第九章 食品中的酶

1、fany,第九章 食品中的酶,主要内容,概述 食品中的酶促褐变 食品中的重要酶类 食品中酶的固定化 食用酶对食品质量的影响 食用酶在食品加工中的应用,9.1概述,1 酶的定义 酶是一类存在与生物体内，由活细胞合成的，对其特异底物具有高效催化功能，即能够提高（生物）化学反应速度，而自身在反应前后不产生变化的物质。,发酵啤酒时为何用大麦芽？,2 酶对食品的重要性,食品加工上的应用：利用酶改进食品的品质或开发新的食品； 食品分析中的应用：利用酶的敏感性及专一性测定食品中的成分，如淀粉的酶法测定； 控制食品中的内源酶活力，以控制食品的贮藏性及品质。,9.2食品中的酶促褐变,褐变,指食品在加工、贮藏过程

2、中颜色发生变化而趋向加深的现象。 根据褐变的原因，可分为非酶褐变和酶促褐变。 考题：非酶褐变的类型主要有 美拉德反应 、焦糖化褐变 和 抗坏血酸褐变三大类。,1食品中的酶促褐变,酶促褐变 ：需要和氧接触，由酶催化的、非常迅速的变色反应。 酶促褐变是在有氧条件下,由于多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase, PPO,EC1.10.3.1)的作用，邻位的酚氧化为醌，醌很快聚合成为褐色素而引起组织褐变。 PPO是发生酶促褐变的主要酶，存在于大多数果蔬中。在大多数情况下，由于 PPO 的作用，不仅有损于果蔬感观，影响产品运销，还会导致风味和品质下降，特别是在热带鲜果中，酶促褐变导致的直接经济

3、损失达50%。,2食品中酶促褐变的机理,酶促褐变即酚酶催化酚类物质形成醌及其深色聚合物的反应过程。,儿茶酚的酶促氧化聚合,3 酶促褐变的抑制,食品加工中控制酶促褐变的方法主要从控制酶和氧两方面入手。 热处理法：热烫、巴氏杀菌和微波加热90-95，维持几秒钟； ，即可使酶全部或部分地失活。 酸处理法：酚酶的最适pH为6-7,低于pH为3时完全丧失活力。因此利用酸来控制酶促褐变是简便有效的做法。有机酸除了调节pH外，还可螯合铜离子（酚酶的辅基），钝化酶。 驱除或隔绝氧气：将半加工的物料浸没在清水或糖水、盐水中，用真空渗入法驱除组织中的氧气。 加入酶促褐变抑制剂：抗坏血酸是理想的酶促褐变抑制剂，它既

4、可作为醌的还原剂，又可酶分子中铜离子的螯合剂，甚至可被直接氧化（竞争性抑制剂）。二氧化硫及亚硫酸盐通过与醌生成无色加成产物，或把醌还原，可有效抑制酶促褐变。 加酚酶类似物或底物改性：前者可以有效控制苹果汁的酶促褐变，后者通过使酚形成甲基取代物加以控制，但在实际应用较难。,9.3食品中的重要酶类,馒头粉专用脂肪酶,9.3.1水解酶类： 1、甜味剂中使用的酶,酶法生产甜味剂,淀粉酶的类型,-淀粉酶:是一种内切酶，只能水解-1，4 糖苷键，不能水解-1，6 糖苷键，但可越过-1，6 糖苷键水解-1，4 糖苷键，但不能水解麦芽糖中的-1，4 糖苷键，利用-淀粉酶对淀粉进行水解，产物中含有葡萄糖、麦芽糖

5、、麦芽三糖。 分2步进行： 淀粉糊精-麦芽糖，少量的葡萄糖 存在于所有的生物 内切酶，水解“干” 显著影响粘度 高温下才失活,-淀粉酶：是一种外切酶，从淀粉的还原端开始对淀粉进行水解，能水解-1，4 糖苷键，不能水解-1，6 糖苷键，且不能越过-1，6 糖苷键水解-1，4 糖苷键，利用-淀粉酶对淀粉进行水解，产物中含有-麦芽糖和-极限糊精。 存在于高等植物中 端解酶，水解“支” 被巯基试剂（半胱氨酸）所抑制 葡萄糖淀粉酶:是一种外切酶，从淀粉的非还原端水解-1，4，-1，6 和-1，3 糖苷键，最终产物为葡萄糖。 异淀粉酶 水解支链淀粉或糖原的-,6-糖苷键。,淀粉酶作用示意图,2、脂酶,水解

