第四章糖酶(8学时)

1、第 4 教学周第 4 节（第 1 次课）主要教学要求：学习提示：了解酶的淀粉酶在食品中的应用，掌握淀粉酶、液化酶、糖酶、淀粉酶、 液化酶、 糖化酶； 性质、糖化酶、葡萄糖淀粉酶等的概念，掌握上述几种淀粉酶的作用特点、影响因素、活力测定等。性质、作用特点、作用产物、活性测定方法等。教学重点、难点：教学方法、手段：教学重点： 糖酶、 淀粉酶、 液化酶、 糖化酶等概念， 特性，教师讲课为主、课堂讨论为辅。酶的作用机制等。板书和投影结合。教学难点：上述诸酶的特性及作用机制。教学基本内容备注第一节淀粉酶一、淀粉酶的定义及分类（一）定义1、淀粉酶 (amylase)：作用于淀粉、糖原、多糖衍生物的糖苷键，

2、把它们降解成较小分子化合物的酶，是属于水解酶。2、淀粉 (starch)：葡萄糖以 -1，4-糖苷键或 -1，6-糖苷键结合而形成的多糖物质，根据糖苷键的连接方式不同可以分成直链淀粉和支链淀粉两种。（ 1）直链淀粉 (amylose)：一般由 250 300 个 D-葡萄糖以 -1，4-苷键连接而成的直线状的多糖物质。（ 2）支链淀粉 (amylopectin) ：葡萄糖以 -1，4-苷键联结形成直线的主链，分支处以-1， 6-苷键联结而形成的分枝壮的多糖化合物。3 、糖原 ( glycogen ) ：由许多葡萄糖缩合成的支链多糖，又称“动物淀粉”。4、糖苷键(glycosidic bond)

3、：一个糖半缩醛羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛或缩酮键，常见的糖苷键有苷键和 N-糖苷键。O- 糖（二）淀粉酶的分类1、根据作用方式不同分为内切淀粉酶和外切淀粉酶。内切淀粉酶统称为-淀粉酶。（ 1）内切 淀粉酶 (Endo-amylases) ：对淀粉 -1，4- 糖苷键的糖苷部位发生作用，把这位置的链随机地切开的酶叫做内切 淀粉酶，如 -淀粉酶。（2）外切 淀粉酶 (Exo-amylases)：从淀粉糖糖链的非还原性未端开始对其1，4糖苷键的糖苷部位发生作用，把这部位切开的酶叫做外切 淀粉酶，如 -淀粉酶。2、根据热稳定性的不同分为热稳定型和热不

4、稳定型淀粉酶。地衣芽孢杆菌来源的 -淀粉酶最适温度为 95-97，故称为耐高温 -淀粉酶；枯草芽孢杆菌来源的 -淀粉酶最适温度为 70，故称之为中温型 -淀粉酶；而黑曲霉、米曲霉、植物来源的液化酶或糖化酶的最适温度范围为50 60，属于热不稳定型淀粉酶。3、根据产物的不同分为葡萄糖基型的葡萄糖淀粉酶和麦芽糖基型的脱支酶。脱支酶又可以分成直接型的异淀粉酶、茁霉多糖酶和间接型的淀粉葡萄糖苷酶。-淀粉酶以及-1， 6-第 4 教学周第4 节（第 1 次课）教学基本内容备注（三）淀粉酶的来源1、植物 麦芽、土豆、大豆；2、动物 唾液、猪的胰脏；3、微生物（ 1）细菌：地衣芽孢杆菌、枯草杆菌、嗜热脂肪芽

