4章食品酶学

第一章概述 2

第二章酶的结构与功能 4

第三章酶的提取、分离与纯化6

第四章糖酶4

第五章蛋白酶4

第六章脂酶4

第七章氧化酶类4

第八章溶菌酶2

第九章果胶酶类4

第十章酶和酶制剂在食品加工中的应用 4

第一章概述

酶是一种具有生物活性的蛋白质。

第二节酶的一般特征

一、酶是蛋白质

1、支持实验：

酶在用热、强酸、强碱、重金属和洗涤剂处理时易失活，而蛋白质在用同样条件处理易变性。

与蛋白质一样，用强酸、强碱长时间处理生产氨基酸；

蛋白质的所有典型实验，如双缩脲反应。

2、全酶

蛋白质部分：脱辅基酶蛋白

非蛋白质部分：辅助因子

辅助因子：低分子量的有机化合物或者金属离子。

二、酶是催化剂

影响反应的速度，但本身不没有成为反应的产物。

降低反应的活化能。

三、酶具有特异性

蛋白酶水解肽键。

麦芽糖酶水解麦芽糖为葡萄糖。

第三节酶的分类和命名

一、分类和命名

习惯名称：底物的名称而确定。

如脲酶（Urease），乳酸脱氢酶（Lactate dehyogenase）。老黄酶(Old yellow enzyme)，过氧化氢酶(Catalase)，木瓜蛋白酶(Payain)和胰蛋白酶 (Trypsin)等。

1955年，成立了国际生物化学协会酶委员会。

该委员会对酶分为六大类：

第一大类：氧化还原酶

第二大类：转移酶

第三大类：水解酶

第四大类：裂合酶

第五大类：异构酶

第六大类：连接酶（合成酶）

国际生物化学酶委员会的系统命名

每一种酶有一个四位数的号码

第一位数表示大类；第二位数表示亚类；

第三位数表示次亚类；第四位数表示酶在次亚类中的编号。如乳酸脱氢酶：1.1.1.27

三糖磷酸异构酶：5.3.1.1

尚有少数的酶没有系统命名，因为它所催化的反应还没有精确地确定。

缺点：

1、没有考虑到酶的来源。从不同组织和器官中提取的酶可以催化相同的反应，但他们可能含有不同的氨基酸组合；

2、使用不便。

二、同功酶（同工酶）

在同一个生物品种或组织中可能存在着能催化系统反应的不同的酶的形式。

它们的差异：氨基酸顺序、共价性质或三维结构等。

电泳分类

三、多酶体系

多酶：指具有两种以上的催化活力的酶。

酶委员会建议，酶具有多于一种的催化活力，它应被称为酶系。

分支酶：能催化去除糖原中的1，6-分支，具有两种催化活力，即淀粉1，6-葡萄糖苷酶和4-a-D-葡聚糖转移酶，在酶分类中出现两次，3.2.1.33和2.4.1.25。

第四节酶学对于食品科学的意义

与酶有关

1、食品原料生产

2、食品贮藏

3、食品制造

4、食品运销

5、食品检测

第二章酶的结构与功能

判断是非：所有的酶都是蛋白质，然而并非所有的蛋白质都是酶。

第一节新酶的发现

1、抗体酶

具有催化活性的抗体。

是抗体的高度专一性与酶的高效催化能力相结合的产物。

2、人工酶

人工合成的具有催化作用的多肽或蛋白质。

1977年Dhar等人报道，人工合成的Glu-Phe-Ala-Glu-Ala-Ser-Phe八肽具有溶菌酶的活性。其活性是天然溶菌酶的50%。

3、模拟酶

利用有机化学合成的方法合成的一些比酶结构简单得多的具有催化功能的非蛋白质分子。它可以模拟酶对底物的结合和催化过程，既可以大大派酶催化功能的高效率，又能克服酶的不稳定性，这样的物质分子，称为模拟酶。

用糊精已经成功地模拟了胰凝乳酶等多种酶。

4、核酶

近年来在生物体内发现的一些具有类似酶催化作用的RNA 和DNA，被称为核酶，Ribozyme。

这一重大发现，对于生命起源和生物进化的研究，以及基因疾病、病毒和肿瘤的治疗，具有重大的意义。

第二节酶在机体中的分布和作用

1、作用：作为生物催化剂，促使反应在体温条件和常压下进行。

2、分布：存在广泛。

举例：

1）分布：

a-淀粉酶：人唾液、胰脏、猪胰脏、牛胰脏、细菌

都水解a-1，4-糖苷键，但在蛋白质结构上是不同的。

2）不同生物和生物的不同时期，酶的种类和含量不同

第三节酶的蛋白质构成

氨基酸是所有蛋白质的构成单位。

天然存在的氨基酸已分离出175种，但仅有20种氨基酸存在于蛋白质中。

一、蛋白质的分类

1、单纯蛋白：仅由氨基酸组成。

如：核糖核酸酶、胰凝乳酶、胰蛋白酶等。

2、结合蛋白：除了氨基酸之外还有有机和无机组分。如：1）色蛋白：血红蛋白、肌红蛋白、POD、CAT等都含有铁卟啉辅助因子；

2）非血红素金属蛋白，如铁蛋白；

3）脂蛋白，如血液中含有的a-脂蛋白等；

4）糖蛋白，糖基。

例如，粘蛋白，是唾液、胃液和内分泌液的主要成分；5）磷蛋白，磷。如酪蛋白和胃蛋白酶；

6）需要各种不同辅助因子的酶。

二、酶蛋白的组成---氨基酸

1、氨基酸的缩写与组成：复习！

2、氨基酸通过肽键连结成多肽链

氨基酸+氨基酸+…=多肽+水分子

基本概念

主链：构成多肽的有规则的部分；

侧链：多肽链中可变化的部分；

残基：多肽链中的一个氨基酸单位被称为一个残基。

三、酶蛋白的二级与高级结构

1、二级结构

1）a-螺旋（helix)（右手）

2）B-折叠(replicate, fold over)（片）

3）三股螺旋（胶原螺旋）

动物结缔组织---胶原蛋白---胶原纤维

组成：Gly (35%), Ala (11%), Pro(12%), Hypro(9%) 无-NH，胶原蛋白中无a-螺旋，借助Gly残基的肽键之间形成氢键而组成三股螺旋（右手），其中每一股是左手螺旋。