6、处在油/水界面的三酰基甘油的酯键； 广泛地分布于植物、动物和微生物； 动物胰脏脂酶和微生物脂酶是脂酶的主要来源； 水解方式： 1,2-二酰基甘油 三酰基甘油 2一酰基甘油 2,3-二酰基甘油,脂酶的应用,奶酪加工中 从乳脂中释出风味前体和风味化合物 三酰基甘油改性 通过脂酶催化的酯交换反应，生产新的甘油三酯，后者具有期望的熔点或其它性质 在非水环境下有可能实现，如果有水存在，脂酶将快速水解甘油三酯 技术关键：固定化脂酶制剂,油脂水解 技术上可行，能否应用于实际生产取决于它和其他技术，例如蒸汽裂解的竞争 从天然的甘油三酯制备多不饱和脂肪酸时，会优先考虑酶法 合成乳化剂和风味剂 安全、天然,3、蛋

7、白酶,蛋白酶的来源 内源蛋白酶 肉类成熟 酵母自溶制备酵母提取物 微生物分泌的蛋白酶 加入的蛋白酶制剂 蛋白质强化饮料,蛋白酶的作用,改进食品蛋白质的性质 水解度，（Molecular Weight ，MW ）小的肽的比例 水解蛋白质的溶解度 乳化能力和起泡能力改变 控制蛋白质的水解程度是至关重要的,蛋白质的酶水解过程,肽键水解后，羧基和 -氨基间产生质子交换 在pH 6.5以上时，质子化的氨基酸将离解 要保持反应体系pH不变，就必须加入碱液,蛋白酶的分类,按活性中心所含有的必需的催化基团分类 丝氨酸蛋白酶羟基 胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和凝血酶以及微生物蛋白酶 巯基蛋白酶（或半胱氨酸

8、蛋白酶）巯基 木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶以及微生物蛋白酶（链球菌蛋白酶） 金属蛋白酶Zn2+ 肽链端解酶，例如羧肽酶A 天冬氨酸蛋白酶（或酸性蛋白酶）羧基 最适pH范围是24,蛋白酶的应用,制备水解蛋白质 （如生产大豆水解蛋白） 从油料种子加工分离蛋白质 制备浓缩鱼蛋白质 改进明胶生产工艺 凝乳酶和其他蛋白酶应用于干酪生产 从加工肉制品的下脚料回收蛋白质 对猪（牛）血蛋白质进行酶法改性脱色 作为食品添加剂改善食品的质量 木瓜蛋白酶用于配制肉类嫩化剂 减少啤酒低温混浊现象,大豆蛋白纤维,属于再生植物蛋白纤维类，是以榨过油的大豆豆粕为原料，利用生物工程技术，提取出豆粕中的球蛋白，通过添加

9、功能性助剂，与腈基、羟基等高聚物接枝、共聚、共混，制成一定浓度的蛋白质纺丝液，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成. 其有着羊绒般的柔软手感，蚕丝般的柔和光泽，棉的保暖性和良好的亲肤性等优良性能，还有明显的抑菌功能，被誉为“新世纪的健康舒适纤维”。,4、果胶酶,1提高果汁得率 果实破碎后加入果胶酶，降低粘度，再压榨或离心 2果汁澄清 直接压榨后，用果胶酶处理，使果汁混浊的粒子沉淀下来 混浊粒子是蛋白质-糖类化合物复合物，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 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。,（1） 果胶甲酯酶,水解甲酯键，生成果胶酸和甲醇 二价离子

10、Ca2+存在时，与羧基交联，提高质构强度,（2）聚半乳糖醛酸酶,水解-1,4 糖苷键 包括两种 内切：从果胶分子内部水解糖苷键 端切：水解分子末端的糖苷键,（3）果胶酸裂解酶,存在于微生物中，非高等植物中 裂解果胶和果胶酸分子中的糖苷键 形成一个含还原基团的产物和一个双键产物 235 nm 处有特征吸收,5、纤维素酶,使纤维素增溶和糖化 果蔬中的纤维素影响细胞的结构 纤维素酶与食品原料的软化有关 微生物纤维素酶将不溶性纤维素转化为葡萄糖,纤维素酶分类,内切葡聚糖酶 粘度快速下降，还原基团缓慢增加 纤维二糖水解酶 端解酶，还原基团较快增加 端解葡萄糖水解酶 水解速度随底物链长的减小而降低 -葡萄

