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1、第七章 氧化还原酶1第 7 章 氧化还原酶（1） （3 学时）主要内容：一、过氧化物酶二、多酚氧化酶一、过氧化物酶（PODperoxidase）过氧化物酶是存在于各种动物、植物和微生物体内的一类氧化酶。催化由过氧化氢参与的各种还原剂的氧化反应。过氧化物酶是由单一肽链与一个铁卟啉辅基结合构成的 血红蛋白。多数植物过氧化物酶与碳水化合物结合成为糖基化蛋白。糖蛋白有避免蛋白酶降解和稳定蛋白构象的作用。1 过氧化物酶作用方式及分布1.1 过氧化物酶作用方式过氧化物酶（供体：过氧化氢 氧化还原酶）催化过氧化氢分解时，同时有氢供体参加。H 2O2+ AH2 2H2O+A1.2 过氧化物酶分类（1 ） 含铁
2、过氧化物酶 正铁血红素过氧化物酶 ：含有正铁血红素 （羟高铁血红素）为辅基，存在于高等植物 、动物和微生物中。 绿过氧化物酶 ：绿过氧化物酶的辅基也含有一个铁原卟啉基团，这类酶存在于动物器官和乳中（乳过氧化氢酶 ） 。（2 ）黄蛋白过氧化物酶：含有黄素腺嘌呤二核苷酸作为辅基，这类酶存在于微生物 和动物 组织中。 1.分布：过氧化氢酶在植物细胞中以两种形式存在：。以可溶形式存在于细胞浆中以结合形式在细胞中与细胞壁或细胞器相结合辣根是过氧化氢酶最重要的一个来源。辣根中 20%的过氧化氢酶（POD）与细胞壁结合，用 2mol/L NaCl(高离子强度 )才能提取出来。辣根中过氧化物酶活力为 569,
3、000 单位/g 组织（蘑菇仅 240 单位/g 组织） 。 2 过氧化物酶在食品加工中的应用（1） 过氧化物酶是果蔬成熟和衰老的指标：如苹果气调贮藏中，过氧化物酶出现两个峰值，一个在呼吸转折（成熟） ，一个在衰老开始。（2） 过氧化物酶的活力与果蔬产品，特别是非酸性蔬菜在保藏期间形成的不良风味有关。（3）过氧化氢酶属于最耐热的酶类，在果蔬加工中常被当作热处理是否充分的指标。POD 的测定方法：方法：将已热处理的原料中抽取样品，横切，随即放入愈创木酚或联苯胺溶液中，然后取出，在切面上滴 0.3%H2O2，数分钟后，用愈创木酚处理的样品变为褐色，联苯胺变为深蓝色，说明过氧化氢酶未被破坏，热处理时
4、间不够，如果均不变色，则表示热处理效果良好。3 过氧化物酶最适 pH 和最适温度第七章 氧化还原酶23.1 最适 pH过氧化物酶一般都含有多种同功酶，因此最适 pH 范围较宽。酸性状态，过氧化物酶血红素和蛋白质部分分离，酶蛋白从天然状态转变到可逆变性状态，活力下降，且热稳定性低；在中型和碱性状态，酶处于天然状态，蛋白质结构含 螺旋结构，稳定，酸化后螺旋结构破坏，产生 结构。如青刀豆：pH5.0-5.4 ，有可溶态，离子结合，共价结合。3.最适温度差异较大：35-60。不同来源的过氧化物酶在最适作用温度上存在着很大的差别。例如，马铃薯和花菜（均浆）中过氧化物酶的最适温度分别为 55和 3540。
5、4 过氧化物酶的热稳定性4.1. 热失活概念双向性：POD 中含有不同的耐热性质部分，不耐热部分在热处理时很快地失活，而耐热部分在同样的温度缓慢地失活。在 88热处理时甜玉米中过氧化物酶的失活 （用邻-苯二胺作为氢体底物测定酶活力）可逆性：经热处理后的酶液在室温或较低温度下保藏，它的活力部分可以再生。例如：辣根过氧化物酶在 70 加热 1 小时后，在 30 下再生的酶活力可达到处理前的30-40%，而在 50 下不能再生，如再降低到 40 时，酶活力又开始提高。4.2. 过氧化物酶冷冻增活效应果蔬热烫后，有多少残余活力或再生活力被允许留在被保藏的产品中，残余酶活力在冰冻保藏后，质量比酶完全失活
