第二章 酶与食品加工

第二章 酶与食品加工 学时数：6 教学目的： 1.理解酶的定义、作用特点及影响酶促反应的因素； 2.了解食品加工中内源酶和外源酶的作用； 3.理解不同淀粉酶的作用特点、产物特点及应用； 4.了解蛋白酶的分类、来源、在食品加工中的应用； 5.了解果胶酶、多酚氧化酶及其它氧化还原酶类及其在食品工业中的应用。 6.了解固定化酶的特点，制备方法及其在食品工业中的应用。

教学重点：淀粉酶、蛋白酶α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用特点；植物蛋白酶及其在食品工业中的应用。 教学难点：酶的固定化。 教学方法：注意知识应用：发酵工业中液化酶、糖化酶的应用，肉类的嫩化与啤酒澄清中酶的应用。 作业布置：教材习题三（1-5） 教学过程：270分钟

概 述 酶的定义: 酶是生物活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质。 (1982年，在生物体内发现了一种具有催化功能的核酸分子即核酸酶RIBOENZYME）。

酶催化的特点： 催化效率高，具有很高的专一性，需比较温和的条件（如温度在25～50 ℃范围内，pH为中性左右）。因此，酶在食品科学中相当重要，通过酶的作用能引起食品原料的品质发生变化，也能在比较温和的条件下加工和改良食品。

酶催化作用的影响因素： 温度、pH、酶浓度、底物浓度；水分活度、一些离子，酶的抑制剂等因素对酶的催化活力也有很大的影响。（最适值）

酶的分类：国际酶学委员会（ENZYME COMMISSION）将酶按功能性质分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类等六大类，食品加工中比较重要的酶类是氧化还原酶类和水解酶类。 （大类、亚类、亚亚类、编号） 与食品加工有关的酶，根据其来源可分为内源酶和外源酶两大类。

补充 Specificity(bond specificity, group specificity, absolute specificity, stereochemical specificity ). Oxidoreductases; Transferases; Hydrolases Lyases; Isomerases; Ligases

Enzyme activity就是酶催化一定反应的能力,也就是酶催化反应的速度。可通过测定单位时间内反应底物的减少量或产物生成量而得。一定数量的酶制剂催化特定反应的能力大小就表明其含酶量的多少，因此酶单位都是以酶的活力为根据而定义的。国际生化委员会酶学委员会1964年规定：在特定条件下，在分钟内1微摩尔的底物转化为产物的酶量为1个酶活动单位，称为酶的国际单位。特定条件是指：25度、最适条件下。（不便）

在酶制剂生产上根据不同的产品制定各自的酶活力单位，如：蛋白酶以1分钟内能水解酪蛋白产生1微克酪氨酸的酶量为1个蛋白酶单位；液化型淀粉酶以1小时内能液化1克淀粉为1克液化型淀粉的酶量为1个酶单位。

酶活力单位并不直接表示酶的绝对数量，它只不过是一种相对比较的依据。在实际应用中，除了使用每克（或每毫升）酶制剂含有多少活力单位来表示酶活力的大小外，有时还以每毫克酶蛋白含有多少酶活力单位来表示活力大小，称为比活力，有时也采用每（毫）升酶液或每克酶制剂的活力单位数表示酶的比活力。

第一章 食品加工中酶的作用 一、内源酶的作用 含义： 特点： 内源酶是指作为食品加工原料的动植物体内所含有的各种酶类。 内源酶是使这些食品原料在屠宰或采收后成熟或变质的重要原因，对食品的贮藏和加工都有着重要的影响。有些是有利的影响，可通过适当的条件来加强这些酶的作用；有些是不利的影响，需设法对酶的作用进行抑制或消除。

（一）动物性食物原料中内源酶的主要作用 畜禽在屠宰后的成熟过程就是体内很多酶作用的结果（磷酸化酶、乳酸脱氢酶、 ATP酶、磷酸肌酸激酶和腺苷酸脱氨酶、组织蛋白酶）。糖原分解成为乳酸，使其pH下降、肌肉中ATP含量迅速下降，产生具有强烈鲜味的IMP。动物死后随着pH的降低和组织破坏，组织蛋白酶被释出而发生了对肌肉蛋白质的分解作用，生成肽和游离氨基酸。这些肽和氨基酸使其在加工中形成肉的香气和鲜味。

