食品化学-第六章酶

PAGEPAGE3第六 教学目的与要了解酶的化学本质、分类、酶催化的机理和酶的反应动力学；酶的固定化方法。掌握影响酶的因素；固定化酶的特点掌握各种酶的作用特点，包括脂肪氧合酶、多酚氧化酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化物酶等；哪些酶可作为食品质量的指示剂。教学目的与要重点掌握酶促褐变的机理、影响因素以及控制；食用酶对食品色泽、质构、风味、营养价值的影响。第一节引论

本章内第二节影响酶第二节影响酶第三节固定化第五节作为 和配料而使用的2020

节酶在食品分析中的应 PAGEPAGE5第六

第一 引一、酶对食品科学的重要在生物体内，控制着所有重要的生物大分子的的主要原料是生物材料,生物材料中第第一酶的作有益的：皱胃酶、蛋白酶（牛有害的：果胶酶（番茄中）、脂有效地使用和控制内源酶和外源二、酶的本定义（1979年酶是具有催化性质的蛋白质，其催化性质源自于它特有的激活能力。目并非都是蛋白酶是生物催化不参与反应，反应结束时保持不酶被反复使酶的周转率大多数酶，1×104s-少量的酶（昂贵）～大量的生物酶具有专一性或特异性酶作为催化剂的机制不完全清按照 “锁和”模酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位～与底物精确地互补大多数酶与底物是高度专一许多酶催化反应不符合此模Koshland的“诱导楔合”模型底物诱导酶蛋白几何形状的改催化基团能精确地定向和底物结合到酶的活性酶的专一性或特异性可扩展到键的类型上第第一 第第一三、酶命商品名系统命4位数字组成的 （EC中常用的酶是水解酶，其次是氧化四、酶的辅助因子分金属离羧肽酶 ，激酶通常把与酶蛋白结合比较松、容易脱离酶蛋白、可用透析法除去的小分子有机物称为辅酶。相反，与酶蛋白结合比较紧、用透析法不易除去的小分子物质称为辅基。五、在生物体中的由于细胞结构的常使酶提多酚（一）酶的分不均匀的，定位化特定的含有特定种类的（二）酶的分布和与底物的接在完整的细胞内，酶通过各种方式和底物组织使酶与底物接近会导致食品的色泽、热处理、低温保藏和酶抑制剂的使用有助于稳定产品质量（三）酶在食品原料中的含不同食品原料所含酶的种类和数量不同一种酶在同一种食品原料中的含量还取决第二节影响酶的因内在因素酶的浓底物的浓环境条件温水分活抑制第第二一、底物浓反应速度V和底物浓度[S]以一底物讨论酶反

k-

E:游离状态 S:底ES:酶-底物络合 P:反应产k反应速度常第第二

vma[S[S]Km=K-Michaelis常数，米氏常Vmax：最大反应速度，所有的酶都以ES形式Km的测定方法：Lineweaver-Burk双1 V[S

截距 斜率=Km/Vmax的意在最适条件和被底物饱和时的理论上的最高对于一底物催化反应，还有BriggsHaldane模以稳定态假稳定态假设是指在酶反应中[ES]推导的公式为V

V[s[s]除Km第第二020/020/活二、酶浓当反应速度∝酶浓长时间范围初速度保持不变，然后下初速度保持的时间与酶的种酶活下降的原产物的抑制作第第二反应动力反应早[S]是一个常酶反应是零级反反应进[S]下反应遵循一级动力第二三、PH对大多数酶的都S形或钟pH影响酶的原因第二可离解基团可能处于酶的活性部位，因此影响v～pH曲线确定最适采用酶反应的初速酶的pH定范表6-第二确定酶的pH与测定初速度时采用相同的温度、缓冲液、不同的pH下保的pH一般会使酶失大多数酶的最适pH在特殊情胃蛋白酶精氨酸酶不同pH 第第二四、温（一）酶的热稳定测定方法：酶液置于不同温度下（25℃）一定时间后测定酶活。酶失活动力遵循一级动力学：酶的残余百分数的对数 第第二 第第二Arrnenius方程k=Ae-Ea：酶热变性的活化R：通用气体常log残余百分酶活～时直线的斜率为（二）酶催化反应的活化酶降低活化能，产生两个效低温下，使高比例的反应物转变成产升高温度对酶反应速度造成的影响相对较在酶稳定的范围内，尽可能采用高（三）低温下酶的食品原料部分冻结（0℃以下）时，酶的活动低温使酶下降，但应避免稍低于冰点的温水冻结后，酶和底物浓缩冻结和解冻破坏组织结构的相当-2.5℃的的5倍五、水分活

