课件：氧化还原酶

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1、第7章 氧化还原酶（2）,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）,脂肪氧合酶是近20年发现的与植物代谢有密切关系的一种酶，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以及乙烯的生物合成，都发现有脂氧合酶的参与。因此脂肪氧合酶被认为是引起机体衰老的一类重要的酶。 LOX在动植物界广泛存在，在豆类中具有较高的活力，尤其以大豆中的活力为最高。,1脂肪氧合酶的基本性质,1.1 亚油酸：氧 氧化还原酶；EC 1.13.1.13。是一类含非血红素铁的蛋白质。

2、 1.2 催化的反应 能专一催化具有顺，顺一戊二烯结构的多不饱和脂肪酸，通过分子内加氧，形成具有共轭双键的氢过氧化衍生物。,1.3 脂肪氧合酶催化反应的底物,图7-1脂肪氧合酶底物脂肪酸的部分结构,脂肪氧合酶对于它作用的底物具有特异性的要求，含有顺，顺1，4戊二烯的直链脂肪酸、脂肪酸酯和醇都有可能作为脂肪氧合酶的底物。,顺，顺1，4戊二烯单位的亚甲基在8位的脂肪酸异构体（亚油酸）是脂肪氧合酶的最佳底物。 在3位增加一个顺双键并不影响脂肪氧合酶对底物的作用。例如亚麻酸。 在脂肪酸的10位和羧基之间增加双键仍然可以作为脂肪氧合酶的底物，例如花生四烯酸(5，8，11，1420四烯酸)和8，11，14

3、20三烯酸都是脂肪氧合酶的底物。,亚油酸 ：CH3（CH2）4CHCHCH2CHCH(CH2)7COOH 亚麻酸：CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH 花生四烯酸：CH3(CH2)4(CH=CH-CH2)4(CH2)2COOH,脂肪氧合酶作用于亚油酸时，能产生亚油酸的13L和9D氢过氧化物衍生物。,2 脂肪氧合酶作用的初期产物的进一步变化,氢过氧化合物本身无异味，通过均裂或裂变分解，就形成了醛、酮等二级氧化产物，氢过氧化合物进一步氧化可以转化为环氧酸。 这些氧化产物导致果蔬加工制品产生不良的风味，比如说大豆及其制品的豆腥味，以及油脂和含油食品在贮藏和加工过程中的色、香、味发生劣变等

4、。,氢过氧化亚油酸变化的可能途径，它们包括：,氢过氧化亚油酸的还原，过氧化物酶体系参与这类反应； 酶催化氢过氧化亚油酸异构化成多羟基衍生物和酮： 氢过氧化亚油酸的环氧化，这类反应发生在面粉水悬浊液体系之中；,马铃薯中的酶催化氢过氧化亚油酸生成乙烯醚； 在无氧条件下，脂肪氧合酶催化氢过氧化亚油酸和亚油酸发生二聚化反应，同时生成戊烷和氧代二烯酸等产物； 氢过氧化亚油酸分解生成挥发性的醛和酮，是否有一种特殊的“裂解酶”参与这类反应还没有确定。,氢过氧化亚油酸通过上述各种途径可以产生数以百计的不同产物，因此，同一种脂肪氧合酶能同时以合乎需要和不合乎需要的方式影响食品的质量，其中一些产物不会影响食品的感

5、官质量，它们的生成，从某种意义上讲，通过竞争减少了另一些有损于食品感官质量的产物的生成。 除了上述六种途径外，氢过氧化亚油酸还能与食品中非脂肪成分作用，从而进一步影响食品的质量。,3 pH对脂肪氧合酶作用的影响,脂肪氧合酶的最适pH一般在7.08.0，曲线呈钟形，曲线的最高点相当于pH7.08.0。 然而，在pH低于7时，酶活力下降的部分原因是脂肪氧合酶的底物亚油酸的溶解度下降的结果，在酸性pH范围内亚油酸实际上是不溶解的，图7-2指出了表面活性剂吐温20对大豆脂肪氧合酶活力pH曲线的影响。,图 7-2 pH对大豆脂肪氧合酶活力的影响,当不使用吐温20时(曲线B)，脂肪氧合酶的最适pH向碱性方

6、向移动到7.5，而且在整个pH范围内脂肪氧合酶的活力较低，在酸性pH范围内酶活力的下降尤为显著；在pH为9时两者的差别趋向于消失。,当使用吐温20时(曲线A)，脂肪氧台酶的最适pH为7.0，酶活力在此pH值的两侧近乎对称地下降；,含吐温20,4 脂肪氧合酶的作用对食品质量的影响,食品的质量取决于它的色、香、味。质构和营养价值。脂肪氧合酶的作用对食品质量的影响比较复杂，它既有助于提高一些质量指标，又能损害另一些质量指标。,4.1 脂肪氧合酶的作用对焙烤食品质量的影响,脂肪氧合酶在焙烤工业中起着重要的作用。在面包等面制品的生产过程中，添加适量的脂肪酸氧合酶及大豆粉可使面粉中存在的少量不饱和脂肪酸氧