（二）植物性食物原料中内源酶的影响 植物的后熟就是果实离开母株后进行的成熟现象。果实的后熟作用是在各种酶的参与下进行的极其复杂的生理生化过程。酶的活动方向趋向于水解反应，各种成分都在进行着变化。如淀粉分解为糖，果实变甜；可溶性单宁凝固，果实涩味消失；原果胶水解为果胶，果实变软；同时果实色泽加深，香味增加。在这个过程中，还由于果实呼吸作用产生了酒精、乙醛和乙烯等产物，促进了后熟过程，这虽然影响了原料的贮存，但对加工来讲还是很重要的。 在加工中由于组织内多酚氧化酶的作用，会发生酶促褐变，严重影响产品的外观和品质。所以，这类水果蔬菜在去皮切开后，必须尽快将其放入沸水或蒸汽中进行短时间的加热处理，以破坏酶的活力。或将其浸入稀酸中，以低pH抑制多酚氧化酶活力，也可以将其浸入亚硫酸盐溶液中抑制多酚氧化酶活力。 综上所述，可以看出食品原料中的内源酶对其贮藏和加工性能都有着很大的影响。

二、外源酶的作用 外源酶并非存在于作为食品加工原料的动植物体内。外源酶有两个来源：一是来源于食品中存在的微生物；二是来源于人为添加的酶制剂。

（一）微生物产生的外源酶 有些微生物分泌的各种酶可将食品中蛋白质水解成多肽和氨基酸，并能进一步将氨基酸分解生成氨、酮酸、胺、吲哚和硫化氢等物质，而引起食品的腐败变质。但是也有些微生物在食品或食品原料中生长繁殖，通过它们分泌的各种酶的作用以及代谢产物可以改善原有的营养成分、风味和质构。如发酵食品中所用的微生物。

发酵时利用的微生物为有益微生物。它们可以来自于大自然（自然发酵），也可以来自于人工培养的纯菌种（接种发酵）。发酵不仅为人类提供品种繁多的食品，还提高了食品的耐藏性。不少食品的最终发酵产物，特别是酸和酒精，有利于阻止腐败变质菌的生长，同时还能抑制混杂在食品中的一些病原菌的生长活动。

与未发酵食品相比，发酵食品可提高食品原有的营养价值。有控制地进行的发酵，仍能保持大部分的能量，以供人体需要。在发酵中，微生物将复杂的物质分解为简单成分，把封闭在不易消化的物质结构和细胞内的营养素释放出来，从而增加了食品的营养价值。同时还合成了不少人体必需的维生素。发酵食品还能将人体不能消化的纤维素、半纤维素和类似聚合物在微生物分泌的酶作用下，分解形成简单的糖类和糖的衍生物供人体利用。

（二）酶制剂 含义： 采用适当的理化方法将酶从生物组织或细胞以及微生物发酵物中提取出来，加工成为具有一定纯度及活力标准的生化制剂，称为酶制剂。

来源： 早期从动物脏器和高等植物种子、果实中提取。随着酶制剂应用范围的日益扩大，逐步转向以微生物开辟酶制剂的来源。微生物种类繁多，酶的品种齐全。现已知一切动植物细胞中存在的酶几乎都能够从微生物细胞中找到。微生物具有生长繁殖快，生活周期短，产量高，不受季节、地区的限制；微生物培养简单易行、生产规模可大可小；微生物容易变异，可采取遗传工程、细胞工程、基因工程等技术进行菌种选育和代谢控制，来提高产酶量、培育新酶种等优点，目前已成为酶制剂的主要来源。

1．酶制剂应用于食品加工的特点 酶的催化效率高，很少量的酶制剂就可以完成其他方法很难实现的加工要求。 酶促反应有专一性，很少有副反应，不会引起食品成分发生不需要的变化。酶促反应可以在常温常压和接近中性的pH条件下完成，因而加工设备简单，节省能源而又有利于保存食品的营养成分和色香味。 酶促反应的速度可以很容易地通过调节pH、温度和酶制剂加入量等条件加以调节。 酶本质上是天然产生的蛋白质，作为食品加工材料，理论上是安全的。 在酶制剂反应后，可以通过酶变性的简单处理方法使其失去活力而消除其影响。