第二食品原料中的水分含量必须低于1%～2%，才能抑制酶。 第二（甘油）和水混合水分体积分数减少，酶下降 对酶反应的影响(两个方面）影响酶的稳定性和反应进行的方与水不互与水互第第二六、酶抑制动力当△G的绝对值很小，逆向反应不能忽产物的积累产生抑制作其它物质也会产生抑制作对酶的抑制可以是不可逆但可逆抑制更常一底物酶催化反应的可逆抑制反应 动力学方程式为

[SV

1倒数形式为

[S]

[I]

[S][I1

[I]]

[I]] v

V

[S]（一）竞争性抑制（常见抑制剂同E反ES不和抑制剂结合，EI竞争性抑制剂的结构和底物相似，这两种分子与酶结合的部位相同S+EI+E竞Vmax没有影响，Km底物[S]（二）非竞争性抑制（比较少见抑制剂同时与E和S反S+E不影Km增加[S]（三）反竞争性抑I不与E反应，I同ES反Km、vmax很少七、其他环境条（一）粘冷冻中，90%以上的自由水被冻未冻结相的粘度会显著提酶和底物分子的移动性降酶下（二）压一般压力不致于高到使酶失几种处理方式相结合时，导致酶失压力-高温处压力-高剪切处高压灭（三）剪混合、管道输送、挤压，使酶失在作用停止后，酶活再（四）超声能使酶失空化作用（起泡）导致酶的界面变酶失活过程不符合一级动力（五）离子辐缺氧和干燥条件下，酶稳定性室温下比低温下失活的程度采用热-离子辐射结合处理的方（六）溶温度第三 固定化将酶与不溶解的载体相结合，酶从可溶状态优点酶的稳定性提酶能反复多次使产物中不含酶，不需要采用热处理灭酶，有第第三020/（一）吸

一、酶的固定方将酶吸附在氧化铝、有机聚合物、玻璃、无机盐或硅胶等材料上优点无需特殊化学试缺点第第三（二）共价两种处理方法化学试剂和载体（聚丙烯酰胺、葡聚糖、纤维素硅胶等）通过化学反应使酶分子上游离的羧基或氨基共价结合到载体上。双官能试剂（如戊二醛）将酶分子连接起来。酶分子通过双官能试剂彼此相连接，形成了共价键同时酶的以部分起着载体的作用。第第三优点共价键牢固，酶不缺点：一部分酶起着载体的作用而失去了催化能力，固定的酶较低；对于价格昂贵的（三）载体凝胶（聚丙烯酰胺）特点低MW底物可通过扩散自由进入凝胶颗粒，酶和高MW的终产物不能从凝胶颗粒中渗漏出去。局限只能适用于低MW底物。食品体系常常有大分（四）胶囊类似载体截留法，形成很小的颗粒或胶囊，胶囊材料：硝酸纤维素或尼只适合低MW底二、固定化酶动力可能增强或者削弱底物与酶的第第三202020/2/7近的电位梯度；F-Faraday常反应初速度v0流动柱状反应器固定化酶反应V

