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葡萄糖氧化酶及其應用

文章來(lái)源:惠合膠體磨研磨設備廠(chǎng) 發(fā)布日期:2015-09-14 10:06:27作者:admin 點(diǎn)擊次數: 次
摘要：葡萄糖氧化酶是需氧脫氫酶，易溶于水，不溶于有機溶劑。工業(yè)生產(chǎn)多從黑曲霉中提取，該酶主要與過(guò)氧化氫酶共同作用催化葡萄糖產(chǎn)生葡萄糖酸，同時(shí)消耗氧。葡萄糖氧化酶廣泛應用于食品、醫藥、飼料等行業(yè)中，起到了去除葡萄糖、脫氧、殺菌等作用。
葡萄糖氧化酶 GOX（ Glucose Oxidase）是需氧脫氫酶。早在 1904 年，人們就發(fā)現了葡萄糖氧化酶，由于當時(shí)對其商業(yè)價(jià)值認識不足，所以沒(méi)有引起人們的重視。直到 1928 年，Muller 首先從黑曲霉的無(wú)細胞提取液中發(fā)現葡萄糖氧化酶，并進(jìn)一步通過(guò)試驗確定了酶的作用機理，并命名為葡萄糖氧化酶，之后把他歸入脫氫酶類(lèi)。此后 Nakamatsu 等先后對此作了大量的研究并投入生產(chǎn)。Fiedurek 等對提高產(chǎn)酶單位等方面做了大量的研究工作。1961年國際生化協(xié)會(huì )酶委員會(huì )將該酶進(jìn)行系統命名為β- D- 葡萄糖：氧化還原酶（ EC1.1.3.4）。我國 20世紀 70 年代開(kāi)始成立葡萄糖氧化酶研究協(xié)作組，李友榮等對該酶進(jìn)行過(guò)系統研究， 目前該酶在工業(yè)中得到廣泛的應用。
1 GOX的制備
葡萄糖氧化酶是酶技術(shù)研究與應用領(lǐng)域中一種非常重要的酶，由于 GOX 與生命的重要物質(zhì)葡萄糖和氧的密切關(guān)系，導致了他在科研、醫藥和工業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應用。GOX廣泛分布于動(dòng)物、植物及微生物體內。 從動(dòng)植物體內提取該酶有一定的局限性，從酶的含量來(lái)說(shuō)也不豐富。而霉菌在一定的培養條件下，產(chǎn)生 GOX 的能力較強，便于大規模生產(chǎn)。制得 GOX 的主要微生物是霉菌中的黑曲霉（ Aspergillus niger）和青霉菌（ Penicilliun notation）。
以黑曲霉為例，提取 GOX的純化工藝為：培養黑曲霉（ Aspergillus niger）細胞→過(guò)濾留
濾液→酸化至 pH4.0 ~ 4.5 →離子交換柱分離→用緩沖液洗脫→離心→收集飽和的沉淀物→結晶→冷凍干燥→得到純品
制得的純品酶制劑需要測定其酶活性，測定GOX 酶活性的方法主要有：分光光度法、熒光法、電化學(xué)法等。測定過(guò)程中的影響因素主要有：溫度、pH 值、供氧量等。
2 GOX的酶學(xué)性質(zhì)
