基于在食品加工与食品质量检测中酶学技术的应用探索

◎ 马 芳

（沭阳县综合检验检测中心，江苏 宿迁 223600）

目前，虽然在食品研究学领域已经发现了2 700多种生物酶，但用于食品加工领域的不足百种。而从生物酶制剂生产情况来看，只有将近50%用于食品工程领域。伴随着相关科学技术的发展，酶学技术不仅应用于食品加工，也开始应用于食品质量检测方面，在食品领域拥有广阔的发展前景。因此应加强酶学技术在食品加工与食品质量检测中的应用研究，为推动相关技术发展指明方向。

1 酶学技术概述

作为生物学技术，酶学技术涉及领域较多，例如工业、医学、农业和食品制造等。从技术应用原理上来看，酶学技术是通过各种酶的生物学效应进行生物转化，在密闭环境中将酶作为反应催化剂，对底物进行催化操作[1]。在食品领域，在加工过程添加特定酶，可以转化食品的某些组分，降低反应所需的活化能，将底物转化为易反应的活化分子。生物酶拥有较高的催化效率，可将反应速率提升数百万倍，同时不会被消耗和打破反应平衡，因此有助于食品加工质量和安全性提升。从食品质量检测角度来看，应用酶学技术需要对食品的不同组分展开分析。在相关技术中，免疫酶技术具有代表性，可以凭借抗原抗体反应特异性完成待测物质的检测。以酶为标记物，通过与抗原或抗体联结，对发生的作用进行观察，可以根据颜色变化进行定性分析，并根据抗原抗体量进行定量分析。

2 酶学技术在食品加工领域的应用分析

2.1 食品加工中酶的作用机理

从食品加工使用的酶种类来看，主要包含蛋白酶和果胶酶。其中，蛋白酶在植物果实、茎叶和动物内脏中广泛存在，在食品加工中可用于与蛋白质发生转蛋白反应、水解反应等不同反应。在食品加工中，可以使用内源蛋白、微生物分泌蛋白酶或人造蛋白酶制剂。在酶的催化作用下，食品中蛋白质分子的酰胺键断裂，导致游离氨基酸出现。酶和底物的反应使水解活化能有所降低，确保裂解过程相对温和，并能够持续进行。而果胶酶属于复合酶的一种，能够对高等植物中富含的果胶物质进行分解。通过微生物发酵方式，可以获得大量的果胶酶制剂，按照作用机理又分为裂解酶、脂酶、多聚半乳糖醛酸酶等类型，分别发挥反式消去、-OCH基随机切除、α-1,4糖苷键切断等不同作用[2]。通过切断果胶分子中的不同化学键，能够促进整个催化反应，以满足不同食品的加工需求。

在食品加工中应用酶学技术具有高效、安全等优点，促进了工业酶制剂销量的持续增长。但受提取难、生产周期长等因素影响，酶制剂产量难以快速提高。而微生物发酵技术的发展，在加快酶生产的同时，可有效保护环境，因此在食品酶制剂生产领域拥有较好的发展前景。

2.2 不同食品加工对酶学技术的应用

2.2.1 谷物类食品加工

谷物类食品加工属于传统食品工业领域，长期以来产品附加值不高。酶学技术的应用促进了该类食品深加工技术的发展，例如，从现代医学角度开发适合人类营养需求的新型谷物食品，能够有效提高食品加工价值，创造更多经济效益。目前在营养学领域，包含抗性糊精在内的许多膳食纤维被证明为具有重要生理功能，可以从谷物中提取加工。而谷物中含有的大量淀粉属于大分子，抗性糊精属于低分子，在加工时需要添加糖化酶、淀粉酶等促进酶解，达到提高抗性糊精产量和质量的目标。谷物类食品除了含有大量淀粉，也包含较多糖分，与其他物质加工能够生成对人体有益的物质。在婴幼儿食品中，大量使用低聚半乳糖、壳寡糖等物质，可发挥双歧杆菌增殖、激活机体内源性免疫等作用[3]。在加工这些食品时，将菊粉作为底物，使用菊粉酶、壳聚糖酶等制剂促进生物转化，有效提升谷物类营养食品的经济效益。

2.2.2 果蔬类食品加工

在果蔬类食品加工方面，大量果胶物质的存在给果汁等产品过滤、澄清等加工操作带来了困难。而使用果胶酶降解果胶，可降低植物组织黏度，提高食品加工效率。在果蔬汁加工中，澄清为关键工序，将直接影响果汁质量和稳定性。但未成熟果实中含有大量淀粉，加工时易导致果浆黏稠、浑浊，为有效解决此类问题，需要添加一定量水解酶与果胶酶复合。在果酒酿造中，也可利用该方法消除胶体，防止酒业浑浊，同时降低发酵中产生的挥发性酸，增强食品稳定性。在果实脱皮方面，使用粗果胶酶有助于分离皮层和皮肉细胞，在控制成本的同时，满足清洁加工需求。在果蔬深加工领域，使用纤维素酶可以辅助提取功能性成分，例如从大蒜中提取多糖类物质用作抗氧化剂，满足功能性产品开发需求。