由于以上这些优越性，使酶制剂在食品加工中的应用越来越广，并逐步取代了一些原有的加工方法。如葡萄糖生产，过去一直沿用酸水解淀粉的方法。自从酶法制葡萄糖研究获得成功，投入工业生产后，使设备投资大大降低，工序简化，产品杂质含量低，得糖率接近100%，并可以直接利用喷雾干燥法来制葡萄糖粉。

2．酶制剂的安全和卫生 酶制剂来源于生物，一般要比化学合成物质安全。但是酶制剂通常不是纯净的化学物质，常混有残存的原材料、无机盐、稀释剂、防腐剂等物质。用微生物发酵的酶可能伴随带来某些生物毒素或残留抗生素。因此，生产食品加工用的酶制剂，应注意原料和提取工艺的选择，防止有害物质的污染。

联合国粮食与农业组织和世界卫生组织的食品添加剂专家联合委员会在1977年第21届大会上作出如下规定： 凡从动植物可食部分的组织，或用食品加工传统使用菌种生产的酶制剂，可作为食品对待，不需进行毒理试验，只需建立有关酶化学和微生物学的说明。 凡由非致病性一般食品污染微生物生产的酶，需作短期毒性试验。 对于非常见微生物制取的酶，要作广泛的毒性试验。 用于生产食品酶制剂的工业菌种，必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，并经过各种安全性试验，证明安全可靠后，才能批准使用。

第二节 食品加工中重要的酶

一、淀粉酶 定义：凡催化淀粉水解的酶，称为淀粉酶。淀粉酶是糖苷水解酶中最重要的一类酶。 分类：按作用方式的不同，将淀粉酶分为四类：-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和脱支酶。

（一）-淀粉酶 存在：动物、植物和微生物中。在发芽的种子、人的唾液、动物的胰脏内含量甚多。现在工业上已经能利用枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉等微生物制备高纯度的-淀粉酶。 结构特点：天然的-淀粉酶分子中都含有一个结合得很牢固的Ca2＋，Ca2＋起着维持酶蛋白最适宜构象的作用，从而使酶具有高的稳定性和最大的活力。

作用特点：-淀粉酶是一种内切酶，随机水解-1,4糖苷键，不能水解-1,6糖苷键。水解直链淀粉时迅速使其降解成低聚糖，然后把低聚糖分解成终产物麦芽糖和葡萄糖。水解支链淀粉时终产物是葡萄糖、麦芽糖和一系列含有-1,6糖苷键的极限糊精或异麦芽糖。由于-淀粉酶能快速地降低淀粉溶液的黏度，使其流动性加强，故又称为液化酶。

适宜条件：不同来源的-淀粉酶有不同的最适温度和最适pH。最适温度一般在55～70 ℃，但也有少数细菌-淀粉酶最适温度很高，达80 ℃以上。最适pH一般在4.5～7.0之间，细菌中-淀粉酶的最适pH略低。

（二）-淀粉酶 存在：高等植物的种子中，大麦芽内尤为丰富。少数细菌和霉菌中也含有此种酶。

作用特点：外切酶，只能水解-1,4糖苷键。作用时从淀粉分子的非还原性末端开始，依次切下一个个麦芽糖单位，并将切下的-麦芽糖转变成-麦芽糖。-淀粉酶在催化支链淀粉水解时，因为它不能断裂-1,6糖苷键，也不能绕过支点继续作用于-1,4糖苷键，因此，-淀粉酶分解淀粉是不完全的。-淀粉酶作用的终产物是-麦芽糖和分解不完全的极限糊精。

适宜条件：-淀粉酶的热稳定性普遍低于-淀粉酶，但比较耐酸。

（三）葡萄糖淀粉酶 来源：微生物的根霉、曲霉等产生。

作用特点：外切酶，水解的-1，4糖苷键，-1,6糖苷键和-1,3糖苷键，但对后两种键的水解速度较慢。作用时从非还原性末端开始逐次切下一个个葡萄糖单位，当作用于淀粉支点时，速度减慢，但可切割支点。因此，葡萄糖淀粉酶作用于直链淀粉或支链淀粉时，终产物均是葡萄糖。工业上用葡萄糖淀粉酶来生产葡萄糖。所以也称此酶为糖化酶。