Km*[S

[Km

Xvmax Km

Xv

RT 称为扩散

RT

称为静电X-扩散层厚度；D-底物的扩散系数；Z-底物的价数；V第第三讨论：X、D：扩散参数。较小的载体或提高流动速度可使X↓，Km*↓Z、v：与电性质底物和载体电荷相同，Km*↑,酶-如果ZvKm*如果Z或v=0Km*三、固定化酶在食品工业中的应链霉菌、凝结芽孢杆菌、放线载体EE-纤维素、多孔陶瓷，后一种已用于大规模的柱状反应器中生产高果糖糖浆。反应平衡常数=1，[葡萄糖]=[果糖氨基酰基转移酶、天冬酶半乳糖苷酶：水解棉子糖（甜菜汁中阻碍蔗乳糖酶：水解乳糖（乳糖不耐症固定化微生物细第四 内源酶对食品品质的影提高控制酶第第四一、颜色颜色～品质导致水果和蔬菜中色素变化的3个关键性第第四脂肪氧合酶（Lipoxygenase（亚油酸：氧氧六方面的功能有益小麦粉和大豆粉的漂有益，面团制作中形成二硫，破坏叶绿素和胡萝卜产生氧化性的不良风味（青草味有害氧化破坏维生素和蛋有害氧化破坏必需脂肪 第第四脂肪氧合酶催化过程作用于不饱和脂肪酸（亚油酸）间物产生氢过氧化氧化最敏感的氨基酸是半胱氨酸、酪氨酸、组氨酸和色氨叶绿素酶（叶绿水解在植物体中的作用仍然不清楚水解叶绿素产生植醇和脱植基叶绿脱植基叶绿素仍呈绿多酚氧化酶（1，2-苯二酚：氧氧化还原酶氧化酶、甲酚酶和儿茶酚酶，与测定酶存在于植物、动物和一些微生物Enzyme

第四酶促褐变是酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。不利的：如香蕉、苹果、梨、茄子、马铃薯等削皮、切开后都很容易褐变变色；邻-与蛋白质中赖氨酸反应导致营养质量和溶解度下降；食品的质构和味道也发生变化。有益的：但像茶叶、可可豆等食品适当的褐变能形成良好的风味与色泽。第第四酶促褐变的催化两类不同的反应：羟基氧羟基氧第第四一是羟基化作用，产生酚的邻羟基二是氧化作用，使邻二酚氧化为邻-苯（无色催化酶促褐变的酶有酚酶、抗坏血酸氧化酶、过氧化物酶等。酚酶可以用一元酚或二元酚作为底物其最适H接近7，比较耐热，在100℃下钝化酚酶需2-8mi。酚酶是一个多酶体系（有两种一种是酚羟化酶(oxylae)，又称为甲酚酶(cesolae)另一种是多酚氧化酶(,o)，又称儿茶酚酶(catecholase)。底物不同底物的酶促褐变速度大不相同，邻二酚一元酚>对位二酚>间位二酚邻二酚的取代衍生物如愈创木酚、阿魏(ferulicacid)不能为酚酶所催化 第四常见的底物有:酪氨酸、绿原酸和儿茶酚、咖啡酸，还有花青素、黄酮类、鞣质等。以马铃薯为例：其底物为含量丰富的L-酪氨酸。这一机制也是动物皮肤、毛发中黑色素形成的机制。第四水果和蔬菜中的酚酶底物是邻二酚及一元酚类。儿茶酚(cateho)是水果中分布较广泛的的酚类。绿原酸(chlorogenicacid)是许多水果特别是香蕉中是3，40 0第第四消除氧和酚类化合物可以防止抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合都有还原性，将邻-苯醌还原成底物，防止黑直接使酶失活，其中抗坏血酸破坏活性中心的组氨酸残基和亚硫酸钠和巯基化合物能除去酶活性部位中的Cu2+。非底物的酚类和苯二酚、苯甲酸等是酶的有效抑制剂与底物竞争酶的结合部酶促褐变的控酶促褐变的三个条件一是适当的酚类底物二是酚氧化酶三是氧，缺一都不会发生褐变主要途径有钝化酶的活性（热烫、抑制剂等改变酶作用的条件（pH、Aw等隔绝氧气的接使用抗氧化剂（抗坏血酸、SO2等第第四常用的控制酶促褐变的方法（热处热烫、巴氏杀菌和微波加热90-95℃，维持几秒钟；其目的是使酶失活。相反，如果热烫不彻底，反而会加强酶和底物的接触而促进褐变，如白洋葱、，果热烫不彻底，变成粉红色的程度比未热烫的还要厉害。水煮和蒸汽处理仍是目前使用最广泛的方法酸处多数酚酶的最适pH为6-7，pH<3.0本失活，柠檬酸是最广泛使用的食用酸，对酚酶有降低pH和螯合酚酶的铜辅基的作用，常需与抗坏血酸或亚硫酸联用，切开后的水果常浸在柠檬酸稀溶液中一般柠檬酸与Na2SO3混用，0.5%柠檬酸+苹果酸对酚酶的抑制作用要比柠檬酸强得多抗坏血酸是更加有效的酚酶抑制剂，即使浓度极大也无异味，对金属无腐蚀作用。第第四SO2及是酚酶抑制在pH=6时，效果最好，10ppm的SO2足以使驱除或隔绝氧浸没在清水、糖水或盐水态抗坏血酸层；用真空渗入法把糖水或盐水渗入组织将加酚酶底物类似如肉桂酸、对位香豆酸及阿魏酸等酚酸可以有效控制苹果汁的酶促褐变，以肉桂酸的效率最高，浓度大于0.5mmol/L即可有效控制处于大气中的苹果汁的褐变达7h之久。第第四果

