食品酶学第一章课件

Foodenzyme食品酶学授课教师：王凤舞食品酶学是研究食品中酶的性质、酶的作用规律，酶的结构和作用原理、酶的生物学功能及酶在食品中的应用的科学。酶学、微生物学、发酵工程、基因工程、食品加工工程、食品质量与检测等。主要内容第一章绪论第二章酶的合成和发酵生产第三章酶的分离和纯化技术第四章固定化酶第五章酶在食品加工中的应用第一章绪论酶与食品酶学食品酶学的发展方向第一章绪论1.1酶的概念1981，Schwimmer所作的定义:

酶是活细胞产生的、具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的生物大分子。

Enzyme—organicchemicalsubstance(acatalyst)formedinlivingcells,abletocausechangesinothersubstancewithoutbeingchangeditself.（酶包括蛋白质和RNA-核酶，我们食品酶学中谈到的酶指的是蛋白质）

底物产物

SP（Substrate)(Product)概念：1.酶促反应2.底物3.产物4.酶活性5.酶的失活E酶催化的生物化学反应，称为酶促反应(Enzymaticreaction)。在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物(substrate)。酶容易失活，凡使蛋白质变性的因素都能使酶破坏而完全失去活性。酶的活性可以被其他分子调节，这些分子称为效应物。1.2.1酶是蛋白质（1）酶的组成

*由单纯蛋白质所构成的酶；*由蛋白质部分和非蛋白部分构成。

结合酶（conjugatedenzyme）酶蛋白（apoenzyme）辅助因子（cofactor）辅酶（coenzyme,Co）辅基（prostheticgroup）全酶（holoenzyme）

全酶=酶蛋白+辅助因子单体酶13000—35000;寡聚酶35000到几百万多酶体系几百万以上酶的辅助因子---无机离子、维生素和蛋白质类辅酶VitaminsareoftenconvertedtocoenzymesVitaminCoenzymemadeFunction

B1thiaminepyrophosphate（焦磷酸硫胺素）decarboxylationB2flavinmononucleotidecarrieshydrogenFolicacid（叶酸）tetrahydrofolicacidaminoacidBiotin（维生素H）biocytin（生物胞素）CO2fixationPantothenicacid（泛酸）CoenzymeAacylgroupcarrier表1－1酶分子中含有或需要的无机元素举例表1－2B族维生素及其辅酶形式1.2.2酶是催化剂酶是生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的、能加快化学反应速度、使之迅速达到平衡、但不改变反应的平衡常数的生物催化剂。酶的催化活性受多种因素调节控制。1.2.2.1

酶的催化作用

（Catalysisofenzyme)酶的催化作用在于：降低反应的活化能，从而提高反应的速度。中间产物学说ESPSE1.2.2.2酶的作用特点酶和一般催化剂的共性用量少而催化效率高；它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。酶本身在反应前后也不发生变化。酶能够加速反应的进行。1.3酶的分类和命名

(Classificationandnamingofenzyme)

(1)习惯命名法——俗名根据酶催化的化学反应性质分类根据酶在代谢调节中的作用根据酶的来源和作用底物根据酶作用的最适pH值与作用底物根据酶在细胞中合成后存在部位分为三类：组成酶—合成是在相应的基因控制下进行的，它不因分解底物或其结构类似物的存在而受到影响。潜在酶—包括酶原、非活力酶和与抑制剂结合的酶。调节酶—包括诱导酶、变构酶、同工酶和多功能酶分为三类：动物酶——胰脂肪酶植物酶——木瓜蛋白酶微生物酶——细菌淀粉酶、霉菌淀粉酶最适pH不同—中性蛋白酶、酸性和碱性蛋白酶合成后存在部位分为——胞内酶和胞外酶(2)国际系统命名法（国际酶学委员会1961年提出）系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如：习惯名称：谷丙转氨酶系统名称：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酶催化的反应：-酮戊二酸+丙氨酸谷氨酸+丙酮酸<<EnzymeHandbook>>ThomsE.Barm编（3）国际系统分类法及编号