2、三级结构

进一步折叠成更紧密的结构。

例如，几乎所有的极性氨基酸处于蛋白质分子的表面，而几乎所有的非极性氨基酸处于蛋白质分子的内部。

稳定三级结构的键或作用力：

Vander Walls力、静电力、疏水力、氢键、二硫交联等。

3、酶蛋白的四级结构

1、不同数目的多肽链组成

如：RNA酶、溶菌酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶和一些a-淀粉酶由一条多肽链组成。

而很多酶由两条以上的多肽链组成。

如：抗坏血酸氧化酶（EC.1.10.1.6）由6条多肽链组成；脂氧合酶（EC.1.13.11.12）由2条多肽链组成。

乳糖酶（EC.3.2.1.23）由4条多肽链组成。

2、稳定酶蛋白四级结构的键和作用力

键和作用力：

疏水键和静电相互作用力为主。

4、酶的存在

存在状态：在生物组织中，酶以完全溶解的状态或以同膜结合的状态存在。

在电子输送链中的酶，以有次序的方式结合到结构蛋白质上。

第四节酶的作用机理及活性测定

一、酶的活力测定

指酶的催化能力。

在特定的系统和条件下，酶作用的化学反应所进行的速度，就代表酶活力。

2、酶活力测定过程

要求：快速、简便、准确。

过程：在一定的条件下将酶与底物混合，反应一段时间后，测定反应液中底物和产物的量。

测定步骤：

（1）根据酶的专一性，选择适宜的底物，并配制成一定浓度底物溶液。注意：均匀、纯度、新鲜。

（2）根据资料或试验结果，确定酶催化反应的温度、pH 等条件。

T：室温（25），体温（37）、最适温度或其他。

pH：最适。Buffer solution

(3)在一定的条件下，将一定量的酶液与一定量的底物溶液混合均匀，适时记下反应时间。

（4）反应到一定的时间，取出适量的反应液，运用各种适合的生化检测技术，测定产物的生成量和底物的减少量。

3. 酶活力测定方法

（1）初速度法

酶反应的过程若用产物生成和时间关系作图，反应速度即为此曲线的斜率。

反应速度逐渐降低的原因：底物浓度降低和产物浓度增加加速了逆反应的进行；产物的抑制作用；酶的部分失活等。在实际测定过程中，为了保证测得的是初速度，往往使底物浓度足够大，把酶完全饱和。

（2）终止法

是指在恒温反应系统中进行酶促反应，间隔一定的时间，分几次取出一定容积的反应液，使酶即可停止作用，然后分析产物的生成量或底物的消耗量。

这是最古典的但仍然经常使用的方法，几乎所有的酶都可以根据这一原理，设计测定其活力的具体方法。

使酶停止作用常使用强酸、强碱、三氯乙酸、SDS（十二烷基硫酸钠）等，或迅速加热使酶失活或变性，放到冰粒或冰盐上（使温度降到10度以下）。

酶反应的底物或产物可用以下方法测定：

化学法: 利用化学反应使产物变成一个可用某种物理方法测定的化合物。如根据比色、酸碱滴定、量热、量气法等来计算酶的活力。

放射性化学法: 用层析或电泳的法将具有同位素标记的底物和产物分离，测定产物（或底物的放射性）就可得知酶的活力。同位素有：3H、14C、35P、113I，计数器记录。酶偶联法：有些酶促反应的产物不易直接测定，需加入一指示酶转变成可测定的产物。

（3）连续法

不需要取样终止反应，而是基于反应过程中光谱吸收、气体体积、酸碱度、温度、粘度等变化，用仪器跟踪监测反应进行的过程，记录结果，算出酶活性。

此法使用方便，一个样品可多次测定，且有利于动力学研究，但很多酶反应还不能用该法测定。

（4）酶分析的自动化

是指从加样、启动反应、检测、数据记录及结果处理等整个过程由仪器自动操作。

主要基于反应的初速度原理。

4. 酶的活力单位

国际单位（IU）：EC规定在25°C，在最适底物浓度、最适缓冲液离子强度和pH的系统内，1min转化一个微摩尔底物所需要的酶量，称为1IU。

比活力：是纯度的量度，指单位重量的蛋白质中所含的某种酶的催化活力。

Specific catalytic activity // IU·mg-1，

比活力越高，表示酶越纯。

5、酶反应的动力学原理

1）酶活性部位的本质

（1）Fisher提出“锁钥学说”

（2）Koschland提出“诱导楔合”学说

（1）Fisher提出“锁钥学说”

底物类似钥匙，酶类似锁。在酶蛋白质的表面存在一个和底物结构互补的区域，如果一个分子的结果能和这个区域充分互补，那么它就能与酶相结合；当底物分子上敏感的键正确地定向到酶的催化部位，底物就有可能转变成产物。（2）Koschland提出“诱导楔合”学说