高純度的葡萄糖氧化酶為淡黃色晶體，易溶于水，不溶于乙醚、氯仿、甘油等。一般制品中含有過(guò)氧化氫酶(Hydrogen peroxidase，簡(jiǎn)寫(xiě) HPD)，分子量為 15 萬(wàn)單位左右。葡萄糖氧化酶的光吸收波長(cháng)為377nm和455nm。在紫外光下無(wú)熒光，但是在熱、酸或堿處理后具有的綠色。葡萄糖氧化酶穩定的PH值范圍為3.5-6.5，適PH值為5，如果在沒(méi)有葡萄糖等保護劑的存在下，PH值大于8或小于3，葡萄糖氧化酶會(huì )迅速失活。葡萄糖氧化酶的作用溫度一般為 30 ℃- 60℃。固體酶制劑在 0 ℃下保存至少穩定兩年，在 – 15℃下可以穩定 8 年。
3 GOX的反應機理
葡萄糖氧化酶通常與過(guò)氧化氫酶組成一個(gè)氧化還原酶系統。葡萄糖氧化酶在分子氧存在下能氧化葡萄糖生成 D- 葡萄糖酸內酯，同時(shí)消耗氧生成過(guò)氧化氫。過(guò)氧化氫酶能夠將過(guò)氧化氫分解生成水和 1/2氧，而后水又與葡萄糖酸內酯結合產(chǎn)生葡萄糖酸。
在此過(guò)程中，葡萄糖氧化酶的特點(diǎn)是能夠消耗氧氣催化葡萄糖氧化；每克分子葡萄糖氧化酶在有過(guò)氧化氫酶存在下消耗 1 克原子氧；在沒(méi)有過(guò)氧化氫酶存在下消耗 1 克分子氧，在有乙醇和過(guò)氧化氫酶存在下，也消耗 1 克分子氧。
4 GOX的應用
葡萄糖氧化酶由于具有催化專(zhuān)一性、高活性和催化高效性等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)、醫藥、飼料添加等方面應用非常廣泛。其主要的用途是生產(chǎn)葡萄糖酸及作為抗氧化劑而廣泛用于食品保鮮過(guò)程中。
4.1 葡萄糖氧化酶在食品工業(yè)中的應用
4.1.1 在釀酒類(lèi)生產(chǎn)中的應用
葡萄糖氧化酶能抗啤酒氧化，保持啤酒風(fēng)味，延長(cháng)保存期。主要作用是除去啤酒中的溶解氧和瓶頸氧，阻止啤酒的氧化變質(zhì)過(guò)程，可以使氧與啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸內酯而消耗溶解氧。葡萄糖酸內酯性質(zhì)較穩定，沒(méi)有酸味、無(wú)毒副作用，對啤酒的質(zhì)量沒(méi)有什么影響，而且不具有氧化能力。
葡萄糖氧化酶又具有酶的專(zhuān)一性，不會(huì )對啤酒其他物質(zhì)產(chǎn)生作用。所以，使用葡萄糖氧化酶有很好的安全性。因此，葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化，保持啤酒原有風(fēng)味，延長(cháng)保質(zhì)期方面有顯著(zhù)的效果。
葡萄糖氧化酶在葡萄酒中的應用，早用于提高紅葡萄酒和葡萄汁的穩定性，通過(guò)排除產(chǎn)品中的氧，阻止微生物生長(cháng)來(lái)保持質(zhì)量，提高酒的穩定性；而后用于白葡萄酒生產(chǎn)中，由于葡萄皮、葡萄梗、葡萄籽中含有較多的酚類(lèi)和多酚氧化酶，在氧的作用下，會(huì )使白葡萄酒發(fā)生嚴重的褐變，尤其是使用成熟度較差和霉變的葡萄作原料時(shí)，白葡萄酒的褐變更為嚴重。加入葡萄糖氧化酶2過(guò)氧化氫酶體系，可有效的防止白葡萄酒褐變。

