基于在食品加工與食品質量檢測中酶學技術的應用探索

◎ 馬 芳

（沭陽縣綜合檢驗檢測中心，江蘇 宿遷 223600）

目前，雖然在食品研究學領域已經發現了2 700多種生物酶，但用于食品加工領域的不足百種。而從生物酶制劑生產情況來看，只有將近50%用于食品工程領域。伴隨著相關科學技術的發展，酶學技術不僅應用于食品加工，也開始應用于食品質量檢測方面，在食品領域擁有廣闊的發展前景。因此應加強酶學技術在食品加工與食品質量檢測中的應用研究，為推動相關技術發展指明方向。

1 酶學技術概述

作為生物學技術，酶學技術涉及領域較多，例如工業、醫學、農業和食品制造等。從技術應用原理上來看，酶學技術是通過各種酶的生物學效應進行生物轉化，在密閉環境中將酶作為反應催化劑，對底物進行催化操作[1]。在食品領域，在加工過程添加特定酶，可以轉化食品的某些組分，降低反應所需的活化能，將底物轉化為易反應的活化分子。生物酶擁有較高的催化效率，可將反應速率提升數百萬倍，同時不會被消耗和打破反應平衡，因此有助于食品加工質量和安全性提升。從食品質量檢測角度來看，應用酶學技術需要對食品的不同組分展開分析。在相關技術中，免疫酶技術具有代表性，可以憑借抗原抗體反應特異性完成待測物質的檢測。以酶為標記物，通過與抗原或抗體聯結，對發生的作用進行觀察，可以根據顏色變化進行定性分析，并根據抗原抗體量進行定量分析。

2 酶學技術在食品加工領域的應用分析

2.1 食品加工中酶的作用機理

從食品加工使用的酶種類來看，主要包含蛋白酶和果膠酶。其中，蛋白酶在植物果實、莖葉和動物內臟中廣泛存在，在食品加工中可用于與蛋白質發生轉蛋白反應、水解反應等不同反應。在食品加工中，可以使用內源蛋白、微生物分泌蛋白酶或人造蛋白酶制劑。在酶的催化作用下，食品中蛋白質分子的酰胺鍵斷裂，導致游離氨基酸出現。酶和底物的反應使水解活化能有所降低，確保裂解過程相對溫和，并能夠持續進行。而果膠酶屬于復合酶的一種，能夠對高等植物中富含的果膠物質進行分解。通過微生物發酵方式，可以獲得大量的果膠酶制劑，按照作用機理又分為裂解酶、脂酶、多聚半乳糖醛酸酶等類型，分別發揮反式消去、-OCH基隨機切除、α-1,4糖苷鍵切斷等不同作用[2]。通過切斷果膠分子中的不同化學鍵，能夠促進整個催化反應，以滿足不同食品的加工需求。

在食品加工中應用酶學技術具有高效、安全等優點，促進了工業酶制劑銷量的持續增長。但受提取難、生產周期長等因素影響，酶制劑產量難以快速提高。而微生物發酵技術的發展，在加快酶生產的同時，可有效保護環境，因此在食品酶制劑生產領域擁有較好的發展前景。

2.2 不同食品加工對酶學技術的應用

2.2.1 谷物類食品加工

谷物類食品加工屬于傳統食品工業領域，長期以來產品附加值不高。酶學技術的應用促進了該類食品深加工技術的發展，例如，從現代醫學角度開發適合人類營養需求的新型谷物食品，能夠有效提高食品加工價值，創造更多經濟效益。目前在營養學領域，包含抗性糊精在內的許多膳食纖維被證明為具有重要生理功能，可以從谷物中提取加工。而谷物中含有的大量淀粉屬于大分子，抗性糊精屬于低分子，在加工時需要添加糖化酶、淀粉酶等促進酶解，達到提高抗性糊精產量和質量的目標。谷物類食品除了含有大量淀粉，也包含較多糖分，與其他物質加工能夠生成對人體有益的物質。在嬰幼兒食品中，大量使用低聚半乳糖、殼寡糖等物質，可發揮雙歧桿菌增殖、激活機體內源性免疫等作用[3]。在加工這些食品時，將菊粉作為底物，使用菊粉酶、殼聚糖酶等制劑促進生物轉化，有效提升谷物類營養食品的經濟效益。

2.2.2 果蔬類食品加工

在果蔬類食品加工方面，大量果膠物質的存在給果汁等產品過濾、澄清等加工操作帶來了困難。而使用果膠酶降解果膠，可降低植物組織黏度，提高食品加工效率。在果蔬汁加工中，澄清為關鍵工序，將直接影響果汁質量和穩定性。但未成熟果實中含有大量淀粉，加工時易導致果漿黏稠、渾濁，為有效解決此類問題，需要添加一定量水解酶與果膠酶復合。在果酒釀造中，也可利用該方法消除膠體，防止酒業渾濁，同時降低發酵中產生的揮發性酸，增強食品穩定性。在果實脫皮方面，使用粗果膠酶有助于分離皮層和皮肉細胞，在控制成本的同時，滿足清潔加工需求。在果蔬深加工領域，使用纖維素酶可以輔助提取功能性成分，例如從大蒜中提取多糖類物質用作抗氧化劑，滿足功能性產品開發需求。

2.2.3 其他食品加工

結合現代人的需求，功能性食品越來越多。例如在酸奶等制品加工中，在發酵環節添加蛋白水解酶促進酪蛋白水解，以產生更多有益人體健康的乳酸菌和肽類風味物質。在肉類食品加工方面，蛋白質水解可以使肉質嫩化，增加活性肽含量，使食品具有獨特風味。蛋白質交聯能夠增強肉類食品的保水性，使肉質獲得更好彈性。因此，在加工過程中添加水解酶、氧化還原酶等不同生物酶，可減少有害副產物產生的同時，還可改善食品風味和口感。在魚類產品加工方面，添加水解酶可以改善其乳化性、溶解性等多種特性，使食品擁有豐富氨基酸種類。此外，也可以在食品保鮮加工方面應用酶學技術，例如軟包裝果蔬食品易因微生物侵擾出現腐爛、變質等問題，添加溶酶菌能夠產生遏制細菌、真菌的效果，有助于食品貨架期的延長。

