β—葡萄糖苷酶及其应用

王泓森 毛向婷 王朝杨

摘 要：综述介绍了β-葡萄糖苷酶的生化性质及其在食品加工等方面的应用。

关键词：β-葡萄糖苷酶；应用

β-葡萄糖苷酶（EC3.2.1.21），又称β-D-葡萄糖苷葡萄糖水解酶，它能够水解结合于末端非还原性的β-D-葡萄糖苷键，同时释放出β-D-葡萄糖和相应的配基。1837年，Liebig和Wohler首次在苦杏仁中发现了β-葡萄糖苷酶。β-葡萄糖苷酶广泛存在于许多植物、昆虫、酵母、曲霉、木霉及细菌体内。它参与生物体内的糖代谢，对维持生物正常的生理功能起着重要作用。研究发现，β-葡萄糖苷酶参与EMP糖酵解途径，是参与双歧杆菌糖代谢的有关酶系之一1。哺乳动物和人体内的乳糖酶/根皮苷（LPH）水解酶也含有一种芳基-β-葡萄糖苷酶，LPH因其涉及成人型乳糖酶缺乏病--一种常见的人体基因紊乱病而被广泛研究。此外，β-葡萄糖苷酶能将果、蔬、茶中的风味前体物质水解为具有浓郁天然风味的香气物质，还能协助纤维素酶降解纤维素。

1 β-葡萄糖苷酶的生化性质

不同来源（即使是同一菌属的不同菌株或同一植物组织）的β-葡萄糖苷酶的相对分子质量为几十kDa到几百kDa。β-葡萄糖苷酶的pI大多数在3.5～5.5之间，但最适pH 可以超过7.0，而且酸碱耐受性强。β-葡萄糖苷酶的最适温度在40～110℃之间，通常，来自植物的β-葡萄糖苷酶最适温度在40℃左右，而来自古细菌的β-葡萄糖苷酶其热稳定性和最适温度要高于普通微生物来源的β-葡萄糖苷酶。

2 β- 葡萄糖苷酶的应用

2.1.β-葡萄糖苷酶在改良果汁风味中的应用

Gueguen2等人用β-葡萄糖苷酶处理芒果、桔子、草莓、苹果等果汁，再用GC- MS分析酶处理前后主要风味成分的变化，结果发现，芒果、桔子、草莓和苹果汁的风味成分分别提高了1250%、791%、705% 和141%。孙爱东3等研究了不同来源的β-葡萄糖苷酶对橙汁中主要芳香物质的酶解效果，发现杏仁酶对橙汁的键合态组分的酶解效果好于微生物酶，但对橙皮的作用效果相反。李平等4用感官鉴评的方法对β-葡萄糖苷酶处理后的苹果汁和柠檬汁的风味进行研究，结果表明，经β-葡萄糖苷酶处理过的样品，香气组成上更显饱满、柔和、圆润。葡萄糖苷酶可以把青梅中的苦杏仁苷分解为苯甲醛及氢氰酸和两分子葡萄糖，而使青梅苦味大大减少。潘利华5将β-葡萄糖苷酶用于胡柚脱苦试验，结果发现，胡柚中的主要苦味物质柠檬苦素和柚皮苷含量有所下降，而且不影响胡柚中VC含量。

2.2.β-葡萄糖苷酶在果酒增香中的应用

Gueguen2 等用β-葡萄糖苷酶处理酒精含量15%（V/V）葡萄酒后，用GC-MS分析香气成分的变化，结果发现，酶处理样和对照相比，苯甲醇、香叶醇、橙花醇、2-苯乙醇和芳香醇分别提高了1575%、1200%、600%、500% 和155%。陈守文6等用感官鉴评的方法，研究了β-葡萄糖苷酶对干红葡萄酒风味的影响，结果表明经酶处理的果酒，香气更加浓郁协调，风味显著提高。

2.3.β-葡萄糖苷酶在茶叶增香中的应用

茶叶香气是茶叶品质的重要指标之一。香气形成机理研究结果表明，内源糖苷酶对茶叶香气形成有着重要的作用7。

2.4.β-葡萄糖苷酶在生产大豆异黄酮活性苷元中的应用

大豆异黄酮共12种，由染料木素、大豆苷元、大豆黄素3种异黄酮苷元以及它们和葡萄糖、乙酰葡萄糖、丙二酰葡萄糖以β-糖苷键形成的9种异黄酮糖苷组成。研究证明，染料木素、大豆苷元、大豆黄素3种异黄酮苷元是大豆异黄酮发挥药理功能的活性物质。大豆异黄酮糖苷本身没有活性，需经β-葡萄糖苷酶水解为活性苷元才能发挥作用。大豆的内源β-葡萄糖苷酶的水解效率只有22%～29%。添加足量的高活性酶（如苦杏仁和酵母中提取的β-葡萄糖苷酶）可使水解达到100%。豆奶中添加β-葡萄糖苷酶或接种产β-葡萄糖苷酶的微生物，能够将豆奶及豆奶粉中生物有效性较低的异黄酮糖苷化合物高效转化为高活性的异黄酮苷元8，9。

2.5.β-葡萄糖苷酶在天然色素生产中的应用

研究发现，β-葡萄糖苷酶的活性高低对以栀子为原料生产天然色素栀子蓝的品质有着重要影响10。

2.6.β-葡萄糖苷酶在纤维素降解中的应用

关于纤维转化为葡萄糖的作用机理，一般认为至少需要3种酶的参与：内切1，4-葡聚糖酶、外切纤维二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶。内切葡聚糖酶和外切纤维二糖水解酶把纤维素降解成纤维二糖，它再被β-葡萄糖苷酶分解成葡萄糖11。而在纤维素酶系中β-葡萄糖苷酶含量少、活力低，成为纤维素酶解的瓶颈。植物纤维资源非常丰富，如果β-葡萄糖苷酶能够在植物纤维的分解发酵中得到高效的利用，将对缓解资源紧缺做出重大贡献。

2.7.其它应用

植物中β-葡萄糖苷酶在防御害虫方面有着非常重要的作用。它能分解植物中丰富的葡萄糖苷DIMBOAGlc（2-O-beta-D-glucopyranosyl-4-hydroxy-7- methoxy1-4-benzoxazi-3-one），释放有毒的苷配基DIMBOA（2，4-hydroxy-7-methoxy1，4- benzoxazi-3-one），该化合物是植物體中防御食植动物和害虫的主要化学物质。

医学中，β-葡萄糖苷酶在癌症的诊断、治疗中也发挥着重要作用12。

日用化工业中，利用β-葡萄糖苷酶的转糖苷作用，可以生产非离子表面活性剂烷基糖苷13。

另外，根据β-葡萄糖苷酶的半乳糖酶活力还可将其应用于乳品工业来分解乳糖，与其它酶协同作用生产葡萄糖与单细胞蛋白。

感谢河南省高等学校大学生创新创业训练计划项目（项目编号：S201811517003）的资助。

参考文献

[1]彭志英，食品生物技术.中国轻工业出版社：1999.

[2]Gueguen，Y.；Chemardin，P.；Janbon，G.；Arnaud，A.；Galzy，P.，A Very Efficient β-Glucosidase Catalyst for the Hydrolysis of Flavor Precursors of Wines and Fruit Juices.Journal of Agricultural & Food Chemistry 1996，44（8）.

[3]孙爱东；葛毅强；倪元颖；阎红；蔡同一，不同来源的增香酶酶解橙汁（皮）中键合态主要芳香物质的效果分析.食品与发酵工业 2001，27（11），1-4.