及改進(jìn)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有加工方法，促進(jìn)水解酶技術(shù)在水產(chǎn)品工業(yè)中的應(yīng)用。

1.1.3 脂肪酶

由表1可知，用于制備脂類物質(zhì)的脂肪酶主要是固定化脂肪酶(immobilized lipase)，脂肪酶的固定化方法與其它酶大致相同，可以分為包埋法、吸附法、共價(jià)結(jié)合法以及交聯(lián)法等;經(jīng)過(guò)固定化的酶，穩(wěn)定性增加，易于從反應(yīng)系統(tǒng)中分離且反應(yīng)條件易于控制，便于運(yùn)輸和貯存，能反復(fù)連續(xù)使用，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)［11］。脂肪酶使許多脂類物質(zhì)的制備成為可能，如1，3－特異脂肪酶(1，3－specific lipase)具有獨(dú)特的位點(diǎn)識(shí)別功能，可以催化棕櫚油與硬脂酸發(fā)生反應(yīng)以提高產(chǎn)物的性能，從而得到與可可脂有相似性質(zhì)的脂肪［12］;脂肪酶可以通過(guò)酶法酯交換技術(shù)將各種植物油用制成人造奶油基料油，不僅能夠改善油脂的功能特性，而且可以根據(jù)不同人群的需要，在人造奶油中引入特殊脂肪酸，使人造奶油更加營(yíng)養(yǎng)、健康［13］。

表1 水解酶在食品生產(chǎn)中的若干應(yīng)用實(shí)例Table 1 Several examples of hydrolase application in producing food

1.2 改善食品品質(zhì)

通過(guò)在食品加工過(guò)程中添加一些種類的酶，可以使產(chǎn)品的顏色、風(fēng)味、質(zhì)地以及穩(wěn)定性得到優(yōu)化，從而改善食品的品質(zhì);另外，可以采用酶處理一些含有難消化成分的食品，從而改善這類食品的營(yíng)養(yǎng)和消化利用性能［10］。從目前報(bào)道的研究結(jié)果來(lái)分析，研究人員主要采用單因素及正交試驗(yàn)通過(guò)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)優(yōu)化食品品質(zhì)改良工藝(表2)。

用于改善食品品質(zhì)的酶主要有糖酶、蛋白酶以及少量的脂肪酶和其他類酶(表2)。其中糖酶和脂肪酶均可用于焙烤制品中，通過(guò)改善食品的流變特性等性質(zhì)來(lái)提高面團(tuán)的焙烤性能，但二者作用機(jī)理及效果不同。用于改善面團(tuán)品質(zhì)的糖酶主要是淀粉酶，其中葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)能將淀粉全部水解為葡萄糖，降低面團(tuán)發(fā)酵時(shí)間，改善面包顏色、組織結(jié)構(gòu)與柔軟度;麥芽糖淀粉酶(maltose amylase)可水解直鏈淀粉和支鏈淀粉生成α－麥芽糖和少量糊精，具有抗老化、增加面包柔軟度和延長(zhǎng)貨架期的作用;由于細(xì)菌淀粉酶(bacterial amylase)可以在焙烤時(shí)仍保持較高的酶活，而產(chǎn)生過(guò)量的可溶性糊精，致使最終產(chǎn)品發(fā)粘，因此要嚴(yán)格控制添加量;與細(xì)菌淀粉酶相反，真菌淀粉酶(fungal amylase)的熱穩(wěn)定性較差，大部分在淀粉開始糊化前已失活，故對(duì)淀粉的作用率較低［29］。面團(tuán)中的脂類物質(zhì)受脂肪酶作用后，能夠均勻地包裹住吸水脹大的淀粉顆粒，防止烘烤過(guò)程中水分散失;除此之外，因谷蛋白決定面團(tuán)彈性和粘合性，谷蛋白多時(shí)，面團(tuán)筋力就強(qiáng)，脂肪酶能夠通過(guò)與甘油三酯作用而阻止其與谷蛋白結(jié)合，從而起到增筋作用;另外，甘油三脂的水解有利于磷脂的形成，使面筋網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng);脂肪酶不僅能夠提高面團(tuán)筋力，改善面粉蛋白質(zhì)流變學(xué)特性，還增強(qiáng)面團(tuán)強(qiáng)度和耐攪拌性，及面包入爐急脹能力，使面包組織細(xì)膩均勻、面包芯更柔軟、延緩老化［30］。

