《食品化学：酶》课件

第一节、引言第二节、影响酶活力的因素第三节、固定化酶第四节、食品原料中的内源酶的作用对食品质量的影响第五节、作为食品加工的助剂和配料而使用的酶第六节、酶在食品分析中的应用第六章酶

Chapter6：Enzyme第一节、引言一、概念酶是由生物活细胞所产生，具有高效的催化活性和高度特异性（专一性）的蛋白质。二、重要性食品中的酶能影响食品品质，在食品加工中要使用酶。三、本质具有催化作用的蛋白质、酶具有活性中心。四、特性1高效性为一般催化剂的1000万倍～10万亿倍。（2）专一性(specificity)

酶对底物具有高度专一性。（绝对、相对、立体）五、酶的辅助因子许多酶在作用时，需要一个非蛋白质组分，酶的这个非蛋白质组分称为酶的辅助因子。即：酶的非蛋白质组分称为酶的辅助因子。六、酶制剂

酶制剂—酶的工业化制剂。酶制剂应用方便，易获得。七酶的分类

1971年国际生化协会酶命名委员会根据酶所催化的反应类型将酶分为六大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类，分别用1、2、3、4、5、6的编号来表示，再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分为若干个亚类，每个亚类可再分若干个亚-亚类，仍用1、2、3、……编号。故每一个酶的分类编号由用“．”隔开的四个数字组成。编号之前是酶学委员会的缩写EC。酶编号的前三个数字表明酶的特性：反应性质、反应物（或底物）性质、键的类型，第四个数字则是酶在亚-亚类中的顺序号。EC1.1.1.27

大类亚类亚亚类序号如乙醇脱氢酶1、氧化还原酶类即催化生物氧化还原反应的酶，如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、羟化酶以及加氧酶类。2、转移酶类催化不同物质分子间某种基团的交换或转移的酶，如转甲基酶、转氨基酶、已糖激酶、磷酸化酶等。3、水解酶类利用水使共价键分裂的酶，如淀粉酶、蛋白酶、酯酶等。4、裂解酶类由其底物移去一个基团而使共价键裂解的酶，如脱羧酶、醛缩酶和脱水酶等。5、异构酶类促进异构体相互转化的酶，如消旋酶、顺反异构酶等。如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。6、合成酶类促进两分子化合物互相结合，同时使ATP分子中的高能磷酸键断裂的酶，如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。

酶的命名1国际系统命名法在系统命名法中，一种酶只可能有一个名称和一个编号。在科技文献中，一般使用酶的系统名称。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：系统名称:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基转移酶，它所催化的反应:

谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸但因某些系统名称太长，为方便起见，有时仍用酶的习惯名称。2习惯命名法:A.根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶等。B.根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。C.两个原则结合起来命名，例如丙酮酸脱羧酶等。D.根据酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。这在一定程度上造成很多酶有多种名称的情况。八酶的性质8.1酶的化学本质8.2酶的催化功能8.3酶的催化作用的特点8.4影响酶反应速率的因素8.1酶的化学本质：酶的化学组成主要是蛋白性成分。根据其化学组成可将酶分为：

简单蛋白酶即那些只需要其蛋白质部分就具有催化功能的酶。复合蛋白酶即那些发挥其催化活性还需要有非蛋白成分协助的酶，也称“结合蛋白质酶”。

复合蛋白酶的非蛋白成分称为辅因子或辅基，一些金属酶需要Mg2+、Fe2+

、Zn2+等金属作辅基。其它一些酶则需要小分子有机化合物如B族维生素作为辅因子，称为辅酶。酶的蛋白质部分称酶蛋白，酶蛋白与其辅因子一起合称为全酶。根据组成酶蛋白分子的肽链数量及其组装特点，又可将酶分为三类：

单体酶

单体酶只有一条多肽链，属于这一类的酶很少，一般都是催化水解的酶，分子量在13000~35000之间，如溶菌酶、胰蛋白酶等寡聚酶

寡聚酶由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽链。亚基之间不是共价结合，彼此很容易分开。多酶体系

多酶体系是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。它有利于一系列反应的连续进行。如脂肪酸合成酶体系、呼吸链酶系等。综上所述，关于酶的化学本质：酶是蛋白质，由氨基酸组成。既然是蛋白质，酶：有两性电解质性质；受某些物化因素影响而变性，容易发生构象变化而丧失酶活；水溶液具有胶体的性质。8.2酶的催化功能