适宜条件：最适pH为4～5，最适温度在50～60 ℃范围。

（四）脱支酶 存在：许多动植物和微生物中都有分布 作用特点：水解淀粉和糖原分子中-1,6糖苷键的一类酶，有普鲁兰酶和异淀粉酶之分。

（五）淀粉酶在食品工业中的应用 淀粉酶在食品工业上应用很广泛。淀粉酶制剂是最早实现工业化生产和产量最大的酶制剂品种，约占整个酶制剂总产量的50%以上，被广泛应用于食品、发酵及其他工业中。

如： 淀粉酶用于酿酒、味精等发酵工业中水解淀粉；在面包制造中为酵母提供发酵糖，改进面包的质构；用于啤酒除去其中的淀粉浑浊；利用葡萄糖淀粉酶可直接将低黏度麦芽糊精转化成葡萄糖，然后再用葡萄糖异构酶将其转变成果糖，提高甜度等。目前商品淀粉酶制剂最重要的应用是用淀粉制备麦芽糊精、淀粉糖浆和果葡糖浆等。 1883年麦芽-淀粉酶第一个被清楚认识。

二、蛋白酶 来源：动物、植物和微生物中都可以提取，也是食品工业中重要的一类酶。

分类：以来源分类：动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶三大类。 以作用方式分：内肽酶和外肽酶两大类。 以最适pH的不同分：酸性蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶。 以其活性中心的化学性质不同分：丝氨酸蛋白酶（酶活性中心含有丝氨酸残基）、巯基蛋白酶（酶活性中心含有巯基）、金属蛋白酶（酶活性中心含金属离子）和酸性蛋白酶（酶活性中心含羧基）。

（一）动物蛋白酶 存在：人和哺乳动物的消化道。如:胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和羧肽酶 胃黏膜细胞分泌的胃蛋白酶，可将各种水溶性蛋白质分解成多肽； 胰腺分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和羧肽酶等内肽酶和外肽酶，可将多肽链水解成寡肽和氨基酸； 小肠黏膜能分泌氨肽酶、羧肽酶和二肽酶等，将小分子肽分解成氨基酸。

人体摄取的蛋白质就是在消化道中这些酶的综合作用下被消化吸收的。胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等先都分别以无活性前体的酶原形式存在，在消化道需经激活后才具有活性。 在动物组织细胞的溶酶体中有组织蛋白酶，最适pH为5.5左右。当动物死亡之后，随组织的破坏和pH的降低，组织蛋白酶被激活，可将肌肉蛋白质水解成游离氨基酸，使肌肉产生优良的肉香风味。但从活细胞中提取和分离组织蛋白酶很困难，限制了它的应用。

在哺乳期小牛的第四胃中还存在一种凝乳酶，是由凝乳酶原激活而成，pH 5时可由已有活性的凝乳酶催化而激活，在pH 2时主要由H＋（胃酸）激活。随小牛长大，由摄取母乳改变成青草和谷物时，凝乳酶逐渐减少，而胃蛋白酶增加。凝乳酶也是内肽酶，能使牛奶中的酪蛋白凝聚，形成凝乳，用来制作奶酪等。 特点：动物蛋白酶由于来源少，价格昂贵，所以在食品工业中的应用不甚广泛。胰蛋白酶主要应用于医药上。

（二）植物蛋白酶 主要类别：木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶（均已被大量应用于食品工业）。

特点：都属巯基蛋白酶、内肽酶，对底物的特异性都较宽。 木瓜蛋白酶（番木瓜胶乳中），在pH 5时稳定性最好，pH< 3、pH > 11时，酶会很快失活。该酶的最适pH虽因底物不同而有不同，但一般在5～7之间。与其他蛋白酶相比，其热稳定性较高。 无花果蛋白酶存在于无花果胶乳中，新鲜的无花果中含量可高达1%左右。在pH 6～8时最稳定，但最适pH在很大程度上取决于底物。若以酪蛋白为底物，活力曲线在pH 6.7和9.5两处有峰值；以弹性蛋白为底物时，最适pH为5.5；而对于明胶，最适pH则为7.5。 菠萝汁中含有很强的菠萝蛋白酶，从果汁或粉碎的茎中都可提取得到，其最适pH值范围在6～8。

