乳糖酶的应用及固定化

一 2 ／ ／ 2．o ， 。 乳糖酶的应用及固萝化 大连轻工业学院 孙玉梅 拳蓓蔽 牟连玉 摘 要 乳糖酶是应用范围棱广 的 一种酶，尤其在食品行业应用较多。本文对乳糖酶的性质、应用及厨定化 方面的研究进l行了综述。 ， ’ 性质 应用 - ⋯ AB 雌 S'r 褪RACABS ACT， 和 ’ 、 J Laetase i s an enzyme widely _ used． This paper reviewed the pro— perry， application and immobilization of [aeta s e． K eywords, laetase) properry) applieationj immobilization． ’ 前 亩 乳糖酶 (EC3．2．1．23)学名为p—D一半乳糖苷半乳糖水解酶，常用名为0一半乳糖 苷 酶 ， 该 酶 能将乳糖承解成为半乳糖与葡萄槠，也具有半乳糖苷的转移作用．乳糖酶广泛分布在自然界．不仅存在于 一 些动植物体的组织内．也作为臌内酶或胞外酶存在于不同种类的微生物体内外．其生产以微生物发酵法 居多。 乳糖酶的性质随来源不同而异．而不同的性质决定了每种乳糖酶有其特殊的用途．乳糖酶主要用作乳 制品的助消化处理剂．因为许多人的内脏中缺乏乳糖酶，所 对乳糖不适应而难以消化牛乳和乳制品。用 乳糖酶分解乳糖．可以提高牛奶的可消化性。乳糖酶电可甩作改善乳制品的外观稻口癖的处理卉萼，以避免 乳精在乳制品中结晶并增加了甜度。该酶用于酶免疫分析具有无内源性干扰，底物无致癌性且显色稳定 纯化的主要步骤为通过阳树酯 (Tm ’)重斯转型成葡萄糖貌，然后再进行中和转型为盐。 3．脱色 采用0．5 对固j簪物的粉未活性炭进行税色。腿色温度为6o‘c，脱色时间为I小时 4．浓缩 、结晶。 上述脱色液过德后即可进 行真空浓缩稻结晶 浓缩时物料温度不宜超过70‘C。结晶采职冷 却的结晶方式。 葡萄糖酸钙的结晶条件为·结晶初始时其浓缩液比重为i．1 08左右，加入o．5 的晶种量，初始温度 7 0 C．终了温度40‘C。 葡萄糖酸钠的结晶条件为：初始温度60‘C．韧始泼皮 0‘Bx，投入o．1 的晶种量，终了温度40·c 萄葡糖酸钙的结晶率为80％左右．萄葡糖酗钠的结晶蛊电在80％左右。 ． 结 论 采用化学氧化法氧化葡萄糖生产葡萄糖酸盐是一条可行的方法，并且特别适合于中小型厂选用。 该工艺葡萄糖氧化率可达8^％以上，葡萄塘酸的得率达B0 瞰上。葡萄糖酸中和成盐君葡萄糖酸盐 的结晶窜可达到8o％以上。因此该工艺的产品得率不低。 该法生产构葡萄糖酸钙或钠可进一步精制转型成葡萄糖酸生产其它葡萄糖酸盐如辟盐、铜盐相铁盐 等。 维普资讯 http://www.cqvip.com 的优点。与荧光底物相结合可作超微量荧光酶联分析。对撒量激素，药物的定量分析，以及病毒，单克 隆抗体等铡定具有灵敏的特点。乳清中含有乳糖，当乳清大量排放时会造成环境污染，用乳糖酶处理乳 清，不但可用乳清生产食品添加剂 (甜味剂 蛋白资源)、易消化的禽饲料和作为发酵系科 (发酵生产 酒精、乳酸 酶制剂等)，而且还可解决乳清大量排放所造成的环境污染的问。 随着酶的固定化技术妁*起和发展，自68年以来，有许多固定化乳粹嗨的研究报道，其中有些固定 化酶 巳得以应用。 一 ， 乳糖醵的性质 乳糖酶作用的最遗温度，PH和分子量随酶源不同而异。 一 般说来，霉菌乳糖酶的最适PH偏酸性 (PH2．5～5．o)．酵母和细菌乳糖酶 均最遥PH近中性 (分 别为PHe～7和PHo．5～7．5)这种最遁PH的性质决定了各自的用途．如霉菌乳糖酶适用于酸性孚 的 水解，酵母和细菌乳糖酶适用于牛奶 (PHo．6)相鲜乳清 (PHo．1)的水解。 