A、酶和底物在形成吸附络合物以前是分离的，此时酶的活性部位不存在和底物结构互补的构象；

B、当底物分子接近酶表面时，引起肽链位置的变化，从而使它和底物的形状达到紧密一致。

（1）底物浓度对酶催化反应速度的影响

* 反应图示

*Michaelis-Menten方程

（2）酶浓度对催化反应速度的影响

反应图示

（3）pH值对酶催化反应速度的影响

最适pH：酶活力最高时的pH。

pH对反应速度的影响：

影响酶的稳定性

影响酶与底物结合，以及催化底物转变为产物

（4）温度对酶反应速度的影响

采用温度来控制酶反应速度的意义：

低温保藏可减少酶对食品软化、不良风味的形成，以及成熟的影响。

高温抑制酶活性，保持食品品质。

第五节固定化酶及其功能

1、定义

在酶促反应过程中，将酶定位或限制在一定的空间范围内，使其在反应后易于和反应物及产物分开，从而达到反复使用和连续生产的新型酶制剂。

2、优点

1）反复使用。

2）能与反应物分开，生产过程容易控制。

3）由于三级结构得到稳定，酶的稳定性得到提高。

4）产物中不含酶，利于提高食品质量。

5）是研究酶动力学的良好模型。

3、历史

4、固定方法

5、应用

1）固定化葡萄糖异构酶---生产果糖

玉米淀粉---液化---糖化--- 过滤--- 精制---

离子交换---蒸发---异构化（固定化葡萄

糖异构酶）---精制--- 离子交换--- 浓缩---

高果糖浆

2）固定化葡萄糖淀粉酶---生产葡萄糖

玉米淀粉---液化---糖化（固定化葡萄

糖淀粉酶） --- 过滤--- 精制---

离子交换---蒸发---浓缩---葡萄糖

3）其他：啤酒、制药行业等。

第五章糖酶及其应用

作用：

裂解多糖中将单糖结合在一起的化学键，使多糖降解成较小的分子。

催化糖单位结构上的重排，形成新的糖类化合物。

种类：淀粉酶、转化酶、乳糖酶、纤维素酶、果胶酶等

第一节淀粉酶

底物：淀粉、糖原和多糖衍生物。

分布：广泛

分类：a-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。

一、a-淀粉酶

名称：a-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，EC 3.2.1.1

存在：动物---唾液、胰脏

植物---大麦芽

微生物---枯草杆菌、米曲霉等。

1、作用

以随机的方式作用于淀粉而产生还原糖。

以直链淀粉为底物：

第一阶段：随机作用，快速降解，产生寡糖。直链淀粉黏度以及与碘发生呈色反应的能力下降。

第二阶段：缓慢水解寡糖，最终生成葡萄糖和麦芽糖。

以支链淀粉为底物的产物：

葡萄糖、麦芽糖和a-限制糊精。

2、大小与成分

分子量：50，000

分子中含有Ca2+

Ca2+的作用：维持活性；增加对热、酸或脲等变性因素的稳定性；维持最适宜构象。

Ca2+：与酶蛋白分子结合牢固，只有在低pH下同时存在螯合剂的条件下才能被除去。

应用：添加钙盐。

α-淀粉酶的特点

细菌α-淀粉酶结晶，分子量为96900

电泳：100000；50000（单体）

3、pH对α-淀粉酶作用的影响

实际意义：

面包制作---“黑面包”

酸性

黑麦粉含有过量的α-淀粉酶，如果能在pH3.4~4.0失活，能防止过分糊精化和胶粘的面包瓤。

谷类中的α-淀粉酶在低pH下失活对于加工高质量面包是十分理想的性质。

α-淀粉酶活力---pH图

钟型曲线：pH4.5~7.0具有最高活力。

不同来源的α-淀粉酶---pH图形状和最适pH不同

来自：人的唾液和猪的胰脏---6.0~7.0

枯草杆菌：5.0~7.0

嗜热脂肪芽孢杆菌：3.0左右

大麦芽：4.8~5.4

高粱芽：4.8

小麦：4.5 （低于4.0迅速下降，5.0以上活性下降缓慢）

4、温度对α-淀粉酶作用的影响

实际意义：

面包加工淀粉糖的加工：糊化温度以上保持酶活性，有利于食品加工。

α-淀粉酶活力---T图

耐热和不耐热α-淀粉酶

耐热：生产中得到应用，如淀粉液化芽孢杆菌和地衣形芽孢杆菌，最适温度分别为（92，70）。

不耐热：由米曲霉生产。

二、β-淀粉酶

α-1，4-葡聚糖麦芽糖水解酶，EC3.2.1.2，也称糖化淀粉酶。

1、存在：

存在于大多数的高等植物和微生物中

不存在于哺乳动物中

2、作用

外切酶，从淀粉分子的非还原性末端裂解α-1，4-糖苷键，依次将麦芽糖单位水解下来。

不能裂解支链淀粉中的α-1，6-糖苷键，也不能绕过分支点继续作用于α-1，4-糖苷键→对支链淀粉是不完全的。

3、主要产物

麦芽糖和β-限制糊精。

支链淀粉：50~60%为麦芽糖

直链淀粉：70~90%为麦芽糖。不能完全水解的原因是：制备过程中因氧化等因素被改性。

4、性质

最适pH值范围是5.0~6.0。

pH4.0~9.0在20℃可以稳定24h

活性中心有巯基存在，巯基试剂对-氯汞苯甲酸和N-乙基苹果酰胺处理酶或者氧化作用会使酶失活。

环状糊精和麦芽糖是竞争性抑制剂。

酸性环境，大豆~比小麦、大麦的~稳定。

热稳定性：甘薯~最好。

5、α-淀粉酶和β-淀粉酶活力测定

α-淀粉酶活力测定方法：

酶降解底物的速度表示。

底物：可溶性淀粉或糊精。

方法：测定底物与碘显色能力下降的速度；测定底物粘度的下降的速度。

活力单位：灵活确定。

β-淀粉酶活力测定方法

反应中麦芽糖形成的速度。

底物：可溶性淀粉或糊精。

方法：测定还原性基团形成的速度：3，5-二硝基水杨酸、铁氰化钾或者碱性铜盐溶液测定。

三、葡萄糖淀粉酶

又叫糖化酶，α-1，4-葡聚糖葡萄糖水解酶，EC.3.2.1.3 从非还原性末端水解α-1，4-葡萄糖苷键，产生葡萄糖，也能缓慢水解α-1，6-葡萄糖苷键，转化成葡萄糖，但不能完全水解支链淀粉。