国际酶学委员会（EnzymeCommission-EC）根据酶所催化反应的类型，把酶分为6类：分别用1、2、3、4、5、6表示；

再根据底物中被作用的基团或化学键等特点，将每大类分为若干亚类、次亚类；最后再排列各个具体的酶，采用四位数字编号系统，数字间用“.”隔开。其中第一位数字表明酶属于六大类中的哪一类，第二位数字表明酶属于哪一个亚类，第三位数为次亚类，第四位数为次亚类中酶的具体编号，前面冠以EC或E.C.（EnzymeCommision）。例如：胰蛋白酶的编号为EC3.4.21.4，其中3表示第3大类，4表示第4亚类，21表示4亚类中的第21次亚类，4表示具体酶编号国际酶学委员会（EC）分六类：1.氧化还原酶类(oxidoreductases)：催化氧化还原反应2.转移酶类(transferases)：催化功能基团的转移3.水解酶类(hydrolases)：催化水解反应4.裂合酶类(lyases)：催化水，氨或CO2的去除或加入5.异构酶类(isomerases)：催化各种类型的异构作用6.合成酶类(ligases)：催化消耗ATP的成键反应系统命名法EC2.7.1.1.ATP:葡萄糖磷酸转移酶Oxidoreductases[氧化还原酶]Typeofreactioncatalyzed主要包括脱氢酶和氧化酶Transferases[转移酶]TypeofreactioncatalyzedHydrolase[水解酶]Typeofreactioncatalyzed包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等Lyases[裂解酶]Typeofreactioncatalyzed主要包括醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨酶等Isomerase[异构酶]Ligases[合成酶]Typeofreactioncatalyzed能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应1.4酶的简短历史

1810年，JasephGaylussac，发现酵母可将糖转化为酒精；1833年，Payen和Persoz从麦芽的水提物中得到一种可水解淀粉的物质，称为淀粉酶；1878年，Kuhne发酵是酵母细胞生命活动的结果,出现酶的名称；1896年，Buchner兄弟，发酵过程不需要完整的酵母细胞；1913年，Michaelis和Menten推导了酶催化反应的动力学方程-米氏方程；1926年Sumner分离得到脲酶结晶，并提出酶的化学本质是蛋白质；1930年Northrop分离得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶，结晶并证实其均为蛋白质，酶的蛋白质本质确立；1960年，Jacob和Monod提出了操纵子学说，阐明了酶生物合成的基本调节机制；1965年，Philips首次用X射线晶体衍射技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构；1982年Cech发现核酶(ribozyme)。酶在食品中有意识的加工利用

1894年高峰让吉，米曲霉固体发酵培养，世界上第一个商品酶制剂产品——“他卡”淀粉酶。20世纪50年代初开始的酶及产酶细胞的固定化技术——L-aa，高果糖浆等的大规模生产。20世纪80年代基因工程技术的诞生——奠定了现代食品酶学的重要发展方向。

1.5食品酶学的相关概念

酶工程——将酶学理论与化工技术相结合，研究酶的生产和应用的一门新的技术性学科，包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面的内容。酶制剂——酶的工业化制剂称为酶制剂。包括液体酶制剂,固体粗酶制剂,食品级固体粗酶制剂和纯酶制剂。酶与食品酶学食品酶学的发展方向第一章绪论开发新酶源微生物酶制剂应用性能改良酶的应用第二节食品酶学的发展方向

2.1开发新酶源纤维素酶脱乙酰酶转谷氨酰胺酶卡拉胶酶果胶酶

α-淀粉酶纤维素酶纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单种酶，而是起协同作用的多组分酶系。纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生。目前，用来生产纤维素酶的微生物大多为真菌：如木霉属、曲霉属、毛霉属、根霉属等。脱乙酰酶（Deacetylase，EC3.5.7.41）

