食品酶工程關鍵技術及其安全性評價

汪寄宇

（上海拜朗生物科技有限公司，上海 201401）

隨著時代的進步與發展，人們的經濟與生活水平不斷提高，對食物的需求不僅僅只滿足于“吃飽”，而更加注重“吃好”的問題，食品的營養價值、安全衛生、口感等都是現代人所重點關注的。食品酶工程是將酶工程的技術理論運用到食品的生產加工中，將酶工程與食品工程有機結合，為新型食品及原材料的開發生產、技術改良及工藝改進提供了有力支持。

1 食品酶工程關鍵技術

食品酶工程的作用包括：穩定或增加營養價值；改良食品的顏色、風味、形態和質地；方便儲存；便于加工；增加食品價值和品類；批量自動生產；剔除不良成分和保護有效成分；進行食品快速、專一、高靈敏度檢測分析[1]。由于生產的食品越來越多，酶的使用范圍也越來越廣，但很多酶的成分和作用不能充分滿足食品產業需要，研制新型的食品酶、攻克技術難題是目前應該重視和解決的問題。

1.1 酶的提純與分離

食品酶工程中的基礎技術為酶的提取及分離純化。直接提高酶的產出率和保持高活性的狀態，是其他技術的應用基礎[2]。當前，分離純化的方法大致有6類。（1）沉淀分離：經加入其他物質或更改一些條件，讓酶不易溶解而從溶液中沉淀析出。（2）離心分離：依靠離心力讓質量、密度、大小不同的物質在不同的條件下分別析出。（3）過濾和膜分離：利用過濾介質過濾混合物中不同大小、形狀的物質，從而實現分離。（4）層析技術（色譜技術）：依賴物質具有不同的物理化學性質，把不同成分的化合物分開。（5）電泳分離：不同酶表面的電荷不同，根據酶的運動方向與本身所帶電荷相反、運動速度與電荷數量和分子量等固有性質相關等原理而實現分離。（6）萃取分離：根據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

固定化酶技術是經過特殊的方法，將游離酶固定在特定的載體或空間內，酶無法自由活動但結構仍然完整未被破壞。固定化酶的優點很多，如同一類型的固定化酶能反復使用很多次、連續完成自動化的生產工藝流程等[3]。酶被固定化后能與反應物快速分離，從而可以有效掌控生產過程，也可以減少不良加工條件造成的酶失活問題發生，還為研究酶動力學提供了良好的環境。目前，固定化酶的常用制作方法有吸附法、包埋法、共價結合法、結晶法、分散法和熱處理法，常見的固定化材料有無機、有機載體材料，復合載體、磁性納米材料等新型固化材料相繼問世，加快了固定化酶產業的發展。

1.3 動植物細胞培養酶技術

動植物細胞培養酶技術是利用特殊技術手段獲取優質的動植物細胞，然后在特定條件下對獲得的細胞進行體外規模化培養，從而獲得所需要的酶。蛋白酶、抗氧化酶等多從植物細胞中獲得，而胰蛋白酶、凝乳酶等一般從哺乳動物細胞中獲得。

1.4 生物酶解技術

動物蛋白質在對應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養價值，而且在酶解過程中釋放的氣體含有類似肉香氣物質，提高食品的感官品質。應用此項技術后，更利于營養物質的消化吸收，降低過敏反應的發生率。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甘薯渣進行酶解，可提取出膳食纖維等。

1.5 酶聯免疫分析技術

該技術基本原理是將抗原-抗體免疫學反應與酶學催化反應結合，以酶促反應所具有的放大作用來顯示初級免疫反應。在底物參與下，復合物上的酶催化底物，水解或氧化還原為另一種物質。由于所產生的降解底物與顯色程度呈正比，可根據顯色程度間接確定其是否存在未知抗原并計算其含量。該方法靈敏度高、特異性強，簡便快捷，應用廣泛，可以檢驗食物中殘留的藥物、重金屬、病菌等成分。

1.6 酶生物傳感器技術

1967年，Updike等[4]將葡萄糖氧化酶電極用于定量檢測血清中葡萄糖的含量，這是酶生物傳感器發展的開端。此后，酶生物傳感器經歷了3個發展階段：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，目前應用最廣泛；第三代是酶與電極直接進行電子傳遞，尚未大規模應用。

酶生物傳感器的基本結構單元由固定化酶膜（識別元件）和基體電極（信號轉換器）構成，當酶膜發生酶促反應，基體電極對產生的電活性物質發生響應，讓化學信號變成電信號，從而能準確地檢驗復雜混合物中的特定成分[5]。與傳統的分析技術相比，酶生物傳感器成本低、體積小、靈敏度高，能連續快速地監測。該技術多用于食品檢驗領域，如使用特定的酶生物傳感器對食品中的亞硝酸鹽進行快速檢驗。

2 食品酶技術的應用

2.1 在焙烤行業的應用

在各種酶的作用下，一定程度上可以改善面粉、面團的質量，使面團質地更加柔軟、推遲老化過程，提高面粉白度、延長存儲時間。如蛋白酶可以促進面團快速發酵，淀粉酶能適當延長面類物質的老化，脂肪酸氧合酶可以分解不飽和脂肪酸，產生羰基化合物等香氣物質，改良食品品質。