7、化分解，生成具有芳香风味的羰基化合物，从而能改进面粉的颜色和焙烤质量。,漂白面粉,在面粉中加入1%含脂肪氧化酶活力的大豆粉，可改善面粉的颜色和焙烤质量。 脂肪氧合酶可通过偶合反应导致胡萝卜色素被漂白。,强化面筋蛋白,大豆粉脂肪氧合酶在漂白面粉的同时还具有氧化面筋蛋白质的功能，从而对面团和烘焙食品产生有益的影响。 在面粉中加入脂肪和大豆粉后，脂肪经脂肪氧合酶作用所生成的氢过氧化物起着氧化剂的作用。在后者作用下，面筋蛋白质的巯基(SH)被氧化成SS，这对于强化面团中的蛋白质，即面筋蛋白质的三维网状结构是必要的。,脂肪氧合酶还具有另外一个重要功能就是通过面筋蛋白质的氧化，防止脂肪的结合增加面团中游离

8、脂肪的数量，这就保证了外加起酥脂肪能有效地改进面包的体积和软度。在游离脂肪释出时所伴随的面筋蛋白质的氧化，对于改进面团的流变性质是很重要的。在促使面筋蛋白质氧化的过程中，氧化脂肪中间物也起重要的作用。,改进面包的体积和软度,4.2 脂肪氧合酶的作用对于食品颜色、风味和营养的影响,脂肪氧合酶作用于不饱和脂肪酸及脂时产生的初期产物，在进一步分解后生成的挥发性化合物对不同的食品的风味产生截然不同的影响。,（1）对食品风味的影响,在一些水果和蔬菜中，例如番茄、豌豆、青刀豆、香蕉和黄瓜，这些挥发性化合物构成了人们期望的风味成分， 然而在冷冻蔬菜和其他加工食品中，它们却产生了不良的风味。 在谷类保藏过程中

9、产生的不良风味也与脂肪氧合酶作用的初期产物的进一步分解有关。 脂肪氧合酶还直接或间接地和肉类酸败及高蛋白质食品的不良风味有关。,它作用的产物对维生素A及维生素A原的破坏； 它的作用减少了食品中必需不饱和脂肪酸的含量； 酶作用的产物同蛋白质的必需氨基酸作用，从而降低了蛋白质的营养价值及功能性质。,（2）脂肪氧合酶对食品营养的影响,5 脂肪氧合酶的抑制,脂肪氧合酶会产生两种有害的副作用：一是造成有营养价值的多不饱和脂肪酸损失，二是产生导致酸败的氧化产物；在哺乳动物代谢中它们参与类二十烷酸(如前列腺素)的形成。 在加工保藏期间产生不良的风味或导致食品在其他方面的质量的下降，因此，很多情况下，采用各种

10、方法使脂肪氧合酶失活是十分必要的：主要包括控制温度和pH以及使用抗氧化剂。,控制食品加工时的温度是使脂肪氧合酶失活的最有效手段。例如，在加工豆奶时，将未浸泡的脱壳大豆在加热到80100的热水中研磨10分钟就可以消除不良风味。（康奈尔法） 将食品材料调节到pH偏酸性再热处理，也是使脂肪氧合酶失活的有效方法。例如，将大豆在pH3.88和水一起研磨，然后再烧煮，能使脂肪氧合酶变性。,5.1控制食品加工时的温度,酚类抗氧化剂能抑制脂肪氧合酶，如儿茶素类黄酮、异黄酮、花青素等。 为了避免食品在贮藏中发生酸败，习惯上是添加维生素E或丁羟基茴香醚一类的抗氧化剂来防止脂肪氧化酶的作用。 机理：Fe2+是不具备

11、催化活性的，只有Fe3+有催化活性。因而当Fe3+ 被还原成Fe2+时，其活性会受到抑制。有一些抑制剂可能是和催化过程中的自由基发生反应，从而使链式反应终止。,5.2 添加抗氧化剂,四、 葡萄糖氧化酶（GOD）,Glucose Oxidase，简称GOD，-D-葡萄糖：氧化 氧化还原酶；EC1.1.3.4）是一种需氧脱氢酶，能专一地氧化-D-葡萄糖成为葡萄糖酸和过氧化氢。,1928年由Muller首先从黑曲霉（Aspergillus niger）的无细胞提取液中发现葡萄糖氧化酶。随后Kusai等、Pazur和Swobod-da等分别从青霉素（P.Variable）和黑曲霉中提纯葡萄糖氧化酶。其