2.2.3 其他食品加工

结合现代人的需求，功能性食品越来越多。例如在酸奶等制品加工中，在发酵环节添加蛋白水解酶促进酪蛋白水解，以产生更多有益人体健康的乳酸菌和肽类风味物质。在肉类食品加工方面，蛋白质水解可以使肉质嫩化，增加活性肽含量，使食品具有独特风味。蛋白质交联能够增强肉类食品的保水性，使肉质获得更好弹性。因此，在加工过程中添加水解酶、氧化还原酶等不同生物酶，可减少有害副产物产生的同时，还可改善食品风味和口感。在鱼类产品加工方面，添加水解酶可以改善其乳化性、溶解性等多种特性，使食品拥有丰富氨基酸种类。此外，也可以在食品保鲜加工方面应用酶学技术，例如软包装果蔬食品易因微生物侵扰出现腐烂、变质等问题，添加溶酶菌能够产生遏制细菌、真菌的效果，有助于食品货架期的延长。

3 酶学技术在食品质量检测中的应用分析

3.1 酶联免疫技术

在食品质量检测领域，酶联免疫技术（ELISA）为最常用的技术，能够用于食品毒素、微生物、重金属污染、残留农药等检测工作，具有操作简单、灵敏度高、速度快等突出优势。由于抗体抗原反应敏感且具有专一性，可在食品未分离提取状态下开展定性和定量分析，达到缩减食品检测步骤的目标。

针对食品中致癌的真菌毒素进行检测，采用ELISA能够对黄曲霉素、玉米赤霉烯酮等重要毒素进行检测。例如检测贝类、藻类等食品中的黄曲霉素B1时，线性范围为0.25～5.0 ng·mL-1，仅需4 h即可完成测定。在有害细菌检测上，能够用于对肉类、乳制品等食品中的李斯特氏菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等多种物质进行检测，例如检测沙门氏菌仅需45 min，最低检测量可达到500 CFU·g-1[4]。在植物性食品的农药残留检测方面，运用ELISA检测技术能够对多种除草剂、杀菌剂等药物残留进行检测，例如对草甘膦进行检测时，只需要简单进行样本前处理，可以大大减少纯化步骤，缩短样本分析时间，因此也可以在食品现场检测领域使用。在动物性食品质量检测方面，该技术也可用于兽药残留检测，例如对瘦肉精等药物进行检测时，可以利用抗原抗体反应完成抑制测定，在定性筛选的同时完成定量测试，具有快速、准确等优势。在重金属污染检测方面，可通过检测金属硫蛋白判定食品是否受到铜、铅等金属离子带来的污染。食物受到环境中重金属污染后将产生较多的金属硫蛋白，可直接反映金属污染的特异性指标，采用ELISA技术进行高精度检测，能够达到超微量检测标准，为加强食品安全管理提供有力技术支撑。

3.2 酶扩增技术

应用酶学技术开展食品质量检测工作，也可采用重组酶介导扩增技术（RAA）、重组酶聚合酶等温扩增技术（RPA）等多种技术，能够达到较高敏感性和检测特异性要求。例如在肉质品的李斯特菌检测方面，采用传统检测技术需要的周期较长，同时程序相对复杂，容易出现漏检问题，使用大量化学试剂又容易带来环境污染。应用RAA技术，可在5～20 min内扩增基因片段，快速完成病原菌检测。凭借方法特异性，检测结果不会与金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌等发生交叉反应，最低检测限可达到8.62×102CFU·mL-1。应用RPA技术，可以对食源性致病菌、病毒等进行检测，满足食品安全管理需求。例如对沙门氏菌进行检测，可以联合采用RPA和侧向流动免疫试纸条，只需要8 min即可达到检测阈值，具有灵敏度高、检测成本低、速度快等优势。酶扩增技术与芯片技术结合，可用于对金黄葡萄球菌等多种致病菌进行检测，例如在牛奶质量检测中只需30 min即可给出准确检测结果，检出限达到100 CFU·mL-1。近年来，酶促恒温扩增技术（ERA）凭借高灵敏性、操作简单、耗时短等诸多优势得到了关注，可以用于检测肉类掺假。例如采用实时荧光核酸恒温扩增检测试剂盒，能够对各类肉源性成分核酸特异基因片段进行定性检测，判断样品中是否存在肉源性成分，有效把控动物性食品质量。

3.3 酶生物传感技术

酶生物传感技术属于融合性技术，需将酶和生物电极组合在一起，用于对食品底物含量进行测定。酶对特定底物可以产生专一催化性，同时电化学分析法具有快速、便捷等特点，因此二者的结合能够满足食品质量检测需求。在食品中亚硝酸盐检测方面，可利用亚硝酸还原酶的生物传感器进行定量检测。而在发酵工业中，需利用酶电极测量特定底物浓度。在酒精中氨基甲酸乙酯检测方面，考虑到该物质由尿素和乙醇反应获得，因此可利用固定化脲酶膜的酶电极对尿素含量进行测定。在酶电极中，电极表面覆盖敏感的酶凝胶膜，能够通过在膜面扩散促使底物受到酶的催化作用，然后通过离子选择电极对催化产物进行测量，换算为待测底物浓度值[5]。经过不断改良，酶生物传感器能够快速检测多种食品物质成分中的有害物质，并表现出良好的选择性。例如在食品添加剂、感官指标、鲜度检测等方面采用酶生物传感器，能够实现对食品加工的在线监测，同时完成食品保质期等特殊指标分析，为食品质量管控提供有力支持。

4 结语

随着食品产业的多样化发展，需要深入探索酶学技术在谷物类食品、果蔬类食品等不同食品加工中的应用方法，在促进食品质量提供的同时，保证食品加工安全。在食品流通环节，为保证食品安全和民众健康，需要引进酶联免疫分析法、重组酶介导扩增技术等不同的酶学技术对食品中的有毒有害物质进行高效、准确检测，促进食品质量检测技术的不断发展。