6、时要高。4.3. 非脂肪氧合酶作用在热失活中过氧化物酶分子聚集成寡聚体，分子量增加一倍，这个过程包括酶分子展开和展开的酶分子进一步堆积，血红素基暴露，增加了血红素蛋白非酶催化脂肪氧化的能力，导致不良风味的产生，这一过程非脂肪氧合酶作用（热烫钝化） 。问题：经热烫的罐装或冷冻蔬菜在保藏期间产生的不良风味的原因？5 影响过氧化物酶热失活的因素5.1. 不同来源的 POD 具有不同的耐热性。一般来说，植物的过氧化物酶活力越高，它的耐热性也越高。比如马铃薯和花菜匀浆中的过氧化物酶在 95加热 10min 就完全而不可逆地失活。而甘蓝中的过氧化物酶在 120加热 10min 仍然有 0.3%活力保存下来
7、。5.2. 低水分含量，POD 耐热性增加：例如：水分含量低于 40%时，谷类中过氧化物酶的热稳定性与水分含量成反比。对于加工脱水果蔬 有重要参考价值。5.3. 外加因素：降低 pH，增加 NaCl 浓度。第七章 氧化还原酶3以辣根中过氧化物酶为例，加入羟高铁血红素能降低酶的热失活速度(pH 7.0、76)而升高温度能提高酶的热失活速度。在 pH7 时酶热失活的速度最低，在 pH 4.0 和 pH10 时酶热失活的速度分别提高到 8 倍和2 倍。酶失活的初速度正比于 NaCl 的浓度(pH7.0 、NaCl 浓度低于 0.6mo1L)，糖能提高苹果和梨中过氧化物酶的热稳定性。5.4. 加热方式
8、：pH 确定，T 确定，T 变长，导致酶失活后可能性变大，HTST 易导致酶再生。5.5. 结合处理：微波和离子照射能降低在热烫过程中使酶失活所需的热处理强度。辐射处理在采用结合处理时，先使用辐射处理，再使用热处理。辐射时酶分子的聚集和单体的改性而使酶的热稳定性显著降低，且不会出现活力再生（辐射诱导水产生自由基二次进攻的结果） 。6 化学试剂对过氧化氢酶的影响6.1. 使 POD 失活的作用方式：与酶结合失活作用于底物或产物6.2. 化学试剂种类2.1 SO 2 和亚硫酸盐：SO 2 的作用仅仅是破坏 H2O2SO2+ H2O 2 H2O+SO30.1-0.15%的焦亚硫酸盐能防止豌豆产生不良
9、风味6.2.2 氰化物、叠氰化物和氟复合物：能与血红素结合，为可逆抑制。6.2.3 表面活性化合物：如单甘脂，卵磷脂等，显著失活。6.2.4 高分子物质：如果胶在 pH5.5 时，使 POD 显著失活；pH 低，使 POD 完全失活。果胶的存在还能使 POD 最适 pH 从 5.5 移动至 8.0，大多数果胶 pH 在酸性范围。这在食品加工中很重要。二、 多酚氧化酶 多酚氧化酶（邻二酚：氧氧化还原酶；E1,10,3,1）在植物界乃至动物界分布广泛，由于其检测方便，是被最早研究的几类酶之一。引起食品酶促褐变的主要酶类果蔬食品在加工及贮藏过程中存在褐变反应，而褐变的原因有非酶性的和酶性的，多酚氧化
10、酶是引起食品酶促褐变的主要酶类，因此研究多酚氧化酶的特性对制定食品的加工与保藏工艺有非常重要的意义。有害：新鲜、冷冻、干制和罐藏产品的褐变。有利：红茶生产，苹果浓缩汁除涩三要素：底物、O 2、酶第七章 氧化还原酶41 多酚氧化酶在自然界的分布（ 1）广泛存在于自然界，植物、微生物及动物器官。植物品种不同，含量变化很大。果蔬中以橄榄含量最高。（ 2）PPO 在植物细胞中分布取决于品种和年龄，果蔬而言还取决成熟度，如线粒体，叶绿体。（ 3）PPO 在果蔬的不同部分含量存在很大差异。大多数水果中 PPO 以结合状态存在。葡萄皮中 PPO 活力高，葡萄成熟时 PPO 活力下降幅度最大。2 多酚氧化酶催
11、化的反应及其作用底物2.1.催化反应：两类反应都需要有分子氧参加。(1) 一元酚羟基化：蘑菇中单酚。(2) 邻二酚氧化，生成邻醌。多酚氧化酶催化的氧化反应的最初产物邻醌将继续变化。相互作用生成高分子量聚合物。与氨基酸或蛋白质作用生成高分子络合物。氧化哪些氧化还原电位较低的化合物，生成无色化合物。 其中导致褐色素的生成，反应的产物是无色的。2.2.作用底物2.2.1 果蔬中四类儿茶素3,4二羟基肉桂酸酯3,4二羟基苯丙氨酸 酪氨酸2.2.2 特点PPO 的最佳底物并非和酶同时存在于同一植物中。 PPO 只能催化在对位上有一个大于CH 2 的取代基的一元酚羟基化，即 PPO 对底物具有特异性要求。
