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1、第六章 酶,1,第六章 酶,汪东风 中国海洋大学食品科学与工程学院 82031575 ,第六章 酶,2,第一节 概述,一、酶的组成、分类及结构特征,（一）、酶的化学本质,（二）、辅助因子及其作用,（三）、同工酶,（四）、酶催化的特点,（五）、酶的催化理论,（六）、 酶的分类与命名,（七）、酶活力的定义与表示,（八）、酶的分离纯化,第六章 酶,3,第二节 影响酶催化反应的因素,一、底物浓度的影响,酶反应速率与底物浓度的关系,第六章 酶,4,二、pH对酶反应速率影响,pH值对酶促反应速率的影响,第六章 酶,5,一些酶的最适pH值,第六章 酶,6,三、温度对酶反应速率的影响,温度与酶反应速率的关系图
2、,第六章 酶,7,牛奶中酶的热失活 1 脂肪酶（失活程度，90%） 2 碱性磷酸酶（90%） 3 过氧化氢酶（80%） 4 黄嘌呤氧化酶（90%） 5 过氧(化)物酶（90%） 6 酸性磷酸酶（99%）,由于牛奶中肪酶和碱性磷酸酶对热不稳定，而酸性磷酸酶很稳定（上图）。鉴于碱性磷酸酶的活性比脂肪酶容易检测，常用它区分生乳和巴氏杀菌乳。,第六章 酶,8,土豆块茎中酶的热失活,土豆块茎中的所有酶中，过氧化物酶的热稳定性最好，加热不易使之失活，其他蔬菜中的酶情况类似。因此，过氧化物酶可以指示使所有酶热失活的调控过程，比如评价热烫处理过程的充分与否。,第六章 酶,9,左图：豌豆种子的脂肪氧化酶在65时
3、的热失活受pH的影响 （“D-值”是指将酶活减少为原来的10-1所需要的时间）,酶的热失活还与pH有关。豌豆种子中的脂氧酶在等电点时热变性失活的速率最慢，氧化酶在等电点时变性失活的速率也最慢，其他的酶也是如此。,第六章 酶,10,在温度低于0时酶活性有所下降，但冰晶的形成会造成酶和底物的浓缩，使酶的催化活性相对提高。在低温贮藏期间，如食品的黏度的增加，可通过限制底物的扩散，降底酶活性。在食品保藏中，如果贮存温度低于玻璃化转变温度Tg或Tg，则酶的活性完全被抑制。食品应尽量避免在稍低于水的冰点温度保藏，减少因冷冻而引起的酶和底物浓缩造成的酶活力增加。此外，冷冻和解冻能破坏组织结构，从而导致酶与底
4、物更接近，右图是鳄鱼组织中的磷脂酶在-4和 -2.5的活力比较。,在冰点温度以下鳄鱼肌肉中磷脂酶催化磷脂水解的速率常数,),第六章 酶,11,四、水分活度对酶活力的影响,水分活度较低时，酶活性被抑制。只有酶的水合作用达到一定程度时才显示出活性。例如 -淀粉酶在aw0.8(约2%的含水量)以上才显示出水解淀粉的活力，当水活性aw为0.95(约12%的含水量)时，酶的活力提高15倍(右图)。,水分活度对酶活力的影响 磷酸酯酶催化卵磷脂水解 -淀粉酶催化淀粉水解,第六章 酶,12,五、酶浓度对酶反应速率的影响,六、激活剂对酶反应速率的影响,（1）无机离子,（2）中等大小的有机分子,（3）其它,七、抑
5、制剂对酶催化反应速率的影响,第六章 酶,13,八、其他因素的影响,一些物理因素的影响。如高压、电场等影响。 高电场脉冲（HELP，high electric field pulses）及超高压-适温技术在食品中应用是近几年新发展的高新技术。,HPEF的装置主要由五部分组成：高压脉冲发生器、连续或批量处理室、液体食品泵、冷却装置、带有计算机的数据处理系统。HELP又称高压脉冲电场，作为一项新的食品处理技术，能有效的降低液体食品的微生物数，延长货架期，且对食品的感官、物理、化学性质均无明显影响。HELP处理食品，由于能使酶电荷及结构改变，还可抑制食品中某些酶活性，增加食品的可贮藏性。但应用注意的是
6、，有些酶在低脉冲电场作用下对其有激活作用，只在相对较高的脉冲电场作用较长时间下才能失活，如溶菌酶和胃蛋白酶。,1、HELP 对酶活的影响,第六章 酶,14,压力对酶活性的影响视酶的种类不同而又不同，某些酶在相对低的压力下 ( 100 MPa)其活性会上升，即激活作用，这类酶主要是单体酶类，但在较高压力下一般都能使大部分酶失活。 基于压力对酶活性的不同影响，可分为四种类型：完全及不可逆失活； 完全及可逆失活；不完全及不可逆失活；不完全及可逆失活。不管压力对酶是激活作用还是失活作用，对食品的质量都有重要影响。 压力除对酶的构象有影响外，还对细胞结构也有影响。在完整的细胞中酶与底物是分开的，但较底的