3 酶學技術在食品質量檢測中的應用分析

3.1 酶聯免疫技術

在食品質量檢測領域，酶聯免疫技術（ELISA）為最常用的技術，能夠用于食品毒素、微生物、重金屬污染、殘留農藥等檢測工作，具有操作簡單、靈敏度高、速度快等突出優勢。由于抗體抗原反應敏感且具有專一性，可在食品未分離提取狀態下開展定性和定量分析，達到縮減食品檢測步驟的目標。

針對食品中致癌的真菌毒素進行檢測，采用ELISA能夠對黃曲霉素、玉米赤霉烯酮等重要毒素進行檢測。例如檢測貝類、藻類等食品中的黃曲霉素B1時，線性范圍為0.25～5.0 ng·mL-1，僅需4 h即可完成測定。在有害細菌檢測上，能夠用于對肉類、乳制品等食品中的李斯特氏菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌等多種物質進行檢測，例如檢測沙門氏菌僅需45 min，最低檢測量可達到500 CFU·g-1[4]。在植物性食品的農藥殘留檢測方面，運用ELISA檢測技術能夠對多種除草劑、殺菌劑等藥物殘留進行檢測，例如對草甘膦進行檢測時，只需要簡單進行樣本前處理，可以大大減少純化步驟，縮短樣本分析時間，因此也可以在食品現場檢測領域使用。在動物性食品質量檢測方面，該技術也可用于獸藥殘留檢測，例如對瘦肉精等藥物進行檢測時，可以利用抗原抗體反應完成抑制測定，在定性篩選的同時完成定量測試，具有快速、準確等優勢。在重金屬污染檢測方面，可通過檢測金屬硫蛋白判定食品是否受到銅、鉛等金屬離子帶來的污染。食物受到環境中重金屬污染后將產生較多的金屬硫蛋白，可直接反映金屬污染的特異性指標，采用ELISA技術進行高精度檢測，能夠達到超微量檢測標準，為加強食品安全管理提供有力技術支撐。

3.2 酶擴增技術

應用酶學技術開展食品質量檢測工作，也可采用重組酶介導擴增技術（RAA）、重組酶聚合酶等溫擴增技術（RPA）等多種技術，能夠達到較高敏感性和檢測特異性要求。例如在肉質品的李斯特菌檢測方面，采用傳統檢測技術需要的周期較長，同時程序相對復雜，容易出現漏檢問題，使用大量化學試劑又容易帶來環境污染。應用RAA技術，可在5～20 min內擴增基因片段，快速完成病原菌檢測。憑借方法特異性，檢測結果不會與金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌等發生交叉反應，最低檢測限可達到8.62×102CFU·mL-1。應用RPA技術，可以對食源性致病菌、病毒等進行檢測，滿足食品安全管理需求。例如對沙門氏菌進行檢測，可以聯合采用RPA和側向流動免疫試紙條，只需要8 min即可達到檢測閾值，具有靈敏度高、檢測成本低、速度快等優勢。酶擴增技術與芯片技術結合，可用于對金黃葡萄球菌等多種致病菌進行檢測，例如在牛奶質量檢測中只需30 min即可給出準確檢測結果，檢出限達到100 CFU·mL-1。近年來，酶促恒溫擴增技術（ERA）憑借高靈敏性、操作簡單、耗時短等諸多優勢得到了關注，可以用于檢測肉類摻假。例如采用實時熒光核酸恒溫擴增檢測試劑盒，能夠對各類肉源性成分核酸特異基因片段進行定性檢測，判斷樣品中是否存在肉源性成分，有效把控動物性食品質量。

3.3 酶生物傳感技術

酶生物傳感技術屬于融合性技術，需將酶和生物電極組合在一起，用于對食品底物含量進行測定。酶對特定底物可以產生專一催化性，同時電化學分析法具有快速、便捷等特點，因此二者的結合能夠滿足食品質量檢測需求。在食品中亞硝酸鹽檢測方面，可利用亞硝酸還原酶的生物傳感器進行定量檢測。而在發酵工業中，需利用酶電極測量特定底物濃度。在酒精中氨基甲酸乙酯檢測方面，考慮到該物質由尿素和乙醇反應獲得，因此可利用固定化脲酶膜的酶電極對尿素含量進行測定。在酶電極中，電極表面覆蓋敏感的酶凝膠膜，能夠通過在膜面擴散促使底物受到酶的催化作用，然后通過離子選擇電極對催化產物進行測量，換算為待測底物濃度值[5]。經過不斷改良，酶生物傳感器能夠快速檢測多種食品物質成分中的有害物質，并表現出良好的選擇性。例如在食品添加劑、感官指標、鮮度檢測等方面采用酶生物傳感器，能夠實現對食品加工的在線監測，同時完成食品保質期等特殊指標分析，為食品質量管控提供有力支持。

4 結語

隨著食品產業的多樣化發展，需要深入探索酶學技術在谷物類食品、果蔬類食品等不同食品加工中的應用方法，在促進食品質量提供的同時，保證食品加工安全。在食品流通環節，為保證食品安全和民眾健康，需要引進酶聯免疫分析法、重組酶介導擴增技術等不同的酶學技術對食品中的有毒有害物質進行高效、準確檢測，促進食品質量檢測技術的不斷發展。