食品酶：食品制造产业的“芯片”

来源：中国食品报网

食品酶作为食品制造产业的“芯片”，可使食品变得越来越“酶”好，对于助力我国食品产业升级，实现食品产业高质量发展具有重要意义。然而，当前，我国食品酶产品品种和生产规模相对较少，结构不合理，产品质量不能够完全满足实际应用需求，高活性、高质量的复合酶将成为食品酶发展方向之一。

食品酶应用前景广阔

食品酶普遍存在于动物、植物及微生物中，可通过提取法或者发酵法获得。食品酶如同魔术师一般创造着食品的色、形、味，提升食品的功能和品质。在众多的食品加工方式中，生物酶催化由于具有条件温和、高效专一、能源节省、环境友好等特点，已被广泛地应用于当今食品加工各个环节中，如同“芯片”一般虽然低调内敛但功能强大，在满足人民对健康食品多样化需求的同时，还具有数十倍甚至上百倍的下游市场放大效应，撬动着我国食品产业的绿色发展。因此，食品酶作为食品制造产业的“芯片”，可使食品变得越来越“酶”好，对于助力我国食品产业升级，实现食品产业高质量发展具有重要意义。

食品酶是一种中间催化介质，市场中流通的产品常是其形成的终端产品，消费者往往对其比较陌生。但事实上，食品酶早已悄悄走进了千家万户的生活，默默地发挥着重要的作用，比如可以用于制作奶酪和酸奶的凝乳酶、增加肉鲜嫩程度的木瓜蛋白酶、提升面包口感的木聚糖酶、制备功能多肽的蛋白酶等。人们食用的纳豆中含有可溶解血栓和降低血粘度的纳豆激酶，可缓解乳糖不耐受症状的乳制品中含有的乳糖酶等。

食品酶的应用主要涉及淀粉制品制造、乳制品制造、烘焙食品制造、调味品制造、发酵制品制造、食品添加剂制造、酒和饮料制造等领域，国际上食品酶应用最多的是淀粉及淀粉制品行业、乳制品行业，而我国食品酶的应用规模相对较小，其应用主要集中在淀粉及淀粉制品行业、酿酒行业，其他食品行业的应用大多处于起步阶段。目前，食品酶在改善食品的质构特性，提高食品的风味和营养价值，稳定有效成分和食品体系，降低食品安全风险，简化加工工艺等方面发挥着越来越重要的作用。

随着人们对食品的健康、营养以及安全性要求的提高，食品酶也面临着更高的挑战。当前，我国食品酶产品品种和生产规模相对较少，结构不合理，产品质量不能够完全满足实际应用需求，高活性、高质量的复合酶将成为食品酶发展方向之一。不同于单一组份酶的催化，食品原料种类繁多，所含成分复杂多样，对酶应用过程中的催化能力、催化条件以及酶的耐受性提出了更高的要求。为解决食品多样化需求和食品酶精细化程度较低之间的矛盾，开发针对不同食品原料和不同营养需求的“量身定制酶”，也将成为食品酶的主要发展方向；另外，食品酶有别于其他食品添加剂，在食品的改性方面更具有针对性，未来食品酶将逐渐打破传统的应用领域，进一步实现酶促改善提升食品的感官、质地、口感等物理、化学和机械性能，推动我国大健康产业的发展。

食品酶研究趋于智能高效

常用的食品酶可分为糖酶、蛋白酶、脂肪酶、氧化还原酶类以及异构酶类。目前，主要是以蛋白质晶体学为主、核磁共振为辅，进行结构解析，为食品酶的功能改造奠定理论基础。尤其是，近年来计算硬件以及软件的发展，分子模拟（如同源建模、分子对接、分子动力学模拟和量化计算等）和人工智能技术在食品酶研究和开发中发挥了不同程度的作用，主要包括催化机理解析、高效酶分子理性设计以及新酶挖掘三个方面。

利用分子模拟技术可以直观观察食品酶分子的三维构象，从而进一步加深对食品酶催化机制的了解，并指导食品酶分子的高效理性设计。例如，为了提高反应速率，工业生产中经常需要食品酶具有耐高温的特性，利用计算机模拟和大数据分析寻找食品酶的活性位点和影响酶热稳定性的关键氨基酸残基，进一步对其进行理性设计而获得耐高温的酶分子，同样还可获得耐碱性、耐酸性以及催化效率提升的新型酶分子。除了对已有食品酶的改造，近年来随着生物数据库的指数级增长，使得计算模拟技术在筛选及挖掘新型食品酶分子方面同样具有竞争力。

另外，合成生物学、高通量筛选、高效基因编辑等技术体系的发展使食品酶性能改造更加精准快捷。合成生物学以设计—构建—测试—学习为核心，为高活性食品酶的设计开发提供了新的发展方向，各种食品酶结构解析越来越透彻、与底物互作关系越来越清晰，为适应复杂应用环境、性能更加稳定高效的新型突变体获得提供了保障。随着流式细胞仪、液滴微流控等仪器设备的普及，以及相配套的替换性荧光产物、荧光蛋白的融合表达等食品酶高通量筛选技术体系的开发，使得特种食品酶的优化效率得到进一步提升。另外，伴随着CRISPR/Cas9等高效基因编辑技术在食品酶表达宿主中的开发利用，使食品酶表达体系与重构宿主的适配性持续提升，酶的表达效率不断实现新突破。