【中国海洋大学食品化学】第六章-酶

第六章酶汪东风中国海洋大学食品科学与工程学院82031575wangdf@1第六章酶第一节概述一、酶的组成、分类及结构特征（一）、酶的化学本质（二）、辅助因子及其作用（三）、同工酶（四）、酶催化的特点（五）、酶的催化理论（六）、酶的分类与命名（七）、酶活力的定义与表示（八）、酶的分离纯化2第六章酶第二节影响酶催化反应的因素一、底物浓度的影响酶反应速率与底物浓度的关系3第六章酶二、pH对酶反应速率影响pH值对酶促反应速率的影响4第六章酶酶最适pH酶最适pH酸性磷酸酯酶(前列腺腺体)5果胶裂解酶(微生物)9.0～9.2碱性磷酸酯酶(牛乳)10果胶酯酶(高等植物)7α-淀粉酶(人唾液)7黄嘌呤氧化酶(牛乳)8.3β-淀粉酶(红薯)5脂肪酶(胰脏)7羧肽酶A(牛)7.5脂肪氧合酶-1(大豆)9过氧化氢酶(牛肝)3～10脂肪氧合酶-2(大豆)7纤维素酶(蜗牛)5胃蛋白酶(牛)2无花果蛋白酶(无花果)6.5胰蛋白酶(牛)8木瓜蛋白酶(木瓜)7～8凝乳酶(牛)3.5β-呋喃果糖苷酶(土豆)4.5聚半乳糖醛酸酶(番茄)4葡萄糖氧化酶多酚氧化酶(桃)6α-葡糖苷酶(微生物)一些酶的最适pH值5第六章酶三、温度对酶反应速率的影响温度与酶反应速率的关系图6第六章酶

牛奶中酶的热失活

1脂肪酶（失活程度，90%）2碱性磷酸酶（90%）3过氧化氢酶（80%）4黄嘌呤氧化酶（90%）5过氧(化)物酶（90%）6酸性磷酸酶（99%）由于牛奶中肪酶和碱性磷酸酶对热不稳定，而酸性磷酸酶⑥很稳定（上图）。鉴于碱性磷酸酶②的活性比脂肪酶容易检测，常用它区分生乳和巴氏杀菌乳。7第六章酶土豆块茎中酶的热失活土豆块茎中的所有酶中，过氧化物酶的热稳定性最好，加热不易使之失活，其他蔬菜中的酶情况类似。因此，过氧化物酶可以指示使所有酶热失活的调控过程，比如评价热烫处理过程的充分与否。8第六章酶左图：豌豆种子的脂肪氧化酶在65℃时的热失活受pH的影响（“D-值”是指将酶活减少为原来的10-1所需要的时间）

酶的热失活还与pH有关。豌豆种子中的脂氧酶在等电点时热变性失活的速率最慢，氧化酶在等电点时变性失活的速率也最慢，其他的酶也是如此。9第六章酶在温度低于0℃时酶活性有所下降，但冰晶的形成会造成酶和底物的浓缩，使酶的催化活性相对提高。在低温贮藏期间，如食品的黏度的增加，可通过限制底物的扩散，降底酶活性。在食品保藏中，如果贮存温度低于玻璃化转变温度Tg或Tg´，则酶的活性完全被抑制。食品应尽量避免在稍低于水的冰点温度保藏，减少因冷冻而引起的酶和底物浓缩造成的酶活力增加。此外，冷冻和解冻能破坏组织结构，从而导致酶与底物更接近，右图是鳄鱼组织中的磷脂酶在-4℃和-2.5℃的活力比较。在冰点温度以下鳄鱼肌肉中磷脂酶催化磷脂水解的速率常数)

10第六章酶四、水分活度对酶活力的影响水分活度较低时，酶活性被抑制。只有酶的水合作用达到一定程度时才显示出活性。例如β-淀粉酶在aw0.8(约2%的含水量)以上才显示出水解淀粉的活力，当水活性aw为0.95(约12%的含水量)时，酶的活力提高15倍(右图)。水分活度对酶活力的影响○磷酸酯酶催化卵磷脂水解●β-淀粉酶催化淀粉水解11第六章酶五、酶浓度对酶反应速率的影响六、激活剂对酶反应速率的影响（1）无机离子（2）中等大小的有机分子（3）其它

七、抑制剂对酶催化反应速率的影响12第六章酶八、其他因素的影响一些物理因素的影响。如高压、电场等影响。高电场脉冲（HELP，highelectricfieldpulses）及超高压-适温技术在食品中应用是近几年新发展的高新技术。

