漆酶在食品工業中的應用與研究進展

潘志恒，岳，孫勇民，劉 鵬

（天津現代職業技術學院，天津 300350）

漆酶在食品工業中的應用與研究進展

潘志恒，*岳，孫勇民，劉 鵬

（天津現代職業技術學院，天津 300350）

漆酶在食品工業中的應用范圍不斷擴展，研究日漸深入。通過對該領域的眾多成果進行整理，對漆酶在作為食品、飲料加工中的添加劑、測定飲料中某些化合物、食品工業廢水處理等方面的重要作用進行了分類綜述，展示了漆酶良好的發展前景。

漆酶；食品；應用

0 引言

漆酶（Laccase）是一種結合多個Cu2+的糖蛋白酶，酶的命名和分類號為EC 1.10.3.2，學名應為對二酚∶二氧氧化還原酶，屬于氧化酶的藍銅家族。它們廣泛地存在于自然界中，植物及幾乎所有的真菌中都有。這一類酶最初發現于漆樹的樹脂中，也因此得名。典型的真菌漆酶是胞外蛋白，大小約為60～70 kDa，等電點約為pH值4.0。漆酶通常是被糖化，含有大概10%～25%糖化基團，只有在少數情況下高于30%［1-2］，這也可能是漆酶穩定性高的原因［3］。不同漆酶的作用范圍也不盡相同，據目前統計，漆酶可催化的不同類型底物己達250個。目前，隨著對漆酶催化性能研究的不斷深入，國內外漆酶應用范圍也在不斷擴大，包括食品、造紙、環保、醫藥、紡織等領域［4］。在過去的幾十年中，由于其氧化木質素酚醛樹脂和非酚類化合物以及非常頑固的環境污染物能力受到研究者的極大關注。漆酶作為食品添加劑在食品和飲料加工中具有巨大潛力，并在節能、生物降解、基于漆酶的生物催化劑方面，與環保產業發展有相當的契合點。本文綜述了漆酶在食品工業中的應用和研究進展。

1 漆酶在食品工業中的應用

很多漆酶底物，如碳水化合物、不飽和脂肪酸、酚類化合物、含巰基的蛋白質，是各種食品和飲料的重要組成部分。應用漆酶可改善食品成分的功能，提高品質、降低成本。

1.1 作為食品、飲料加工中的添加劑

漆酶可以應用于調整食物或飲料的顏色外觀。

1.1.1 在葡萄酒中的應用

漆酶可以提高葡萄酒穩定性，是其在食品工業中主要應用之一。葡萄酒是一種含有乙醇、鹽類、有機酸和酚類等成分的復雜混合物。酚類的存在是葡萄酒風味和顏色改變的重要因素，為了去除多酚，同時避免葡萄酒感官特性的改變，Tanrioven D等人［5］用漆酶將葡萄酒中的多酚去除取得不錯效果［5］。漆酶可以將多酚類物質氧化并聚合，然后沉淀，通過過濾的方法即可除去。此外，漆酶已被應用于制備處理酒瓶的軟木塞［6］，用于氧化、降低由于瓶塞頻繁地接觸葡萄酒帶來的澀味。

1.1.2 在啤酒中的應用

啤酒經過長時間貯藏后，往往會形成渾濁，其中的原因是多方面因素造成的，如形成渾濁的內在潛力、氧含量和溫度。生產貯藏啤酒過程中產生了少量的花色素和其前體多酚類，這些物質常常使蛋白質變性產生沉淀，從而形成混濁。傳統方法是用聚乙烯吡咯烷酮除去多酚類，但由于后續處理聚乙烯吡咯烷酮也是較復雜的工藝，并且對人體及環境均帶來不利影響。因此，采用多酚氧化酶（如漆酶）是一種較好新方法，已經有多個研究者進行了相關研究。同時，漆酶也可以用于在啤酒生產過程結束階段氧氣的去除。Petersen等人［6］在成品啤酒中添加了漆酶，去除了剩余的氧氣，從而延長了啤酒的貯藏時間。

