酶类催化剂在食品加工中的安全应用

酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂。所有的生物体在一定条件下都可以合成多种多样的酶。生物体内的各种生化反应，几乎都是在酶的催化作用上进行的。因此，酶是生命活动的产物，又是维持正常生命活动必不可少的物质基础。

1.酶的分类命名

酶的分类与命名的基础是酶的专一性。国际酶学委员会提出了酶的分类与命名方案。比较科学的分类命名方法是系统命名法。

系统命名法根据所催化的反应类型，将酶分为6大类。即第1类，氧化还原酶；第2类，转移酶；第3类，水解酶；第4类，裂合酶；第5类，异构酶；第6类，合成酶（或称为连接酶）。每一种酶都有其一定的系统编号。系统编号采用四码编号方法。第1个号码表示该酶属于6大类中的某一类，第2个号码表示该酶属于该类中的某一亚类，第3个号码表示属于该亚类中的某一小类，第4个号码表示这一具体的酶在该小类中的序号。每个号码之间用圆点（·）分开。如，葡萄糖氧化酶的系统编号为［EC1.1.3.4］。其中EC表示国际酶学委员会；第1个号码“1”表示该酶属于氧化还原酶类；第2个号码“1”表示属于氧化还原酶类中的第一亚类，该亚类所催化的反应系在供体的CH—OH基团上进行；第3个号码“3”表示该酶属于第一亚类中的第3小类，该小类的酶所催化的反应系以氧为氢受体的；第4个号码“4”就是该酶在小类中的特定序号。

2.酶的特点

酶作为生物催化剂，它与化学催化剂存在共性，即在一定条件下仅能影响化学反应速度，而不改变化学反应的平衡点，并在反应前后本身不发生变化。而酶与一般催化剂相比又具有如下几个特点。

（1）专一性强这是酶的最重要的特性 酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型的反应。而一般催化剂对底物专一性比较差，如金属镍和铂可催化一般的还原反应，对作用物无严格要求。

如果没有酶的专一性，在细胞中有秩序的物质代谢将不复存在，而且酶的应用将如同其他催化剂那样受到局限。酶的专一性对酶工程的发展具有重要意义。

如胰蛋白酶［EC3.4.31.4］选择性地水解含有赖氨酸或精氨酸的羰基的键。故此，凡是含有赖氨酸或精氨酸羰基的酰胺、酯和肽都能被该酶迅速地水解。

（2）催化效率高酶的催化效率是一般无机催化剂的10⁶～10¹³倍。如，在2H₂O₂2H₂O+O₂反应中，1mol过氧化氢酶在一定条件上可催化5 ×10⁶mol过氧化氢分解为水和氧，在同样的条件下，1mol的Fe只能水解6 ×10 ^—4mol过氧化氢，因此，这个酶的催化效率是Fe的10¹⁰倍。

（3）反应条件温和 酶催化反应不像一般催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，而可在常温、常压下进行催化。

（4）酶的活性是受调节控制的 在生物体内，酶的调节和控制方式是多种多样的，体内有在不同的水平上来调节和控制酶的生成和降解；有在激素水平上调节修饰某些酶的共价结构，从而影响酶的活性；有通过酶原的激活调节酶的活性；还有通过同工酶、多酶体系等进行调节控制。

3.酶的活力测定

在酶的生产及应用过程中，经常要进行酶的活力测定，以确定酶量的多少及其变化情况。酶活力是指在一定条件下，酶所催化的反应速度。反应速度越大，表明酶活力越高。

国际生化联合会规定：在特定条件下（温度可采用25℃或其他选用的温度；pH等条件均采用最适条件），每1min催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个活力单位。这个单位称为酶的国际单位（IU）。如，糖化酶活力测定时，在pH4.6，温度为40℃的条件下，每1min催化可溶性淀粉水解生成1μmol葡萄糖的酶量定义为1个活力单位。

为了比较酶制剂的纯度和活力的高低，常常采用比活力这一概念。酶的比活力指在特定的条件下，每1mg酶蛋白所具有的酶活力单位数。即：

酶比活力＝酶活力（单位）/mg酶蛋白

有时也采用每1mL酶液或每1g酶制剂的活力单位数表示酶的比活力。

酶活力测定方法多种多样。总的要求是快速、简便、准确。酶活力测定一般采用如下步骤：

（1）根据酶的专一性，选择适宜的底物，并配制成一定浓度的底物溶液。要求所使用的底物均匀一致，达到一定的纯度。

（2）确定酶促反应的温度、pH等条件。温度可选在室温（25℃），体温（37℃），酶反应最适温度。pH应是酶促反应的最适pH。反应条件一经确定，在反应过程中应尽量保持恒定不变。有些酶促反应，要求激活剂等其他条件，应适量添加。(www.xing528.com)

（3）在一定的条件下，将一定量的酶液与底物溶液混合均匀，适时记下反应开始的时间。

（4）反应达到一定的时间，取出适量的反应液运用各种生化检测技术，测定产物的生产量或底物的减少量。为了准确地反映酶促反应的结果，应尽量采用快速、简便的方法，立即测出结果。若不能立即测出结果的，则要及时终止酶反应，然后再测定。

依据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，酶制剂是由动物或植物的可食或非可食部分直接提取，或由传统或通过基因修饰的微生物（包括但不限于细菌、放线菌、真菌菌种）发酵、提取制得，用于食品加工，具有特殊催化功能的生物制品。可用于食品加工中回收副产品、制造新的食品、提高提取的速度和产量、改进风味和食品质量等。

