乳糖酶的应用与固定化

介绍

乳糖酶，又称β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)，具有水解乳糖生成葡萄糖和半乳糖的催化活性。

乳糖酶

应用

含乳糖的乳制品经过适当的乳糖酶消化可以防止乳糖不耐症的发生[1]。此外，它还具有半乳糖苷转移作用，可用来生产低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)[2]，因此，它可应用在益生菌食品的生产中[3]。乳糖酶作为一种食品添加剂，在乳品工业中应用广泛。可用于GOS的生产[5]、无乳糖/低乳糖牛奶的生产[6]、乳制品副产物乳清的降解[7，8]、低乳糖冰激凌的生产[9]等。但它的实际应用企业数量少，在实际应用中的复杂条件限制了其应用范围，如由于胃液的酸性和蛋白酶的作用而丧失其活性，工业应用中反应条件复杂导致重复性使用次数少、稳定性低等缺点。

来源

乳糖酶的来源[4]丰富，包括植物来源、动物来源、微生物来源，不同来源的产品其酶学特性有很大差异，酵母菌来源的产品最适温度为37℃，最适pH为中性，适合牛乳中乳糖的水解，霉菌来源的产品为胞外酶，最适温度在50℃以上，最适pH偏酸性，可用于酸性乳清中乳糖的水解。细菌来源的产品最适pH近中性，受产菌株所处环境影响，其最适温度分布广泛。

酶固定化技术

乳糖酶固定化技术的发展为克服酶稳定性低的问题提供了有效途径。固定化是将其和载体相互结合在一起，控制反应在一定的空间范围内，固定化有利于回收后的重复使用和提高稳定性。传统的固定化方法较高的生产成本和较低的固定化效率限制了固定化载体材料的商业应用。随着新材料和生物技术的发展，固定化效率有了一定程度的提高，越来越多应用于乳品工业、医药等领域。

“纳米花”是基于有机分子和金属离子在磷酸盐缓冲液中通过自组装过程形成晶体结构。以无机磷酸盐作为载体,酶封装在纳米级层状花瓣中,称为纳米花型杂化固定化酶[10],该方法操作步骤简单,反应条件温和可有效保证酶活性不被破坏。具有良好的分散性和较大的比表面积,能降低底物和产物的传质阻力。Mg2+诱导有利于产生蛋白质折叠的变构效应,通过Mg2+变构效应组装的金属-乳糖酶杂化微球固定乳糖酶有显著增强的催化活性和效率[11]。

参考文献

[1)胡有贞，关波，王丽军，等.天山一号冰川产低温B-半乳糖苷酶菌株的筛选及其酶学特性J.应用与环境生物学报，2020,26(6)：1443-1450.

[2)]王丽军，牟元珍，关波，等.传统奶酪中产转糖基活性β-半乳糖苷酶乳酸菌的筛选鉴定及其合成低聚半乳糖条件J].食品科学，2019,40(22)：88-95.

[3]VERA C,GUERRERO C,ABURTO C,et al.Conventional and nonconventional applications ofB-galactosidases[J].Biochim Biophys Acta,2020,1868(1):140271.

[4贺路，龙承星，刘又嘉，等.微生物乳糖酶研究进展[J.食品与发酵工业，2017,43(6)：268-273.

[5]AULITTO M,STRAZZZULLI A,SANSONE F,et al.Prebiotic properties of Bacillus coagulans MA-13:Production of galactoside hydrolyzing enzymes and characterization of the transglycosylation properties of a GH42B-galactosidase[J].Microb Cell Fact,2021,20(1):71-88.

[6]MANIANE W,BRUNA CG,ALEXANDRE TP.Hydrolysis of lactose usingB-D-galactosidase immobilized in a modified arabic gum-based hydrogel for the production of lactose-free/low-lactosemilk[J].Int J Biol Macromo,2018,115:157-164.

[7]FRANCIELLE HM,JULIANE C,ADRIANO G,et al.Effect of by-products from the dairy industry as alternative inducers of recombinantB-galactosidase expression[J].Biotechnol Lett,2020,43:1-11

[8]HACKENHAAR CR,SPOLIDORO LS,FLORES E,et al.Batch synthesis of galactooligosaccharides from co-products of milk processing using immobilized B-galact osidase from Bacillus circulans[J].Biocatal Agric Biotechnol,2021,(36):102136

[9]黄梦瑶，范小雪，王存芳.酶在乳制品生产中的作用机理及应用研究进展[J].乳业科学与技术，2020,43(2)：44-48.

[10]GE J,LEI J,RICHARD NZ.Protein-inorganic hybrid nanoflowers[J].Nat Nanotechnol,2012,7(7):428-432.

[11]LI Y,WEN L,QU Y,et al.Metal-enzyme hybrid microspheres assembled via Mg2+-allosteric effector[J].Ind Eng Chem Res,2020,59(46):20278-20284.