另外，糖酶和蛋白酶常被用于啤酒生產(chǎn)工藝中，用于改善麥汁的黏度和濁度，提高啤酒的非生物穩(wěn)定性:糖酶中的β－葡聚糖酶可作用于β－葡聚糖的β－1，3和1，4糖苷鍵，使β－葡聚糖分解成還原糖和寡糖;在糖化階段加入β－葡聚糖酶可以有效的預(yù)防β－葡聚糖渾濁的產(chǎn)生［31］。添加蛋白酶可以改變啤酒中蛋白質(zhì)的電性或?qū)⑵浞纸?，使之不與多酚物質(zhì)結(jié)合，能有效地提高啤酒的非生物穩(wěn)定性，常見的蛋白酶有木瓜蛋白酶(papain)和生姜蛋白酶(ginger protease)。生姜蛋白酶是一種硫醇蛋白酶，它可以使啤酒中的大分子蛋白質(zhì)和蛋白類色素等物質(zhì)分解為具有較高穩(wěn)定性且能與考馬斯亮藍(lán)呈色的多肽和氨基酸等物質(zhì)，從而提高啤酒的澄清度［32］。木瓜蛋白酶是從番木瓜果汁中提取出來(lái)的一種純天然的蛋白酶，具有活性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、耐高溫、對(duì)pH和金屬離子濃度變化不明顯等特點(diǎn)［33］。將木瓜蛋白酶用于冷凍貯藏的啤酒中，可水解啤酒中的蛋白質(zhì)和一些已經(jīng)形成的復(fù)合物，在生成大量的多肽或氨基酸的同時(shí)，保證啤酒澄清度，改善啤酒口感，提高啤酒營(yíng)養(yǎng)價(jià)值［32］。

表2 水解酶在改善食品品質(zhì)中的若干應(yīng)用實(shí)例Table 2 Several examples of hydrolase application in improving food quality

1.3 水解酶技術(shù)在食品保鮮中的應(yīng)用

現(xiàn)有的食品保鮮技術(shù)主要有冷藏、氣調(diào)保藏和輻射保藏等方法，但這些方法設(shè)備昂貴、成本高;而利用自然冷資源進(jìn)行保鮮雖然可以有效地降低成本，但受到地理位置的限制，尚未得到大面積的應(yīng)用［46］;利用化學(xué)保鮮劑對(duì)食品進(jìn)行保鮮會(huì)造成較多的化學(xué)物質(zhì)殘留，因此尋找一種既經(jīng)濟(jì)又安全的保鮮方法是研究者們面臨的一大課題。酶制劑本身無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)臭［47］，將其作為食品添加劑應(yīng)用于食品保鮮中，可以大大的提高食品的安全性。應(yīng)用于食品保鮮中的水解酶主要是溶菌酶以及部分的異淀粉酶和脂肪酶。

1.3.1 溶菌酶在食品保鮮中的應(yīng)用

溶菌酶(EC3.2.1.17)是一種食品級(jí)抑菌酶，在控制食品腐敗菌方面具有的獨(dú)特的作用，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌作用最為明顯;溶菌酶具有廣泛的的pH和溫度耐受范圍，因此可以作為一種安全的食品防腐劑應(yīng)用于食品保鮮中［48］。從目前報(bào)道的研究結(jié)果來(lái)看，溶菌酶主要用于肉制品、水產(chǎn)品以及乳制品的食品保鮮中，研究人員采用的研究方法主要是單因素及正交試驗(yàn)，并通過(guò)感官特性、微生物指標(biāo)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB－N)、硫代巴比妥酸含量(TBA)以及pH等指標(biāo)來(lái)優(yōu)化保鮮工藝(表3)。

表3 溶菌酶在食品保鮮中的若干應(yīng)用實(shí)例Table 3 Several application examples of lysozyme in food

溶菌酶是一種無(wú)毒、無(wú)害、安全性高且具有一定的保健作用的蛋白質(zhì)，不僅可以延緩食物變質(zhì)，還能延長(zhǎng)食物貨架期。肉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，水分活性高，是微生物繁殖的良好基質(zhì)，因此將溶菌酶用于肉制品保鮮中將具有很大的應(yīng)用前景［49］。由表3可知，使用溶菌酶作為保鮮劑的肉制品大致可以分為鮮肉、冷卻肉和成品及半成品肉3類，而且溶菌酶基本不單獨(dú)用于肉類制品的保鮮，這是因?yàn)殡m然溶菌酶可以分解革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌中的枯草桿菌和耐輻射微球菌等，但是對(duì)酵母菌、霉菌的作用較弱，因此復(fù)合保鮮劑的使用可以對(duì)食品腐敗菌起到較好的抑制作用，大大延長(zhǎng)肉制品的貨架期［50］。