4.1.2在面粉及其制品中的應用
葡萄糖氧化酶是面粉改良劑與面包品質(zhì)改良劑。在面粉及各種制品生產(chǎn)中，能有效地改善面團的操作性能，提升產(chǎn)品質(zhì)量。用于烘焙面包、面條制作及各種高面筋面粉的生產(chǎn)有理想效果，可替代各種化學(xué)添加劑（ 溴酸鉀等），降低成本。在面包生產(chǎn)中，面粉中添加葡萄糖氧化酶，對面粉品質(zhì)改良達到效果，面包的比容和質(zhì)量有很大改善，面團不黏，有彈性，醒發(fā)后面團表面白而且光滑、細膩，烘烤后體積膨大，皮質(zhì)細致，無(wú)斑點(diǎn)，不起泡，氣孔細密勻，紋理結構好，咀嚼時(shí)有嚼勁，不黏牙。葡萄糖氧化酶比溴化鉀對面包抗老化性能效果更好。

4.1.3在包裝食品中的應用
在瓶裝及罐裝食品中的氧，由于多酚氧化酶和過(guò)氧化氫酶作用會(huì )引起質(zhì)量惡化，添加少量葡萄糖氧化酶，可阻止產(chǎn)品質(zhì)量降低。在粉狀包裝食品（ 瓶裝或罐裝）貯存時(shí)，因密封性差，在薄膜及包裝紙表面附葡萄糖氧化酶，有去氧、提高保存性效果。
4.1.4在果汁和蔬菜中的應用
由于果汁及蔬菜中含有大量的 Vc 容易被溶解在汁液中的氧所氧化而被破壞，添加適量的葡萄糖氧化酶與葡萄糖，可有效的保護 Vc 不被氧化。

4.1.5在其他食品中的應用
在制作脫水蛋粉時(shí)，在脫水與貯存過(guò)程中會(huì )出現褐變，主要是蛋白中還存在少量的葡萄糖，與蛋白中氨基酸產(chǎn)生美拉德反應，利用葡萄糖氧化酶可除去葡萄糖，解決褐變問(wèn)題。
測定食品中葡萄糖含量，利用其專(zhuān)一氧化酶的原理，制成葡萄糖氧化酶分析儀，能快速、準確、簡(jiǎn)易地測定各種食品中的葡萄糖含量，指導生產(chǎn)。
4.2葡萄糖氧化酶在飼料行業(yè)中的應用
葡萄糖氧化酶是一種新型的酶飼料添加劑，能夠改善動(dòng)物腸道環(huán)境，調節飼糧消化，促進(jìn)動(dòng)物生長(cháng)。含葡萄糖氧化酶、乳酸過(guò)氧化物和乳鐵蛋白的混合飼料添加劑，可用于預防牲畜胃腸道感染、腹瀉，并有促進(jìn)動(dòng)物生長(cháng)作用。由于葡萄糖氧化酶能催化腸道內的葡萄糖產(chǎn)生葡萄糖酸和過(guò)氧化氫，當過(guò)氧化氫積累到一定濃度時(shí)，直接抑制大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、巴氏桿菌、葡萄球菌、弧菌的生長(cháng)繁殖。其作用機理不同于抗生素，不會(huì )產(chǎn)生菌體抗藥性或藥物殘留。葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖去除腸道內氧氣，為厭氧有益菌雙歧桿菌的增殖制造厭氧環(huán)境。生成的葡萄糖酸可降低胃腸內 pH 值，為乳酸菌生長(cháng)制造酸性環(huán)境。有益菌大量增殖形成微生態(tài)競爭優(yōu)勢，不利于大腸桿菌、沙門(mén)氏菌等有害菌的存活，控制感染，排除腐敗物質(zhì)，提高巨噬細胞活性，從而提高機體免疫力。
4.3 葡萄糖氧化酶在醫藥行業(yè)中的應用
葡萄糖氧化酶和乳酸過(guò)氧化物酶（ LPO）、淀粉葡糖苷酶、葡聚糖酶、溶菌酶等酶制劑可除去或緩解牙斑、牙垢和齲齒的形成。含有葡萄糖氧化酶的藥物，其穩定性提高 3 倍。含有 GOX、LPO 和含碘化合物等成分的制劑，可用于口腔衛生除口臭，并具有抗頭皮屑的作用。含 GOX 和 LPO 的雙酶口香糖，在咀嚼時(shí)抑菌有效率達 96 % ~ 99 %。GOX 可用于對 H2O2敏感的淋巴瘤的導向目標的治療。作為試劑盒、酶電等用于血清（ 漿）、尿液及腦脊液中葡萄糖的體外定量分析。

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