pH：3.0~5.5，最适4.0~4.5

T：50~60℃，最适58~60℃

抑制剂：大部分重金属

四、脱支酶

水解支链淀粉、糖原以及相关的大分子碳水化合物中的α-1，6-糖苷键。

普鲁兰酶

以美国Genencor公司产品为例。

作用：水解淀粉和糊精中支链α-D-1，6-糖苷键，生成含有α-D-1，4-糖苷键的直链低聚糖。

应用：与糖化酶、β-淀粉酶一起使用，生产高麦芽糖浆。pH：4.0~5.0，最适4.2~4.6

T：有效温度45~68℃，最适55~65℃

第二节转化酶

又叫β-呋喃果糖糖苷酶，EC3.2.1.26

催化反应：蔗糖---葡萄糖+果糖，由于反应过程旋光率发生转变，所以催化反应的酶，称为转化酶。

存在：广泛，动物、植物和微生物中。

应用：

浓蔗糖溶液经过转化酶水解生产较甜的糖浆；

较高的沸点和渗透压以及较低的凝固点；

转化后的单糖具有比蔗糖更高的溶解度和不易从高浓度的糖浆中结晶出来的特点。

第三节纤维素酶

β-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，EC3.2.1.4

1、作用：水解纤维素和从纤维素派生出来的产物。

2、分类：纤维二糖水解酶，内切和外切β-1，4-葡聚糖酶，β-葡聚糖苷酶

3、作用方式

如图

4、影响因素

1）pH 最适：4.5-6.5,往往随底物的改变而变化

2）热稳定性：较强。疣孢状漆斑菌产生的---在100度加热10min,仍有20%活力保存。

3）抑制剂：葡萄糖酸内酯，重金素离子（铜和汞离子）；半胱氨酸对抗抑制剂或者激活酶活性。

应用广泛

衣、食、住、行

食品：增溶和糖化作用。

三、淀粉酶制剂

1、耐高温α-淀粉酶

pH：稳定范围50.~10.0，最适5.5~7.0

T：最适90℃以上，连续喷射100~105 ℃

Ca2+：50~70mg/Kg，容易达到，用自来水配料时已不需要另外添加。

2、糖化酶

3、细菌淀粉酶第四章蛋白酶及其应用

PROTEINASE

水解蛋白质中肽键的酶。

水解类型：

外切蛋白酶---从肽链的任意一段切下单个的氨基酸。蛋白质被分解为单个的氨基酸。

内切蛋白酶---与蛋白质内部的肽键反应，水解蛋白质为多肽类或肽类。

地位：

蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶。

应用广泛：如干酪生产、肉类嫩化、植物蛋白质改性等大量使用。

存在广泛：

植物：papaya, fig, kiwifruit, pineapple, etc.

动物：消化道---胃蛋白酶、胰凝乳酶、羧肽酶、氨肽酶等。微生物：蛋白酶等。

第一节蛋白酶的特异性要求

一、对R1和R2基团性质有要求

例如：

胰凝乳蛋白酶仅能水解：R1是酪氨酸、苯丙氨酸或色氨酸残基的侧链的肽键。

胰蛋白酶仅能水解：R1是精氨酸或赖氨酸残基的侧链的肽键。

胃蛋白酶和羧肽酶对R2基团有特异性要求，如果是苯丙氨酸残基的侧链，水解速度最快。

二、氨基酸的构型

蛋白酶的底物---蛋白质和多肽是由L-氨基酸构成的。三、底物分子的大小

一般没有要求。

但酸性蛋白酶有严格要求。

四、X和Y的性质要求

肽链内切酶： X和Y必须继续衍生出去， X可以是酰基或氨基酸残基，Y可以是酰胺基或酯基或氨基酸残基。

肽链端解酶：X和Y分别是-H或-OH

羧肽酶：要求Y是-OH，R2侧链结构的要求上，X不是-H 时，才表现出高的活力。

氨肽酶：要求X是-H，并不优先选择Y不是-OH。

五、对肽键的要求

多数蛋白酶不仅能水解肽键，还能作用于酰胺（-NH2）、酯（-COOR）和硫羟酸酯（-COSR）等。

第二节蛋白酶的分类

一、根据来源分类：

如papain, ficin,

胰蛋白酶，胃蛋白酶（ pepsin ），凝乳酶

二、作用模式分类

肽链端解酶：从肽链的一个末端开始将氨基酸水解下来。

羧肽酶：从肽链的羧基末端开始。

氨肽酶：从肽链的氨基末端开始。

肽链内切酶：从肽链的内部将肽链裂解。

三、活性部位的化学性质分类

1、丝氨酸蛋白酶

活性部位含有丝氨酸残基。

丝氨酸羟基抑制剂：DFP（二异丙基氟磷酸）

肽链内切酶。

胰蛋白酶、胰凝乳酶、弹性蛋白酶和枯草杆菌蛋白酶等都属于此类。

2、巯基蛋白酶

活性部位含有一个或多个巯基。

抑制剂：氧化剂、烷基化剂和重金属离子。

植物蛋白酶和一些微生物蛋白酶属于此类。

3、金属蛋白酶

活性中心：含有镁、锌、锰、钴、铁、汞、镉、铜或镍等金属离子。

在EDTA溶液中透析可以分离出金属离子，但酶活性损失。抑制剂：氰化物

羧肽酶A、某些氨肽酶和细菌蛋白酶属于此类。

4、酸性蛋白酶

活性中心：有2个羧基。

抑制剂：对-溴苯甲酰甲基溴或重氮试剂。

胃蛋白酶、凝乳酶和许多霉菌蛋白酶在酸性范围内具有活性。

最适pH在2~4。

补充

酸性蛋白酶：胃蛋白酶、凝乳酶和许多霉菌蛋白酶

中性蛋白酶：胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、细菌性中性蛋白酶（枯草芽孢杆菌产生的）

碱性蛋白酶：枯草芽孢杆菌蛋白酶

第三节蛋白酶制剂举例

一、细菌酸性蛋白酶

1、是采用黑曲霉3.4310菌株，经深层发酵培养，提取精制而成。

2、在酸性环境（pH2.5~4.0）下催化蛋白质的酶制剂，适用于酸性介质中水解动、植物蛋白质。

3、应用

皮毛软化，啤酒、果酒澄清，动、植物蛋白质水解营养液，羊毛染色，废胶片回收，饲料添加等。

4、作用方式

分解蛋白质肽链中的肽键，产物为小肽和氨基酸。

5、作用条件

最适作用温度：对0.5%酪氨酸在pH3.0左右，作用温度范围30~50 ℃，最适温度40 ℃左右。

最适pH：40 ℃下2.5~4.0，最适3.0。

6、稳定性

热稳定性：pH2.0~4.0，40℃以下比较稳定，超过50 ℃酶活力损失较严重，60 ℃以上很快失活。

pH稳定性： pH2.0~4.0稳定，超过此范围失活严重。金属离子稳定性：可被Mn 2+ 、Ca 2+ 、Mg 2+激活，Cu 2+ 、Hg 2+ 、Al 3+抑制。