1.1.3 在果汁加工中的應用

果汁中自然存在的酚類及其氧化產物能夠影響果汁飲料特有的風味和色澤，因此果汁飲料中酚類的含量是一個很重要的檢測指標。通過酶分析法和Folin-Ciocalteu法分析總酚類，可以得到果汁中酚類的含量和漆酶的線性關系。多酚與蛋白質相互作用是果汁中沉積物的形成關鍵因素，因此果汁要保持品質穩定就要延緩蛋白質和多酚相互作用形成沉淀而引起渾濁［7-8］。Cantarelli和Giovanelli［9］使用突變漆酶處理黑葡萄原汁，結果表明總多酚含量減少了50%，并且比物理-化學方法處理的果汁穩定性更高。漆酶在過濾工藝結合使用顯示了更好的結果，Ritter和Maierg等人［10-11］聯合漆酶和超濾的方法獲得品質穩定的蘋果汁，相比傳統的加入抗壞血酸和硫酸鹽方法，大大改善了果汁的顏色和風味，并提高了品質穩定性。此外，Stutz［12］應用漆酶和超濾技術生產出了顏色更淡、穩定性更高的果汁。Artik等人［13］研究了漆酶在酸櫻桃汁生產中的應用，他們發現果汁在50℃加熱6 h時加入漆酶處理1 h，再通過 20 kDa的濾膜過濾后，酚的含量減少了70%左右。喬曉蘭等人［14］發現在蘋果汁處理過程中，加入1.5%的漆酶，45℃酶解40 min，總酚含量大大減少，含量僅為2.98 mg/L。

1.1.4 在烘烤食品中的應用

漆酶在烘烤應用主要是由于其交聯聚合物能力。據報道，在烘焙中使用漆酶可以增加面團的機械強度、穩定性和降低的黏性，從而改善面團的機械加工性。此外，漆酶還可以增加和改進面團的結構及烘焙產品柔軟度［15］。漆酶氧化面筋蛋白中的巰基為二硫鍵使面筋蛋白發生交聯，從而改善面團的功能性質。

1.1.5 在食品感官品質提高中的應用

食品理化性質發生變化會影響食品品質，漆酶在氣味控制、品質提高等方面有不少的應用。

Takemori等人［16］將可可豆用云芝所產的粗漆酶浸泡、干燥、烘干后，制作的巧克力味道明顯改善，其原因是漆酶處理可以增加巧克力的香氣和味道，并去除苦味等不良味道；也可以用漆酶處理其他食物產品（如果汁、湯、精礦、原漿、膏和醬汁），使這些食品里面的含氧量減少。Tsuchiya R等人［17］使用重組菌種Myceliophthora thermophilum產生的漆酶和綠原酸來減少半胱氨酸的惡臭，處理組呈微弱的氣味而未處理的對照組帶有很強的H2S氣味，高效液相色譜法分析表明，該法減少了超過50%的半胱氨酸。Bouwens等人［18］用漆酶處理茶基產品，增強了茶基產品的顏色。同樣在切碎的橄欖和橄欖水混合物中添加Trametes villosa產生的漆酶，大大降低了苦味，同時還改善色澤。

1.1.6 在糖用甜菜果膠凝膠化中的應用

糖用甜菜果膠是從甜菜渣中提取出的一種多糖，作為一種功能性食品成分，具有優越的乳化機能，能夠形成熱可逆凝膠，然則其乳液的穩固性較差。酈金龍等人［19］研究了過氧化物酶和漆酶催化甜菜果膠間交聯的反應條件，結果表面二者在水相中均可催化甜菜果膠間形成共價交聯，但是過氧化物酶需加入過氧化氫，而漆酶可以直接利用產品中的氧，且形成交聯后不可逆，在加熱時可以保持穩定。Norsker等人［20］分析了漆酶和過氧化物酶在午餐肉和牛奶等食品中的作用，他們發現漆酶作為午餐肉的膠凝劑比過氧化物酶效果更好；但在牛奶中，因氧化了短鏈脂肪酸，從而導致了牛奶嚴重變味。此外，在許多國家禁止將雙氧水添加到食品，因此無法使用過氧化物酶作為膠凝劑。所以，漆酶是更理想的食品凝膠劑。

1.2 測定飲料中某些化合物

漆酶可用于食品各項參數的測定，而且對檢測系統的處理過程也有應用，特別是基于漆酶的各種傳感器，可以檢測各類食物產品（如葡萄酒、啤酒和茶）中的多酚類物質，在漆酶的氧化過程中，氧氣是第二底物，不會形成非產物型的酶-底復合物，使測定結果更加準確。Ghindilis等人［21］用固定化漆酶制成高活力穩定的傳感器，用于茶葉加工過程中兒茶酚含量的檢測。Montereali等人［22］通過基于酪氨酸酶和漆酶的生物傳感器，檢測葡萄汁和葡萄酒中多酚的含量。Di M Fusco等人［23］研究了基于T.versicolor和T.hirsutaL來源的漆酶生物傳感器，進行了葡萄酒中多酚含量的測定，結果表明生物傳感器的性能依賴于漆酶源，T.hirsutaL來源的漆酶測定多酚酯結果跟Folin-Ciocalteu法測定接近，而T.versicolor來源的漆酶則有所不同。Ibarra-Escutia P等人［24］開發和優化基于漆酶的生物傳感器檢測酚醛化合物在茶湯中的含量，結果表現出優異的穩定性和良好的性能，響應時間短、靈敏度高、穩定性好，并且制造工藝簡單，可以用于沒有任何預處理樣品酚含量的準確測定。陳曉東［25］制作漆酶生物傳感器，具有高穩定性、良好的重現性和選擇性，可高靈敏地檢測實際水樣中的鄰苯二酚，靈敏度高達1.626 μA/μM。婁童芳［26］制備了漆酶電化學傳感器，能夠靈敏地檢測水體中鄰苯二酚和對苯二酚的含量，檢出限分別為4.0× 10-6mol/L和2.7×10-6mol/L。