脱乙酰酶在生产中最大的应用是将甲壳素脱乙酰基后产生壳聚糖甲壳素壳聚糖

转谷氨酰胺酶（Transglutaminase

E.C.2.3.2.13）转谷氨酰胺酶(TGase)是一种能催化多肽或蛋白质的谷氨酰胺残基的γ–羟胺基团(酰基的供体)与许多伯胺化合物(酰基受体)之间的酰基转移反应的酶。当不存在伯胺底物时，水会成为酰基的受体，TGase从而催化谷氨酰胺残基的脱氨反应。转谷氨酰胺酶(TGase)催化的反应（1）酰基转移反应（2）蛋白或多肽的Gln和Lys之间的交联反应（3）脱胺反应卡拉胶被广泛应用于食品、医药、化工等工业。卡拉胶在临床上具有抗凝血性，硫酸酯含量越多其抗凝血性越好，有如肝素一样与血纤维蛋白原形成可溶性络合物，而且毒性小，卡拉胶的利用潜力大。目前从海洋提供麒麟菜、沙菜提取卡拉胶仍沿用酸碱法，而且在高温下进行，反应复杂，并造成污染。采用酶法降解卡拉胶具有重要学术价值和广阔应用前景。卡拉胶酶果胶酶果胶酶(Pectinase)是指催化水解果胶质的一组酶类，果胶质是由部分甲基化了的多聚半乳醛酸构成的高分子物质。果胶酶包括两大类：果胶聚半乳糖醛酸酶(Pectinpolygalacturonase，E.C.3.21.1.15，简称PG)果胶甲基酯酶(Pectinmethylesterase，PE，E.C.3.1.1.11)α-淀粉酶

淀粉酶是水解淀粉物质的一类酶的总称，是最早实现工业化生产，产量最大的一类酶制剂品种。工业上大规模生产和应用的α-淀粉酶主要来自细菌和霉菌，特别是枯草杆菌，中国淀粉糖工业使用的液化酶BF-7658、美国的Tenase等都属于这一种。细菌α-淀粉酶以液体深层发酵为主，而霉菌α-淀粉酶大多采用固体曲法生产。枯草杆菌BF-7658所产的淀粉酶是中国产量最大、用途最广的一种液化型α-淀粉酶，其最适pH6.5左右，pH低于6或高于10酶活显著降低，最适温度65℃。2.2微生物酶制剂应用性能改良微生物酶仍是酶制剂工业的主要产酶来源；人工诱变选育优良产酶菌株仍将是今后提高产酶效能的一种重要手段；基因工程和蛋白质工程是今后创造和改良产酶菌种（菌株）或并改善产酶效能和提高酶制剂应用性能（酶的稳定性的改善、耐酸碱性或耐温性）的重要补充手段。2.3酶的应用利用与控制保鲜加工分析（酶电极、酶联免疫）食品科学家的贡献：如何利用和控制酶。1．工业用酶1）加工业：

淀粉酶葡萄糖异构酶

蛋白酶核酸酶淀粉--葡萄糖------果糖,蛋白质---氨基酸，核酸----核苷酸在工业上，利用酶知识，已经建立了一个相当规模的有机酸工业： 主要有机酸：柠檬酸； 苹果酸；乳酸； 醋酸； 衣康酸（甲叉丁二酸） 葡萄糖酸（右旋葡萄糖酸）； 曲酸（带有取代基团的γ-吡喃酮）； L-(+)-酒石酸2）改进质量

果胶酶葡萄糖苷酶溶菌酶

果，酒汁---澄清；大豆---脱生臭；食品---防腐、灭菌；

淀粉酶

纺织工业------脱浆3）制革工业：

蛋白酶脂肪酶，蛋白酶

皮革-----脱毛，软化洗涤剂------------提高去污力4）三废处理

从茄病镰刀菌分离的分解氰化物的酶氰化物-------------------------------------------去氰