二、中性蛋白酶

1、采用AS1398枯草芽孢杆菌深层发酵培养精制而成的。

2、作用方式：分解蛋白质肽链中的肽键，产物为小肽和氨基酸。

3、作用条件

最适作用温度：对0.5%酪氨酸在pH7.2左右，最适温度50 ℃左右。

最适pH：37 ℃下最适6.8~8.0

4、稳定性

热稳定性：pH7.0~8.0，37℃以下比较稳定，作用2h酶活保存80%，超过45 ℃酶活力不稳定，60 ℃以上很快失活。pH稳定性： pH6.5~7.5稳定，低于5.0或高于9.0很快失活。

金属离子稳定性：可被Mn 2+ 、Ca 2+ 、Mg 2+激活，Cu 2+ 、Hg 2+ 、Al 3+抑制。

三、碱性蛋白酶

1、由枯草芽孢杆菌深层发酵培养精制而成的。

2、应用：

液化产品：皮革脱毛、丝绸脱胶、加酶洗涤剂等。

颗粒状产品：稳定性好、无粉尘、颗粒均匀、强度高、不破碎，是加酶洗衣粉最理想的添加剂。

3、使用条件

有效温度范围：20~65 ℃。

最适作用温度：40~50℃

有效pH范围：8~12

最适作用pH：10~11

金属离子：可被Ca 2+激活，Hg 2+、 Ag 2+ 、Cu 2+ 、Zn 2+ 抑制。

四、木瓜蛋白酶

1、介绍

工业中应用最多的一种植物来源的蛋白酶，是多种蛋白酶的复合剂。

粗酶中，含有蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、纤维素酶、溶菌酶、葡聚糖酶、谷氨酰胺及低分子量的巯基化合物。

