2022—2023學(xué)年第二學(xué)期《食品酶學(xué)》

課程論文

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酶與酶制劑在食品安全中的應(yīng)用及其影響

摘要

酶可催化食品加工中的化學(xué)反應(yīng)，改進(jìn)食品生產(chǎn)加工方式，改善食品風(fēng)味，延長(zhǎng)食品貯藏期，提高食品檢測(cè)速率，提高我國(guó)食品質(zhì)量安全，減少食源性疾病的發(fā)生率，保障人們的身體健康。但是用于工業(yè)中的酶制劑往往不是純品，常混有殘留的原料、稀釋劑及安定劑等物質(zhì)。有些酶在食品中作用會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)或成為食品中的致敏原，本文將概述酶在食品安全領(lǐng)域中的應(yīng)用與其對(duì)食品安全產(chǎn)生的不利影響。

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關(guān)鍵詞

酶、酶制劑、食品安全、檢測(cè)技術(shù)、應(yīng)用

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第一章?酶與酶制劑

酶（enzyme）是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、對(duì)其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質(zhì)或RNA。酶制劑是一類具有酶特性的活性物質(zhì)，主要用于催化食品生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)的化學(xué)反應(yīng)，改良食品加工方式，改善食品口感與風(fēng)味，延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，以提高食品生產(chǎn)效率與食品質(zhì)量，保障食品安全。目前我國(guó)已批準(zhǔn)使用的酶制劑包含 6 類，在使用時(shí)需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，適量添加，避免因過量或不規(guī)范使用出現(xiàn)食品安全問題。[1]

自我國(guó)第一個(gè)專業(yè)酶制劑生產(chǎn)廠投入使用以來，我國(guó)酶制劑應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展，目前已涉及食品、化工、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。[1]

第二章?食品安全概念

“食品安全”是一個(gè)新的組合詞匯，也是一個(gè)大的綜合概念，其涉及了食品衛(wèi)生、食品質(zhì)量、食品營(yíng)養(yǎng)等相關(guān)方面的內(nèi)容，涉及了食品（食物）的種植、養(yǎng)殖、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)等環(huán)節(jié)。而食品衛(wèi)生、食品質(zhì)量、食品營(yíng)養(yǎng)等通常被理解為部門概念或者行業(yè)概念的屬性無法涵蓋上述食品安全所涉及的全部?jī)?nèi)容與全部環(huán)節(jié)。由于食品安全等相關(guān)概念在各個(gè)領(lǐng)域中的泛化和與其他相似概念的交叉，“食品安全”這一基本概念的界定仍存在爭(zhēng)議。

二.1?食品安全及其相關(guān)概念

食品安全完整的概念和范圍應(yīng)該包括質(zhì)和量兩個(gè)方面。

①量是食品的充足供應(yīng)，即解決人類的貧窮、饑餓，保證人人有飯吃。

②質(zhì)是指食品的安全與營(yíng)養(yǎng)，食品中不含有可能損害或威脅人體健康的有毒、有害物質(zhì)或因素，從而導(dǎo)致消費(fèi)者受到急性或慢性毒害或感染疾病，不會(huì)產(chǎn)生危及消費(fèi)者及其后代健康的隱患。

1996年WHO將食品安全界定為“對(duì)食品按其原定用途進(jìn)行制作、食用時(shí)不會(huì)使消費(fèi)者健康受到損害的一種擔(dān)?！?/span>

食品衛(wèi)生指：食品生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)存、分配和制作過程中確保食品安全可靠，有益于健康并適合人的種種必要條件和措施。1996年WHO將食品衛(wèi)生界定為“為確保食品安全性和適用性，在食物鏈的所有階段所必須采取的一切條件與措施”。

食品質(zhì)量則被WHO界定為“食品滿足消費(fèi)者明確的或者隱含需要的特性”。

從WHO上述的定義來看，食品質(zhì)量的概念是包含食品安全與食品衛(wèi)生的。

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二.2?什么是“安全”

“安全性”（safety）是損害和危險(xiǎn)性的反義詞，常被解釋為無風(fēng)險(xiǎn)性或無損傷性。理論上安全性是指無危險(xiǎn)度或者危險(xiǎn)度達(dá)到可忽略的程度，而實(shí)際上不可能存在絕對(duì)的無危險(xiǎn)度。有教材認(rèn)為所謂“安全”是指社會(huì)能接受的某種嚴(yán)重程度的有害效應(yīng)的特定危險(xiǎn)水平，指在可以接受的危險(xiǎn)度下不會(huì)對(duì)健康造成損害，是一個(gè)應(yīng)用很廣泛的概念。