5、孢杆菌（ 2）霉菌：根霉菌、黑曲霉、米曲霉（ 3）酵母：拟内胞霉二、 -淀粉酶（一） -淀粉酶的定义及系统名1、定义-淀粉酶： 随机水解支链和直链淀粉中的 -1,4 糖苷键的酶， 属于内切酶， 其最小产物是麦芽糖。2、系统名及代号-淀粉酶系统名为-1,4-葡萄糖 -4- 葡聚糖水解酶，代号为。（二）来源1、植物种子的嫩芽，如麦芽、豆芽。2、哺乳动物组织，如人的唾液和猪的胰脏。3、微生物来源，如枯草杆菌和米曲霉等。（三） -淀粉酶的作用1、当 -淀粉酶作用于直链淀粉时：第一阶段， 对淀粉分子内的 -1,4 葡萄糖苷键随机地方式切开， 降解产生分子量大小不等的低聚糖，降解速度很快。第二阶段， 对第

6、一阶段产生的寡糖切开其 -1,4 葡萄糖苷键， 最后产生葡萄糖和麦芽糖。第二阶段并不遵循第一阶段随机作用的模式，并且反应速度很慢。2、当 -淀粉酶作用于支链淀粉时：对支链淀粉分子内直链部分的-1,4 葡萄糖苷键随机地方式切开，并绕过 -1,6 糖苷键的分支点，产生葡萄糖和麦芽糖外，还产生一系列-极限糊精（含有-1,6 糖苷健）。（四） -淀粉酶的性质1、分子量 : 大多数 -淀粉酶的分子量在50,000 左右；2、分子特征 : 每个分子中含有一个Ca2+，有些还含有Zn2+；3、 -淀粉酶分子中的Ca2+的功能：钙原子是 -淀粉酶表现活性所必需的，它起着维持和稳定酶蛋白的最适宜构象的作用。因此

7、，在低pH 和同时存在耦合剂的条件下，将酶分子中的钙除去，就能导致酶基本上失活和对热、酸、或脲等变性因素的稳定性降低。不同来源的-淀粉酶对钙的依赖性和需要量有所不同。（五） -淀粉酶作用机制尚不清楚。第 4 教学周第4 节（第1 次课）教 学基本内容备注（六）影响酶反应的因素1、温度对 a-淀粉酶作用的影响(1)不同来源的-淀粉酶具有不同的热稳定性。(2) -淀粉酶的热稳定性随着温度的增高而变化。(3) Ca2+的参与，可增加 -淀粉酶的热稳定性。(4) 随着温度的增高，半衰期减少。2、pH 对 -淀粉酶作用的影响(1) -淀粉酶的活力-pH 图是典型的钟型曲线(2)不同来源 -淀粉酶，活力-

8、pH 曲线形状及最适pH 有差别。(3)谷物 -淀粉酶在最适pH 的酸性一侧失活迅速，而碱性一侧则缓慢。(4) Ca2+的参与，可以增加 -淀粉酶的 pH 稳定性，延长其稳定的pH 范围。（七） -淀粉酶活力测定的方法1反应底物通常用可溶性淀粉。2反应环境温度为 60， pH 为 6.0，常压 。3 -淀粉酶活力测定方法（1）测定还原糖产生速度的方法测定由淀粉酶所打断的糖苷键的速度，即释放出的还原糖的量来表示，产生的还原糖可用 3,5 二硝基水杨酸测定，产物颜色在540 nm 处的吸光率与 -淀粉酶活力成正比。（2）可用淀粉遇碘显色力下降的速度来表示酶活力的方法原理：使底物与 -淀粉酶经保温

9、15 分钟后， 由于产生还原糖而引起与碘的显色力下降，因而由 620 毫微米处所测得的碘吸光率减少，即表示酶活力的实际量度。用分光光度计测碘化反应的颜色变化求得酶活力方法（Blue value ）一定量淀粉溶液中加入不同含量的酶溶液时，反应经过一定时间后根据颜色变化求得酶活力的方法（ Wohlgemuth method ）利用一定量时，根据反应进行到一定颜色时所需的时间来求得酶活力的方法（ Wohlgemuth improved method ）（ 3）测底物粘度下降的进度来表示酶活力的方法因糊化后淀粉粘度很高， 经 -淀粉酶作用会迅速稀化而使粘度下降， 用粘度计测定糊化淀粉粘度下降速度可以间