HPEF的装置主要由五部分组成：高压脉冲发生器、连续或批量处理室、液体食品泵、冷却装置、带有计算机的数据处理系统。HELP又称高压脉冲电场，作为一项新的食品处理技术，能有效的降低液体食品的微生物数，延长货架期，且对食品的感官、物理、化学性质均无明显影响。HELP处理食品，由于能使酶电荷及结构改变，还可抑制食品中某些酶活性，增加食品的可贮藏性。但应用注意的是，有些酶在低脉冲电场作用下对其有激活作用，只在相对较高的脉冲电场作用较长时间下才能失活，如溶菌酶和胃蛋白酶。1、HELP对酶活的影响13第六章酶压力对酶活性的影响视酶的种类不同而又不同，某些酶在相对低的压力下(~100MPa)其活性会上升，即激活作用，这类酶主要是单体酶类，但在较高压力下一般都能使大部分酶失活。基于压力对酶活性的不同影响，可分为四种类型：①完全及不可逆失活；②完全及可逆失活；③不完全及不可逆失活；④不完全及可逆失活。不管压力对酶是激活作用还是失活作用，对食品的质量都有重要影响。压力除对酶的构象有影响外，还对细胞结构也有影响。在完整的细胞中酶与底物是分开的，但较底的压力下对细胞结构就有破坏作用，当压力诱导的细胞膜结构破坏后，就导致了酶与底物的结合，表现出酶活的增加或减少。压力对酶失活效果与酶的类型、pH、介质组成、温度等有关。对于一些酶，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及胰凝乳蛋白酶原，需要较高的压力也不能完全失活。研究表明循环加压可使其失活。在这种加压方式下，多数酶都较易失活，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶、α-淀粉酶，但果胶甲脂酶活性较稳定。2、高压对酶活的影响14第六章酶第三节酶在食品加工及保鲜中的作用应用的酶制剂主要有α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等.主要来自可食的或无毒的植物、动物，以及非致病、非产毒的微生物。酶来源主要用途α-淀粉酶枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉淀粉液化、生产葡萄糖、醇等β-淀粉酶麦芽、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌麦芽糖生产、啤酒生产、焙烤食品糖化酶根霉、黑曲霉、红曲霉、内孢酶糊精降解为葡萄糖蛋白酶胰脏、木瓜、菠萝、无花果、枯草杆菌、霉菌肉软化、奶酪生产、啤酒去浊、香肠和蛋白胨及鱼胨加工纤维素酶木霉、青霉食品加工、发酵果胶酶霉菌果汁、果酒的澄清葡萄糖异构酶放线菌、细菌高果糖浆生产葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉保持食品的风味和颜色

橘苷酶黑曲霉水果加工、去除橘汁苦味脂肪氧化酶大豆焙烤中的漂白剂橙皮苷酶氨基酰化酶

黑曲霉霉菌、细菌防止柑橘罐头和橘汁浑浊DL-氨基酸生产L-氨基酸乳糖酶真菌、酵母水解乳清中的乳糖脂肪酶真菌、细菌、动物乳酪的后熟、改良牛奶风味、香肠熟化溶菌酶食品中的抗菌物质15第六章酶一、氧化还原酶1、葡萄糖氧化酶2、过氧化氢酶3、脂肪氧化酶4、醛脱氢酶5、丁二醇脱氢酶16第六章酶二、水解酶1、蛋白酶蛋白酶催化蛋白质水解后生成小肽和氨基酸，有利于人体消化和吸收。蛋白质水解后溶解度增加，其他功能特性例如乳化能力和起泡性也随之改变。17第六章酶在食品加工中常用的蛋白酶18第六章酶2、α-和β-淀粉酶该酶在啤酒、焙烤、面点等行业常用。但应注意的是该酶来源不同，其最适温度不同。温度对α-淀粉酶活性的影响