酶是生物催化剂，与无机催化剂相比，二者有共性：

1、用量少而催化效率高

2、不改变化学反应的平衡点

3、可降低反应的活化能酶之所以具有催化能力，主要在于它们具有一个所谓的“活性部位”。正是由于有这种结构才使之具备上述催化生物化学反应的功能。酶的活性部位又称“活性中心”。指酶蛋白上对于催化底物发生反应具有关键作用的区域。进一步说，活性部位本质上是蛋白质多肽链上原本相距较远的一系列氨基酸残基经由折叠而形成的特定区域。在这个区域内，特定的、对于催化反应具有贡献的氨基酸残基的侧链基团的空间配置恰到好处，有助于酶与底物的结合，有助于底物的转变。溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；*A~F为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。

8.3酶催化作用的特点

酶的化学本质是蛋白质，又在生物体内作用，因此酶的作用又有特性：1、高效率；2、酶的作用具有高度的专一性；3、酶易失活，从而丧失原有催化活力；4、酶活力可调节控制；5、酶的催化活力可能与辅酶、辅基和金属离子有关。酶专一性绝对专一性：除一种底物以外，其它任何物质它都不起催化作用。相对专一性立体专一性：只能对一种立体异构体起催化作用，对其对体则全无作用。基团专一性：除了要求A和B之间的键合适外，还对其所作用键两端的基团具有不同的专一性。键专一性：只要求底物分子上有适合的化学键就可以起催化作用。这种专一性催化作用，对于其在食品、化工领域的应用具有重要实践意义。第二节影响酶活力的因素一、底物浓度的影响1、在酶浓度，pH，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：

RNase-底物复合物1米氏方程1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反应的动力学进行研究，基于平衡假设推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程，式中Km称为米氏常数。后来，其他学者进一步根据所谓恒态假说，即假设酶催化反应过程中[ES]浓度基本保持恒定不变，推导出修正后的米氏方程，形式上与上述公式完全相同。它体现了各种因素对于酶促反应速度的综合影响。2单分子酶促反应的米氏方程及Km推导原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照“稳态平衡”假说的设想进行推导。米氏方程:米氏常数:3

米氏方程的推导令：将（4）代入（3），则：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：则：(1)经整理得：由于酶促反应速度由[ES]决定，即，所以(2)将（2）代入（1）得：(3)当酶反应体系处于恒态时：当[Et]=[ES]时，(4)所以

4米氏常数的意义*

当v=Vmax/2时，Km=[S]（Km的单位为浓度单位）*

是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的数值，可鉴别酶。*

可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。*在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意[s]时的v，或任何v下的[s]。（用Km的倍数表示）

练习题：已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80％时底物的浓度应为多少？5米氏常数的测定

基本原则：

将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的双倒数形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax酶动力学的双倒数图线

当V＝1/2Vm时，则Km＝[S]关于米氏常数Km，它实际上是反应速度达到酶催化反应速度最大值的一半时所需的底物浓度。因此，米氏常数是有单位的。

请大家思考：一种酶的Km数值越大意味着什么？二、酶浓度的影响

在一定条件下酶反应的速度与酶的浓度成正比。因为酶催化反应时，首先要与底物形成所谓中间物，即酶底物复合物[ES]。当底物浓度大大超过酶浓度时，反应达到最大速度Vm，如果此时增加酶的浓度，可增加反应速度，酶反应速度与酶浓度成正比关系。三、温度的影响温度对酶反应的影响是双重的：（1）随着温度的增加，反应速度也增加，直至最大速度为止。（2）随温度升高而使酶逐步变性。故酶总有一个最适反应温度，在这个温度时，酶的活力最高。在10-80℃常温范围内，酶活力随着反应温度的变化趋势一般可表示如右图。酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC温度对淀粉酶活性的影响

四、pH的影响

在一定的pH下,酶具有最大的催化活性，通常称此pH为最适pH。但是需指出，所谓“最适pH”实际上是一个操作参数。

在不同pH时活性发生变化的原因主要在于：（1）pH能影响酶分子结构的稳定性。（2）pH能影响酶分子的解离状态。五、酶原的激活和激活剂

有的酶在分泌时是无活性的酶原，需要经某种酶或酸将其分子作适当的改变或切去一部分才能呈现活性。这种激活过程又称酶原致活作用或酶原激活作用。

凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。

酶的激活剂多为无机离子或简单有机化合物。

六、酶的抑制作用和抑制剂

非专一性不可逆抑制不可逆抑制

专一性不可逆抑制

竞争性抑制可逆抑制

非竞争性抑制

反竞争性抑制1竞争性抑制定义抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶－底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。KESI=∞,即ES不能同I结合请大家思考：如果酶催化反应体系中存在某种竞争性抑制剂，那么你所测定得到的米氏常数将发生什么样的变化？