来源：木瓜 papaya

应用：

主要用于水解原料蛋白质。

用于啤酒生产，为酵母增殖提供充足的氨基氮，缩短发酵时间，提高乙醇产量，使酒质醇和不辣喉，使原料组织结构崩解，更易于糖化。

2、条件

有效温度范围：10~90 ℃。

最适作用温度：60~75℃

有效pH范围：3~9

最适作用pH：5~7

第六章酯酶

存在：广泛，动物、植物、微生物…

作用：在水存在的条件下，裂解酯键

R-O-R’ + H-OH ------ R-H + R’-OH

酯酸醇

醇：一元醇或多元醇、脂肪族醇或芳香族醇；

酸：有机酸或无机酸

特异性

通常是对酯中的酸部分或醇部分是特异的，而不是同时对这两部分有特异性。

按照特异性对酯酶分类

1、羧酸酯水解酶

2、硫酯水解酶

3、磷酸一酯水解酶

4、磷酸二酯水解酶

5、硫酸酯水解酶

而对食品科学来说，1、3、4最重要。

脂酶

甘油酯水解酶 EC3.1.1.3

（人体，小肠，胰脂酶水解脂肪，产生甘油、甘油一酯和脂肪酸。

定义：水解甘油脂肪酸酯的酶；或水解长链脂肪酸酯的酶。存在

动物：胰腺、血浆、唾液、胰汁、乳汁；

植物：产生甘油三酯的植物，如大豆、蓖麻籽、花生等。微生物：霉菌、细菌等。

叶绿素酶

叶绿素-脱植基叶绿素水解酶EC3.1.1.4

作用：将叶绿素分之中的植基水解下来产生植醇和脱植基叶绿素。

存在：所以的绿色植物和含有叶绿素的微生物组织中。

生理功能还不太清楚。

性质：在丙酮浓度70%的反应体系中仍然具有显著的活力，是有别于其他酶的重要性质。

果胶酯酶

果胶-果胶酰基水解酶，EC3.1.1.11

作用：能从果胶分子的半乳糖醛酸单位的C6位除去酯化的甲氧基。

4、乙酰胆碱酯酶

乙酰胆碱水解酶， EC3.1.1.7

存在：所有的动物神经组织中。

作用：在将神经脉冲从神经细胞传递至运动肌神经原后立即发生反应。

抑制剂：有机磷化合物DFP、氨基甲酸酯Sevin和许多其他化合物产生不可逆的抑制作用。

杀虫作用。

第三节脂酶的性质

胰脂酶，猪胰脂酶最先被纯化和鉴定。

1、底物特性与作用方式天然底物：长链甘油三酯，不溶于水。

不能作用于分散在水中的底物，而能作用于乳化的脂肪球，脂肪和水之间的界面是酶作用的部位。

2、pH值影响

大多数脂酶，如胰脂酶的最适pH为8~9，也有酸性pH，由于底物、盐和乳化剂的影响，为pH6~7。

牛乳脂酶最适pH为9.0左右，有些研究表明在pH4.1~6.3也有活力。

成熟蓖麻豆脂酶最适pH为6.3。

不同微生物脂酶的最适pH差异很大，为5.6~8.5

第四节中性脂肪酶制剂

以无锡星达生物工程有限公司产品为例介绍。

EC3.1.1.3

作用：在一定条件下能把甘油三酯水解，在不同水解阶段可释放出脂肪酸、甘油双酯、甘油单酯及甘油。

作用方式：RCO-OR’，生成脂肪酸、甘油及其他不完全水解物。

热稳定性：40℃以下稳定，超过50 ℃严重失活。短时间反应以40~42 ℃为佳，长时间反应一38~40 ℃为佳。

适宜pH：7.0~7.5

金属离子：铜、铁、氟化钠、脂肪酸对酶有抑制作用，钙、锶和胆酸盐有激活作用。

第五节脂酶在食品工业中的应用

1、对食品风味的影响

作用于食品材料中的脂类底物，如脂肪，产生游离脂肪酸，从而促进了脂氧合酶（LOX）的作用，使食品产生不良的风味。

例如：大豆中的LOX同工酶，作用于游离脂肪酸，产生豆腥味。

其他植物种子，在粉碎过程中直接产生不良风味。

果蔬贮藏中与衰老有关。

在果蔬加工中与脂肪酸的水解哈败有关。

对乳制品风味的影响是复杂的。在干酪中产生期望风味的脂酶或许不是来自于牛乳，而主要来自催熟的微生物以及发酵剂。

例如：一种兰色干酪，经过24h发酵后，脂肪酸的含量增加10倍。

产生不良风味的物质，主要是低碳游离脂肪酸，如丁酸、己酸、癸酸、辛酸（C 4~8）

乳制品生产中控制不良风味产生的主要措施

1）控制乳的温度尽可能的低，并且避免温度的变动；

2）减少对乳的搅拌，防止气泡现象的产生湍流；

3）乳必须在均质之前进行巴氏杀菌处理；

4）避免将均质化和未均质化的乳混合；

5）不在25~35℃的温度范围从乳中分离奶油；

6）从挤乳开始的整个生产过程中保持良好的卫生环境。2、脂酶在新产品开发的应用

1）医药：促消化剂

2）酶法生产脂肪酸和甘油

采用脂酶水解的方法比化学法得到的产品具有更好的气味和颜色，而且成本较低。

酶法水解适合于从不稳定的油脂，如含有共轭或多不饱和脂肪酸的油脂，生产脂肪酸。例如，从鱼油中生产多不饱和脂肪酸。

第七章过氧化物酶

属氧化还原酶类 , 系统命名为 EC1 . 1 1 . 1 . 7。

研究意义

果蔬中的 POD通常与新鲜产品或加工产品 (包括冷冻产品 )的风味和品质有关。

食品加工研究人员已将其活性列为果蔬加工的主要指标。了解果蔬中 POD所催化的反应、酶本身的特性及加工中怎样抑制其活性是非常重要的。

一、分类

在自然界中分布广泛。

分类 :一是含铁 POD,二是黄素蛋白 POD。

1）含铁 POD

又分为高铁原卟啉 POD和高铁 POD。

高铁原卟啉 POD为棕色 ,以高铁原卟啉为辅基, 存在于高等植物、动物和微生物中 ;

高铁 POD为绿色 , 以铁卟啉为辅基 ,但不同于高铁原卟啉 ,存在于动物器官和奶中。

2）黄素蛋白 POD

以黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD)为辅基 ,存在于动物组织和微生物中。

这 2组含铁 POD可用酸化丙酮处理来区分 ,它可从高铁原卟啉 POD的蛋白质部分除去高铁血红素 ,但对高铁POD则没有影响。

二、过氧化物酶催化的反应

POD能催化 4种类型的反应 :

(1 )过氧化反应 ;

(2 )氧化反应 ;

(3 )过氧化氢反应 ;

(4)羟基化反应

1 、POD主要催化过氧化反应

此反应需要有 2个底物 :过氧化物和氢供体。

过氧化反应表示如下：

ROOH+AH2 ----H2 O +ROH +A

其中, R为 H, CH3, C2 H5; AH2 为氢供体还原形式 , A 为氢供体氧化形式。

底物的影响

过氧化物底物主要是 H2 O2 。

高浓度H2 O2 又可抑制 POD活性, 用过氧化氢酶消除过多的 H2 O2又能使 POD恢复活性。

H2 O2对 POD抑活程度取决于酶和 H2 O2浓度 2个方面。马铃薯 POD活性最高时的 H2 O2浓度

为 0 . 74× 1 0 -2 mol/ L(p H 5. 0 ),辣根 POD则为 0 . 3× 1 0 -2 mol/ L。

羟甲基过氧化物既是辣根 POD的一个底物 ,又可抑制其活性。

可以认为 POD需要一个游离 HOO-基团 ,以利于与过氧化物反应。

氢供体：

POD对氢供体底物的专一性较低 ,可能是由于植物中存在不同形式和数量的 POD同功酶。

许多物质都可以起到氢供体的作用 ,包括：

酚类 (p-甲酚、愈创木酚、间苯二酚 )；

芳香胺类 (苯胺、联苯胺、苯二胺、o-二茴香基二胺 )；还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD)及还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)等。

常见的是愈创木酚和间苯二酚。

2、氧化反应

POD在无氢过氧化物存在的情况下催化的反应

需要有O2 和辅助因子。

底物有草酸盐、草酰乙酸盐、酮基丙二酸盐、二羟基延胡索酸、吲哚乙酸 (IAA)等 ,

NADH 和NADPH的氧化反应也需要辅助因子。

反应具有定量关系，例如：

二羟基延胡索酸+ O2 ---二铜基琥珀酸+ H2O

反应经 2～ 3 min的诱导期后开始, 增加酶浓度和 H2 O2的量均可缩短诱导期。

反应所需的辅助因子为 Mn2 +和某些酚类物质(通常为

2 ,4-二氯酚

3、过氧化氢反应

POD在无氢供体存在下可催化过氧化

氢分解 : POD

2 H2 O2 ------- -- 2 H2 O+ O2

与过氧化反应及氧化反应的速率相比 ,此反应的速率可忽略不计。

4、 POD的羟基化反应

将单酚与 O2 反应, 产生 o-二羟基酚, 此反应需要有氢供体 (如二羟基延胡索酸等 )为酶作用提供必需的自由基反应式为 : POD

O2 +AH2 ---------- H2 O+A

被羟基化的物质有 p-甲酚、苯甲酸、水杨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等。

三、过氧化物酶的最适 pH

1、POD的最适 pH

POD的最适 p H随酶的来源 (不同果蔬产品 )、同功酶的组成、氢供体底物及缓冲液等的不同而有差异。

有些果蔬中 POD的最适 pH范围较宽, 原因是存在有不同最适p H的同功酶 ;另外 ,同一果蔬产品 POD的可溶性部分和化学结合部分的最适 p H值可能也不同。

