第6章 氧化还原酶类(oxidoreductases)氧化还原酶的作用 催化H、O原子或电子从一底物向另一底物转移的反应 作用：氧化产能、 解毒、形成生理活性物质 在食品生产实践中，应用仅次于水解酶分类 系统分类中，亚类的分类是按照作用的底物的基团来分类：如1.1作用于CHOH1.2作用于CO1.3作用于HCCH 生物学研究中常用的氧化还原酶如脱氢酶类氧化酶类过氧化物酶类氧合酶类食品中常用的氧化还原酶 脱氢酶类如乳酸脱氢酶（E.C.1.1.1.27） 氧化酶类如多酚氧化酶（E.C.1.10.3.1）葡萄糖氧化酶（E.C.1.1.3.4） 过氧化物酶如过氧化氢酶（E.C.1.11.1.6） 辣根过氧化物酶（E.C.1.11.1.7） 氧合酶类如脂肪氧合酶（E.C.1.13.1.13） 这类酶需要辅酶I（NAD+或CoI表示）或辅酶II（NADP+或CoII表示）起受氢体或供氢体的转氢作用脱氢酶类催化的反应伴有H原子的转移，直接从底物上脱氢，催化反应通式：RH2 + R = R + RH2 产物之一为H2O2需要黄素核苷酸（FAD或FMN）为辅酶例葡萄糖氧化酶氧化酶类a. 催化底物脱氢，氧化生成H2O2，又称需氧脱氢酶RH2 + O2 = R + H2O2主要特征：催化的反应有氧分子直接参与 有的含金属有的以细胞色素为辅助因子例多酚氧化酶、细胞色素氧化酶 b. 催化底物脱氢，并氧化生成H2O2RH2+O2=2R+2H2O主要特征 有的以血红素为辅基 有的以FAD为辅基 有的是含硒、铜、铁、锌 例过氧化物酶、SOD过氧化物酶 催化以H2O2为氧化剂的氧化还原反应, 担负H2O2与过氧物的分解与转化H2O2 + R = RO + H2O主要特征有的是黄素蛋白，含铁、含铜蛋白有的包含细胞色素等氧合酶 和氧化酶的不同：它们催化氧原子直接参入有机分子，其中有的在反应过程中伴随羟基的形成，故又称羟化酶。
RH2 + O2 = R（OH）氧化还原酶及在食品加工中的控制及应用有利有害 多酚氧化酶是一类催化酚类化合物氧化从而产生褐色产物的酶，根据其底物特异性的不同，可分为：6.1 多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase ，简称PPO )6.1.1多酚氧化酶的种类1、单酚氧化酶酪氨酸酶 (EC 1.14.18.1)2、双酚氧化酶儿茶酚酶 (EC 1.10.3.1)3、对苯二胺和醌醇氧化酶 漆酶 (EC 1.10.3.2)整体水平： 大量的植物（如水果、蔬菜）亚细胞水平：叶绿体、线粒体 6.1.2多酚氧化酶的分布及存在形态6.1.2.1分布水 果 种 类 桃 甜樱桃 杏子 苹果可溶态多酚氧化酶 占总的酶活力（%） 2030 1517 13 815结合态 无活性状态可溶态 活性状态6.1.2.2存在形态为什么受伤的组织表面才会褐变？区域化：多酚氧化酶定位在细胞的质体（内囊体）中，底物定位在液泡中，正常情况下二者分离当植物受到伤害时，二者接触相互作用酶促褐变：使底物氧化产生醌，醌自发聚合并与蛋白质的氨基酸残基侧链基团反应产生黑色或褐色物质，使组织发生褐变6.1.3.1一元酚羟基化，生成相应的 邻二羟基化合物+OHOH+ O2CH3OHOH+OOOHCH3+H2O6.1.3多酚氧化酶催化的反应 多酚氧化酶以铜离子为辅基，它催化两类完全不同的反应，这两类反应都需要有分子氧参加：6.1.3.2邻二酚氧化，生成邻醌 OHOH2+O2OO+2H2O（1）或相互作用生成高分子量聚合物；（2）或与氨基酸或蛋白质反应形成高分子络合物. 这两个反应均导致褐色素的生成，色素的分子量愈高，颜色愈暗多酚氧化酶间接酶促褐变。