+IEIESP+EE+S竞争性抑制作用

实例：磺胺药物的药用机理H2N--SO2NH2对氨基苯磺酰胺H2N--COOH对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤叶酸2非竞争性抑制作用

+IEI+SESIESP+EE+S+IKESI=KEI，即S与E的结合不影响E与I结合。实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）竞争性抑制作用非竞争性抑制作用竞争性非竞争性抑制作用机理示意图底物与酶专一性结合3反竞争性抑制作用

KEI=∞，即I不能同E结合，仅能同ES结合ESIESP+EE+S+I竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线反竞争性抑制曲线

表6-3各种抑制作用的比较（参阅课本）它列出了不同情况下的酶反应动力学方程式，以及相比于不存在抑制因素的条件下其Km和Vm的变化情况。

第四节、食品中的内源酶任何动植物和微生物来源的食物原料，均含有一定的内源酶。一脂肪氧合酶(Lipoxygenases)1、系统名称：亚油酸：氧-氧化还原酶；

EC1.13.11.12（顺，顺一1，4一戊二烯）2、作用底物是：含顺戊二烯的脂肪如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸3、产物及适宜pH

使不饱和脂肪酸生成氢过氧化物。适宜pH值：7～84.对食品质量的影响

(1)有益功能

a.小麦粉、大豆粉的漂白活性大豆粉中含脂肪氧合酶、催化胡萝卜素降解而使面粉漂白

b.在制作面团过程中形成二硫键面筋网络形成更好，改善面包等产品质量

[o]

－SH－S－S－(2)有害作用a.破坏叶绿素和胡萝卜素b.产生氧化性不良风味，具有青草味c.使维生素、蛋白质被氧化破坏d.必需脂肪酸被氧化破坏是导致青刀豆和甜玉米产生不良风味的主要酶种5.控制方法:热处理如大豆80～100ºC.

10min二多酚氧化酶与酶促褐变1.多酚氧化酶(polyphenoloxidase)(1)系统名称1，2—苯二酚：氧氧化还原酶

EC.1.10.3.1(2)辅基：铜(3)适宜pH：4～7(4)存在:植物、果蔬的叶绿体、线粒体,马铃薯块茎分布广泛2、酶促褐变Enzymebrowning(1)概念较浅色的水果、蔬菜在受到机械性损伤（削皮、切片、压伤、虫咬、磨浆、捣碎）及处于异常环境变化（受冻、受热等），在酶促（催化）下氧化而呈褐色，称为酶促褐变。

(2)酚酶酚酶为邻二酚：氧－氧化还原酶（EC.1.10.3.3），以Cu离子为辅基，以氧为受氢体,为末端氧化酶复合体:酚羟化酶(phenolhydroxylase)（甲酚酶cresolase）+多元酚氧化酶(polyphenoloxidase)（儿茶酚酶catecholase）最适pH＝7,比较耐热,100℃钝化2－8min西瓜、香瓜、桔子、柠檬无酚酶，不褐变。(3)底物水果、蔬菜中底物为：一元酚类邻二酚类（对位二酚也可）（间位二酚不作底物）如：水果中的儿茶酚OH

土豆中的酪氨酸OH

CH2CHCOOHHONH2

（4）机理

甲酚酶邻二酚酶聚合

OHOHOOOHOOO2O2

n一元酚二元酚醌黑色素实例1：土豆的褐变实例2：含有儿茶酚水果的褐变3、褐变防止方法酶促褐变的三个条件，缺一不可。即：多酚类物质、酚酶、氧气除去多酚类物质困难，不现实。∴一般为降低酚酶活性、驱氧用于食品方面主要有以下5种（1）加热处理在适当温度和时间，加热新鲜果蔬，可使酚酶及其它酶失活。常用的方法有：漂烫、巴氏杀菌加工中，必须严格控制时间和温度。不彻底加热，反而促进褐变;过度则影响风味、质构。微波加热，热穿透力强，迅速均匀，不影响风味。（2）酸处理法多数酚酶最适PH＝6～7，PH<3失活。常用的酸有：柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸、混合酸。柠檬酸可降低pH，还可络合酚酶辅基Cu2+，但单独用效果不大。常与抗坏血酸、亚硫酸合用。实践证明：0.5%柠檬酸+0.3%抗坏血酸效果好。抗坏血酸还可使酚酶失活，且可耗氧。

