葡萄糖氧化酶及其应用

摘要：葡萄糖氧化酶是需氧脱氢酶，易溶于水，不溶于有机溶剂。工业生产多从黑曲霉中提取，该酶主要与过氧化氢酶共同作用催化葡萄糖产生葡萄糖酸，同时消耗氧。葡萄糖氧化酶广泛应用于食品、医药、饲料等行业中，起到了去除葡萄糖、脱氧、杀菌等作用。
葡萄糖氧化酶 GOX（ Glucose Oxidase）是需氧脱氢酶。早在 1904 年，人们就发现了葡萄糖氧化酶，由于当时对其商业价值认识不足，所以没有引起人们的重视。直到 1928 年，Muller 首先从黑曲霉的无细胞提取液中发现葡萄糖氧化酶，并进一步通过试验确定了酶的作用机理，并命名为葡萄糖氧化酶，之后把他归入脱氢酶类。此后 Nakamatsu 等先后对此作了大量的研究并投入生产。Fiedurek 等对提高产酶单位等方面做了大量的研究工作。1961年国际生化协会酶委员会将该酶进行系统命名为β- D- 葡萄糖：氧化还原酶（ EC1.1.3.4）。我国 20世纪 70 年代开始成立葡萄糖氧化酶研究协作组，李友荣等对该酶进行过系统研究，目前该酶在工业中得到广泛的应用。
1 GOX的制备
葡萄糖氧化酶是酶技术研究与应用领域中一种非常重要的酶，由于 GOX 与生命的重要物质葡萄糖和氧的密切关系，导致了他在科研、医药和工业生产上的广泛应用。GOX广泛分布于动物、植物及微生物体内。从动植物体内提取该酶有一定的局限性，从酶的含量来说也不丰富。而霉菌在一定的培养条件下，产生 GOX 的能力较强，便于大规模生产。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）。
以黑曲霉为例，提取 GOX的纯化工艺为：培养黑曲霉（ Aspergillus niger）细胞→过滤留
滤液→酸化至 pH4.0 ~ 4.5 →离子交换柱分离→用缓冲液洗脱→离心→收集饱和的沉淀物→结晶→冷冻干燥→得到纯品
制得的纯品酶制剂需要测定其酶活性，测定GOX 酶活性的方法主要有：分光光度法、荧光法、电化学法等。测定过程中的影响因素主要有：温度、pH 值、供氧量等。
2 GOX的酶学性质
高纯度的葡萄糖氧化酶为淡黄色晶体，易溶于水，不溶于乙醚、氯仿、甘油等。一般制品中含有过氧化氢酶(Hydrogen peroxidase，简写 HPD)，分子量为 15 万单位左右。葡萄糖氧化酶的光吸收波长为377nm和455nm。在紫外光下无荧光，但是在热、酸或碱处理后具有的绿色。葡萄糖氧化酶稳定的PH值范围为3.5-6.5，适PH值为5，如果在没有葡萄糖等保护剂的存在下，PH值大于8或小于3，葡萄糖氧化酶会迅速失活。葡萄糖氧化酶的作用温度一般为 30 ℃- 60℃。固体酶制剂在 0 ℃下保存至少稳定两年，在 – 15℃下可以稳定 8 年。
3 GOX的反应机理
葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶组成一个氧化还原酶系统。葡萄糖氧化酶在分子氧存在下能氧化葡萄糖生成 D- 葡萄糖酸内酯，同时消耗氧生成过氧化氢。过氧化氢酶能够将过氧化氢分解生成水和 1/2氧，而后水又与葡萄糖酸内酯结合产生葡萄糖酸。
在此过程中，葡萄糖氧化酶的特点是能够消耗氧气催化葡萄糖氧化；每克分子葡萄糖氧化酶在有过氧化氢酶存在下消耗 1 克原子氧；在没有过氧化氢酶存在下消耗 1 克分子氧，在有乙醇和过氧化氢酶存在下，也消耗 1 克分子氧。
4 GOX的应用
葡萄糖氧化酶由于具有催化专一性、高活性和催化高效性等优点，在食品工业、医药、饲料添加等方面应用非常广泛。其主要的用途是生产葡萄糖酸及作为抗氧化剂而广泛用于食品保鲜过程中。
4.1 葡萄糖氧化酶在食品工业中的应用
4.1.1 在酿酒类生产中的应用
葡萄糖氧化酶能抗啤酒氧化，保持啤酒风味，延长保存期。主要作用是除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧，阻止啤酒的氧化变质过程，可以使氧与啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸内酯而消耗溶解氧。葡萄糖酸内酯性质较稳定，没有酸味、无毒副作用，对啤酒的质量没有什么影响，而且不具有氧化能力。
葡萄糖氧化酶又具有酶的专一性，不会对啤酒其他物质产生作用。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，保持啤酒原有风味，延长保质期方面有显著的效果。
葡萄糖氧化酶在葡萄酒中的应用，早用于提高红葡萄酒和葡萄汁的稳定性，通过排除产品中的氧，阻止微生物生长来保持质量，提高酒的稳定性；而后用于白葡萄酒生产中，由于葡萄皮、葡萄梗、葡萄籽中含有较多的酚类和多酚氧化酶，在氧的作用下，会使白葡萄酒发生严重的褐变，尤其是使用成熟度较差和霉变的葡萄作原料时，白葡萄酒的褐变更为严重。加入葡萄糖氧化酶2过氧化氢酶体系，可有效的防止白葡萄酒褐变。

