酶 食品化学 梁文珍

第八章酶酶的化学本质和作用特点(专一性)酶的命名和分类酶的固定化影响酶促反应的因素食品加工中重要的酶酶学研究历史四千多年前，我国已有酿酒记载。一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。20世纪70年代初兴起的酶工程技术在食品行业广泛应用酶的化学本质酶（enzyme）是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。新发现：RNA、DNA的催化作用酶的组成蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)

金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）

辅酶

(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。

辅基

(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。酶的作用特点催化剂的共同点量少高效；只加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。都是通过降低反应分子的活化能来加快化学反应的速度。酶的特性高效催化，条件温和高度专一不稳定性活性可调节（一）酶促反应具有极高的效率一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。*酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：绝对特异性(absolutespecificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物

。相对特异性(relativespecificity)：作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性(stereo

specificity)：作用于立体异构体中的一种。（三）酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。酶的命名和分类习惯命名法的五个原则：1.根据酶催化反应的性质来命名。2.根据被作用的底物来命名。3.将酶作用的底物与催化反应的性质结合起来命名。4.将酶的来源与作用底物结合起来命名。系统命名法按国际系统命名原则，每一种酶具有一个系统名称和一个习惯名称，系统名称应标明酶的作用底物和反应性质。如果有两种底物，均需标出，当中用“：”分开，若其中一种是水，则可省略。L－丙氨酸：α－酮戊二酸氨基转移酶，催化反应为：L－丙氨酸＋α－酮戊二酸→丙氨酸＋L－谷氨酸。系统分类及编号国际酶学委员会根据酶催化反应的类型，把酶分为：氧化还原酶：催化底物进行氧化还原反应的酶类。转移酶：催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类水解酶：催化底物发生水解反应的酶类。裂合酶：催化一个底物分解为2个化合物或2个化合物合成为一个化合物的酶类。异构酶：催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。合成酶(连接酶)：催化2分子底物合成为1分子化合物。酶的固定化1.概念及意义（1）概念将酶与水不溶性载体结合，或将酶束缚在一定空间内，限制酶的自由流动，有不影响其发挥催化作用，这个过程称为酶的固定化，这种酶被称为固定化酶。

（2）意义优点：反复利用，降低成本；增加操作的连续性；连续进行多种反应，提高效率；酶固定化后性质的改变有利于食品加工缺点：引入有毒的化学试剂；滋生微生物；酶固定化后活性、稳定性等性质改变不利于食品加工。2.固定化酶的制备方法制备固定化酶的方法有：吸附法、包埋法、共价交联法（1）吸附法A.利用各种吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面而使酶固定化的方法称为吸附法。B.常用吸附剂有：氧化铝、活性炭、硅藻土、纤维素、多孔陶瓷、多孔玻璃、羟基磷灰石、高岭土等。C.优点：操作简便，条件温和，不需特殊化学试剂，不会引起酶的变性，载体价廉易得，可反复使用。D.缺点：结合力弱，易脱落，解吸。（2）包埋法A.将酶或含酶菌体包埋在多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。B.包埋法可分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法

a.凝胶包埋法是将酶包埋在凝胶内部的微孔中，如：聚丙烯酰胺凝胶。

b.微胶囊包埋法是将酶包埋在微胶囊的半透膜中，如：明胶、阿拉伯胶、海藻酸钠

（3）化学键结合法A.共价键结合法将酶的侧链基团等共价结合在已活化的载体上。载体有：尼龙、纤维素、壳聚糖、聚丙烯酰胺…B.交联法双功能试剂与酶分子连接起来。例：戊二醛、异氰酸酯作双功能试剂3.固定化酶的性质游离酶经固化后，可能引起酶性质的改变：酶分子构象的改变微环境的影响底物在载体和溶液间存在分配效应、扩散效应温度、pH可影响固定化酶的活力。固定化后，酶的稳定性发生改变，有的变得更稳定，有的变得不稳定，有的不改变。4.应用固定化酶使酶与产物分离，提高产物纯度。固定化酶可连续使用，适合于规模化工业化生产。食品工业应用实例：（1）固定化葡萄糖异构酶将葡萄糖异构成果糖，可将玉米淀粉水解成葡萄糖后，再异构成高果糖玉米糖浆。（2）固定化木瓜蛋白酶处理啤酒，防止混浊。（3）固定果胶酶用于澄清果汁（4）固定柚苷酶用于柑汁脱苦（5）固定化酶法生产二肽甜味剂（6）固定化磷酸二酯酶与AMP脱氨酶生产5′－肌苷酸。（7）DL－氨基酸的光学拆分合成氨基酸

(8)面粉中的应用（9）食品分析应用酶电极测定氨基酸、乳酸、甲酸、乙醇双重影响温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低。1.温度对酶促反应的影响最适温度(optimumtemperature)：酶促反应速度最快时的环境温度。酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC温度对淀粉酶活性的影响