7、压力下对细胞结构就有破坏作用，当压力诱导的细胞膜结构破坏后，就导致了酶与底物的结合，表现出酶活的增加或减少。 压力对酶失活效果与酶的类型、pH、介质组成、温度等有关。 对于一些酶，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及胰凝乳蛋白酶原，需要较高的压力也不能完全失活。 研究表明循环加压可使其失活。在这种加压方式下，多数酶都较易失活，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶、-淀粉酶，但果胶甲脂酶活性较稳定。,2、高压对酶活的影响,第六章 酶,15,第三节 酶在食品加工及保鲜中的作用,应用的酶制剂主要有-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等.主要来自可食的或无毒的植物、动物，
8、以及非致病、非产毒的微生物。,第六章 酶,16,一、氧化还原酶,1、葡萄糖氧化酶,2、过氧化氢酶,3、脂肪氧化酶,4、醛脱氢酶,5、丁二醇脱氢酶,第六章 酶,17,二、水解酶,1、蛋白酶,蛋白酶催化蛋白质水解后生成小肽和氨基酸，有利于人体消化和吸收。蛋白质水解后溶解度增加，其他功能特性例如乳化能力和起泡性也随之改变。,第六章 酶,18,在食品加工中常用的蛋白酶,第六章 酶,19,2、-和-淀粉酶,该酶在啤酒、焙烤、面点等行业常用。但应注意的是该酶来源不同，其最适温度不同。,温度对-淀粉酶活性的影响 1 来自于Bacillus subtilis 2 来自于Bacillus licheniform
9、is,第六章 酶,20,3、葡聚糖-1,4-D-葡萄糖苷酶（葡萄糖淀粉酶）,葡萄糖淀粉酶是从1,4-D-葡聚糖的非还原端裂解-D-葡萄糖单位。支链淀粉中-1,6-分枝键的水解速率比直链淀粉中-1,4-连接键的慢30倍。淀粉糖化步骤见右图。该图的左边部分是一个纯粹的酶促反应，在耐热细菌-淀粉酶的的催化下，淀粉出现膨胀、胶凝化和液化现象。淀粉酶作用产生的淀粉糖浆是含有葡萄糖、麦芽糖和糊精的混合物。,酶催化的淀粉降解,第六章 酶,21,4、支链淀粉酶(异淀粉酶),5、纤维素酶和半纤维素酶,6、葡萄糖硫苷酶,7、果胶溶酶类,9、溶菌酶,8、脂肪酶,三、异构酶,四、转移酶,第六章 酶,22,第四节 酶与
10、食品质量的关 系,一、酶与色泽,1、脂肪氧合酶与色泽,2、叶绿素酶与色泽,脂肪氧合酶对不饱和脂肪酸，产生自由基和氢过氧化物，从而引起叶绿素和胡萝卜素等色素的损失、多酚类氧化物的氧化聚合产生色素沉淀 。,该酶水解产物脱植基叶绿素和脱镁脱植基叶绿素因不含植醇侧链，易溶于水，不溶于脂，在含水食品中，使其产生色泽变化。,第六章 酶,23,3、多酚氧化酶与色泽,对-甲酚,4-甲基儿茶酚,儿茶酚,邻-苯醌,一类是羟基化,一类是氧化反应,第六章 酶,24,R1=H,L-ECG,R1=OH,L-EGCG,R1=H，R2=H,L-EC,R1=OH， R2=H,L-EGC,PPO,茶红素,茶褐素,第六章 酶,25
11、,儿茶素在POO作用下形成茶黄素的反应历程示意图,第六章 酶,26,二、酶与质地,1、果胶酶,果胶酶有3种类型,果胶甲酯酶水解示意图,聚半乳糖醛酸酶水解示意图,果胶酸裂解酶示意图,第六章 酶,27,2、纤维素酶和戊聚糖酶,3、淀粉酶,葡糖淀粉酶,-淀粉酶,-淀粉酶,第六章 酶,28,-淀粉酶从淀粉的非还原末端水解-1,4糖苷键，生成-麦芽糖。因为-淀粉酶是外切酶，只有淀粉中的许多糖苷键被水解，才能观察到粘度降低。,葡糖淀粉酶又名葡糖糖化酶，是从淀粉的非还原末端水解-1,4键生成葡萄糖，其中对支链淀粉中的-1,6键的水解速率比水解直链淀粉的-1,4键慢30倍,-淀粉酶存在于所有的生物体中，能水解