第三章?酶與食品安全的關(guān)系

酶是從生物體中提純精制的天然產(chǎn)物，一般要比化學(xué)合成物質(zhì)安全。但是用于工業(yè)中的酶制劑往往不是純品，常混有殘留的原料、稀釋劑及安定劑等物質(zhì)。而且作為微生物來源的食品酶制劑，通常除了酶蛋白本身以外，還含有微生物的代謝產(chǎn)物，以及添加的保護(hù)劑和穩(wěn)定劑，還有菌種可能產(chǎn)生毒素，這些毒素可能殘留在酶制劑中，帶來潛在的致病性、致過敏性、致癌性等。因此，酶制劑的生產(chǎn)帶來的安全性隱患，酶制劑等新資源在食品中的應(yīng)用給食品安全帶來了新的挑戰(zhàn)。

另一方面，酶相關(guān)的新型分析方法在食品分析與檢測(cè)、食品安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。酶法檢測(cè)相較于化學(xué)分析檢測(cè)具有快速、專一、高靈敏度、高和高精確度等優(yōu)點(diǎn)，給食品安全發(fā)展帶來了有力的工具。

三.1?酶在食品安全中的應(yīng)用

現(xiàn)代酶分析檢測(cè)技術(shù)，如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)，酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）技術(shù)，酶生物傳感器（enzyme biosensor）等，非常適用于食品中農(nóng)藥獸藥、生物毒素、轉(zhuǎn)基因食品等的快速檢測(cè)。而現(xiàn)在食品安全快速檢測(cè)技術(shù)向速測(cè)化及便攜化方向發(fā)展[2]，酶抑制法與ELISA等酶相關(guān)分析方法均在該發(fā)展趨勢(shì)中發(fā)揮著不小的作用。下面簡(jiǎn)單列舉幾種酶在食品安全中應(yīng)用的方法。

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三.1.1?酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)的應(yīng)用

從本質(zhì)上講，ELISA 是指一種借助酶進(jìn)行催化反應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)，需要在全面了解抗原和抗體的基本反應(yīng)原理后，著重分析各類物品的高度特異性。酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)因操作簡(jiǎn)單、實(shí)踐成本較低、分析檢測(cè)內(nèi)容更多，一經(jīng)推廣就得到了食品安全檢測(cè)領(lǐng)域相關(guān)人員的重視，其主要被應(yīng)用于復(fù)雜基質(zhì)的微量成分檢測(cè)中。如檢測(cè)農(nóng)藥殘留，檢測(cè)生物毒素，檢測(cè)食品中摻雜的非食用物質(zhì)。[3]

三.1.2?酶生物傳感器的應(yīng)用

酶基生物傳感器(enzyme-based biosensor)是一種由生物識(shí)別元件(酶)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器 3 部分組成的生物傳感器。它可對(duì)目標(biāo)檢測(cè)物進(jìn)行在線快速檢測(cè)，酶基生物傳感器對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全檢驗(yàn)和生物醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域具有重要的意義。[4]在食品工業(yè)中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和貯藏壽命的一個(gè)重要指標(biāo)。已開發(fā)的酶電極型生物傳感器可用來分析白酒、蘋果汁、果醬和蜂蜜中葡萄糖的含量。蔗糖、乳糖和果糖也可用此法快速檢測(cè)；各種氨基酸和蛋白質(zhì)的測(cè)定，如 L2 谷氨酸、L2 賴氨酸、天冬氨酸、精氨酸、苯丙氨酸等十幾種氨基酸；脂類的測(cè)定，如食品中卵磷脂的測(cè)定；維生素的測(cè)定，如抗壞血酸、維生素 B12 的測(cè)定；有機(jī)酸的測(cè)定，如乳酸、醋酸、檸檬酸、草酸、蘋果酸等。酶生物傳感器檢測(cè)食品中添加劑的報(bào)告已有很多，如甜味劑（甜味素、天門冬酰苯丙酸甲酯等）；漂白劑（亞硫酸鹽），防腐劑（苯甲酸鹽、羥基苯甲酸酯等）；發(fā)色劑（肉類食品的亞硝酸鹽、鹽酸、過氧化氫）；抗氧化劑（兒茶酚、抗壞血酸）；酸味劑（如磷酸、乙酸和乳酸）；鮮味劑（入谷氨酸、肌甙酸）；色素、乳化劑等的檢測(cè)。[5]

三.1.3?酶抑制法

酶抑制法是農(nóng)藥殘留快檢技術(shù)中一種非常重要的檢測(cè)方法。酶抑制法的主要檢測(cè)原理是有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類農(nóng)藥對(duì)膽堿酯酶與羧酸酯酶等有很強(qiáng)的抑制力，能進(jìn)一步影響酯酶酶促反應(yīng)中酶與底物的反應(yīng)過程，從而影響底物與顯色劑的反應(yīng)，這種顯色反應(yīng)可在生物體外反映出農(nóng)藥的抑制力。在整個(gè)反應(yīng)過程中，可觀察到酶促反應(yīng)體系會(huì)產(chǎn)生一定的顏色變化，或酶與某些特定化合物結(jié)合后其理化信號(hào)強(qiáng)弱會(huì)發(fā)生變化，從而判定樣品中是否含有農(nóng)藥以及農(nóng)藥殘留量是否超標(biāo)。[6]

