淺談β-葡萄糖苷酶及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

劉洋 趙維萍 蔡華 黃貝貝 朱儀

【摘要】β-葡萄糖苷酶廣泛存在于動(dòng)物、植物、微生物中，可以水解非還原性末端的β-D-葡萄糖苷鍵，從而釋放出β-D-葡萄糖的配基，也可以水解對(duì)硝基苯-β-D-半乳糖以及β-D-木糖苷。本文從β-葡萄糖苷酶的簡(jiǎn)介、主要酶學(xué)性質(zhì)、及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述，探討β-葡萄糖苷酶的研究進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】β-葡萄糖苷酶；食品工業(yè)

β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，EC 3.2.1.21）屬于水解酶類，通常又被稱為纖維二糖酶（Cellobiase），龍膽二糖酶（Gentobiase）和苦杏仁苷酶（Amygdalase）等。可以水解非還原性末端的β-D-葡萄糖苷鍵，從而釋放出β-D-葡萄糖的配基，也可以水解對(duì)硝基苯-β-D-半乳糖以及β-D-木糖苷。目前已經(jīng)有很多β-葡萄糖苷酶在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，尤其在食品工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。

一、β-葡萄糖苷酶簡(jiǎn)介

（一）β-葡萄糖苷酶的來源

β-葡萄糖苷酶分布較為廣泛，特別在植物的種子和微生物中尤為普遍，該酶首次是在苦杏仁汁中被Liebig與wohler發(fā)現(xiàn)（1837年）。此后，科研人員相繼從動(dòng)物、植物和微生物中發(fā)現(xiàn)了大量的β-葡萄糖苷酶，并進(jìn)行了生理生化方面的研究。

（二）β-葡萄糖苷酶的分類

根據(jù)酶對(duì)底物水解的專一性，β-葡萄糖苷酶可分為芳香基-β-葡萄糖苷酶、烴基-β-葡萄糖苷酶、多底物特異性β-葡萄糖苷酶三類。根據(jù)酶的結(jié)構(gòu)相似性和催化結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列相似性進(jìn)行分類，β-葡萄糖苷酶可以歸類于糖苷水解酶的GH1、GH2、GH3、GH5、GH9、GH30、GH39和GH116家族中（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)截止2018年6月），其中GH1和GH3家族中的β-葡萄糖苷酶最多，研究的也最為透徹。

二、β-葡萄糖苷酶的酶學(xué)性質(zhì)

（一）β-葡萄糖苷酶的底物特異性

多數(shù)β-葡萄糖苷酶可以同時(shí)水解多種糖苷鍵，如C-O，C-N，C-S及C-F鍵等。在眾多的底物中，β-葡萄糖苷酶往往對(duì)纖維二糖或?qū)ο趸?β-D-葡萄糖苷（pNPG）的水解能力最好。

（二）β-葡萄糖苷酶的最適pH和pH穩(wěn)定性

β-葡萄糖苷酶通常表現(xiàn)出廣泛的pH適應(yīng)性和穩(wěn)定性，大多數(shù)β-葡萄糖苷酶最適pH都偏酸性。只有少數(shù)β-葡萄糖苷酶的最適 pH位于中性或偏堿性，如唐婧從Klebsiella sp.中分離出的β-葡萄糖苷酶，最適反應(yīng)pH為10，該酶在pH為11.0的環(huán)境中還可以呈現(xiàn)80%的剩余酶活。

（三）β-葡萄糖苷酶的最適溫度及溫度穩(wěn)定性

β-葡萄糖苷酶的最適反應(yīng)溫度范圍可分布在30～110℃區(qū)間內(nèi)，在這些不同來源的β-葡萄糖苷酶中，古細(xì)菌來源的β-葡萄糖苷酶無論是在最適反應(yīng)溫度，還是在熱穩(wěn)定性方面，都要普遍高于其他微生物。如Pyrococcus furiosus來源的的β-葡萄糖苷酶，最適反應(yīng)溫度可達(dá)102～105°C，且100°C下的半衰期可達(dá)85 h。

三、β-葡萄糖苷酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（一）釀酒和飲料行業(yè)