10、接地知道该酶的活力。三、 -淀粉酶（一） -淀粉酶的定义及系统命名1、定义对淀粉分子，从非还原性未端开始以两个葡萄糖单位顺次切开麦芽糖的酶，属于外切酶的一种，又称糖化淀粉酶。-1， 4 糖苷键，生成2、系统名及代号系统命名为-1， 4 葡聚糖麦芽糖水解酶，代号。第 4 教学周第4 节（第1 次课）教 学基本内容备注（二） -淀粉酶来源1、大多数高等植物，如小麦、大麦芽、甘薯和大豆等，这种酶较贵。 2、微生物，如巨大芽孢杆菌、球状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等，来源丰富、较便宜。（三） -淀粉酶的作用1、当 -淀粉酶水解直链淀粉时：（1）当淀粉含有偶数个葡萄糖单位时，从淀粉的非还原性未端

11、成对水解-1， 4糖苷键而最终产物是麦芽糖；（2）当淀粉含有奇数个葡萄糖单位时，从淀粉的非还原性未端成对水解-1， 4糖苷键而最终产物是麦芽糖、麦芽三糖和葡萄糖。2、 -淀粉酶作用于支链淀粉时 :从淀粉的非还原性未端成对水解-1， 4 糖苷键，但不能切断 -1， 6糖苷键，也不能绕过 -1，6 糖苷键继续水解。 因此最终产物中主要有 构型的麦芽糖和 -极限糊精。（四） -淀粉酶的特性1、 -淀粉酶分子量不同来源的-淀粉酶其分子量不同。甘薯的-淀粉酶分子量为152,000，远高于-淀粉酶的50,000，蜡状芽孢杆菌为35,000，远高于植物-淀粉酶。2、 -淀粉酶的分子结构特征（ 1） -淀粉酶

12、分子中巯基 (-SH) 是酶活力表现所必需的。（ 2） -淀粉酶和巯基试剂，如对 -氯汞苯甲酸盐（ pCMB ）、 N-乙基苹果酰胺起作用或者氧化作用都会使酶失活。（五）影响 -淀粉酶活性的因素1、温度对 -淀粉酶稳定性的影响（1）不同来源的-淀粉酶最适温度不同大麦芽 -淀粉酶可以用于60或稍高的温度下进行糖化，而蜡状芽抱杆菌最适作用温度为50左右。（2）不同来源的-淀粉酶热稳定性不同在 65， pH5.5 时加热 30 分钟 ,可使大豆 -淀粉酶的活力损失50，而在-淀粉酶70加热30 分钟可使酶完全失活。当甘薯 -淀粉酶处在天然状态时，加热到 60 65，酶活力仍然没有显著的损失，然而在使

13、用结晶的甘薯 -淀粉酶水解淀粉时，所采取的温度仅为35。2、pH 对 -淀粉酶稳定性的影响（1）不同来源的-淀粉酶，其最适pH 范围不同。植物来源 -淀粉酶最适pH 范围一般在5 6，而微生物来源的-淀粉酶的最适pH 则为 7 左右。（2）不同来源的-淀粉酶，其pH 稳定性不同。植物 -淀粉酶在20 pH4以外，特别是在酸性一侧，大豆一pH8 范围内至少可以稳定-淀粉酶比小麦和大麦芽的24 小时，在此pH 范围-淀粉酶较为稳定。第 4 教学周第4 节（第 1 次课）教学基本内容备注3、 淀粉酶活性保护和及抑制剂（ 1）保护剂血清蛋白、还原型谷胱甘肽或半胱氨酸，可以防止酶失活；（ 2）抑制剂Cu