11、糖苷酶 水解速度随底物链长的减小而增加,9.3.2氧化还原酶类,葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶 过氧化物酶 抗坏血酸氧化酶 脂氧合酶 多酚氧化酶,1葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶,2过氧化物酶,ROOH+AH2 ROH+A+H2O 还原剂被氧化后产生有色物质，因此可用比色法测定酶的活性。 由于过氧化物酶具有很强的耐热性，广泛存在于植物组织中，比色法测定简便易行，灵敏度高，因此可作为热烫或消毒有效性的指示剂。,3抗坏血酸氧化酶,L-抗坏血酸1/2O2 脱氢抗坏血酸H2O,4脂氧合酶,9.4食品中酶的固定化,9.4.1定义 将水溶性酶用物理或化学方法处理，固定于高分子支持物(或载体)上而成为不溶于水，但仍有酶

12、活性的一种酶制剂形式，称固定化酶。 优点 酶的稳定性提高； 酶能反复多次使用； 产物中不含酶，不需要采用热处理灭酶，有助于提高食品的质量。,9.4.2食用酶的固定方法,（1）吸附 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： 无需特殊化学试剂，简便价廉； 缺点： 结合力是弱键作用，当温度、pH和离子强度改变，或者当底物存在时，结合的酶可能会解吸。,（2）共价连接 化学试剂或双官能试剂（如戊二醛） 载体 优点： 共价键牢固，酶不易泄漏 缺点： 一部分酶起着载体的作用而失去了催化能力，因此用交联法固定的酶活力较低。对于价格昂贵的酶，不经济。,（3）载体截留 凝胶（聚丙烯酰胺）

13、 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子。 酶通过扩散而损失的可能性还是存在的。,（4）胶囊包合 类似载体截留法，形成很小的颗粒或胶囊 硝酸纤维素或尼龙 只适合低MW底物,共价偶联法,交联法,9.4.3固定化酶在食品工业中的应用,仅有少数固定化酶被应用于工业化 固定化葡萄糖异构酶，生产高果糖浆 玉米淀粉 糊精（DP10） 葡萄糖 高果糖浆,-淀粉酶,葡萄糖淀粉酶,葡萄糖异构酶,菌种 链霉素、凝结芽孢杆菌、放线菌 载体 DEAE-纤维素、多孔陶瓷 反应平衡常数=1，葡萄糖=果糖,其它固定化酶

14、氨基酰基转移酶 天冬酶 富马酸酶 半乳糖苷酶：水解棉子糖（防止蔗糖结晶） 乳糖酶：水解乳糖（乳糖不耐症） 应用于食品分析 酶电极,9.5食用酶对食品质量的影响,酶对生物体的重要性 酶催化反应产生的效果 加快食品变质的速度 提高食品的质量 控制酶活力,1食用酶对食品色泽的影响,颜色 食品质量 以瘦肉为例 脱氧肌红蛋白暗红色 氧合肌红蛋白鲜红色 高铁肌红蛋白(Fe2+氧化为Fe3+ )褐色,导致色素变色的三种酶,（1） 脂肪氧合酶（LOX) 六方面的功能 小麦粉和大豆粉的漂白 面团制作中形成二硫键 破坏叶绿素和胡萝卜素 产生氧化性的不良风味 氧化破坏维生素和蛋白质 氧化破坏必需脂肪酸,有益,有害,

15、脂肪氧合酶催化过程,作用于不饱和脂肪酸产生自由基中间物 产生氢过氧化物 进一步非酶反应，产生醛等不良风味 Eg.大豆和大豆制品中的豆腥味，就是由于LOX催化其亚 麻酸氧化生成的氢过氧化物继续裂解而产生的。,（2）叶绿素酶,水解叶绿素产生植醇和脱植基叶绿素 果蔬失去Mg2+，失去绿色,（3）多酚氧化酶,存在于植物、动物和一些微生物中 催化两类反应,羟基化,氧化,黑色素褐变,非酶反应,控制多酚氧化酶的活力,消除氧和酚类化合物 抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合物 有还原性，将邻-苯醌还原成底物，防止黑色素 直接使酶失活 破坏活性中心的组氨酸残基和Cu2+ 非底物的酚类（苯二酚、苯甲酸） 酶抑制剂（与底物