微生物乳糖酶最适作用温度为40～5o‘C 一些嗜热菌产生的乳糖酶具有热稳定性，能长 期 在 60‘C 或更高温度下存活，使其应用后具有转化率高，污染可能小的优点 在较低温度下，甚至低 到 4 C时仍 具有一定活力，所以，牛乳或乳清可加酶后贮藏过夜再进行加工，此温度下能目【起酸败的腐败菌的生长巳 很缀 厦。 大场杆菌乳糖酶分子量最大 (520000~850000)，米曲霉乳糖酶分子量为90000，脆壁酵母乳糖酶分 子量为201000。还有人报道大骑杆菌k． 野生型乳糖酶分子量为1 3 0000，、喑热厌氧细菌 乳 糖 酶 分 子 量 154000，球菌乳糖 酶分子量为66000。 半乳糖作为乳糖酶作用的产物对乳糖酶有抑制作用。黑曲霉的乳糖酶比米曲霉的乳糖酶受 抑 制 要 强．芽孢杆菌的乳糖酶比脆壁酵母的乳糖酶受抑制稍弱。 乳糖酶活性的抑制剂有对氯汞苯甲酸盐，EDTA、1．10一菲绕啉 氧化剂阳某些金 属 籽 (如： Fe ，Ca 、Cu ，Hg1．、Ag‘ 等)。～碘乙酸 三胺甲烷可部分抑制其酶活力。澈 活 剂为部分 金属离子 (如．Agl+ Mnl+、Co ，zn ’等)和还原剂 (半胱聩酸、NaSO。等) 在实际应用时． 可根据乳糖酶的性质，控制酶作用的适宜条件。 一 =、乳糖酶的固定化爰应用 用乳糖酶水解牛奶中的乳糖，可减少酸奶凝固时间15 ～20％，延长酸乳的货架时间，水解程度较大 时，甜度也增加，这样在制做水果酸乳时可减少糖的用量。水果风味也会增加。 乳糖酶 水解乳糖后，可缩短 鲜乳酪的凝固时间．使其凝结坚 固，还可减少由于乳酪澄清而造成 的损 失．产量可增加10 。 ‘ 虽然用游离乳糖酶水解乳糖的工艺较简便，但是，由于用游离乳糖酶会使牛奶掺八外来蛋白以及游离 酶法成本较高，所以使乳糖酶的应用受到限制。固定化乳糖酶展现了明显的优势，它既可重复使用，又 能连续操作、缩短处理时间，显著地降低了使用成本 因此．人们对乳糖酶的固定化技术进行了很多研 究 。 采用共债交联法的固定化载体包括多孔颗粒硅膛、带游离羟基或氟基的纤维素衍生物和环氧己烷活 化的聚丙烯化台物。各种多聚体凝胶 (如：聚丙烯酰胺，聚醋酸乙烯，察 酯纤维素，琼脂等)用作包埋 载体，超滤膜用于物理法阻留酶。 用 纤维素包埋酵母乳糖酶 已有 工业规模 的应 用，用其间歇处理预先超 高温 诮毒的牛奶。采用 Cor— ni g Gla ss System可用盐酸把经巴氏灭菌的待处理液调PH3．8，通过酶反应器反应约l5min，‘最初 反应温度为37‘c，逐渐升高到00‘C， 以补喾酶活力的损失。在Pm ．5 3o～35‘C的条件下处理浓缩乳 请，乳精浓缩程度取决于终产物的抑制作用和反应器中压降，所用固定化乳糖酶的装置曾成 功 地 运转 两年多，每日循环一次．2Ohr进行水解，4hr用于清洗。 用戊=醛处理环状芽孢杆菌的乳糖酶．或把该菌用戊二醛交联固定于多孔硅胶．经处理或固定化后 的乳糖酶．其生产低聚糖的活性从原来的2l％提高到40 。 维普资讯 http://www.cqvip.com 酿酒酵母有较强的发酵力，但它没有乳糖酶梧性，不能利用乳糖，把米曲霉的乳糖 酶 与之联台固 定，就可分解乳蒲中的乳糖，用乳清发酵生产乙醇。联台固定的方法是：先把酶结合到葡聚糖粒子上， 而后再把这种难溶葡聚糖一一酶培台物与酵母细胞一起包理到海藻酸钙凝股中。．直径为几毫米 的联 合 固定粒子可在反应柱中使用，床式反应器容量314~n!，填充物层深4cm，联合固定 物 量36g 发酵液流 速2oomI／hr，流出液中乙醇浓度为o．gg／I Dom1，料液中乳糖浓度为4g／100mi。联合 固定皋系开始 只发酵乳糖水解物中的葡萄糖，待葡萄糖耗尽并适应几小时后，也能赞酵半乳糖。反应器的发酵条件是 PH5，3 o‘C，系统半衰期为7天。 印度R ad等将含有乳糖酶的魄壁酵母细胞包埋于2％海藻酸钙中，通过分批发酵法，除去牛乳中的乳 糖。