水產(chǎn)品及其制品蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量低，極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，為了確保原料的新鮮度，在水產(chǎn)品生產(chǎn)加工、貯運(yùn)過(guò)程中普遍添加防腐劑，而GB 2760－2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)－增補(bǔ)》中對(duì)溶菌酶的適用范圍和用量作了相應(yīng)的規(guī)定，因此將溶菌酶應(yīng)用于水產(chǎn)品防腐保鮮具有很大的發(fā)展前景［50］。從目前報(bào)道的研究結(jié)果來(lái)分析，溶菌酶在水產(chǎn)品防腐保鮮中的應(yīng)用主要有單一溶菌酶保鮮劑和復(fù)合溶菌酶保鮮劑兩種方式(表3)，單一保鮮劑所需材料少，制備工藝簡(jiǎn)單，便于大型工業(yè)化生產(chǎn)，但這同時(shí)也限制了它保鮮性能，即抑菌譜較窄;而復(fù)合保鮮劑根據(jù)柵欄理論，將具有不同抑菌功能的保鮮劑組合，達(dá)到協(xié)同增效的目的，但制備工藝復(fù)雜。

乳品在加工、運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中，常受到氧、微生物、溫度、濕度和光線等因素的作用而導(dǎo)致色、香、味以及營(yíng)養(yǎng)成分等發(fā)生變化，因此如何在乳品加工、運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中盡可能的保留其原有的品質(zhì)和特性是一個(gè)至關(guān)重要的的問題［47］，而溶菌酶保鮮作為一種新型的保鮮技術(shù)正引起人們的極大關(guān)注。溶菌酶在乳制品中主要用于奶粉、液態(tài)奶以及干酪的保鮮中，用于奶粉中的溶菌酶要在噴霧干燥之后加才會(huì)發(fā)揮較好的抑菌效果，最適添加量為500 mg/L;而用于液態(tài)奶以及干酪中的溶菌酶通常與其它物質(zhì)復(fù)合使用，以增加抑菌性能(表3)。

1.3.2 異淀粉酶在食品保鮮中的應(yīng)用

異淀粉酶(EC3.2.1.68)能夠?qū)Ｒ恍缘姆纸馓窃爸ф湹矸壑刑幱谥Р娴匚坏摩粒?，6糖苷鍵，從而形成直鏈淀粉和寡聚糖［68］。直鏈淀粉易凝結(jié)成塊而形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠物質(zhì)，常以薄膜的形式應(yīng)用于食品保鮮，這種薄膜對(duì)氧氣和油脂有良好的阻隔性，且涂布性好，適于作為產(chǎn)品的保護(hù)層［69］。朱香云［70］用異淀粉酶處理成膜基質(zhì)淀粉，在與對(duì)照組厚度相同的條件下，拉伸強(qiáng)度減少80.81%，斷裂伸長(zhǎng)率和醛基含量分別增加了1210.66%和0.442 mol/g。因此，將異淀粉酶應(yīng)用于以淀粉為成膜基質(zhì)的食品保鮮膜的生產(chǎn)是可行的。

1.3.3 脂肪酶在食品保鮮中的應(yīng)用

脂肪酶(EC3.1.3.3)在動(dòng)植物組織及微生物中普遍存在，是最早研究的兩類酶之一，至今已有上百年的歷史，按底物專一性可分為非專一性脂肪酶(non－specific lipase)、1，3－專一性脂肪酶(1，3－specific lipase)、脂肪酸專一性脂肪酶(fatty acid－specific lipase)三類，可催化酯化、轉(zhuǎn)酯、酯交換及對(duì)映體拆分等化學(xué)反應(yīng)［71］。目前脂肪酶已經(jīng)廣泛地用于制備油脂和改善面團(tuán)焙烤品質(zhì)等食品加工中，而在食品保鮮方面脂肪酶主要用于水產(chǎn)品以及焙烤制品的保鮮中。海洋中的中上層魚類，如鯖魚、鮐魚等，由于脂肪含量較高的，因此在保鮮、加工和銷售過(guò)程中極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，而脂肪酶可以對(duì)這些魚進(jìn)行部分脫脂，延長(zhǎng)魚產(chǎn)品的貯藏期［72］。福建師范大學(xué)研制的脫脂鰭魚片和寧波大學(xué)開發(fā)的脫脂大黃魚等，均是水解魚中的部分脂肪，從而達(dá)到延長(zhǎng)魚類產(chǎn)品貯藏期的目的［73］。在生面團(tuán)中加入脂肪酶可以水解部分三甘酯，達(dá)到增加單甘酯含量，延長(zhǎng)面包保質(zhì)期的作用［71］。另外，面包在貯藏過(guò)程會(huì)由于老化而導(dǎo)致食用品質(zhì)下降，面包的老化機(jī)理極其復(fù)雜，目前主要有三種推理:淀粉重結(jié)晶、面包內(nèi)水分遷移損失以及蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用［74］。張巒［74］采用一種新型重組華根霉脂肪酶(Rhizopus chinensis lipase，RCL)處理面團(tuán)，通過(guò)測(cè)量面包芯硬度的變化以及面包內(nèi)淀粉重結(jié)晶的程度來(lái)研究面包的老化情況，TPA和DSC實(shí)驗(yàn)表明，RCL能夠顯著降低面包的老化速度，具有較好的抗老化效果。