按生物化学的标准来衡量，食品加工中所用的酶制剂是一种粗制品，大多数酶制剂含有一种主要的酶和几种其他的酶。如木瓜蛋白酶制剂，除木瓜蛋白酶外，尚有木瓜凝乳蛋白酶、溶菌酶及纤维素酶等。

1.酶应用于食品工业时的注意事项

对多数酶来说，它是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质。对于酶的实际应用。

（1）要针对其应用目的选用正确的酶品种和剂型。

（2）还要根据各种酶与作用底物的特性，尽可能地创造能发挥酶最佳效能的条件，如适宜的酶添加量、底物浓度、作用温度、pH环境以及避免抑制剂、添加激活剂、进行适当的搅拌等。

（3）当酶应用于食品工业时，除了要创造上述的一些基本作用条件外，还存在一些有别于应用于其他行业的特殊要求。主要表现在以下一些方面。

食品用酶制剂要达到食品添加剂的安全性要求。由于用于食品加工的酶类是直接添加到食品或食品原料中，或者与它们直接接触（如固化酶），因此食品用酶制剂本身的卫生安全性尤为重要。用于食品加工的酶制剂要遵循食品添加剂安全评价程序进行毒理学评估，通常需FAO/WHO食品添加剂委员会或FDA的认可。联合国食品添加剂专家委员会于第21届大会上作出如下规定：①凡从动植物可食部位的组织，或用食品加工传统使用菌种生产的酶制剂，可作为食品对待，不需进行毒理学试验，只需建立有关酶化学和微生物学的规格即可应用；②凡由非致病微生物生产的酶，除制定化学规格外，需作短期毒性试验，以确保无害，并分别评价，制订ADI；③对于非常见微生物制取的酶，不仅要有规格，还要作广泛的毒性试验。得自于动植物的酶制剂一般不存在毒性问题。得自于酵母、乳杆菌、乳酸链球菌、黑曲霉、米曲霉等属，以及得自于非致病菌如大肠杆菌、枯草杆菌的酶制剂，一般也认为是安全的。FAO/WHO在制订每种酶制剂的ADI值时，也规定该酶制剂的来源，如只有得自于米曲霉、黑曲霉、根曲霉、枯草杆菌和地衣形芽孢杆菌的酶制剂才可作为食品加工用酶制剂。

食品用酶制剂在生产使用时要遵循以下规定：①按照良好的制造技术生产酶制剂，必须达到食品级；②根据各种食品的微生物卫生标准，用酶制剂加工的食品必须不引起微生物总量的增加；③用酶制剂加工的食品必须不带入或不增加危害健康的杂质；④用于生产食品用酶制剂的工业菌种，必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素、激素等生理活性物质，必须通过安全性试验，才能使用。

要做到以上规定，要注意以下几个方面：①用于制备食品用酶制剂的原料或培养基无污染。用于生产酶的原料或培养基不能被农药、除草剂、重金属等有毒物质所污染，否则可能污染酶制剂，最终进入食品中。此外，在生产过程中选择合理的酶提取工艺，尽量降低有毒物质的含量。注意酶提取工艺中尽量避免使用有毒的提取有机溶剂、吸附剂、沉淀剂等，同时减少生产设备可能带来的重金属污染；②酶制剂一般需用稳定剂稳定，粉末状酶制剂需用填充剂进行稀释，这些外加物质要卫生安全，同样达到食品添加剂的要求；③酶制剂是属于蛋白类物质，可能会受到致病菌的污染，因此其包装、保存要按食品添加剂的一些特殊要求进行。

2.食品用酶制剂通用质量指标

对于大多数食品级酶制剂，由于主要用作对食品原料的降解，因此其酶的纯度并不是主要的，并不要求达到生化标准。

依据GB 25594—2010《食品安全国家标准 食品工业用酶制剂》，食品级酶制剂理化指标和微生物指标：砷（As）≤3mg/kg；重金属≤40mg/kg；铅（Pb）≤5mg/kg；菌落总数≤50000CFU/g；大肠杆菌（25g）不得检出；沙门氏菌阴性（25g）不得检出。由基因重组技术的微生物生产的酶制剂不应检出生产菌。微生物来源的酶制剂不得检出抗菌活性。

3.酶制剂工业发展趋势

由于生物技术应用研究的深入、酶的应用面不断拓展，以及世界经济全球化的不断渗透，当前国际酶制剂工业发展趋势可归纳为以下几个方面。

（1）大力研制新酶种和开发酶的新用途。以往酶制剂的应用领域集中在淀粉加工、食品加工和洗涤剂工业，目前已拓展到淀粉改良、植物油脂加工、焙烤食品、保健食品、调味品等领域。

（2）酶制剂的剂型趋向多样化。酶制剂的剂型不断向多品种、多剂型、功能性、专用性和复合性的方向发展。如以果胶酶为主，与纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶等复配，可以开发出各种专用酶、复合酶，广泛用于果汁、果浆、果酒等的生产。以中性蛋白酶和碱性蛋白酶为主，与其他酶一起复配，开发出用于蛋白质水解、焙烤食品、酒精和啤酒等领域的酶制剂。

（3）高新技术应用于酶制剂生产的含量不断提高。如目前，世界上用于酶制剂生产的菌株约有60%是经过基因重组技术改造的。