1.3 食品工業廢水的生物修復

由于環境不斷惡化，現在政府對污染控制變得越來越嚴格，食品工業需要更先進的廢水處理技術。由于酚類化合物（如苯酚和芳香胺）在飲用和灌溉用水中是一個重大的對健康和環境產生危害的因素，而漆酶可以很好地降解酚類化合物。利用有機凝膠固定化漆酶后，可以很好去除水體中的酚類，并很容易回收利用。啤酒廠廢水特別是酒精糟液里含大量多酚，廢液氧化后顏色為深褐色。大部分酒精糟液的有機物可以通過常規的厭氧耗氧消化減弱，但顏色仍較難被消除。這些廢水染物遮擋了陽光透入河水，從而阻斷了光合作用并引起水體富營養化。Strong和Burgess［27］研究了真菌和漆酶修復不同酒廠廢水的功能，他們發現真菌培養在去除這些總酚類化合物和顏色性能較好，比單獨的漆酶效果要好。油橄欖壓榨廢水是橄欖油生產特征副產品，包含大量的酚類化合物（多達10g/L）［28］。Martirani等人［29］在阿布魯佐橄欖油工廠收集了油橄欖壓榨廢水，用純化的漆酶處理后其酚含量顯著降低（高達90%），但對蠟樣芽孢桿菌的測試時，沒有觀察到毒性的降低。Gianfreda等人［30］表明來自Cerrena unicolor的漆酶能夠氧化油橄欖壓榨廢水中不同酚類物質，漆酶處理24 h后，酚類含量降低了60%～100%。

2 未來的趨勢和前景

本文綜述了漆酶在食品行業的幾個領域具有很大發展的潛在應用。然而，大規模應用漆酶的局限性之一是迄今難以低成本生產大量的高活性漆酶，最近有學者正在探討使用廉價原料生產漆酶。另外，一個新興的領域就是如何高效環保地處理食品加工工業廢水及其他工業廢水，利用漆酶去除廢物及其去營養化的能力將是一個特別有潛力的應用，也是漆酶最新研究的熱點。

［1］Shleev S V，Morozova O V，Nikitina O V，et al.Comparison of physico-chemical characteristics of four laccases from different basidiomycetes［J］.Biochimie，2004（9/10）：693-703.

［2］De Souza Cg M，Peralta R M.Purification and characterization of the main laccase produced by the whiterot fungus Pleurotus pulmonarius on wheat bran solid state medium［J］. Journal of Basic Microbiology，2003，43（4）：278-286.

［3］Duran N，Rosa M A，Annibale A D，et al.Applications of laccases and tyrosinases（Phenoloxidases） immobilized on different supports：a review［J］.Enzyme and Microbial Technology，2002（7）：907-931.

［4］ 靳蓉，張飛龍.漆酶的應用技術 ［J］.中國生漆，2013（2）：35-42，50.

［5］Tanrioven D，Eks i A.Phenolic compounds in pear juice from different cultivars［J］.Food Chemistry，2005（1）：89-93.

［6］Petersen B R，Mathiasen T E，Peelen B，et al.Use of laccase for deoxygenation of oil-containing product such as salad dressing：WO，9635768 A1［P］.1996.

［7］Rossi M，Giovanellig，Cantarelli C，et al.Effects of laccase and other enzymes on barley wort phenolics as a possible treatment to prevent haze in beer［J］.Bulletin de Liaisongroupe Polyphenols，1988，14：85-88.

［8］Siebert K J.Protein-polyphenol haze in beverages［J］. Food Technology，1999（1）：54-57.

［9］Cantarelli C，Giovanellig.Stabilization of pome andgrape juice against phenolic deterioration by enzymic treatments［J］.Technische Commission，1990，21：35-57.

［10］Ritterg，Maierg，Schoepplein E，et al.The application of polyphenoloxidase in the processing of apple juice［J］. Bulletin de Liaison-Groupe Polyphenols，1992，16：209-212.