2.2 在啤酒行業的應用

在啤酒加工過程中，存在麥芽糖化不充分、黏度大、過濾率低等問題。加入高效的復合酶制劑（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，提高氨基氮量，提高啤酒的穩定度；α-乙酰乳酸脫羧酶可以促進發酵過程，減少制作時間；還可以添加脯氨酸蛋白內肽酶，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消除溶解在啤酒和儲存啤酒容器內的氧，延長啤酒的保質期。

2.3 在調味品行業的應用

人們現在追求的色香味俱全離不開食品調味料的支持，其中醬油、醋等發酵調味料占據了調味品的半壁江山。過去，使用酸法發酵的過程中很難避免有毒甚至致癌物質的產生，如三氯丙醇等。隨著酶工程的發展和工藝的改進，現在的發酵調味品制作安全高效、工藝簡單、生產成本低，符合國家食品質量要求。耐高熱的α-淀粉酶能夠快速提高醬油、食醋等的生產過程，加速原材料中淀粉的分解，減少產品黏性，節約糧食成本。葡萄糖淀粉酶補充釀造曲中酶的不足，提高曲的糖化能力，減少了曲的用量，有助于產量的提高和質量的穩定[7]；酸性蛋白水解酶使醬醅中的氨基態氮含量增多，縮短發酵時間和促進香氣、風味物質的形成；α-乙酰乳酸脫羧酶有效控制制造過程中雙乙酰的積累濃度和閾值，增強對調味品口感的調控能力，從而使產品質量更加穩定。

2.4 在食品保鮮中的應用

在食品的制作和保存過程中，很容易受到各種因素的影響而變質。為應對食品保鮮保質的問題，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物質，有致癌的風險，而高溫殺菌也會破壞食物的熱敏性有效成分，使食品營養價值降低。酶工程技術的應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延長貨架時間；某些肉類食品、水產、水果等存儲運輸中易受細菌污染，可使用溶菌酶達到保鮮的效果[8]。

3 食品酶工程的安全性評價

酶在食品行業中的應用越來越廣泛，帶來諸多便利的同時，也有著不少安全隱患。首先，酶是一種蛋白質，跟隨食物進入體內，而外源性的蛋白質會在一定程度上誘發過敏反應。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；另外，本身底物沒有毒性，但在酶的催化過程中有可能反應生成有害物。最后，有些食品營養成分在酶的作用下被破壞，導致食物的品質降低。目前，我國對食品酶安全評價的標準不夠完善，這些隱患急需相關部門和人員的重視和解決。

3.1 食品酶生產菌株溯源

食品酶的生產原料的安全是保障酶制劑能夠安全發揮作用的基石。一般情況下，微生物來源的酶的安全隱患比動植物來源的大，微生物菌種帶來的有害毒素可能具有潛在的刺激性、過敏性、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，因此應嚴格落實食品加工過程中使用的酶達到食品級的要求。有些未經安全認證的微生物產酶菌株，雖在選育中表現出良好的特性，但由于未獲得安全審批，不能直接在食品加工中使用。當前，我國食品業中大多數微生物酶是食品級的，但部分企業無法提供其所使用酶試劑的來源，為保證我國食品安全，建立和完善食品酶生產菌株溯源體系刻不容緩。

3.2 食品酶安全生產過程控制

當前，我國食品酶生產過程中暴露出很多問題，不管是原材料的選擇較少，還是生產設備落后和工藝粗糙，必然造成酶的生產質量達不到國際要求，食品安全性無法保障。因此，研制開發新的高效食品酶品類、建立并完善大規模自動化生產體系、搭建食品酶安全性評價平臺，是解決食品酶工程中安全隱患問題的關鍵。

可以通過制定原材料安全選擇標準規范流程，根據標準采購符合食品安全要求的原材料，從源頭上遏制有害物質進入食物導致的食品安全事件的發生。同時，在制作和使用食品酶制劑的過程中，也要盡量避免有害物質的產生，無法避免的情況下，也應該及時對有害物質如污染物、廢氣、廢水、固體廢物等進行環保處理，減少酶制劑生產環節對環境安全的危害。

3.3 食品酶的安全制備

在食品酶的制備當中，酶粉塵對車間操作工人的身體健康是有害的，而且粉塵釋放對大氣環境也會產生污染，因此，要考慮向無粉塵酶制劑方向發展。此外，還要積極利用新型技術，如低溫微囊化，讓酶制劑的制備過程更安全、環保，保持食品酶的良好品質，使酶制劑產品性質穩定且適應性強，符合國家和國際食品安全標準。

4 結語

綜上所述，酶工程在食品行業的應用程度越來越高，在食品工業中發揮著關鍵作用。但我國在酶的安全質量方面與發達國家差距較大，應積極學習國內外先進的科研成果，優化創新食品酶工程關鍵技術，實現經濟和社會效益雙贏。