三.2?酶對(duì)食品安全的不利影響

因?yàn)槊缸饔每赡墚a(chǎn)生有毒物質(zhì)與不利于健康的物質(zhì)，酶制劑可能帶有微生物毒素和抗生素，有些酶具有致敏作用等原因，所以對(duì)酶制劑有如下的衛(wèi)生要求：

①對(duì)酶制劑的菌種應(yīng)嚴(yán)格鑒定，不能使用致病菌及有可能產(chǎn)生毒素的菌種。

②只能使用有一定規(guī)格的食品工業(yè)專用酶制劑，不能任意使用普通工業(yè)用酶制劑。

③來自動(dòng)植物非可食部分的酶應(yīng)經(jīng)毒理學(xué)鑒定。

④不熟悉的非致病性微生物制成的產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行更廣泛的毒性鑒定。

⑤食品生產(chǎn)中避免使用與治療用酶抗原性相似的酶類。

三.2.1?酶作用產(chǎn)生有毒物質(zhì)和不利于健康的物質(zhì)

食品用酶會(huì)因?yàn)槟承┰驃A帶某些毒性物質(zhì)進(jìn)入到食品中或由于酶的作用可能會(huì)產(chǎn)生一些有毒和不利于健康的物質(zhì)。由于在食品原料中酶和底物處在細(xì)胞的不同部位，酶和底物的相互作用才有可能發(fā)生。有時(shí)底物本身是無毒的，但經(jīng)酶催化講解后變成有害物質(zhì)，例如，木薯含有生氰糖苷，其本身無毒，但在內(nèi)源糖苷酶的作用下，產(chǎn)生氫氰酸（HCN）。

三.2.2?食品中酶的致敏作用

食品過敏是一種異常的免疫反應(yīng)，又稱為食物變態(tài)反應(yīng)，指人體所攝入的食物中的某些物質(zhì)（通常是蛋白質(zhì)）作為抗原誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生的免疫應(yīng)答而發(fā)生的一種變態(tài)反應(yīng)性疾病。酶可以用來去除或消減食物的過敏原，例如谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（簡(jiǎn)稱 TG 酶）催化反應(yīng)能夠改變蛋白質(zhì)原有的一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，從而影響其致敏性。有研究表明 TG 酶可通過包埋或者破壞過敏原蛋白的某些線性和構(gòu)象表位，有效減少或消除其致敏性，因此，采用 TG 酶調(diào)控食物過敏原的致敏性是一種安全且有效的方法，在工業(yè)應(yīng)用中具有廣闊的前景。[7]

在兒童和成人中，90%以上的過敏反應(yīng)是由蛋白質(zhì)引起的，酶雖然可以用來調(diào)控過敏原，但是酶本身就是一類蛋白質(zhì)，酶與酶制劑對(duì)機(jī)體來說就是一種“外源蛋白質(zhì)”，對(duì)人體是一種過敏原，導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞損傷或死亡。例如有些人食用菠蘿后15-60min后會(huì)出現(xiàn)腹痛、惡心等過敏反應(yīng)，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生呼吸困難及休克，這就是菠蘿中的菠蘿蛋白酶引起的免疫反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]?趙夢(mèng)然,呂航,王騰.酶制劑在食品加工、保鮮與檢測(cè)中的應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊,2023,(04):147-149.

[2]?劉玉瑩.食品安全快速檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用研究[J].食品安全導(dǎo)刊,2021,(19):170-171.

[3]?酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用技術(shù)[J].現(xiàn)代食品,2022,28(17):132-134.

[4]?曹強(qiáng),肖雨詩,孟慶一,徐志遠(yuǎn),劉歡,李晉成,吳立冬.酶基生物傳感器在快速檢測(cè)中的研究進(jìn)展[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào),2019,10(20):6902-6908.

[5]?金峻節(jié),喬青青,魏法山.酶在食品分析中的應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊,2015,(27):134.

[6]?趙素娟,包琴,趙麗杰.淺析酶抑制法在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用及酶源的研究進(jìn)展[J].食品安全導(dǎo)刊,2022,(20):168-171.

[7]?支陳,施一凡,閔星,邢廣良.TG酶在調(diào)控食物過敏原致敏性中的應(yīng)用進(jìn)展[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào),2023,37(02):58-64.