［11］Maierg，Dietrich H，Wucherpfenning K.Winemaking without SO2-with the aid of enzymes［J］.Weineirtschaft Technik，1990，126：18-22.

［12］Stutz C.The use of enzymes in ultrafiltration［J］.Fruit Processing，1993（3）：248-252.

［13］Artik N，Karhan M，Aydarg.Effects of polyphenoloxidase（LACCASE） application on clarity stability of sour cherry juice［J］.Journal of Food Technology，2004（4）：237-243.

［14］喬曉蘭，李文釗，毛磊紅，等.漆酶在濃縮蘋果汁生產中的應用 ［J］.農業機械，2012（9）：102-105.

［15］Labat E，Morel M H，Rouau X.Effects of laccase and ferulic acid on wheat flour doughs［J］.Cereal Chemistry，2000（6）：823-828.

［16］Takemori T，Ito Y，Ito M，et al.Flavor and taste improvement of cacao nib by enzymatic treatment［J］.Japan Kokai Tokkyo Koho，1992（4）：26-37.

［17］Tsuchiya R，Petersen B R，Christensen S.Oxidoreductases for reduction of malodor：US，6074631 A［P］.2000.

［18］Bouwens E M，Trivedi K，Van Vliet C，et al.Method of enhancingcolorinateabasedfoodstuff：US，5879730A［P］. 1999.

［19］酈金龍，劉歡，趙文婷，等.甜菜果膠酶促交聯對蛋白質乳化液穩定性的影響 ［J］.農業機械學報，2011（2）：138-143.

［20］Norsker M，Jensen M，Adler-Nissen J.Enzymaticgelationof sugar beet pectin in food products［J］.Food Hydrocolloids，2000（3）：237-243.

［21］Ghindilis A L，Gavrilova V P，Yaropolov A I.Laccasebased biosensor for determination of polyphenols：determination of catechols in tea［J］.Biosensors and Bioelectronics，1992（2）：127-131.

［22］Montereali M R，Della Seta L，Vastarella W，et al.A disposable Laccase Tyrosinase based biosensor for amperometric detection of phenolic compounds in must and wine［J］. Journal of Molecular Catalysis B，2010（3/4）：189-194.

［23］Di Fusco M，Tortolini C，Deriu D，et al.Laccasebased biosensorforthedeterminationofpolyphenolindexinwine［J］. Talanta，2010（1/2）：235-240.

［24］Ibarra-Escutia P，Juarezgomez J，Calas-Blanchard C，et al.Amperometric biosensorbased on a high resolution photopolymer deposited onto a screen-printed electrode for phenolic compounds monitoring in tea infusions［J］.Talanta，2010（4/5）：1 636-1 642.

［25］陳曉東.納米金改性Zein纖維及其在生物傳感器上的應用 ［D］.無錫：江南大學，2014.

［26］婁童芳.漆酶電化學傳感器的研制及在鄰苯二酚和對苯二酚檢測中的應用 ［D］.開封：河南大學，2014.

［27］Strong P J，Burgess J E.Treatment methods for winerelated and distillery wastewater：a review［J］.Bioremediation Journal，2008（2）：70-87.

［28］Borja R，Martin A，Maestro R，et al.Enhancement of the anaerobic digestion of olive mill wastewater by the removal of phenolic inhibitors［J］.Process Biochemistry，1992（4）：231-237.

［29］Martirani L，Giardina P，Marzullo L，et al.Reduction of phenol content and toxicity in olive oil mill waste waters with the ligninolytic fungus Pleurotus ostreatus［J］.Water Research，1996（8）：1 914-1 918.

［30］Gianfreda L，Sannino F，Filazzola M T，et al.Catalytic behavior and detoxifying ability of a laccase from the fungal strain Cerrena unicolor［J］.Journal of Molecular Catalysis B，1998（1/2）：13-23.◇

Progress in Application and Research of Laccase for Food Industry

PAN Zhiheng，*YUE Kun，SUN Yongmin，LIU Peng
（Tianjin Modern Vocational Technology College，Tianjin 300350，China）

The research and application of Laccase in food industry are becoming more and more extensive and deep.In this paper，the numerous achievements are collated on laccase as additives in food and beverage processing，determination of the certain compounds in beverage，food industry wastewater treatment，showing thegood prospects for development of Laccase.

Laccase；food；application

TS201.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.04.015

1671-9646（2016）04a-0049-03

2016-02-22

天津市技術開發工作扶持經費項目（ysk2011-29）。

潘志恒（1984— ），男，碩士，講師，研究方向為生物發酵及檢測分析。*