一些果蔬中 POD的最适 p H：

葡萄 Malvasia， 5. 5～ 6. 0，愈创木酚底物

番木瓜 5. 5和 6. 0，结合酶的可溶性酶

葡萄 Gamay rouge， 4. 0

绿芦笋 4. 2～ 5. 0

葡萄 Gamay rouge 6. 0～ 7. 0，杨梅黄酮底物

绿芦笋 4. 2～ 5. 0

马铃薯 5. 0～ 6. 0

猕猴桃 5. 2～ 5. 5 邻苯二胺底物

黄瓜 7. 0 酶的粗提液

番茄 5. 0～ 5. 2；苹果 5. 0～ 6. 0；草莓 6. 0

香蕉 4. 5～ 5. 0；芒果 4. 75；

香蕉 5. 0～ 6. 0，凝胶过滤后的酶

环境 p H的升高或降低会引起酶活性

的下降。

酸化后酶活的减弱是由于蛋白质的结构变化造成的 ,它由天然状态转为可逆的变性状态 (从分子水平上观察是酶分子中的亚铁原卟啉脱离酶蛋白引起的 )。

或者是由于在pH(2 . 5～ 4. 5)介质中 ,酶活性随pH而变化与酶分子结构有关。酶溶液酸化后 , α-螺旋结构受到破坏 ,出现了β-结构的光谱特征，酶蛋白和辅基在酸化后就分离。

四、过氧化物酶的最适温度

也与酶的原料种类、果蔬品种、同功酶的组成、缓冲液的 p H、酶的纯化程度等因素有关。

葡萄 47℃，品种 de Chaunac

40℃，品种 Malvasia

猕猴桃 50℃，纯化酶

草莓 3 0℃

番茄 3 5℃品种 Walters

茄子 2 0℃可溶及离子键连部分

绿芦笋 50℃ p H4. 5

菜花 40℃以愈创木酚为底物

五、 POD的热失活

由于 POD与果蔬产品及其制品的变色和变味关系密切 ,因此常常需要用热处理的方法部分地或全部地抑制活性。从酶分子本身来看, POD的热失活包括以下过程: (1 )全酶分子辅基的解离 ;

(2 ) 脱辅基酶蛋白构象的变化 ;

(3 )辅基的修饰或降解。

影响耐热性的内在因素

使用等电聚焦技术已证明不同 POD同功酶的耐热性存在差异。另外 ,同一果蔬产品来源的不同类型的酶 ,耐热性也不同 ,如可溶性酶比颗粒酶的耐热性差、阴离子酶比阳离子酶热稳定性低 ,但酸性和碱性酶有类似的热稳定性。酶的纯化程度也可影响其热稳定性 ,粗酶比纯化酶热稳定性差。

影响 POD热失活的外部因素

p H、温度、受热时间等。

在 p H=7. 0时 ,抑活效率最低 ,p H=4. 0时 ,抑活效率为 p H=7. 0时的 8倍 ,而 p H=1 0 . 0时为 pH=7. 0时的 2倍。在给定 p H条件下 ,控制 POD热失活的主要指标是热处理的时间和温度

在一定温度下 ,热处理时间足够长时会使 POD的失活更完全。但长时间加热对保持果蔬的营养和风味不利。水分活度也可影响 POD的热稳定性。

菜花 50℃ , 1 5min，活性减少 98%,一级动力学

96 . 3℃ , 1 min，品种 Indian Snowball

50℃ , 3 0 min，50 %抑活

葡萄 80℃ , 1 0 min，品种 Ohane,活性丧失 90 %

85℃ , 5min，品种 Malvasia,几乎完全抑活

番木瓜 70℃ , 1 min，可溶性部分 ,活性丧失 94%

70℃ , 1 min，结合部分 ,活性丧失 55% 香蕉 1 0 0℃ , 1 1 min 抑活 96～ 1 0 0 %

柑桔 80℃以上抑活 75%

球芽甘蓝 98℃ , 4～ 7min，与原料体积大小有关

芒果 70℃ , 2 6 min，活性丧失 90 %

75℃ , 1 2 min，活性丧失 90 %

80℃ , 1 . 2 min，活性丧失 90 %

80℃ , 5min，活性完全丧失

75℃ , 2 0 min，活性完全丧失

果蔬中 POD热抑活的方法

主要是水漂烫。

绿菜花于 95℃下漂烫 4min可降低总POD(包括可溶性部分和离子结合部分 )活性，绿豌豆于 97℃下处理 1 min 是极为有效。

微波、离子辐射的利用 :

优点是可降低漂烫过程中的热负荷。马铃薯用 1 . 5min 微波处理、3 min沸水漂烫以及微波与漂烫各2 min来抑活 POD; 微波处理减至 1 min及增加漂烫时间至 5min 都不能使 POD活性完全破坏 ,但却使马铃薯软化。香蕉用微波处理的效果取决于果实成熟度。

POD热失活后的恢复和再生

本世纪初人们就开始认识到：

许多果蔬 POD在热失活后会恢复部分活性 ,已被认为是该酶的性质之一。

（从分子水平上说 ,血红素部分与脱辅基酶蛋白可以再结合, 形成活性酶。很可能是蛋白质部分和辅基部分在某种程度上并未完全破坏 ,导致酶活还能恢复。）

POD活性恢复的因素

与果蔬的种类或品种有关。

菠菜和马铃薯的 POD复活能力较强。

酶复活的程度则取决于酶抑活的程度，热处理的温度和时间、抑活后酶的贮藏温度以及酶的纯化程度等。

菠菜为例

菠菜在较低温度下热处理 ,酶活能恢复;

而在 1 2 1～ 1 43℃下热处理后未见酶复活。一定温度下 ,热处理时间愈长 ,酶复活愈少 ,处理时间充足能防止酶复

活的时间。

在 3 0℃或室温下存放 ,POD可在几小时至几天内开始恢复 ;而在深度冷冻下 (-1 8℃ )需几个月才能恢复。

化学物质可以抑制过氧化物酶

作用机理：

(1 )抑活 POD本身 ; (2 )与 POD底物起反应 ;

