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为解决乳糖不耐受问题及游离乳糖酶稳定性差、难回收等技术瓶颈，研究人员围绕乳糖酶（β- 半乳糖苷酶）固定化技术展开研究，通过电纺、包埋等方法优化酶活性，发现芯 - 壳电纺纤维可显著提升酶热稳定性与重复利用率，为低成本生产无乳糖牛奶提供新路径。
乳糖不耐受是全球广泛存在的健康问题，约 65% 的成年人因小肠内乳糖酶（β- 半乳糖苷酶）活性不足，无法有效消化牛奶中的乳糖，导致腹胀、腹泻等不适症状。在亚洲和非洲部分地区，患病率甚至高达 95%，印度南部人群的乳糖不耐受率也达 66.6%。这一问题不仅影响生活质量，还可能因乳制品摄入不足引发钙缺乏，增加骨质疏松风险。传统生产无乳糖牛奶的方法依赖添加游离乳糖酶，但酶易在巴氏杀菌过程中失活，且产品存在甜度高、成本昂贵（如印度市场价格是普通牛奶的 3 倍）、酶难以回收再利用等缺陷。因此，开发高效稳定的酶固定化技术成为突破产业瓶颈的关键。
以色列希伯来大学 - 哈达萨医学院（Hebrew University-Hadassah Medical School）与以色列理工学院（Technion – Israel Institute of Technology）的研究团队合作，针对乳糖酶稳定性与功能优化展开研究。他们通过多种固定化技术对比，发现芯 - 壳结构电纺纤维在提升酶活性与稳定性方面表现显著，相关成果发表于《Scientific Reports》。
研究采用的关键技术包括：
- 电纺技术：利用同轴针头电纺装置制备芯 - 壳结构纤维，内层为包裹乳糖酶与葡萄糖氧化酶的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水相，外层为聚偏二氟乙烯 - 共 - 六氟丙烯（PVDF-HFP）疏水壳层，形成直径约 3.5 μm 的微管状纤维，既保护酶不受外界环境干扰，又允许小分子底物扩散。
- 聚合物包埋技术：将酶包埋于海藻酸钠、角叉菜胶、明胶等生物聚合物凝胶珠中，通过交联剂（如氯化钙、戊二醛）增强机械强度，对比不同载体的酶稳定性。
- 多酶协同系统：引入葡萄糖氧化酶（GOx）降解乳糖水解产生的葡萄糖以解除反馈抑制，同时添加过氧化氢酶（CAT）清除 GOx 反应生成的 H?O?毒性产物，构建 “一锅法” 酶催化体系。
研究结果
1. 固定化方法对酶活性与稳定性的影响
- 电纺纤维组：乳糖酶活性在 4 周内保持稳定，4℃储存 3 个月后仍保留初始活性的 34%，且可重复使用至少 8 次。扫描电子显微镜（SEM）显示，纤维壁存在 50-100 nm 孔隙，允许底物渗透但阻止酶泄漏。
- 聚合物凝胶珠组：海藻酸钠 - 明胶交联珠表现最佳，3 个月后活性保留 56.9%，显著优于单一海藻酸钠珠（25%）。但凝胶珠存在底物扩散慢、机械强度低等缺陷。
2. 多酶协同效应与环境因素影响
- 葡萄糖氧化酶的作用：游离体系中，GOx 可在 30 分钟内提升乳糖酶活性 50%，但长期作用下活性衰减明显；电纺共固定体系中，GOx 仅在短期（<1 小时）内有效，提示需优化酶空间分布。
- 过氧化氢酶的作用：与 GOx 共固定于海藻酸钠 - 明胶珠时，可清除 H?O?并维持酶活性稳定 10 天，证实多酶系统在抑制副产物毒性中的价值。
- 金属离子激活剂：30 mM 硫酸镁（MgSO?）或氯化锰（MnCl?）可使游离酶活性提升 20-25%，钙离子（Ca2?）在 100 mM 浓度下表现类似效果。
3. 实际牛奶中的酶性能验证
- 低脂肪牛奶（1%）：电纺酶在 1 小时内降低乳糖含量 50%，优于海藻酸钠珠（30%）和游离酶（20%）；3 小时后，游离酶与凝胶珠组均可实现 80% 乳糖降解。
- 高脂肪牛奶（3%）：各体系乳糖降解效率均显著下降，提示脂肪可能干扰酶与底物接触，需进一步优化。
结论与意义
本研究系统对比了多种乳糖酶固定化技术，证实芯 - 壳电纺纤维在稳定性、重复利用率和底物扩散效率上的优势，为工业化生产无乳糖牛奶提供了可规模化的技术方案。多酶协同系统虽在短期表现出潜力，但长期稳定性仍需改进。研究结果不仅为乳糖不耐受人群提供了更经济的乳制品解决方案，还为食品工业中酶制剂的高效利用开辟了新方向。未来可探索 “茶包式” 固定化酶装置，简化生产流程并降低成本，推动该技术从实验室向市场转化。