12、不同的品种果蔬，同一品种不同部位中 PPO 具有不同的底物特性。多酚氧化酶在植株幼嫩阶段及生长旺盛期活性最高。3 pH 对多酚氧化酶活力的影响PPO 的最适 pH4-7 之间波动。不同种类，同一种果蔬不同品种的 PPO，具不同最适 pH。不同部位，pH 也有差异。酶的提取或分离方法对最适 pH 也有影响。测定酶活力时，采用的底物和缓冲液对酶最适 pH 有影响。用同工酶，PPO 具有一个最适 pH 外，尚有第二个最适 pH。4 温度对多酚氧化酶活力的影响酶活力最适温度逐步提高降低，如桃中 PPO，从 3开始随温度升高，至 37最高，后下降。不同底物表现出不同的 PPO 酶活力最适温度：如马铃薯，
13、底物为儿茶素，最适温度第七章 氧化还原酶522。底物为焦醅酚，最适温度 1535，线性上升。热失活温度 70-90/短时间。低温状态酶失活是可逆的。微量的多酚氧化酶也能导致果蔬褐变，冷冻食品生产中热处理是必要的。5 多酚氧化酶抑制效应酶促褐变三因素：酶，底物，O 2。（1）对酶的抑制：PPO 以铜为辅基的金属蛋白，金属螯合物，如抗坏血酸 、柠檬酸、EDTA、果胶、氰化物。（2）与酶催化生成的反应产物作用 同邻二酚氧化产物醌作用的还原剂，如抗坏血酸、SO 2、偏重亚硫酸盐。 醌偶合剂：与醌作用，生成稳定的无色化合物，如半胱氨酸、谷胱甘肽、SO 2、偏重亚硫酸盐。（3）清除酶作用的底物与酚类底物作
14、用的化合物：PVPP（聚乙烯吡咯烷酮）与酚强烈缔合，消去底物。 （无甲醛啤酒的生产）隔氧（4） 热烫处理（灭酶）6 光照强度与多酚氧化酶活性多酚氧化酶属于植物体内的末端氧化酶系统，光照明显促进了此酶的活性。不同光照条件下海带体内酚类化合物含量的结果表明，在 01200 Lx(勒克斯)间，PPO 随光照强度增加而呈上升趋势。在对玫瑰组织培养的研究中，采用不同的遮光处理(对照、单层膜、双层膜)，其结果也同样证明在一定的光照强度变化幅度内，PPO 活性和接种后的褐变率均随光强增加而上升。另外在茶叶研究中也有与此相一致的报道。7 多酚氧化酶的激活剂 多酚氧化酶的作用会导致食品褐变。长期以来，防止食品的
15、酶促褐变是一个重要的研究课题。食品界在多酚氧化酶的抑制剂方面作了很多的研究工作，而对于它的激活剂相对地了解较少。阴离子洗涤剂，例如 SDS (十二烷基磺酸钠) ，能有效激活多酚氧化酶。若苹果经PVP(聚乙烯毗咯烷酮) 处理，其果皮的多酚氧化酶便会失活，但用 SDS 处理后又能将已失活的酶激活。SDS 能激活以潜在的形式存在于粗提取液中的多酚氧化酶。若用酸或脲素短时间地处理葡萄中的多酚氧化酶，能使酶可逆地激活；如果用酸处理作用时间较长，会导致酶不可逆地激活。另外 Cu2+和底物 3，4二羟基苯丙氨酸对一些果蔬来源的多酚氧化酶也有激活作用。8 多酚氧化酶在果品和蔬菜中的生理作用（1）起氧的缓冲剂作
16、用；（2）为抵抗病原菌提供一定程度的保护作用（因为 PPO 反应产物的反应能力大） ；（3）酚类物质氧化产物与细胞成份的相互作用，使组织不易受病虫害侵噬；（4）酶活性的降低标志果实达成熟阶段，适口性增加，种子积累开始。谢谢第 7 章 氧化还原酶（2）第七章 氧化还原酶6主要内容：三、 脂肪氧合酶四、葡萄糖氧化酶五、超氧化物歧化酶三、 脂肪氧合酶（lipoxygenase, LOX ）脂肪氧合酶（亚油酸：氧 氧化还原酶；EC 1.13.1.13）是近 20 年发现的与植物代谢有密切关系的一种酶，它属于氧化还原酶属的范畴，广泛存在于植物体中。研究认为，它可能参与植物生长、发育、成熟、衰老的各个过程，特别是成熟衰老过程中自由基的产生