12、他霉菌，象米曲霉和点青霉也能产生葡萄糖氧化酶，然而在高等植物和动物体内还没有发现葡萄糖氧化酶。 葡萄糖氧化酶现已从多种材料中提取纯化予以结晶，并广泛应用于食品、医药、临床化学和分析化学等许多领域中。,1 葡萄糖氧化酶催化的反应,葡萄糖氧化酶的催化反应，按条件不同有如下三种形式： 在没有过氧化氢酶存在下，每克分子葡萄糖氧化酶氧化时消耗1克分子氧。 C6H12O6 + O2 C6H12O7 + H2O2,在有过氧化氢酶存在下，每克分子葡萄糖氧化酶氧化时消耗1克原子氧。 C6H12O6 + 1/2O2 C6H12O7 在有乙醇和过氧化氢酶存在下，过氧化氢同时被用于乙醇的氧化作用，此时，每克分子葡萄糖

13、氧化酶氧化时消耗1克分子氧。 C6H12O6 + C2H5OH + O2 C6H12O7 + CH3CHO + H2O,1.1 葡萄糖氧化酶的催化特异性,葡萄糖氧化酶与其他大多数酶一样，特异性非常严格。它对-D-吡喃葡萄糖表现出高度的专一性。葡萄糖氧化酶底物分子C（1）上的羟基在酶的催化作用中起到重要作用，且羟基处在-位时酶的活力比处在-位时高约160倍。底物分子中的任何一点改变都会显著降低其氧化速率。,表7-14 葡萄糖氧化酶的底物特异性,2 pH对葡萄糖氧化酶作用的影响,葡萄糖氧化酶的最适pH值为5.6，在pH3.5pH6.5之间保持良好的稳定性。结晶酶在pH3.57.6，40下稳定。没有

14、保护剂存在的情况下，pH大于8.0或小于2.0酶将迅速失活。 酶的底物起着稳定酶的作用，例如，在pH8.1和不存在葡萄糖的条件下，10分钟内酶活力损失90%；而在相同pH和存在葡萄糖的条件下，40分钟内酶活力仅损失20%。,在实际工作中的特定环境下，低pH时也可以使用葡萄糖氧化酶。例如，30时的霉菌葡萄糖氧化酶制剂在pH2.6条件下的可乐饮料和pH3.2的葡萄饮料中的酶制剂仍具有较高的稳定性（见表7-15）。尽管在该环境下葡萄糖氧化酶的反应速度较慢，但它仍能起到催化作用。,表7-15 葡萄糖氧化酶的相对稳定性,3 温度对葡萄糖氧化酶作用的影响,葡萄糖氧化酶的作用温度范围较宽，最适作用温度为30

15、50，在低温下有很好的稳定性。固体葡萄糖氧化酶制剂在零度下至少可稳定保存两年，-15下可稳定保存8年，但温度一旦高于40酶活将逐渐丧失。酶的水溶液在60下保持30分钟，活力损失将达80%以上。,啤酒生产中有后杀菌工艺，如何使用GOD?,葡萄糖氧化酶催化反应需要氧的参与，反应温度改变将导致反应体系中氧的浓度发生改变，从而影响酶活性。温度升高时，反应体系中氧的溶解度下降，这就抵消了温度升高对酶反应速度的影响。 葡萄糖氧化酶催化的反应具有较低的Q10； 在一定温度范围内（3060），温度变化对葡萄糖氧化酶活力的影响不显著。必须指出，酶的最适作用温度和测定酶反应速度的时间有关。,4 葡萄糖氧化酶的抑制

16、剂,葡萄糖氧化酶的抑制剂为Hg2+、Ag+、Cu2+ 、对氯代汞基苯甲酸、苯基脲乙酯及NH4OH、肼、苯肼、亚硫酸钠、双甲酮等。 腺嘌呤二核苷酸（FAD）对其结构有稳定作用。甘露糖、果糖以及D-阿拉伯糖对葡萄糖氧化酶有比较明显的竞争性抑制作用，因此不宜与其共同使用。氰化物和一氧化碳对酶没有抑制作用。另外，一些可溶性的高分子聚合物，尤其是醋酸乙烯酯、吡咯烷酮乙烯或乙烯醇的共聚物，可明显增强酶的稳定性。,5 葡萄糖氧化酶的分子组成及其作用机制,葡萄糖氧化酶以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基，每克分子酶含2克分子FAD，来源不同，其分子量亦有所差别。 目前葡萄糖氧化酶的工业酶制剂主要来源于黑曲霉，因此黑曲霉葡萄糖氧化酶是这类酶中研究得最为彻底的一种。黑曲霉葡萄糖氧化酶分子量为160000左右。,实验数据证明，葡萄糖氧化酶催化的反应的速度同时取决于O2 和葡萄糖的浓度，反应遵循Ping Pong Bi Bi机制，可以用下面的图表来表示：,图中G和L分别代表-D-葡萄