抗坏血酸抑制酶褐变的机理（3）亚硫酸盐类处理法亚硫酸类是酚酶抑制剂。常用的有：二氧化硫SO2亚硫酸钠Na2SO3亚硫酸氢钠NaHSO3

焦亚硫酸钠Na2S2O5

低亚硫酸钠Na2S2O4

如：在蘑菇、马铃薯、桃、苹果等加工中，常用二氧化硫及亚硫酸盐类作护色剂。实验表明：10ppm可抑制酚酶活性，但有挥发损失，还与醛类加成等。实际应用300ppm，残留<20ppm。在微酸性（pH＝6）时，抑制酚酶的效果最好。防止原因有三：a.抑制酶活性b.将醌还原为酚c.与醌加成，防止聚合

(4)驱氧驱氧措施有：

a.涂Vc液，涂膜

b.浸没:

c.渗入：

(5)加入络合剂，抑制激活剂。4、褐变的利用期望的褐变：苹果酒、红茶发酵（生成茶红素）、可可粉、葡萄干、梅干、椰枣、无花果。三果胶酶(Pecticenzymes)1.存在高等植物、微生物2.类型果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶3.果胶酯酶（果胶甲酯酶）果胶果胶基水解酶EC

3.1.1.11

存在：高等植物、细菌、真菌4.聚半乳糖醛酸酶聚－α－1，4－半乳糖醛酸苷基－水解酶，EC

3.2.1.15

分内切酶和外切酶存在：植物、真菌、细菌

5.果胶裂解酶(Pectinlyases)[聚（1，4-半乳糖醛酸苷）裂解酶，EC4.2.2.2]存在：黑曲霉、米根霉6.对果蔬质构的影响果胶物质是植物细胞的胞间层的主要成分，其聚合度及酯化度的改变会影响其质构，使组织软化。∴在贮藏及运输中应避免伤、烂。7.应用

(1)澄清果汁：提高内源酶活力、加外源酶澄清果酒：以提高出汁率、澄清效果

(2)控制果汁浑浊型果汁的浑浊度，维持悬浮颗粒的稳定性。

(3)柑桔瓤瓣的分离

(4)提取植物蛋白质，用果胶酶处理，Pro得率↑四过氧化物酶(Peroxidases)1.存在高等植物、牛奶、动物组织2.结构含有一个血色素作为辅基3.催化反应

ROOH+AH2ROH+H2O+AAH2是电子供体如：Vc、酚、胺类等4.特性(1)具有很高的耐热性(2)酶活力测定作用还原剂被氧化后产生颜色，可用比色法测定过氧化物酶活性。简易、灵敏可作为考察热烫处理是否充分的指示酶。(3)过氧化物酶活力的变化与一些果蔬的成熟和衰老有关(4)催化Vc氧化、破坏Vc的生理功能(5)催化不饱和脂肪酸过氧化物裂解产生不良气味的羟基化合物(6)催化类胡萝卜素漂白、花青素脱色五蛋白酶(protease)

存在：动物组织细胞的溶菌体中。适宜PH为2.5～4.5

作用条件：动物死亡，组织破坏，pH下降，酶激活特性：将肌肉蛋白质水解成游离氨基酸，产生优良的肉香风味。肌原纤维、胶原等结缔组织分解。六、内源酶对贮藏加工的影响1、食品中的内源酶食品中的内源酶除了上述的脂肪氧合酶、果胶酶、多酚氧化酶、过氧化物以外，还含有：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、（半）纤维素酶、植酸酶、过氧化氢酶、核糖核酸酶、戊聚糖酶……2、有利的影响，不利的影响（1）水果的催熟、后熟：香蕉的催熟：用乙烯、酒精、乙炔催熟

洋梨罐头：催熟后香气、风味↑↑水果后熟：淀粉水解糖↑，单宁↓涩味↓（2）面粉陈熟（陈放后成熟）当陈放后，面筋Pro－SH被氧化为－S－S－，工艺性、质量↑↑（3）鲜味的提高如金华火腿鲜腿腌后，在25～37ºC下发酵30天肉氨基酸如谷氨酸由0.02%，↑1%∴有强烈的鲜味（4）果蔬的褐变（5）有利因素利用的措施适宜的温度一定的O2