每log固定化细胞 在3．5hr内，可将10oral牛乳完全睨去乳糖 此固定化细胞连续使用lD批后，播 力不下降 有人把环状芽孢杆菌的乳糖用戊二醛处理吸附到离子交换树~Daolite Es一762和Dow ex MNA 一 1以及烧结氧化铝上，其中固定在Duolit Es~762上的乳糖酶阳水解乳糖活力最强。在连续水解乳糖的过 程中，可能是由于凝肢中募糖积累的缘故，使固定化乳糖酶可逆性失活 在连续搅拌罐式反应器 (CST R)中，固定化乳糖酶可高转化率分解乳糖，而且可减少酶失活，在乳糖转化率大于70 时，估 测该固 定化乳糖酶的半衰期，5o‘C为5o天，55‘C为15天 采用聚丙酶酰胺凝胶包埋米曲霉的乳糖酶、当聚丙烯酰胺单 浓度为2 0 时，酶活力与机械强度都 比较理想．酶活力为12．5u／g湿酶粒。采用此法制得的固定化酶的最适范围为PH4．n～7． 相应的游离酶 最遣PH范围为3．5～6．o，乳糖酶固定化前后的最佳PH均为5。o。游离酶的稳定性较弱+为PHA。5～6。5， 固定化酶的稳定性范围扩大为PH4．o～7．5，而且PH值中性区域的耐受力较大。酶固定化前后的最适温 度为50‘C，酶经固定化后，热稳定性提高。Km和Vm值在固定化前后具有可比性，变化不大。底物乳 糖在凝腔中扩散不影响回定酶的反立速度。固定化乳糖酶作用不同浓度的乳糖液，在不周温度下现的 分解率随时间变化而异，在5o‘C 脱脂牛奶经二小时可使其中乳糖分解47 。使用该固定化酶处 理 脱 脂牛奶，可以在保持原有风味的条件下，增加甜度，使得饮用时蔗糖用量减少 经固定化乳糖酶处理过 的脱脂牛奶制作酸奶，可节省时间I／3，在需要添加8 蔗糖的酸乳制作中，可节省6X～lo 的蔗糖用量。 A．Bod a1o等^对乳糖酶固定化的不同方法诗行了比较研究 所用固定化载体具有适于 在 准 化 床 反应器中使用的物理．c学_生质。使用的固定化载体有 无涂层的多孔破霜、诲藻酸、K一卡拉胶相色素 吸俐剂一w，计算了固定化酶的固有动力学常数 (Vmax和Kin)和固定化相关参数。把乳糖酶共价 联 接到劳基胺处理的多孔玻璃和戊二醛处理的多孔玻璃上，得到的固定化酶的酶台量最高，而且晦墙性也 最高。包埋在海藻酸钙和K一卡拉胶凝胶中的乳糖酶活性很低，可能是酶构像变化之故，也可能是凝肢 体内部微环境不适宜所致，正因如此，尽管凝胶珠在流化床中的流体力学特性极令人满意，该固定化乳 糖酶也不适用。物理吸附到色素吸附剂 W上的乳糖酶，虽然其比活性较低，但是，由于色素吸附剂对 乳糖酶的吸附能力很强，可在其上吸附固定很多乳糖酶，便可获得高酶播力，而且该载体的固定化方法 简单，该载体的成本又低，这样，就使该固定化酶可工业化使用。如果载体吸附酶过多，扩散作用会限 与制参反应的酶的数量，酶的有效利用率便会降低，所以，吸附固定酶时，酶浓度不宜过高 最后选择 流化床反应器中的固定化酶载体，不仅要依据固定化酶的活性，还要依据载体的流体力学特性，可在多 孔玻璃和色素的设阳剂一w两者中做选择 在固定化乳檐酶工业化应用中，应该注意固定化酶的清洗问题，以防固定化酶被微生物污染，所用 清冼剂有：o。05％双氧永、0．5 碘消灵，2 0PPm季铵化合物、山梨酸钾，二氧化碳等，也可靠选择适 当的操作条件来解决微生物污染问题。 综上所述，乳糖酶应用范围广，对不同来源的乳糖酶的性质的研究，会给实际应用提供 条 件 和 依 据。固定化乳糖酶更有其广阔的应用前景，而固定化载体和固定化方法的选择直凄髟响了固定化乳糖酶 的鬟j示应用，尤其界工业化规模的应用，在应用中还应注意固定化酶的清洗问题，以 保 证 系统正常操 作。我国对乳糖酶的性质、应用厦固定化的研究起步较晚，研究较 ，尚有很多工作需要撇。 维普资讯 http://www.cqvip.com