在釀酒及飲料行業(yè)中，產(chǎn)品的質(zhì)量和口感是人們最為關(guān)注的地方，由于許多釀酒及飲料生產(chǎn)的食品原料中都有結(jié)合態(tài)糖苷鍵形式的香味前體，這些香味前體可以被β-葡萄糖苷酶水解，生成各種具有芳香氣味的苷元釋放出來，從而提高產(chǎn)品的風(fēng)味和口感，為企業(yè)生產(chǎn)帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。早在1970年開始，利用黑曲霉發(fā)酵制備的β-葡萄糖苷酶就成為一種商品，主要用于釀酒和果汁等工業(yè)領(lǐng)域。

（二）大豆異黃酮水解

異黃酮廣泛存在于豆科植物中，大豆中天然存在的異黃酮一共有12種，通常情況下都是以糖苷結(jié)合的形式存在，這種天然存在的糖苷，必須經(jīng)過葡萄糖苷酶水解成大豆異黃酮苷元后才能被人體吸收和利用。目前β-葡萄糖苷酶和β-半乳糖苷酶是水解大豆異黃酮領(lǐng)域中常用到的兩種酶，由于大豆異黃酮中多數(shù)糖苷的連接鍵是β-糖苷鍵，所以研究和使用最多的還是β-葡萄糖苷酶。

（三）食品添加劑

食用色素作為一種重要的食品添加劑，可以增加人們對(duì)食品的吸引力，食用色素根據(jù)來源可分為合成和天然的兩種。由于價(jià)格便宜的合成色素的安全性逐漸受到了人們的質(zhì)疑，使得天然色素產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，其中梔子藍(lán)色素便是一種被廣泛使用的天然色素，可添加在各種食品的生產(chǎn)加工過程中，增加食品的感官。目前通過發(fā)酵法可以生產(chǎn)梔子藍(lán)色素，將原料梔子果實(shí)直接粉碎后與氨基酸以及發(fā)酵菌種混在一起發(fā)酵培養(yǎng)，利用發(fā)酵菌種產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶水解底物梔子苷從而產(chǎn)生藍(lán)色素。

（四）茶葉增香

茶葉中含有幾百種芳香物，且很多香氣物質(zhì)是由糖苷類前體物質(zhì)存在，需要經(jīng)過內(nèi)源水解酶水解成游離態(tài)而呈現(xiàn)出芳香性，所以芳香物質(zhì)的轉(zhuǎn)化對(duì)茶葉的質(zhì)量和特色有著決定性的作用，β-葡萄糖苷酶是茶葉中重要的水解酶類之一，可以直接或間接地控制或影響著茶葉香氣的形成。

（五）食品安全

木薯作為一種理想的經(jīng)濟(jì)作物，其用途十分廣泛，可以用來生產(chǎn)木薯淀粉、燃料乙醇、木薯酒等，其中的副產(chǎn)物木薯渣、木薯酒精糟還可以用于動(dòng)物飼料的生產(chǎn)。但是由于木薯原料中含有有毒物質(zhì)生氰糖苷，限制了其在食品工業(yè)上的應(yīng)用。而β-葡萄糖苷酶恰恰可以水解木薯中的有毒物質(zhì)，大大提高了木薯相關(guān)食品的安全性等。

四、展望

隨著基因組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和全基因組序列測(cè)序技術(shù)的日趨成熟，更多微生物的全基因組序列被測(cè)出并被共享，科研工作者可以結(jié)合序列篩查和定位分析等技術(shù)，獲得越來越多新型的β-葡萄糖苷酶。目前國(guó)內(nèi)對(duì)β-葡萄糖苷酶相關(guān)領(lǐng)域的研究還多數(shù)集中在產(chǎn)β-葡萄糖苷酶菌株的篩選、酶的純化、基因克隆、異源表達(dá)、酶學(xué)性質(zhì)和酶的固定化等方面。今后可以在的如何更好地提高β-葡萄糖苷酶在工業(yè)應(yīng)用中的效率和酶的催化機(jī)理等方面展開進(jìn)一步的研究。

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作者簡(jiǎn)介：劉洋（1986.01—），男，漢族，安徽六安人，博士，滁州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，助教，研究方向：食品生物化學(xué)與酶工程。