食品酶学-糖酶

第5章糖酶

主要内容5.1淀粉酶5.2乳糖酶5.3纤微素酶5.4果胶酶糖酶的作用：

裂解多糖中将单糖结合在一起的化学键，使多糖降解成为较小的分子；

催化糖单位结构上的重排，形成新的糖类化合物。糖酶种类淀粉酶乳糖酶纤维素酶果胶酶等

重要底物：淀粉、糖原和多糖衍生物分布：动物、植物、微生物分类：a-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、异淀粉酶5.1淀粉酶5.1.1α-淀粉酶1、存在

动物---唾液、胰脏

植物---发芽大麦、玉米、稻米、高粱、谷子微生物---枯草杆菌、芽孢杆菌、米曲霉、黑曲霉、扩展青霉2、作用方式

以随机的方式作用于淀粉而产生还原糖。以直链淀粉为底物时，反应一般按两个阶段进行：首先，直链淀粉快速分解，产生寡糖，粘度及与碘返生呈色反应的能力很快下降；第二阶段，寡糖缓慢水解生成最终产物葡萄糖和麦芽糖。以支链淀粉为底物时，产生葡萄糖、麦芽糖和一系列α-限制糊精（由4个或更多葡萄糖基构成的寡糖，含α-1.6糖苷键）3、α-淀粉酶的性质分子量范围是15600～139300，通常为45000～60000，其分子中的巯基往往是酶催化活性的必需基团。所有α-淀粉酶都是金属酶，每个酶分子至少含有一个钙离子，它是α-淀粉酶的激活剂，钙与酶分子的结合非常牢固。如果将酶分子中的钙完全除去，会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。4、α-淀粉酶的作用机制α-淀粉酶是内切酶型，随机作用于淀粉、糖原的α-1,4-糖苷键，对α-1,6-糖苷键则不能水解。水解直链淀粉时，先切开淀粉分子中间部分的α-1,4-糖苷键，使长链淀粉很快地分解成短链的糊精，糊精再继续水解，最后产物为α-麦芽糖和少量的葡萄糖。4、α-淀粉酶的作用机制

水解支链淀粉时，由于不能水解分支点的α-1,6-糖苷键，因此产物中不仅有α-麦芽糖和少量的葡萄糖，还产生异麦芽糖。异麦芽糖是支链淀粉分子的分支点，是由两个葡萄糖以α-1,6-糖苷键相连的双糖。(1)pH对α-淀粉酶作用的影响一般α-淀粉酶在pH5.5～8比较稳定，当pH4以下时易失活，酶的最适pH在5～6。不同来源的α-淀粉酶---pH图形状和最适pH不同来自：人的唾液和猪的胰脏：6.0～7.0

枯草杆菌：5.0～7.0

嗜热脂肪芽孢杆菌：3.0左右大麦芽：4.8～5.4

高粱芽：4.8

小麦：4.5(低于4.0迅速下降)实际意义：面包制作---“黑面包”黑麦粉含有过量的α-淀粉酶，如果能在pH3.4～4.0失活，能防止过分糊精化和胶粘的面包瓤。

谷类中的α-淀粉酶在低pH下失活对于加工高质量面包是十分理想的性质。(2)温度对α-淀粉酶作用的影响

纯化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但是有钙离子大量存在的条件下，酶的热稳定性会增加。不同来源的α-淀粉酶具有不同的热稳定性。耐热程度：细菌＞丝状菌＞麦芽＞动物实际意义：面包加工（烘焙面包）

淀粉糖的加工：糊化温度以上保持酶活性，有利于食品加工。(3)钙离子对α-淀粉酶的影响钙离子使α-淀粉酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性和稳定性。钙离子和酶的结合牢度：霉菌＞细菌＞哺乳动物＞植物（1）酶法生产葡萄糖（2）饴糖与淀粉糖浆的生产

（3）酒精生产（4）其它发酵工业

（5）其它用途

5、α-淀粉酶的用途α-1,4-葡聚糖麦芽糖水解酶，EC3.2.1.2，又称糖化酶。1、存在：

存在于大多数的高等植物和微生物中不存在于哺乳动物中5.1.2β-淀粉酶2、作用外切酶，从淀粉分子的非还原性末端裂解α-1，4-糖苷键，依次将麦芽糖单位水解下来，产物构型从α型转变成β型。不能裂解支链淀粉中的α-1，6-糖苷键，也不能绕过分支点继续作用于α-1，4-糖苷键→对支链淀粉的作用是不完全的。主要产物：麦芽糖和β-限制糊精。