(3 )与 POD的产物起反应。

这些物质包括 Fe2 +、Zn2 +、Ca2 +、Mg2 +、

Mn2 +,氰化物 ,硫化物 ,叠氮化物 ,氧化氮 ,羟

胺、二乙基二硫氨基甲酸钠 (DIECA)、偏重

亚硫酸钠、连二硫酸钠和抗氧化剂等。

对POD的认识

很长时间

但对其在果蔬采后的作用及其对加工品质的影响还缺乏详细和清晰的认识。

在果蔬保鲜和加工中怎样利用或控制其作用仍需要进一步研究。

第十章酶在食品贮藏加工中的应用

应用：

工业、农业、医药、环保及科研等领域。

目前已经发现的酶有3000多种，二得以应用的只有几百种。

已经显示出广阔美好的应用前景。

第一节酶在食品保鲜中的应用

酶法保鲜技术---

利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不利影响，从而保持食品原有的优良品质和特性的技术,延长贮藏期的技术。

优点

由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温和等特点，可以广泛地应用于各种食品的保鲜，有效的防止外界因素，特别是氧化和微生物对食品所造成的不良影响。

一、葡萄糖氧化酶Glucose oxidase

氧化还原酶，EC1.1.34

催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸和过氧化氢。

1、性质

以FAD为辅基

相对分子量150000，来源不同分子量也不同，如：点青霉葡萄糖氧化酶，152000，尼崎青霉葡萄糖氧化酶154000，黑曲霉葡萄糖氧化酶186000。

最适pH值5.6。在pH3.5-6.5，具有很好的稳定性。大于8或小于2，会导致酶的迅速失活。

底物葡萄糖对酶活有保护作用。

Hg2+和Ag+抑制酶活，甘露糖、果糖有竞争性抑制作用。葡萄糖氧化酶在低温下有很好的稳定性。

固体酶制剂低温下（-15℃）可保存8年，0 ℃可保存2年以上，温度高于40 ℃活力下降，酶的水溶液在60 ℃保持30min，酶的活力损失80%以上。2、葡萄糖氧化酶应用

葡萄糖氧化酶用于葡萄糖酸的生产

血液、尿液、发酵液等样品中葡萄糖含量的测定。

除氧保鲜、蛋类制品脱糖等。

（1）食品的除氧保鲜

食品腐败两个原因：微生物、氧化变质。故除氧可保鲜含油脂食品发生氧化，如花生、奶粉、饼干、冰淇淋、油炸食品等。

果蔬产品褐变，如马铃薯、苹果、梨、果酱等。

肉类氧化。

除氧方法

将需要保险的食品放到密闭容器中，同时将葡萄糖氧化酶和葡萄糖一起放入。

吸氧保鲜袋

葡萄糖氧化酶直接加入：果汁、果酒和水果罐头中，防止食品的氧化和容器的氧化。（桃罐头变色！！）

（2）蛋类制品脱糖

蛋类制品：蛋白片、蛋白粉、全蛋粉等。

问题：在贮藏和加工过程中出现褐变，出现小黑点，或者溶解度下降等。

原因：蛋的蛋白中含有0.5%-0.6%的葡萄糖，葡萄糖的羰基与蛋白质的氨基发生反应，生成黑色或者褐色物质。

解决方法：脱糖。

方法一：接种乳酸菌进行蛋白脱糖。处理时间长，产品质量不理想。

方法二：应用葡萄糖氧化酶进行脱糖，即将适量的酶添加到蛋白液中，不断供给适量的氧气，使葡萄糖完全氧化。如果通入空气和氧气，容易产生大量的泡沫，使操作无法进行。

改进方法：加入过氧化氢（双氧水），加入一定量的过氧化氢酶，分解过氧化氢为氧和水。

二、溶菌酶

Lysozyme EC3.2.1.17，水解酶

催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶。

专一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸与N-乙酰氨基葡萄糖之间的β-1,4键，从而破坏细菌的细胞壁，使细菌溶解死亡。

来源：蛋清，植物，微生物发酵

溶菌作用

（1）蛋清溶菌酶：

对大多数革兰氏阳性菌具有强烈的溶菌特性，除了金黄色葡萄球菌。

对溶壁小球菌、枯草杆菌、巨大芽孢杆菌和藤黄八叠球菌等最敏感。

对革兰氏阴细菌无作用或者作用甚微。

（2）微生物来源的溶菌酶

可溶解金黄色葡萄球菌和大多数革兰氏阳性菌。

但：枯草杆菌YT-25产生的溶菌酶只能溶解绿脓杆菌等革兰氏阴细菌。

蛋清溶菌酶---保鲜中应用最多

四条多肽链组成。

相对分子量14500

有效pH值5~9，最适pH值以底物状况而定。

最适温度37℃。

溶菌酶的应用

溶解微生物细胞壁，对人体细胞无影响。

广泛应用医药、食品的灭菌领域。

消除炎症，清除坏死组织等。

食品的防腐保鲜---非加热的方法。

（1）干酪保鲜

在干酪生产中添加一定量的溶菌酶，可以防止微生物污染引起的酪酸发酵，保证干酪的质量。

（2）水产品保鲜

鱼虾等，易腐变质。

冷冻或盐腌的方法保鲜，但设备要求高，或者盐腌风味改变。

把一定浓度的溶菌酶喷洒在水产品上，起到防腐保鲜的作用。

3、低浓度酿造酒的保鲜

酿造酒的酒精含量低，微生物可以生长，引起变质。

如清酒酒精含量15~17%，大多数微生物不能生长，但乳酸菌---火落菌，可以生长产生不良风味。

水杨酸作为防腐剂，但过多会损害人的胃和肝脏。

加入15mg/kg的溶菌酶，起到防腐作用

4、乳制品的保鲜与强化

Fresh milk含有13mg/ml

Human milk含有40mg/ml

强化溶菌酶，防腐保鲜，人乳化作用。

（5）其他食品保鲜

香肠、奶油、（生）面条 -------》保鲜

注意

酶的专一性：对于酵母、霉菌、G-引起的腐败变质效果不理想。

酶的稳定性与有效期。

思考题

酶的应用有哪些方面？举例说明酶在食品贮藏和加工中的应用。