氧化产物邻醌6.1.3.3酶促褐变色素的形成 在植物中，多酚氧化酶作用的基本底物是酪氨酸 首先酪氨酸羟化成邻二酚多巴，并进一步氧化成多巴醌，再进一步环化生成红色的色素多巴色素；再经一系列的重排、脱羧和自发氧化，分别生成5，6-二羟基吲哚和吲哚醌，吲哚醌是黑色素最简单的单体形式，可自动聚合生成相对分子质量高、有色的黑色素 6.1.4 影响多酚氧化酶活性的因素6.1.4.1 底物 酚酶对邻羟基型结构的作用快于一元酚，对位二酚也可被利用，但间位二酚则不能作为底物OHOHCH3OHOHOHOHOH（ ）（ ）（ ）（ ）6.1.4.2 pH 最适pH随来源和选用的底物而不同， 多为pH476.1.4.3 温度随来源不同而异, 25 37; 属于不耐热的酶，在大多数情况下，在组织中或在溶液中的酶在70 90下热处理短时间，足以使它部分或全部地不可逆失活在低温下（通常为0以下冰冻状态），果蔬中PPO会发生可逆的失活，当解冻后，酶活力会恢复 1 激活剂6.1.4.4化学试剂 阴离子洗涤剂，例如十二烷基磺酸钠（SDS），是多酚氧化酶的典型的激活剂 用酸或尿素处理葡萄中的多酚氧化酶，能使酶可逆地激活；2 抑制剂（1）金属螯合剂（2）竞争性抑制剂（3）与氧化产物醌作用的还原剂（4）醌偶合剂（5）与酚类底物作用的化合物（1）金属螯合剂 多酚氧化酶是以铜作为辅基的金属酶，因此许多金属螯合剂，例如氰化物、一氧化碳、铜锌灵、2-巯基苯并噻唑、二巯基丙醇或叠氮化合物对多酚氧化酶都有抑制作用。
CO在减缓蘑菇褐变方面是非常有效的，其作用除与Cu的络合外，还有对O2的竞争效果 （2）竞争性抑制剂 羧酸尤其是芳香族羧酸是多酚氧化酶的竞争性抑制抑制剂如苯甲酸和一些取代肉桂酸是樱桃、苹果、梨、杏和马铃薯中多酚氧化酶的竞争性抑制剂 Ki的次序如下：肉桂酸 对-羟苯基丙烯酸 阿魏酸 间-羟苯基丙烯酸 苯甲酸 向果汁中加入0.5mol/L的肉桂酸和阿魏酸可防止酶促褐变 这类抑制剂可用来区分褐变的类型是酶促褐变还是非酶褐变（3）与醌作用的还原剂 能够和氧化产物醌作用，使醌还原成原来的底物，从而防止醌继续反应生成有色物质，抑制酶促褐变的发生 代表性化合物:抗坏血酸、二氧化硫，亚硫酸盐、2巯基苯并噻唑、巯基乙酸盐等 对食品加工和保藏有实际价值的是抗坏血酸和柠檬酸 如柠檬酸与亚硫酸盐联合使用，可成功地用于防止脱皮马铃薯的褐变4）醌偶合剂 与醌作用，生成稳定的无色化合物，防止第二步酶促反应继续发生 半胱氨酸属于这类化合物半胱氨酸对多酚氧化酶的抑制作用是通过与醌的结合 半胱氨酸提高丝氨酸蛋白酶活性，蛋白酶可分解多酚氧化酶，由此也对防止褐变作出贡献5）与酚类底物作用的化合物 聚乙烯吡咯烷酮能与酚类化合物强烈的缔合，从而消去酶反应体系中的底物。
有些酶能催化酚类化合物的苯环甲基化或氧化裂解，从而将酶的底物转变成酶的抑制剂 例如，邻-甲基转移酶将咖啡酸转变成阿魏酸，而阿魏酸是酶的抑制剂6.1.5 酶促褐变的防止6.1.5.1 隔绝氧气6.1.5.2 控制温度6.1.5.3 控制pH值6.1.5.4 加入抑制剂（1）抗坏血酸（2）S02或亚硫酸盐（3）其它抑制剂 CO 蔗糖 NaCl深入分析酶的作用原理和食品加工生产过程联系的极好例子6.1.6多酚氧化酶在食品加工中的应用有害的影响有益的影响6.1.6.1PPO的活性对茶叶颜色的形成的影响 茶在“发酵”过程中，最显著的变化是颜色 茶叶中含有大量的（达干物重的30）儿茶素当液泡破裂时，PPO主要作用于儿茶素，产生茶黄素，茶的品质受茶黄素/茶红素的比率影响，其比值越大，茶的品质越好，因而PPO的活性和含量高的茶叶更易形成好的品质 在茶的加工过程中PPO氧化还可以产生理想的收敛性，对香气影响也很显著 采用铜酶抑制剂NaDDC（二乙基二硫代氨基甲酸钠）对茶发酵体系的酶活性进行处理，结果随着NaDDC浓度的增大，PPO活性和初始OUR（摄氧率）逐步降低，导致TFs（茶黄素类）的形成受阻，其含量减幅几乎与PPO活性受抑程度相同，而红茶发酵的另一主要氧化产物TRs （茶红素类）则只有在高浓度NaDDC条件下才表现出减少趋势。