支链淀粉：50-60%为麦芽糖。

直链淀粉：70-90%为麦芽糖。不能完全水解的原因是：制备过程中因氧化等因素被改性。3、性质最适pH值范围是5.0-6.0。pH4.0-9.0在20℃可以稳定24h钙离子对β-淀粉酶有降低稳定性作用。活性中心有巯基存在，巯基试剂对-氯汞苯甲酸和N-乙基苹果酰胺处理酶或者氧化作用会使酶失活。环状糊精和麦芽糖是竞争性抑制剂。酸性环境，大豆比小麦、大麦的稳定。热稳定性：甘薯最好。外切酶，商业酶制剂由霉菌产生。作用于淀粉时，从非还原性末端逐次切下一个葡萄糖单位，并将C(1)构型从α转变为β型。底物专一性低，不仅分解α-1，4-糖苷键，也能分解α-1，6-糖苷键，只是速度很慢。以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖。以支链淀粉为底物时，不完全，有葡萄糖，可能还有β-限制糊精，如有α-淀粉酶参与可使支链淀粉完全降解。5.1.3葡萄糖淀粉酶

pH：3.0-5.5，最适4.0-4.5T：50-60℃，最适58-60℃抑制剂：大部分重金属5.1.4脱支酶

α-1.6-葡聚糖水解酶（EC3.2.1.9），水解支链淀粉、糖原以及相关的大分子碳水化合物中的α-1，6-糖苷键。分类

支链淀粉酶

异淀粉酶直接脱支酶间接脱支酶异淀粉酶只能水解构成分支点的α-1.6-糖苷键；不能水解直链分子中的α-1.6-糖苷键。性质1）对底物作用的专一性

不同来源对底物专一性不同，主要表现在对于各种支链低聚糖以及茁霉多糖的分解能力上。2）pH、温度和金属离子的作用金属离子对脱支酶活性有影响，Mg2+与Ca2+略有激活作用，Hg2+

、Cu2+

、Fe3+

、Al3+等有强烈抑制作用。异淀粉酶的应用（1）改性淀粉（2）异淀粉酶与β-淀粉酶配合使用生产麦芽糖（3）用于啤酒外加酶糖化（4）与其它淀粉酶配合，使淀粉糖化完全

系统名称常用名作用特性水解产物α-1.4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶α-淀粉酶或液化酶不规则的分解淀粉、糖原类α-1.4键以直链淀粉为底物时，产生葡萄糖和麦芽糖。以支链淀粉为底物时，产生葡萄糖、麦芽糖和一系列α-限制糊精α-1.4葡聚糖-葡萄糖水解酶糖化型淀粉酶或葡萄糖淀粉酶从非还原性未端以葡萄糖为单位顺次分解淀粉糖原类的α-1.4键，对α-1.3、α-1.6也有效以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖以支链淀粉为底物时，不完全，有葡萄糖，可能还有β-限制糊精，α-1.4葡聚糖-4-麦芽糖水解酶β-淀粉酶从非还原性未端以麦芽糖为单位,分解淀粉糖原类的α-1.4键以直链淀粉为底物时，麦芽糖外，还有麦芽三糖和葡萄糖（奇数糖基）。以支链淀粉为底物时，麦芽糖、β-限制糊精支链淀粉-6-葡聚糖水解酶异淀粉酶对α-1.6键分解速度快,分解支链淀粉、糖原中α-1.6键

直链淀粉淀粉酶的分类及特性

重要补充：葡萄糖异构酶（E）

催化葡萄糖，生成果糖的异构化反应。镁离子和钴离子对这种酶有激活作用，葡萄糖浓度越高，E反应V越快，这种E随产物果糖浓度的提高，E的活性就降低。5.1.5淀粉酶在食品工业中的应用从淀粉制备糊精糖浆、葡萄糖和麦芽糖。1、酶法制备葡萄糖生产酶法水解葡萄糖优点：①糖化率高，酸法糖化DE值一般为90%-91%，而酶法可达97%以上；②糖化液纯度高，甜味纯正，不易褐变；③设备不要求耐酸、耐压，对材料质地要求低，加工简单；④劳动保护条件比酸法好。酶法葡萄糖工艺流程主要包括：料液制备、液化、糖化、产品提取。•但随采用原料、酶源、设备等不同，具体工艺条件有所变化，其基本工艺设备流程见图1和图2。酶法葡萄糖生产主要使用α-淀粉酶和糖化酶。首先α-淀粉酶在pH6.0～6.5，温度85～90℃时，作用45min左右将淀粉浆液化成糊精。当采用高温α-淀粉酶时，液化温度可提高至105～115℃，可大大缩短液化时间，提高液化效率。液化完成后，将液化淀粉液冷却至55～60℃，调pH至4.5～5.0，加入糖化酶保温，使糊精转变为葡萄糖。•淀粉酶法糖化技术除了用于制造葡萄糖外，还可以用来生产淀粉糖作为微生物的生产培养基进行氨基酸、酒精等的发酵生产。5.2乳糖酶β-半乳糖苷酶（β-

D-半乳糖苷半乳糖水解酶，EC3.2.1.23）。用于降解乳糖为半乳糖和葡萄糖，也具有半乳糖苷的转移作用。植物：扁桃、杏、刀豆动物：幼小哺乳动物的小肠微生物：细菌、霉菌、酵母食品工业中使用的乳糖化酶主要由酵母和霉菌生产。1、来源