应用：常用于肉的嫩化和啤酒的澄清。特别是木瓜蛋白酶的应用，很久以前民间就有用木瓜叶包肉，使肉更鲜嫩、更香的经验。现在这些植物蛋白酶除用于食品工业外，还用于医药上作助消化剂。

（三）微生物蛋白酶 产酶微生物：细菌、酵母菌、霉菌等微生物中都含有多种蛋白酶，是生产蛋白酶制剂的重要来源。生产用于食品和药物的微生物蛋白酶的菌种主要是枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉三种。

应用：随着酶科学和食品科学研究的深入发展，微生物蛋白酶在 食品工业中的用途将越来越广泛。在肉类的嫩化，尤其是牛肉 的嫩化上应用微生物蛋白酶代替价格较贵的木瓜蛋白酶，可达 到更好的效果。微生物蛋白酶还被运用于啤酒制造以节约麦芽 用量。但啤酒的澄清仍以木瓜蛋白酶较好，因为它有很高的耐 热性，经巴氏杀菌后，酶活力仍还存在，可以继续作用于杀菌 后形成的沉淀物，以保证啤酒的澄清。在酱油的酿制中添加微 生物蛋白酶，既能提高产量，又可改善质量。除此之外，还常 用微生物蛋白酶制造水解蛋白胨用于医药，以及制造蛋白胨、 酵母浸膏、牛肉膏等。细菌性蛋白酶还常用于日化工业，添加 到洗涤剂中，以增强去污效果，这种加酶洗涤剂对去除衣物上 的奶斑、血斑等蛋白质类污迹的效果很好。

三、果胶酶 果胶酶是能水解果胶类物质的一类酶的总称。它存在于高等植物和微生物中 。 （一）果胶酶的分类及作用 以作用底物的不同分：果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶3种类型。

1．果胶酯酶 存在：植物及部分微生物种类里。 作用：催化果胶脱去甲酯基生成聚半乳糖醛酸链和甲醇的反应。

适宜条件：不同来源最适pH不同，霉菌来源的果胶酯酶的最适pH在酸性范围，细菌来源的果胶酯酶在偏碱性范围，植物来源的果胶酯酶在中性附近。 不同来源的果胶酯酶对热的稳定性也有差异，例如霉菌果胶酯酶在pH3.5时，50 ℃加热0.5 h，酶活力无损失，当温度提高到62 ℃时，酶基本上全部失活。而蕃茄和柑橘果胶酯酶在pH 6.1时，70 ℃加热1 h，酶活力也只有50%的损失。

对食品加工的影响：在一些果蔬的加工中，若果胶酯酶在环境因素下被激活，将导致大量的果胶脱去甲酯基，从而影响果蔬的质构。生成的甲醇也是一种对人体有毒害作用的物质，尤其对视神经特别敏感。在葡萄酒、苹果酒等果酒的酿造中，由于果胶酯酶的作用，可能会引起酒中甲醇的含量超标，因此，果酒的酿造，应先对水果进行预热处理，使果胶酯酶失活以控制酒中甲醇的含量。

2．聚半乳糖醛酸酶 作用：降解果胶酸的酶， 分类：根据对底物作用方式不同可分两类： 一类是随机地水解果胶酸（聚半乳糖醛酸）的苷键，这是聚半乳糖醛酸内切酶（多存在于高等植物、霉菌、细菌和一些酵母中）； 另一类是从果胶酸链的末端开始逐个切断苷键，这是聚半乳糖醛酸外切酶（多存在于高等植物和霉菌中，在某些细菌和昆虫中也有发现）。

条件：聚半乳糖醛酸酶来源不同，它们的最适pH也稍有不同，大多数内切酶的最适pH在4.0～5.0范围以内，大多数外切酶最适pH在5.0左右。 特点：聚半乳糖醛酸酶的外切酶与内切酶，由于作用方式不同，所以它们作用时对果蔬质构影响或果汁处理效果也有差别。例如同一浓度果胶液，内切酶作用时，只要3%～5%的果胶酸苷键断裂，黏度就下降；而外切酶作用时，则要10%～15%的苷键断裂才使黏度下降50%。