2 水解酶技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用中存在的問題及解決方法探討

綜上所述，水解酶技術(shù)已經(jīng)給食品工業(yè)帶來(lái)了極大的革新和進(jìn)步，許多食品方面的難題都因水解酶技術(shù)的應(yīng)用而得到了解決，但由于酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的活性成分，因此由于各種因素的限制而使其在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的困難。

2.1 不易回收且難于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)

自由酶反應(yīng)通常在溶液中進(jìn)行，反應(yīng)后殘留在溶液系統(tǒng)中而難以實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的生化分離提純操作;另外，自由酶反應(yīng)只能分批進(jìn)行，難于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化操作，這極大地阻礙了水解酶技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用;而將酶固定在特定的載體上可以限制酶的運(yùn)動(dòng)，便于將酶從反應(yīng)系統(tǒng)中回收及進(jìn)行連續(xù)化自動(dòng)化操作［75］;但由于酶要經(jīng)過(guò)分離、固定化等處理，因此固定化酶也具有一些缺陷:(1)在固定化過(guò)程中，酶活力會(huì)損失，其中胞內(nèi)酶在預(yù)分離過(guò)程中損失較大;(2)成本高，初期投資大;(3)應(yīng)用范圍較窄，只能用于水溶性底物，特別是小分子底物，大分子底物基本無(wú)法進(jìn)行反應(yīng);(4)不適用于多酶反應(yīng)，部分酶還需要輔助因子協(xié)助才可以使反應(yīng)有效進(jìn)行;因此當(dāng)開發(fā)新的固定化酶工藝時(shí)，要考慮酶的成本及穩(wěn)定性、載體的價(jià)格、固定化工藝及下游工程，當(dāng)采用固定化酶工藝總體效果優(yōu)于化學(xué)工藝時(shí)，可以考慮使用前者［76］。

2.2 穩(wěn)定性差

絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，其最大的缺點(diǎn)就是不穩(wěn)定，分為化學(xué)不穩(wěn)定和物理不穩(wěn)定兩種形式;其中化學(xué)不穩(wěn)定是由于氨基酸殘基的修飾或變化引起的，物理不穩(wěn)定主要涉及由酸、堿、熱及有機(jī)溶劑引起的蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)的變化［77］。而酶經(jīng)過(guò)固定化后穩(wěn)定性一般均有所提高，對(duì)抑制劑和蛋白酶敏感性降低，對(duì)溫度和 pH適應(yīng)范圍增大［75］。我們也可以在具有較高穩(wěn)定性的物質(zhì)中提取控制穩(wěn)定性的基因，并通過(guò)基因工程技術(shù)開發(fā)出具有較高穩(wěn)定性的酶;另外，極端酶對(duì)物理不穩(wěn)定性因素也具有較高的耐受能力。

2.3 基礎(chǔ)研究不足

水解酶技術(shù)對(duì)操作條件要求嚴(yán)格，為使水解酶在工業(yè)化生產(chǎn)中發(fā)揮最大作用，必須綜合考慮酶的濃度、溫度、pH、作用時(shí)間、底物濃度等因素的影響;同時(shí)，某些物質(zhì)能夠作為激活劑使酶的活性增強(qiáng)，某些物質(zhì)能夠作為抑制劑使酶的活性降低;例如，氯化鈉為唾液淀粉酶的激活劑，硫酸銅為該酶的抑制劑;但激活劑與抑制劑并不是絕對(duì)的，某些物質(zhì)在低濃度時(shí)為某種酶的激活劑，在高濃度時(shí)反而成為該酶的抑制劑，例如氯化鈉達(dá)到1/3飽和濃度時(shí)則為唾液淀粉酶的抑制劑［78］。因此，我們應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)所需酶基礎(chǔ)理論的研究，對(duì)于開發(fā)新酶種、菌種選育、提高酶活、確立有利于降低成本的工藝條件等核心技術(shù)體系進(jìn)行進(jìn)一步完善。

3 水解酶在食品領(lǐng)域中的發(fā)展前景與趨勢(shì)