16、竞争酶）,2食用酶对食品质构的影响,果蔬 果蔬的质构取决于碳水化合物 果胶物质、纤维素、半纤维素、淀粉、木质素 自然界存在作用于碳水化合物的酶 动物组织和高蛋白质植物组织 蛋白酶作用导致质构的软化,（1）果胶酶,内容同本章ppt 26-30,（2）纤维素酶,果蔬中的纤维素影响细胞的结构 纤维素酶与食品原料的软化有关 微生物纤维素酶将不溶性纤维素转化为葡萄糖,（3）戊聚糖酶,存在与微生物和一些高等植物中 水解木聚糖、阿拉伯聚糖和阿拉伯木聚糖（5碳聚糖） 小麦中存在 微生物戊聚糖酶制剂,（4）淀粉酶,存在于动物、高等植物和微生物中 淀粉决定食品的粘度和质构 淀粉降解,（5）蛋白酶,蛋白质决定动物性

17、食品原料的质构 存在于动物组织细胞的溶菌体内 五种组织蛋白酶：A、B、C、D和E，还分离出一种组织羧肽酶 参与了肉成熟期间的变化 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pH 2.54.5范围内具有最高的活力。,乳蛋白酶,碱性丝氨酸蛋白酶 水解-酪蛋白产生疏水性更强的-酪蛋白，也能水解s-酪蛋白，但不能水解-酪蛋白 奶酪成熟过程中参与蛋白质的水解作用 对热较稳定，形成乳的凝胶 还存在着一种最适pH 4左右的酸性蛋白酶，易热失活,3食用酶对食品风味的影响,硫代葡萄糖苷酶 在芥菜子和辣根中存在着芥子苷 S-糖苷发生糖苷配基裂解和分子重排 产物中异硫氰酸

18、酯是含硫的挥发性化合物，与葱的风味有关 芥子油主要成分即为异硫氰酸烯丙酯,裂解和分子重排,芥子油 具有特殊风味,S-糖苷的酶分解,4食用酶对食品营养质量的影响,脂肪氧合酶 必需脂肪酸含量的下降 氧化过程中产生的自由基，降低维生素和氨基酸含量 抗坏血酸氧化酶 硫胺素酶 破坏硫胺素（氨基酸代谢中必需的辅助因子） 核黄素水解酶 多酚氧化酶 引起褐变的同时，降低有效赖氨酸的含量,9.6食用酶在食品加工中应用,1 食品加工中加入酶的目的： 提高食品品质 制造食品或食品配料 增加提取成分的速率和产量 改良风味 稳定食品品质,2 酶在食品加工中的应用举例,酶在淀粉加工中的应用 在乳品加工中的应用 在酒类酿造

19、中的应用 在肉、蛋、鱼加工中的应用 在面包及焙烤制品中的应用 在食品添加剂和食品配料生产中的应用,a酶在淀粉加工中的应用,以淀粉为原料，用一种或数种淀粉酶作用生产各种淀粉糖：麦芽糖、麦芽糊精、葡萄糖、果糖、果葡糖浆等。 使用的酶：淀粉酶、异构酶,b在乳品加工中的应用,乳糖酶降解乳糖； 凝乳酶用于制造干酪； 过氧化氢酶用于消毒牛奶； 脂肪酶用于干酪和黄油的风味。,c在酒类酿造中的应用,淀粉酶用于啤酒、白酒、黄酒和酒精生产中，可提高生产效率和产品出率。 果胶酶、酸性蛋白酶、淀粉酶可用于果酒制造，提高过滤速率，并澄清酒体。,d在肉、蛋、鱼加工中的应用,植物蛋白酶用于肉类嫩化剂（水解胶原蛋白）； 动物和植物蛋白酶用于调味料的生产； 葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶共同处理用 除去蛋品中的葡萄糖，防止褐变发生，还可用于螃蟹肉、虾肉保鲜； 转谷氨酰胺酶用于碎肉的再利用。,e在面包及焙烤制品中的应用,淀粉酶适量添加于面包、糕点中可延缓产品老化； 面团品质改良剂中常加入活性大豆粉，利用其中