3．果胶裂解酶 分类：内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶和内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶的总称。存在：以霉菌为主，在植物中尚无发现。 作用：果胶裂解酶是催化果胶或果胶酸的半乳糖醛酸残基的C4～C5位上的氢进行反式消去作用，使糖苷键断裂，生成含不饱和键的半乳糖醛酸。

（二）果胶酶在食品工业上的应用 在果汁的提取和澄清中应用： 如在苹果汁的提取中，应用果胶酶处理方法生产的汁液具有澄清和淡棕色外观，如果用直接压榨法生产的苹果汁不经果胶酶处理，则表现为浑浊，感官性状差，商品价值受到较大影响； 经果胶酶处理生产葡萄汁，不但感官质量好，而且能大大提高葡萄的出汁率；

柑橘汁的色泽和风味依赖于果汁中的混浊成分，混浊是由果胶、蛋白质构成的胶态不沉降的微小粒子的作用，若橘汁中果胶酶不失活，其作用结果会导致柑橘汁中的果胶分解，橘汁沉淀、分层、从而成为不受欢迎的饮料，因此，柑橘汁加工时必须先经热处理，使果胶酶失活。

在蕃茄的生产中，用热打浆法可以很快破坏果胶酶的活性，有利于保持产品质地均匀。 在水果罐头加工中，切开的果块先经热烫是一种钝酶措施，其中包括钝化果胶酶以防止果肉在罐藏中过度软化。 在提取植物蛋白时，常使用果胶酶处理原料，以提高蛋白质的得率。总之，果胶酶在食品贮藏加工中的应用是越来越广。

四、多酚氧化酶 存在：各种植物和微生物中。在果蔬食物中，多酚氧化酶分布于叶绿体和线粒体中，但也有少数植物，如马铃薯块茎，几乎所有的细胞结构中都有分布。

适宜条件：多酚氧化酶的最适pH常随酶的来源不同或底物之不同而有差别，但一般在pH 4～7范围之内。 不同来源的多酚氧化酶的最适温度也有不同，一般多在20～35 ℃之间。在大多数情况下从细胞中提取的多酚氧化酶在70～90 ℃下热处理短时就可发生不可逆变性。低温也影响多酚氧化酶活性。较低温度可使酶失活，但这种酶的失活是可逆的。 阳离子洗涤剂、Ca2＋等能活化多酚氧化酶。抗坏血酸、二氧化硫、亚硫酸盐、柠檬酸等都对多酚氧化酶有抑制作用，苯甲酸、肉桂酸等有竞争性抑制作用。

作用特点：多酚氧化酶是一种含铜的酶，主要在有氧的情况下催化酚类底物反应形成黑色素类物质。在果蔬加工中常常因此而产生不受欢迎的褐色或黑色，严重影响果蔬的感官质量。 多酚氧化酶催化的褐变反应多数发生在新鲜的水果和蔬菜中，例如香蕉、苹果、梨、茄子、马铃薯等。当这些果蔬的组织碰伤、切开、遭受病害或处在不正常的环境中时，很容易发生褐变。这是因为当它们的组织暴露在空气中时，在酶的催化下多酚氧化为邻醌，再进一步氧化聚合而形成褐色素或称类黑素。

五、其他酶类 （一）脂肪酶 存在：含有脂肪的组织中。植物的种子里含脂肪酶，一些霉菌、细菌等微生物也能分泌脂肪酶。 适宜条件： 最适pH常随底物、脂肪酶纯度等因素而有不同，但多数在pH8～9，也有部分偏酸性。微生物分泌的脂肪酶最适pH在5.6～8.5之间。 脂肪酶的最适温度也因来源、作用底物等条件不同而有差异，大多数在30～40 ℃范围之内。也有某些食物中脂肪酶在冷冻到-29 ℃时仍有活性。 盐对脂肪酶的活性也有一定影响，对脂肪具有乳化作用的胆酸盐能提高酶活力，重金属盐一般具有抑制脂肪酶的作用，Ca2＋能活化脂肪酶并可提高其热稳定性。