细菌乳糖酶最适pH在7.0，霉菌乳糖酶最适pH接近于5.0，酵母乳糖酶最适pH在6.0。牛奶、脱脂牛奶、炼乳的pH对酵母乳糖酶很适合；乳清及其浓缩物的pH对霉菌乳糖酶很适合。2、性质

温度℃乳糖化酶相对活力米曲霉乳糖化酶酵母菌乳糖化酶大肠杆菌乳糖化酶1026303437501.516.018.027.033.066.04.012.012.013.014.04.02.09.010.09.011.04.0温度对酵母、霉菌和细菌乳糖化酶活力的影响

激活剂

硫化物或亚硫酸盐可以提高乳糖分解速度3、反应机制

受体为水，则表现为水解，生成半乳糖和葡萄糖；若受体为糖，则表现为转移，生成低聚半乳糖。（1）生产低乳糖食品解决乳糖不耐症。

（2）冷冻炼乳、浓缩乳清乳糖结晶析出，会促使酪蛋白凝聚，不合食用。

4.乳糖酶的应用

（3）在冰淇淋中应用如果冰淇淋中脱脂奶粉量超过12%，在其贮藏和销售期间经过较大的温度变化，便有乳糖析出。使50%乳糖分解，在冰箱中保存4个月，也不会结晶。方法：乳糖酶先分解脱脂牛奶，再制造冰淇淋。直接将乳糖酶加到冰淇淋配料中。5.3纤微素酶

β-1,4-葡聚糖4-葡聚糖水解酶EC3.2.1.4;作用于纤维素和从纤维素派生出来的产物。5.3.1.分类1)纤维二糖水解酶：对纤维素具有最高亲和力，能降解结晶纤维素2)β-1，4葡聚糖酶：外切和内切，以葡萄糖为单位3)β-葡萄糖苷酶：作用于小分子量底物时表现出最高活力5.3.2.性质最适pH4.5-6.5，随底物变化高的热稳定性：显著优于果胶酶抑制剂：葡萄糖酸内酯，重金属离子（Cu,Hg），天然抑制剂酚类物质（免受霉菌腐烂作用）激活剂：半胱氨酸1在食品工业上的应用（1）改变细胞的通透性，提高细胞内含物（如蛋白质、淀粉、油脂、糖）的提取率，改善品质，简化加工工艺。（2）用于淀粉制造。（3）用于柑桔汁加工。（4）用于琼脂制造。（5）用于提取芳香油和香料。（6）用于制备速溶茶。（7）便于蔬菜果品的贮藏和运输。5.3.3.应用2在发酵工业中的应用（1）用于酱油酿造。（2）用于酒精工业。3纤维素转变成葡萄糖和单细胞蛋白4提高粗饲料营养价值5处理纸浆6油井压裂中的应用果胶物质是指植物中呈胶态的聚合碳水化合物，果胶物质存在于所有的高等植物中，沉积于细胞壁和细胞间层中。主要成分是脱水半乳糖醛酸。5.4果胶酶5.4.1.果胶物质果胶物质的种类1.原果胶：未成熟果蔬中，不溶于水。2.果胶酸：分子中羧基基本上是游离的脱水半乳糖醛酸，不含甲酯基团（OCH3）。

3.果胶酯酸：含一定数量甲酯基团，果胶酯酸包括果胶，果胶分子中75%左右的羧基是甲酯化的。果胶酶包括两类:一类能催化果胶解聚，一类能催化果胶分子中的酯水解。5.4.2.果胶酶

重要

1、催化果胶物质解聚的酶（1）作用于果胶的酶A、聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG）（a）内切-PMG（EC3,2,1,41）；（b）外切-PMGB、聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL）或果胶裂解酶（a）内切-PMGL（EC4,2,2,10）；（b）外切-PMGL

重要（2）作用于果胶酸的酶A、聚半乳糖醛酸酶（PG）（a）内切-PG（EC3,2,1,67）；（b）外切-PG（EC3,2,1,67）。B、聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）或果胶酸裂解酶（a）内切-PGL（EC4,2,2,2）；（b）外切-PGL（EC4,2,2,9）。2、果胶酯酶（PE）果胶、果胶酰基水解酶（EC3,1,1,11）。

重要

果胶酶分布霉菌中含各种果胶酶、裂解酶；细菌中主要为聚半乳糖醛酸裂解酶；高等植物中主要是果胶酯酶和聚半乳糖醛酸酶，不含果胶裂解酶。

（1）聚半乳糖醛酸酶（PG）此类能水解半乳糖醛酸中α-1,4键（优先对甲酯含量低的水溶性果胶酸作用）。

a.内切PG（endo-PG）：从分子内部无规则的切断α-1，4键，可使果胶或果胶酸的粘度迅速下降。b.外切（exo-PG）：从分子末端逐个切断α-1，4键，生成半乳糖醛酸，粘度下降不明显。pH5.0，钙激活。

(2)聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMG