葡萄糖氧化酶的催化機理及其在食品中的應用現狀

◎ 郭盧云，羅 彤

（1.湖北輕工職業技術學院，湖北 武漢 430070；2.湖北省食品質量安全監督檢驗研究院，湖北 武漢 430070）

1 葡萄糖氧化酶的催化機理

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，GOD 能專一性氧化β-D-葡萄糖生成δ-D-葡萄糖酸內酯，同時消耗一分子氧生成H2O2，氧化態GOD-FAD 作為脫氫酶從葡萄糖分子中帶走兩個H 形成還原態GOD-FADH2，隨后還原態GOD 被氧分子再氧化成氧化態GOD，葡萄糖酸內酯在水環境下轉化生成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，此時一分子GOD 氧化時消耗一原子氧[1]。

圖1 GOD 的催化機理圖

2 葡萄糖氧化酶在食品行業中的應用

2.1 葡萄糖氧化酶在烘焙食品中的應用

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特性、面團的彈性及耐機械攪拌性，提高了焙烤食品的烘焙質量。其原理是GOD 氧化面粉中葡萄糖時產生了H2O2，氧化了面筋蛋白中的巰基，形成了二硫鍵，增強了面團的網絡結構。許紅[2]通過一系列的烘焙實驗，確定了GOD 的最佳添加量為20 ～40 mg·kg-1，改良效果表現為粉質的穩定時間增加，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，并經過單因素和正交試驗得到了代替溴酸鉀的GOD 最優配方。

2.2 葡萄糖氧化酶在食品保鮮中的應用

食品在儲存運輸過程中，由于氧的作用，容易發生一系列化學反應，引起色、香、味的改變，且大部分細菌因氧的存在而繁殖生長，加快食品腐敗變質。GOD 可快速高效地去除食品中的氧，保護食品中還原性物質不被氧化破壞，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，同時產生特殊酒香。周晶晶等人[5]在百香果渾濁果汁中加入GOD 后發現，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中的應用

葡萄糖酸鈣和酸鋅口服液是補鋅的首選保健品。過去采用的事金屬催化法和發酵法生產。近年來，酶法工藝已在葡萄糖酸鹽行業內得到推廣。酶法工藝就是利用GOD 直接將葡萄糖液或淀粉糖漿轉化成葡萄糖酸，再經堿的中和作用，將其轉化成葡萄糖酸鹽系列產品。其最顯著的特點是不需要種子，免去了微生物和培養基等原、輔材料對反應體系的干擾，提高了反應產物的純度和收率，方便提取和精制，明顯縮短生產周期。李秋紅[6]等人采用GOD 在過氧化氫酶的協同作用下生產葡萄糖酸，并用流加的氧化鋅懸液進行中和，生成葡萄糖酸鋅，該工藝生產的葡萄糖酸鋅溶液經一次結晶純度可達99.6%。杜嬋娟[7]等人用固定化GOD 制備葡萄糖酸鈣，實現了GOD 的反復利用，進一步降低了成本。

3 展望

目前國內市場上銷售的GOD 主要來源于諾維信和杰能科兩家公司，而國內酶制劑企業生產的GOD 普遍存在產酶活力低、后處理工藝繁瑣、不耐熱和生產成 本高等缺點。隨著基因工程和發酵工藝的不斷提升，相信不久以后國產GOD 的產量和品質會有很大提高。固定化酶技術的發展，將進一步降低GOD 的應用成本，促進其在食品行業的快速推廣和應用。