12、淀粉(直链淀粉和支链淀粉)、糖原和环状糊精分子内的-1,4-糖苷键，水解物中异头碳的-构型保持不变。由于水解是在分子的内部进行，因此-淀粉酶对食品的主要影响是降低粘度，同时也影响其稳定性。,第六章 酶,29,一些淀粉和糖原降解的酶,第六章 酶,30,4、蛋白酶,该酶在食品加工中发挥关重要作用。例如利用凝乳酶形成酪蛋白凝胶制造干酪。在焙烤食品加工中，将蛋白酶作用于小麦面团的谷蛋白，不仅可以提高混合特性和需要的能量，而且还能改善面包的质量。蛋白酶另外一个显著的作用是在肉类和鱼类加工中分解结缔组织中的胶原蛋白、水解胶原、促进嫩化。,利用蛋白酶可制备出多种不同功能的活性。,第六章 酶,31,谷氨酰胺转
13、胺酶(Transglutaminase)又称转谷氨酰胺酶，系统名称为蛋白质一谷氨酸一一谷氨酰胺基转移酶(EC 2.3213，TGase)，可以催化蛋白质分子内的交联、分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解，从而可以改善蛋白质功能性质及质构，并提高蛋白质的营养价值。,第六章 酶,32,谷氨酰胺转胺酶在食品工业中的应用主要在以下方面：,（1）、 改善蛋白质凝胶的特性。,（2）、提高蛋白质的乳化稳定性,（3）、提高蛋白质的热稳定性,（4）、提高蛋白质的营养价值,第六章 酶,33,三、酶与风味,影响食品中风味和异味的成分最多，酶对食品风味和异味成分的形成途径也是相当复杂
14、。食品在加工和贮藏过程中可以利用某些酶改变食品的风味，如风味酶已广泛应用于改善改善食品的风味，将奶油风味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋、人造奶油等食品，可增强这些食品的奶油风味。,脂肪酶在乳制品的增香过程中发挥着重要作用，在加工时添加适量脂肪酶可增强干酪和黄油的香味，将增香黄油用于奶糖、糕点等可节约用量。选择性地使用较高活力的蛋白酶和肽酶，再与合适的脂肪酶结合起来可以使干酪的风味强度比一般成熟的干酪的风味要至少提高10倍。芝麻、花生焙烤后有很强的香气。其主要成分为吡嗪化合物、N一甲基吡咯、含硫化合物。加入脂氧化酶后，有效的增加了香味。脂肪酶能够催化分解甘油 ，生成甘油和脂肪酸。因牛、羊、猪、禽
15、肉不同种动物中脂肪酸组成不同，所以肉的风味不同。,第六章 酶,34, 葡萄糖苷酶处理前后的桃及红葡萄汁中主要风味成分的比较,经 葡萄糖苷酶处理过的样品，除具有样品本身固有的特征香气外，在香气组成上，更显饱满、柔和、圆润，增强了感官效应。 葡萄糖苷酶分别处理橙汁和山楂，用GCMS进行了香气成分的分析，结果表明， 葡萄糖苷酶可以酶解糖苷键，释放键合态的芳香物质，起到自然增香的作用。,第六章 酶,35,充分利用食品原料中糖苷酶也能提高食品中香气成分。如在茶叶加工时，适当的摊放可提高茶鲜叶中 葡萄糖苷酶的活性，随着其酶活性的提高，游离态香气成分增加（下表）。,摊放过程中 葡萄糖苷酶和游离态香气含量的变
16、化,第六章 酶,36,四、酶与营养,一般说来，食品中氧化酶类对食品的风味、质地及色泽影响较大，合理利用有利用有利于品质，但常常会使营养有所损失，如脂肪氧合酶氧化不饱和脂肪酸，会引起亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸这些必需脂肪酸含量降低，同时产生过氧自由基和氧自由基，这些自由基将使食品中的类胡萝卜素、维生素E等含量减少；破坏蛋白质中的半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸残基，或者引起蛋白质交联。此外，多酚氧化酶不仅引起褐变，使食品产生不需宜的颜色和味道，而且还会降低蛋白质中的赖氨酸含量，造成营养价值损失。 水解酶类由于其水解作用，除影响其质地外，常会增加食品的营养，如蛋白水解、淀粉水解酶等。,第六章 酶,37,SOD添加到食品中有两方面作用。其一是作为抗氧剂。SOD可作为罐头食品、果汁罐头的抗氧剂，防止过氧化酶引起的食品变质及腐烂现象；其二是作为食品营养的强化剂。,酶解前后产品8种必需氨基酸含量变化比较,第六章