二、质果胶、纤维素、半纤维素、淀（一）果胶酶（Pectic包括3果胶甲酯酶和聚半乳糖醛酸酶存在于高等植物和微生物中果胶酸裂解酶存在于微生物钟，尤其是某些（果胶基水解酶，EC3.1.1.11)又称果胶酯酶PectinEsterase水解甲酯键，生成果胶酸和甲二价离子Ca2+存在时，与羧基交联，提高质第四聚半乳糖醛酸酶 聚--4水解果胶分子中脱水半乳糖醛酸单位之间的糖苷内切型：从果胶分子水解糖苷使一些食品原料（如番茄）第四果胶酸裂解酶（PectinLyases聚（1，4-半乳形成一个含还原基团的产物和一个在235nm有特征吸收(共轭双键），可区别聚半乳糖醛酸酶和果胶酸裂解酶。也包括内切型和端第第四（二）纤维素微生物纤维素酶将不溶性纤维素转化为葡萄（三）戊聚糖水解木聚糖、聚糖和木聚（5碳聚糖（四）淀粉酶淀粉第第四第第四淀粉酶的类α-amylase内切酶，水解α-1，4-糖苷键，水第第四2020/。β-(β-外切酶，从非还原性末端水解α-1，4-糖苷键，以麦芽糖为单位一个一个的切下来，产作用于支链淀粉时，不能越过1，6分支点，是一种巯基酶。被巯基试剂（半胱氨酸）第第四葡萄糖淀粉酶是外从淀粉分子非还原端开始水解α-1，4-水解产物为-葡萄糖不仅水解α-1，4-糖苷键，而且能水解α-1，6-糖苷键，但水解速度比对α-1，4-糖苷键低30倍异淀粉酶内切酶，对支链淀粉、糖原等分支点的1，6糖苷键有专一性，与-淀粉酶一起使用制造麦芽糖。应用：利用大麦芽和小麦芽中的内源酶结合其它糖酶在酿造和焙烤中应用。生产淀粉糖。（五）蛋白酶蛋白质决定动物性食品原料的组织蛋白酶存在于动物组织细胞的溶菌体内，不同于由细胞分泌出来的胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。五种组织蛋白酶：A、B、C、D和E，还分宰后pH下降，酶释放，导致肌原纤维以及胞外结缔组织（胶原）分解在酸性pH具有活性。在pH2.5～4.5范围内具有最高的。钙离子激活中性蛋白酶CANPS（金属蛋白酶两种：CANPⅠ和含有相同的较小亚基（MW=0）和较大的亚基（MW=，免疫性质不同）。酶的活性部位中含有半胱氨酸残基的巯基，被归属于半胱氨酸（巯基）蛋白酶CANPSCANPI完全激活：50～100µmol/LCANPII的激活：1～2mmol/L肌肉中的是很低通过特定的肌原纤维蛋白质影响肉的嫩死后僵直的肌肉缓慢松弛，这样产生具有牛主要的蛋白酶是碱性丝氨酸蛋白作用特点：水解β-酪蛋白产生疏水性更强的γ-酪蛋白，也能水解αs-酪蛋白，但不能还存在着一种最适pH4左右的酸性蛋白酶，第第四三、风味硫代葡萄糖苷酶硫代葡萄糖苷在酶的作用下发生糖苷配基裂解和分子重排芥子油即为异硫酸烯丙产物中异硫酸酯芥子油即为异硫酸烯丙 第第四过氧化物酶对辣根的过氧化物酶过氧化物酶会损害食品的质量，热烫的冷冻蔬菜所具有的不良风味与酶的有关各种不同来源的过氧化物酶通常含有一个血过氧化物酶的反应 ROOHAH2（电子给予体）用分光光度法测定过氧化物酶的特点：过氧化物酶的热稳定热失活（温度不超过80-热失活曲线的3部热不稳定部分（最初的直（曲线部分热稳定部分（最后的直线

第四第第四过氧化物酶的再生（是其重要特征非常耐热，作为成促进剂，与果蔬的成熟有四、营养质量(nutritionquality（同时影响颜色、风味、质构和氧化过程中产生的自由基，降低维生素和氨基抗坏血酸氧化酶：是一种含铜的酶，能氧化抗坏血酸。破坏抗坏血破坏硫胺素（氨基酸代谢中必需的辅助因子第五节作为的助和配料而使用的使用酶的目制造第第五使用酶的优天然、无一般是粗酶制剂，可能会产生不期望的产物；在很温和的温度和pH在反酶的来可食的和无毒的植物、动物以及非致病、非产毒的微生物生产胞外一、甜味剂中使用的麦芽糖浆、葡萄糖糖浆、高果糖浆、低聚糖、环糊精等。使用的酶：α-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶等。工业用葡萄糖异构酶实际上都是D-木糖异构1 1第第五酿造啤酒、白酒、、味精、有机酸等面包二、脂酶水解处在油/水界面的三酰基甘油的酯1、来广泛动物胰脏脂酶和微生物脂酶是脂酶的主要来2、水解方式1,2-二酰基甘三酰基甘 2一酰基甘2,3-二酰基甘3、脂酶的专一性（包括4类优先水解低MW位置专一性（是酯酶中主要的一类如胰脂酶，仅水解1,3能水解1位和2如微生物白地霉脂酶～4、脂酶的应在非水环境下有可能实现，如果有水存在，技术关键：固定化脂酶制剂（处于开始阶技术上可行，能否应用于实际生产取决于它和从天然的甘油三酯多不饱和脂肪酸时，会合成剂和风味安全、天然第第五三、蛋白1、蛋白酶的酵母自溶酵母提取 第第五2、蛋白酶的作改进食品蛋自质的性MW分布发生变水解度↑，MW水解蛋白质的溶解度能力和起泡能力改控制蛋白质的水解程度是至关重蛋白质的酶水解过肽键水解后，羧基和氨基间产生质子在pH6.5以上时解要保持反应体系pH不变，就必须加入10PH-PB110PH-P

hDH

100%h

B碱消耗的当量α-氨基的平均h总——可被水解的肽键数，每千克的蛋白质的h3、蛋白酶的分按活性中心所含有的必需的催化基团分丝氨酸蛋白酶～羟胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和巯基蛋白酶（或半胱氨酸蛋白酶）～巯木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶金属蛋白酶肽链端解酶，例如羧肽酶天冬氨酸蛋白酶（或酸性蛋白酶）～羧最适pH范围是4、蛋白酶的应水解蛋白质（如生产大豆水解蛋白从油料加工分离蛋白第第五从加工肉制品的下脚料回收蛋白对猪（牛）血蛋白质进行酶法改性脱作为食品添加剂改善食品的质木瓜蛋白酶用于配制肉类嫩化酒低温混浊现第第五四、果胶在果汁加工中的应用提高果汁得果实破碎后加入果胶酶，降低粘度，再压榨果汁澄直接压榨后，用果胶酶处理，使果汁混浊的苹果汁中混浊粒子是蛋白质-碳水化合物复合物（其中蛋白质占36%），在pH3.5左右时，粒子表面带负电荷，在果胶等构成的保护层里面则是带正电的蛋白质（水解后出来，与其他带负电的粒子相撞时絮凝）苹果汁澄清包括酶催化果胶解聚和非酶静电相互作用两个阶段。五、纤维素使纤维素增溶和糖来源：微生物：黑曲霉、木霉纤维素酶种类（分为4类内切葡聚糖（Endoglucanases,1,4(1,3;1,4)--D4-葡聚糖水解酶随机水解β-糖苷