14、2+和 Hg2+能强烈地抑制酶的活力；（ 3）竞争性抑制剂环状糊精和麦芽糖是酶的竞争性抑制剂。（六） 淀粉酶的活力测定测定 淀粉酶活力可以测定反应中麦芽糖形成的速度来表示，可用3， 5二硝基水杨酸、铁氰化钾或碱性铜盐溶液测还原基团的形成速度来表示。原理：根据 淀粉酶的作用特点，在反应初期，体系中麦芽糖含量迅速增加，还原力加大，而淀粉的粘度及遇碘呈色力下降速度慢。因此，可用3， 5 二硝基水杨酸、铁氰化钾或碱性铜盐溶液测定还原基团的形成速度。四、葡萄糖淀粉酶 (Glucoamylase）（一）定义及系统命名1、定义既能水解 -1，4 糖苷键，又能水解 -1,6 糖苷键或 -1,3 糖苷键，生成葡

15、萄糖的酶，属于一种外切酶，也称糖化酶。2、系统命名及代号系统命名名称为-1， 4 葡聚糖葡萄糖水解酶（Exo-1,4- -D-glucosidase) ，代号EC。（二）葡萄糖淀粉酶来源主要由黑曲霉或根霉中制得。（三）葡萄糖淀粉酶的作用1、能水解 -1,4 糖苷键从淀粉的非还原未端依次切断-1,4 糖苷键，生成葡萄糖，且产物具有构型。2、能水解 -1,6 糖苷键或 -1,3 糖苷键葡萄糖淀粉酶水解-1,6 糖苷键的前提是必须在只有一个-1,6 键的 C6 位葡萄糖还原性末端结合着其它的葡萄糖单位。因此，该酶能切断潘糖、普鲁兰、-极限糊精、 63-葡萄糖三基异麦芽糖等分子中的-1,6 键。萄糖淀

16、粉酶不能切断异麦芽糖、异麦芽三糖、异潘糖、及63-异麦芽三基麦芽糖中的 -1,6 键。（四）葡聚糖淀粉酶的特性1、分子量： 60,000 100,000；2、分子特征：酶的糖类部分含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖及糖醛酸。（五）影响葡萄糖淀粉酶活性的因素1、温度对葡萄糖淀粉酶作用的影响。对温度的稳定范围为40 65，最适温度为58 60。第 4 教学周第4 节（第1 次课）教 学基本内容备注2、pH 对葡萄糖淀粉酶作用的影响。对 pH 稳定范围为 3.05.5，而最适 pH 范围为 4.0 4.5。3、转苷酶或蛋白酶降低葡萄糖淀粉酶对温度、pH 稳定性。酶制剂中所含的转苷酶及蛋白酶能切断葡萄糖淀粉酶

17、分子中糖肽，降低其分子量，使酶的 pH 稳定性与热稳定性均有所下降，且酶对底物的水解能力也降低。4、钙离子可提高葡萄糖淀粉酶的热稳定性及碱变性的稳定性。5、大部分重金属，如铜、银、汞、铅等对该酶产生抑制作用。第 4 教学周第4 节（第 1 次课）复习思考题1. 什么是酶？它在生命活动过程中起何重要作用？2. 酶与一般催化剂比较，其催化作用有何特点？3. 什么是结合蛋白酶？什么是酶蛋白、辅酶、辅基和全酶？举例说明酶蛋白、辅酶(基 )在酶促反应中的作用。其它内容：作业：1.什么是酶？它在食品工业中起何重要作用？2.酶蛋白和蛋白酶有何区别？参考文献：1.教材：于国萍、迟玉洁酶及其在食品中应用哈尔滨工程大学出版社20002.参考书：1 王璋 . 食品酶学，北京：轻工业出版社，19902 杜克生 . 食品生物化学，北京：化学工业出版社，20023 彭志英 . 食品酶学导论，北京：中国轻工业出版社，2002教学后记：1在讨论酶的基本概念时，特别需强调其化学本质不再是以往单一的蛋白质了。因现已证明可作为酶而具有催化功能的不仅是蛋白质，还有一些核酸也具有催