影响酶促反应的因素2.pH对酶促反应的影响1.最适pH2.pH稳定性表现出酶最大活力的pH值在一定的pH范围内酶是稳定的pH对酶作用的影响机制：

1.环境过酸、过碱使酶变性失活；

2.影响酶活性基团的解离；

3.影响底物的解离。0酶活性pHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶2468103.酶浓度对酶促反应的影响在有足够底物和其他条件不变的情况下：

v=k[E]底物浓度对酶促反应的影响1.底物浓度对酶反应速度的影响[S]vVmax酶促反应的速度与酶浓度成正比4.抑制剂对酶促反应的影响——使酶的必需基团或活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶失活的物质，称为抑制剂（I）。1.不可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合（共价键）是不可逆的。S+EESE+P

+I↓EIE—SH+ICH2COOH→E—S—CH2COOH+HI（2）可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合是可逆的。抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓度以及底物的浓度决定。[E]v1231.反应体系中不加I。2.反应体系中加入一定量的不可逆抑制剂。3.反应体系中加入一定量的可逆抑制剂。食品加工中重要的酶糖酶蛋白酶脂肪酶葡萄糖氧化酶过氧化物酶过氧化氢酶抗坏血酸氧化酶脂肪氧合酶糖酶淀粉酶：催化淀粉和糖原水解的酶类。

α－淀粉酶：内切酶，从淀粉分子内部随机水解α－1，4

糖苷键，但不水解α－1，6糖苷键。

β－淀粉酶：外切酶，只能水解α－1，4糖苷键，不能水解

α－1，6糖苷键。从淀粉分子的非还原性末端开始依次切下一个个α－1，4麦芽糖苷键，并将切下的α－1，4麦芽糖转变成β－麦芽糖，所以称为β－淀粉酶。葡萄糖淀粉酶：外切酶，不仅水解α－1，4糖苷键，也能水解α－1，6糖苷键和α－1，3糖苷键。异淀粉酶：产生于动植物及微生物中，是一种内切酶，从支链淀粉分子内部水解支点的α－1，6糖苷键。一、水解酶

1.α-淀粉酶

也称液化型淀粉酶，能使淀粉不规则地水解。它存在于动物的唾液、胰脏及植物的麦芽中。此外，霉菌和细菌也产生此酶。钙对其有活化作用，其最适PH为4.5-7.0，最适温度约60℃，一些细菌淀粉酶则达70℃。此酶在啤酒制造及面包品质改良上很重要，终产物为麦芽糖、葡萄糖和异麦芽糖。

-淀粉酶

能将淀粉从非还原端起，每次水解下一个麦芽糖单位。在各种植物组织中均可见，尤以大麦芽中为多，其热稳定性低于α-淀粉酶，外切酶。3.葡萄糖淀粉酶

外切酶，从淀粉的非还原端起，每次水解下一个葡萄糖单位，终产物为葡萄糖和糊精，用于制糖等。最适PH=4-5，最适温度50-60℃。

淀粉酶对天然存在的完整淀粉粒作用较困难，应将淀粉粒糊化，破坏其结构后，对淀粉酶的作用才比较敏感。

4.脱支酶：果胶酶定义：催化果胶酸或果胶降解的酶，根据作用底物不同可以分为以下三类：1）果胶酯酶果胶聚半乳糖醛酸+甲醇2）聚半乳糖醛酸酶降解底物α－1，4糖苷键,存在内切和外切两种酶3）果胶裂解酶（转消酶）内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶的总称，催化果胶或果胶酸的残基的C4-C5位上的氢进行反式消去作用，使糖苷键断裂，生成不饱和的半乳糖醛酸。蛋白酶定义：催化蛋白质肽键水解的酶按来源分为1）动物蛋白酶食品工业中应用少2）植物蛋白酶：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶。常用于肉品和啤酒行业。3）微生物蛋白酶蛋白酶制剂的重要来源，用于产酶的菌种必须严格选择。应用范围包括：面包制作、肉品嫩化、啤酒制造、酿造等。脂肪酶脂肪酶将脂肪水解为甘油和脂肪酸。特点

1）催化选择性强

2）“油脂-水”两相的界面发挥作用应用牛奶、奶酪、干果的加工中调控风味；皮革、绢纺等。二、氧化还原酶1.葡萄糖氧化酶

使葡萄糖和O2作用生成葡萄糖酸，由霉菌产生，用于除去蛋白中的微量葡萄糖和果汁等中的溶解O2。2.过氧化氢酶：清除食品中残留的过氧化氢3.乙醛脱氢酶：使大豆加工产生的醛转化成酸，从而消除异味。4.抗坏血酸氧化酶

能把抗坏血酸分解为脱氧抗坏血酸。广泛存在于植物中。5.过氧化物酶存在：所有高等植物中，也存在牛奶中。特点：过氧化物酶通常含有一个血红素作为辅基，催化以下反应：

ROOH＋AH2