例PPO对茶风味也起作用 试验在发酵时向每100kg发酵叶中添加12g PPO来加速发酵 结果：加入PPO促进了红茶内多种生物物质的形成，制成的速溶茶苦涩味轻，鲜度好，香气浓强6.1.6.2PPO在可可加工中的作用 PPO主要在可可发酵结束和前期干燥过程中起作用 可可多酚化合物在PPO作用下发生氧化，形成可可的特征颜色产生的多酚氧化产物与豆子本身的结构蛋白和多糖紧密键合，使颜色稳定，不会溶出6.1.6.3PPO在果酒加工中的作用 在红葡萄酒的生产过程中，有时要利用外加的果胶酶来促使表皮释放出色素，而这一过程的缺陷是其所产生的色素通常不太稳定 在发酵的过程中加入葡萄孢属菌株，菌株能分泌多酚氧化酶，它能够以多种酚醛化合物为专一性底物催化反应，从而使葡萄酒颜色得到改良，也可产生其它理想的风味 然而在白葡萄酒的生产中，会使葡萄酒的颜色变得更褐而产生缺陷6.1.6.4探讨PPO在蘑菇发生酶促褐变的机制 巨大口蘑 、双孢菇酶促褐变机理的研究6.1.6.5 PPO在果酱、果汁加工中的作用 新鲜压榨后的苹果酱发生酶促褐变反应涉及到的主要底物是黄酮类物质，如根皮苷、儿茶素、表儿茶素和基于表儿茶素骨架结构的一系列花青素配基低聚物（二聚体至七聚体）。
花青素配基本身不是PPO的底物，但绿原酸先被PPO氧化成绿原酸醌，绿原酸醌再氧化花青素配基，使其形成有色产物 由于苹果中PPO的溶解性能不太好，且它们与细胞壁结合较为紧密，所以，在生产苹果汁时，如果迅速除去所含不溶物，则果汁由于缺少可溶性的PPO而不会发生褐变 因而可以通过改变果汁、果酒中花青素配基的含量来调节颜色的平衡 在欧洲一些白葡萄酒、苹果酒和苹果汁的生产中采用“过度氧化”来降低花青素配基的量，以防止成品在后熟贮藏过程中发生颜色加深或浑浊的现象6.1.6.5PPO的抑制在食品中的应用热烫时间对蓝莓汁色泽的影响适当的热处理可抑制PPO活性从而达到抑制褐变的目的葡萄糖氧化酶性质 及应用实例6.2 葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase GOX) EC1.1.3.4 葡萄糖酸OHOHHOHOCOOHCH2OH+O2葡萄糖氧化酶+H2O2OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOD葡萄糖葡萄糖酸内酯6.2.1 作用催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸和过氧化氢6.2.2 来源：霉菌1、pH值：4.57.0; 底物对酶起稳定作用2、温度： 低温下具有良好的稳定性； 适温范围较宽(3060)。
3、抑制剂：金属离子6.2.3 性质6.2.4 葡萄糖氧化酶在食品加工中的应用 葡萄糖氧化酶在食品加工中的应用是多种多样的 形成过氧化氢； 形成葡萄糖酸； 除去葡萄糖； 除去氧每一个都是食品质量的决定性因素6.2.4.1 去葡萄糖 在干蛋制品的加工(尤其是在喷雾干燥、干热杀菌)以及长时间的储藏过程中，蛋清中存在的0.3 0.4的葡萄糖会与蛋白质发生美拉德反应，导致产品发生褐变和营养损失 以前主要是利用干或湿酵母发酵的方法除去葡萄糖，该法的缺点是周期长，卫生条件差，产品的颜色、气味都不理想，而利用葡萄糖氧化酶可以克服这些缺点用于降低马铃薯淀粉全粉还原糖 马铃薯颗粒全粉是重要的土豆深加工产品，我国目前尚无适于加工颗粒全粉用的优质马铃薯品种，现有的马铃薯品种往往在其储藏后期还原糖含量上升较高 葡萄糖氧化酶可以除去马铃薯全粉中葡萄糖的80 %90 %由于葡萄糖占马铃薯中还原糖的35 %50 % ，所以，通过控制水分含量、酸度、温度和反应时间等因素，可降低马铃薯全粉中30%左右的还原糖，对提高马铃薯颗粒全粉的品质有较好的效果 6.2.4.2除去氧（1）啤酒脱氧（2）改善白葡萄酒的色泽（3）防止袋装类食品氧化（4）改善蛋黄酱的保存质量（5）果汁脱氧（1）用于除去啤酒中的氧 因为啤酒中溶有氧，其活性是造成啤酒风味老化的主要原因，因此减少或脱除啤酒中的氧含量可以改善啤酒的风味稳定性。
采用葡萄糖氧化酶-过氧化氢酶体系能有效地除去瓶装啤酒中残余的氧 如在啤酒中添加10 单位的葡萄糖氧化酶，35处理 4045h后，降氧率为 85.5% ，而对。