酶技術(shù)是一種源于自然界自身的技術(shù)，它在食品工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)充分反映了21世紀(jì)食品添加劑與食品工業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。隨著基因工程等新技術(shù)的發(fā)展，酶工程應(yīng)用潛力有望進(jìn)一步發(fā)揮［2］。

3.1 深入研究開發(fā)極端酶，擴(kuò)大水解酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍

在食品工業(yè)中存在著很多的極端環(huán)境，如高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿以及高滲等，普通酶的活力在這樣的環(huán)境中通常會(huì)降低甚至喪失，因此開發(fā)出能在極端環(huán)境下起生物催化作用的酶是人們一直以來(lái)需要解決的問題［79］。極端酶(extremozymes)主要來(lái)源于嗜極菌(extremophiles)，是這類微生物生存和繁衍的基礎(chǔ)，它能耐受食品生產(chǎn)過(guò)程中的一些“極端”條件，發(fā)揮一般生物酶所不具備的催化特性［72］。如嗜熱酶(thermophile enzymes)克服了中溫酶及低溫酶在反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而使許多化學(xué)反應(yīng)在高溫下能夠高效穩(wěn)定地進(jìn)行［80］。極端酶的研究，極大地拓寬了人們對(duì)酶特性的認(rèn)識(shí)和生物催化劑的應(yīng)用范圍。但是極端酶的結(jié)構(gòu)、功能與穩(wěn)定機(jī)制之間的關(guān)系尚不清楚，隨著研究的深入及DNA重組技術(shù)的利用，相信極端酶的開發(fā)和應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)誘人的前景。

3.2 水解酶技術(shù)與基因工程技術(shù)相結(jié)合

應(yīng)用基因工程技術(shù)創(chuàng)造高活性的新酶源是水解酶技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。DNA重組技術(shù)對(duì)酶工業(yè)的滲透，導(dǎo)致了酶工業(yè)的迅速發(fā)展:纖維素酶的基因克隆始于1970年左右，迄今為止，已經(jīng)報(bào)道和公布了7000多個(gè)纖維素酶基因序列和相應(yīng)的氨基酸，這其中有500多個(gè)纖維素酶的3D結(jié)構(gòu)被預(yù)測(cè)［81］;通過(guò)基因工程合成的水生動(dòng)物重組溶菌酶不僅能夠溶解常見的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，還能夠溶解經(jīng)常引起水產(chǎn)動(dòng)物嚴(yán)重病害的革蘭氏陰性菌，因此可以將重組海參溶菌酶應(yīng)用于水生動(dòng)物病害的防治及提高自身的免疫力［82］。酶的體外定向進(jìn)化(實(shí)驗(yàn)分子進(jìn)化，experimentally molecular evolution)，是通過(guò)易錯(cuò) PCR、DNA等改組方法，在酶結(jié)構(gòu)和功能未知的條件下模擬自然進(jìn)化過(guò)程，對(duì)酶基因進(jìn)行隨機(jī)誘變、重組，最終篩選出合理的突變酶的一種方法，該技術(shù)能夠提高酶的催化能力、抗熱性以及穩(wěn)定性［83］。這方面的工作值得更多的投入，與之配套的反應(yīng)模型和快速檢測(cè)方法的建立是重要的環(huán)節(jié)。為了更好地利用自然界中豐富的水解酶資源，人們對(duì)水解酶的基因工程研究還在繼續(xù)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，會(huì)有大量的水解酶基因被克隆，更先進(jìn)的基因操作技術(shù)將被發(fā)明。

3.3 改進(jìn)水解酶的加工技術(shù)

除水解酶種類的開發(fā)外，在酶的加工技術(shù)方面也期望有新的突破。在酶的加工反應(yīng)中，為了使水解酶能夠充分發(fā)揮它的催化能力，可以采用一些新的處理方法:(1)加速固定化酶技術(shù)的研究與應(yīng)用，提高固定化酶的再生活性;(2)深入研究酶制劑膠囊化技術(shù)，盡可能保持酶活性的穩(wěn)定;(3)利用基因工程對(duì)受體酶DNA核苷酸序列進(jìn)行重新編碼，獲取活性高、熱穩(wěn)定性好、pH適用范圍廣的新酶源［84］。同時(shí)，水解酶新型反應(yīng)體系及相關(guān)生物反應(yīng)器的建立與研究同樣是水解酶技術(shù)面向產(chǎn)業(yè)化的重要課題。隨著水解酶加工技術(shù)的不斷改進(jìn)與發(fā)展，水解酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用潛力將有望進(jìn)一步發(fā)揮。

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