促进酶活性（6）不利因素的控制灭酶降低酶活性、pH控制隔氧、浸入水中（酸液）

.加入NaHSO3、Na2SO3第五节、食品加工中重要（外源）酶

食品工业所用的酶制剂：多数是水解酶，主要包括糖酶、蛋白酶、脂酶。主要的糖酶：淀粉酶、果胶酶、转化酶、乳糖酶、纤维素酶。一淀粉酶(amylases)

淀粉酶可分为：α－淀粉酶、β－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶（异淀粉酶）。

1.葡萄糖淀粉酶(glucosidases)

（1）作用原理外切酶，从非还原末端水解α－1,4糖苷键，切下葡萄糖，也可以水解α－1,6、α－1,3糖苷键(2)pH=4.0～4.5(3)温度58～60℃(4)Mn+重金属Ca2+、Hg2+

、Ag+

、Pb2+

抑制。

4.脱支酶（异淀粉酶isoamylase）（1）水解淀粉及糖原的α－1,6糖苷键将支链剪下。产物：直链淀粉、糊精（2）pH＝5.6～7.2(3)温度45～50℃(4)Mn+、Mg2+

、Ca2+

激活作用。

Hg+

、Cu2+

、Fe2+

、Al3+

抑制作用。

5.葡萄糖异构酶（E.C.5.3.1.5）

(1)葡萄糖→E→果糖

(2)

pH＝6.5(3)温度T＝75℃(4)Mn+、Co2+

、Mg2+、(Mn+)激活。

Fe2+

、Cu2+

、Zn2+

、Ca2+

、Al3+

、Ni2+

抑制。6、β－葡聚糖酶（1）内切酶麦芽，大麦β－葡聚糖酶低聚糖3～5（2）PH=5～7（3）T=50～60℃7、纤维素酶（1）水解β－1.4糖苷键（2）PH＝4～5（3）T=50～55℃二蛋白酶(protease)蛋白酶是生物体系中含量较多的一种酶，也是食品工业中较重要的一类酶。1.分类（1）按作用方式内肽酶（肽链内切酶）外肽酶（肽链端解酶，又可分为氨肽酶、羧肽酶）（2）按适宜pH不同酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶（3）根据来源动物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶（4）根据活性中心的化学性质，按作用机制

A.丝氨酸蛋白酶

B.巯基蛋白酶（半胱氨酸蛋白酶）

C.金属蛋白酶

D.天冬氨酸蛋白酶（酸性蛋白酶）2、酸性蛋白酶采用黑曲霉3.4310菌株，发酵、提取、精制。产物小肽＋氨基酸pH＝2.5～4T＝40℃

Mn2+

、Ca2+

、Mg2+

激活。Cu2+

、Hg2+

、Al3+

抑制。应用：啤酒、果酒澄清。动、植物蛋白质水解营养液3.中性蛋白酶（E.C.3..4.21.14）AS1398枯草芽孢杆菌pH＝6～8T=37℃Mn+Mn2+

、Ca2++、Mg2+

激活。Cu2+

、Hg2+

、Al3+

抑制。4.碱性蛋白酶枯草芽孢杆菌pH＝10～11(8～12)T=40～50℃(20～65℃)Mn+

Mn2+

、Ca2+

激活。Cu2+

、Mg2+

抑制。5.木瓜蛋白酶（E.C.3.4.22.2）木瓜胶乳中pH＝5～7(3～9)T=10～90℃(热稳定性较高)60～75℃(最适)应用：水解原料蛋白质、肉的嫩化剂，啤酒的澄清。使用方便，价格便宜。三脂酶(lipases)1.中性脂肪酶（EC.3.1.1.3）A.作用方式:作用于油/水界面的脂分子B.产物脂肪酸甘油双酯（Sn－1,2;Sn－2,3）,甘油单酯（Sn－2）,甘油C.热稳定性短时40～42℃,长时38～40℃D.pH＝7～7.5E．Mn+激活作用:Ca2+、Sr2+(锶)、胆酸盐。抑制作用:Cu2+、Fe3+

、Fˉ、脂肪酸。F．不利作用水解酸败、且促进氧化酸败如：牛奶、奶油、干果…产生不良风味。牛乳ADV（酸度值）＞5，陈腐味G．有利作用：当ADV＝1.5，牛乳良好风味,当ADV＝2.5，干酪良好风味改进脂肪质量，产生特殊风味，生产风味物,生产乳化剂（利用酯酶的专一性）2.胰脂酶（脂酶的专一性）仅水解三酰基甘油的1.3位置的酯键。

第三节酶的固定化一意义及概念1意义1.提高酶的稳定性2.回收酶、降低成本，利于连