1来自于Bacillussubtilis2来自于Bacilluslicheniformis19第六章酶3、葡聚糖-1,4-α-D-葡萄糖苷酶（葡萄糖淀粉酶）葡萄糖淀粉酶是从1,4-α-D-葡聚糖的非还原端裂解β-D-葡萄糖单位。支链淀粉中α-1,6-分枝键的水解速率比直链淀粉中α-1,4-连接键的慢30倍。淀粉糖化步骤见右图。该图的左边部分是一个纯粹的酶促反应，在耐热细菌α-淀粉酶的的催化下，淀粉出现膨胀、胶凝化和液化现象。淀粉酶作用产生的淀粉糖浆是含有葡萄糖、麦芽糖和糊精的混合物。酶催化的淀粉降解20第六章酶4、支链淀粉酶(异淀粉酶)5、纤维素酶和半纤维素酶6、葡萄糖硫苷酶7、果胶溶酶类9、溶菌酶8、脂肪酶三、异构酶四、转移酶21第六章酶第四节酶与食品质量的关系一、酶与色泽1、脂肪氧合酶与色泽2、叶绿素酶与色泽脂肪氧合酶对不饱和脂肪酸，产生自由基和氢过氧化物，从而引起叶绿素和胡萝卜素等色素的损失、多酚类氧化物的氧化聚合产生色素沉淀。该酶水解产物脱植基叶绿素和脱镁脱植基叶绿素因不含植醇侧链，易溶于水，不溶于脂，在含水食品中，使其产生色泽变化。22第六章酶3、多酚氧化酶与色泽对-甲酚4-甲基儿茶酚儿茶酚邻-苯醌一类是羟基化一类是氧化反应23第六章酶R1=R2=H，茶黄素R1=H，R2=没食子酰基，茶黄素单没食子酸酯R1=R2=没食子酰基，茶黄素双没食子酸酯R1=HL-ECGR1=OHL-EGCGR1=H，R2=HL-ECR1=OH，R2=HL-EGCPPO茶红素茶褐素24第六章酶儿茶素在POO作用下形成茶黄素的反应历程示意图25第六章酶二、酶与质地1、果胶酶果胶酶有3种类型果胶甲酯酶水解示意图聚半乳糖醛酸酶水解示意图果胶酸裂解酶示意图26第六章酶2、纤维素酶和戊聚糖酶3、淀粉酶葡糖淀粉酶α-淀粉酶β-淀粉酶27第六章酶

β-淀粉酶从淀粉的非还原末端水解α-1,4糖苷键，生成β-麦芽糖。因为β-淀粉酶是外切酶，只有淀粉中的许多糖苷键被水解，才能观察到粘度降低。葡糖淀粉酶又名葡糖糖化酶，是从淀粉的非还原末端水解α-1,4键生成葡萄糖，其中对支链淀粉中的α-1,6键的水解速率比水解直链淀粉的α-1,4键慢30倍

α-淀粉酶存在于所有的生物体中，能水解淀粉(直链淀粉和支链淀粉)、糖原和环状糊精分子内的α-1,4-糖苷键，水解物中异头碳的α-构型保持不变。由于水解是在分子的内部进行，因此α-淀粉酶对食品的主要影响是降低粘度，同时也影响其稳定性。28第六章酶一些淀粉和糖原降解的酶名称作用的糖苷键说明内切酶(保持构象不变)α-淀粉酶(EC)α-1,4反应初期产物主要是糊精；终产物是麦芽糖和麦芽三糖异淀粉酶(EC8)α-1,6产物是线性糊精异麦芽糖酶(EC0)α-1,6作用于α-淀粉酶水解支链淀粉的产物环状麦芽糊精酶(EC4)α-1,4作用于环状或线性糊精，生成麦芽糖和麦芽三糖支链淀粉酶(EC1)α-1,6作用于支链淀粉、生成麦芽三糖和线性糊精异支链淀粉酶(EC7)α-1,4作用于支链淀粉生成异潘糖，作用于淀粉生成麦芽糖新支链淀粉酶α-1,4作用于支链淀粉生成异潘糖，作用于淀粉生成麦芽糖淀粉支链淀粉酶α-1,4α-1,6作用于支链淀粉生成麦芽三糖，作用于淀粉生成聚合度分为2～4的产物。外切酶(非还原端)β-淀粉酶(EC)α-1,4产物为β-麦芽糖α-淀粉酶α-1,4产物为α-麦芽糖，对于专一外切α-淀粉酶的产物是麦芽三糖、麦芽四糖、麦芽五糖和麦芽六糖，并保持构象不变。葡糖糖化酶(EC)α-1,6产物为β-葡萄糖α-葡萄糖苷酶(EC0)α-1,4产物是α-葡萄糖转移酶环状麦芽糊精葡萄糖转移酶(EC9)α-1,4由淀粉生成含6～12个糖基单位的α-和β-环状糊精29第六章酶4、蛋白酶该酶在食品加工中发挥关重要作用。例如利用凝乳酶形成酪蛋白凝胶制造干酪。在焙烤食品加工中，将蛋白酶作用于小麦面团的谷蛋白，不仅可以提高混合特性和需要的能量，而且还能改善面包的质量。蛋白酶另外一个显著的作用是在肉类和鱼类加工中分解结缔组织中的胶原蛋白、水解胶原、促进嫩化。利用蛋白酶可制备出多种不同功能的活性。30第六章酶谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase)又称转谷氨酰胺酶，系统名称为蛋白质一谷氨酸一γ一谷氨酰胺基转移酶(EC2.3．2．13，TGase)，可以催化蛋白质分子内的交联、分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解，从而可以改善蛋白质功能性质及质构，并提高蛋白质的营养价值。31第六章酶谷氨酰胺转胺酶在食品工业中的应用主要在以下方面：（1）、改善蛋白质凝胶的特性。（2）、提高蛋白质的乳化稳定性（3）、提高蛋白质的热稳定性（4）、提高蛋白质的营养价值32第六章酶三、酶与风味影响食品中风味和异味的成分最多，酶对食品风味和异味成分的形成途径也是相当复杂。食品在加工和贮藏过程中可以利用某些酶改变食品的风味，如风味酶已广泛应用于改善改善食品的风味，将奶油风味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋、人造奶油等食品，可增强这些食品的奶油风味。脂肪酶在乳制品的增香过程中发挥着重要作用，在加工时添加适量脂肪酶可增强干酪和黄油的香味，将增香黄油用于奶糖、糕点等可节约用量。选择性地使用较高活力的蛋白酶和肽酶，再与合适的脂肪酶结合起来可以使干酪的风味强度比一般成熟的干酪的风味要至少提高10倍。芝麻、花生焙烤后有很强的香气。其主要成分为吡嗪化合物、N一甲基吡咯、含硫化合物。加入脂氧化酶后，有效的增加了香味。脂肪酶能够催化分解甘油，生成甘油和脂肪酸。因牛、羊、猪、禽肉不同种动物中脂肪酸组成不同，所以肉的风味不同。33第六章酶β—葡萄糖苷酶处理前后的桃及红葡萄汁中主要风味成分的比较经β—葡萄糖苷酶处理过的样品，除具有样品本身固有的特征香气外，在香气组成上，更显饱满、柔和、圆润，增强了感官效应。β—葡萄糖苷酶分别处理橙汁和山楂，用GC—MS进行了香气成分的分析，结果表明，β—葡萄糖苷酶可以酶解糖苷键，释放键合态的芳香物质，起到自然增香的作用。34第六章酶充分利用食品原料中糖苷酶也能提高食品中香气成分。如在茶叶加工时，适当的摊放可提高茶鲜叶中β—葡萄糖苷酶的活性，随着其酶活性的提高，游离态香气成分增加（下表）。

摊放过程中β—葡萄糖苷酶和游离态香气含量的变化35第六章酶四、酶与营养一般说来，食品中氧化酶类对食品的风味、质地及色泽影响较大，合理利用有利用有利于品质，但常常会使营养有所损失，如脂肪氧合酶氧化不饱和脂肪酸，会引起亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸这些必需脂肪酸含量降低，同时产生过氧自由基和氧自由基，这些自由基将使食品中的类胡萝卜素、维生素E等含量减少；破坏蛋白质中的半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸残基，或者引起蛋白质交联。此外，多酚氧化酶不仅引起褐变，使食品产生不需宜的颜色和味道，而且还会降低蛋白质中的赖氨酸含量，造成营养价值损失。

水解酶类由于其水解作用，除影响其质地外，常会增加食品的营养，如蛋白水解、淀粉水解酶等。36第六章酶

SOD添加到食品中有两方面作用。其一是作为抗氧剂。SOD可作为罐头食品、果汁罐头的抗氧剂，防止过氧化酶引起的食品变质及腐烂现象；其二是作为食品营养的强化剂。酶解前后产品8种必需氨基酸含量变化比较苏氨酸缬缬氨酸蛋氨酸异亮氨亮氨酸苯丙氨酸赖氨酸色氨酸酶解前131.6203.591.3156.5374.9148.1117.4154.2酶解后152.7219.1175.0300.2385.3136.7267.1294.837第六章酶第五节固定化酶在食品工业上的应用⑥可得到高纯度、高质量的产品一、固定化酶的优、缺点①酶的稳定性得到改进②具有专一选择性用途的酶可以“缝制”③酶可以再生利用，反应所需空间小④连续化操作可得以实践⑤反应的最优化控制成为可能⑦资源方便，减少污染①固定化时，酶的活力有损失②增加了成本，初始投资达大③只能用于可溶性底物，且适用于小分子④不适于多酶反应，需要辅助因子的反应1、缺点2、优点38第六章酶一、酶的固定化方法1、吸附法2、包埋法3、共价键结合法4、交联法

5、结晶法39第六章酶二、固定化酶的评价指标及性质

稳定性通常以半衰期表示，即固定化酶活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间。

t1/2=0.693/Kd

式中Kd—衰减常数，可由下式计算：Kd=2.303/tlg(E0/E)（式中E0—初时酶活，E—t时残留的酶活）1、固定化酶的评价指标影响酶固有性质各因素的综合效应及固定化期间引起的酶失活，可用偶联率或相对活力来表示。固定化酶的活力回收是指固定化