4.1.2在面粉及其制品中的应用
葡萄糖氧化酶是面粉改良剂与面包品质改良剂。在面粉及各种制品生产中，能有效地改善面团的操作性能，提升产品质量。用于烘焙面包、面条制作及各种高面筋面粉的生产有理想效果，可替代各种化学添加剂（溴酸钾等），降低成本。在面包生产中，面粉中添加葡萄糖氧化酶，对面粉品质改良达到效果，面包的比容和质量有很大改善，面团不黏，有弹性，醒发后面团表面白而且光滑、细腻，烘烤后体积膨大，皮质细致，无斑点，不起泡，气孔细密匀，纹理结构好，咀嚼时有嚼劲，不黏牙。葡萄糖氧化酶比溴化钾对面包抗老化性能效果更好。

4.1.3在包装食品中的应用
在瓶装及罐装食品中的氧，由于多酚氧化酶和过氧化氢酶作用会引起质量恶化，添加少量葡萄糖氧化酶，可阻止产品质量降低。在粉状包装食品（瓶装或罐装）贮存时，因密封性差，在薄膜及包装纸表面附葡萄糖氧化酶，有去氧、提高保存性效果。
4.1.4在果汁和蔬菜中的应用
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坏，添加适量的葡萄糖氧化酶与葡萄糖，可有效的保护 Vc 不被氧化。

4.1.5在其他食品中的应用
在制作脱水蛋粉时，在脱水与贮存过程中会出现褐变，主要是蛋白中还存在少量的葡萄糖，与蛋白中氨基酸产生美拉德反应，利用葡萄糖氧化酶可除去葡萄糖，解决褐变问题。
测定食品中葡萄糖含量，利用其专一氧化酶的原理，制成葡萄糖氧化酶分析仪，能快速、准确、简易地测定各种食品中的葡萄糖含量，指导生产。
4.2葡萄糖氧化酶在饲料行业中的应用
葡萄糖氧化酶是一种新型的酶饲料添加剂，能够改善动物肠道环境，调节饲粮消化，促进动物生长。含葡萄糖氧化酶、乳酸过氧化物和乳铁蛋白的混合饲料添加剂，可用于预防牲畜胃肠道感染、腹泻，并有促进动物生长作用。由于葡萄糖氧化酶能催化肠道内的葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢，当过氧化氢积累到一定浓度时，直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌的生长繁殖。其作用机理不同于抗生素，不会产生菌体抗药性或药物残留。葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖去除肠道内氧气，为厌氧有益菌双歧杆菌的增殖制造厌氧环境。生成的葡萄糖酸可降低胃肠内 pH 值，为乳酸菌生长制造酸性环境。有益菌大量增殖形成微生态竞争优势，不利于大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的存活，控制感染，排除腐败物质，提高巨噬细胞活性，从而提高机体免疫力。
4.3 葡萄糖氧化酶在医药行业中的应用
葡萄糖氧化酶和乳酸过氧化物酶（ LPO）、淀粉葡糖苷酶、葡聚糖酶、溶菌酶等酶制剂可除去或缓解牙斑、牙垢和龋齿的形成。含有葡萄糖氧化酶的药物，其稳定性提高 3 倍。含有 GOX、LPO 和含碘化合物等成分的制剂，可用于口腔卫生除口臭，并具有抗头皮屑的作用。含 GOX 和 LPO 的双酶口香糖，在咀嚼时抑菌有效率达 96 % ~ 99 %。GOX 可用于对 H2O2敏感的淋巴瘤的导向目标的治疗。作为试剂盒、酶电等用于血清（浆）、尿液及脑脊液中葡萄糖的体外定量分析。

来源：惠合胶体磨研磨设备厂

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