作用特点： 脂肪酶能催化脂肪水解成甘油和脂肪酸，但是对水解甘油酰三酯的酯键位置具有特异性，首先水解1,3位酯键生成甘油酰单酯后，再将第二位酯键在非酶异构后转移到第一位或第三位，然后经脂肪酶作用完全水解成甘油和脂肪酸。 脂肪酶只作用于油—水界面的脂肪分子，增加油水界面能提高脂肪酶的活力，所以，在脂肪中加入乳化剂能大大提高脂肪酶的催化能力。

对食品加工的影响：含脂食品如牛奶、奶油、干果等产生的不良风味，主要来自脂肪酶的水解产物（水解酸败），水解酸败又能促进氧化酸败。 食品加工中脂肪酶作用后释放一些短链的游离脂肪酸（丁酸、己酸等），当它们浓度低于一定水平时，会产生好的风味和香气，如牛乳和干酪的酸值分别为1.5和2.5时，就会有好的风味，如果酸值大于5，则产生陈腐气味、苦味或者类似山羊的膻味。 利用特异性脂肪酶可以从廉价的脂原料生产可可奶油。 脂肪酶不单在食品工业中有广泛用途，在绢纺、皮革脱酯等轻化工及医药工业上也有重要用途。

（二）脂氧合酶 存在：植物中。各种植物的种子，特别是豆科植物的种子含量丰富，尤其以大豆中含量最高。

作用特点：脂氧合酶对底物具有高度的特异性，它作用的底物脂肪，在其脂肪酸残基上必须含有一个顺，顺­1，4-戊二烯单位（—CH＝CH—CH2—CH＝CH—）。必需脂肪酸的亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸都含有这种单位，所以必需脂肪酸都能被脂氧合酶所利用，特别是亚麻酸更是脂氧合酶的良好底物。作用机理如图2-2

R1—CH CH—CH2—CH CH—R2 + O2 R1—CH CH—CH CH—CH—R2 顺 脂氧合酶 R1—CH CH—CH — CH CH—R2 + OOH · R1—CH CH—CH CH—CH—R2 + OOH R1—CH CH—CH CH—CH—R2 OOH 反 脂氧合酶

简单机理： 第一步反应是脂氧合酶作用于脂肪酸，有选择性地取走了一个氢，然后再转移到氧，这样就形成了脂肪酸游离基和过氧化物游离基。 第二步是脂肪酸游离基被异构化，因而导致双键也被异构化，脂肪酸残基上原来的顺，顺­1，4-戊二烯单位变成了顺，反­1，3-戊二烯单位。 第三步是异构化的脂肪酸游离基得到一个质子形成脂肪酸氢过氧化物。脂氧合酶作用于脂肪酸时参与上述全过程，直至脂肪酸氢过氧化物形成后，酶才再生。

脂氧合酶对食品质量的影响：它在一些条件下可 提高某些食品的质量，例如在面粉中加入含有 活性的脂氧合酶的大豆粉，由于脂氧合酶的作 用，使得面筋网络更好地形成，从而较好地改 善了面包的质量；做成面条，可使产品漂白， 口感滑润。

存在于番茄、豌豆、香蕉、黄瓜等果蔬中的脂氧合酶，为这些果蔬的良好风味也发挥了作用。可是脂氧合酶在很多情况下又能损害一些食品的质量，例如能直接或间接地影响肉类的酸败和对食品中一些维生素的破坏；减少食品中不饱和脂肪酸的含量和使高蛋白食品产生不良风味等。

此外，由于脂氧合酶耐受低温能力强，因此低温下贮藏的青豆、大豆、蚕豆等最好也能经热烫处理，使脂氧合酶钝化，否则易造成质量变劣。在加工豆奶时，将未浸泡的脱壳大豆在80～100 ℃的热水中研磨10 min左右，也可去除因脂氧合酶作用产生的豆腥味等。显然，控制食品加工时的温度是使脂氧合酶失活的有效方法。

来源：葡萄糖氧化酶最初从黑曲霉和灰绿曲霉中发现，米曲霉、青霉等多种霉菌都能产生葡萄糖氧化酶。但在高等动物和植物中，目前还没发现。 （三）葡萄糖氧化酶 来源：葡萄糖氧化酶最初从黑曲霉和灰绿曲霉中发现，米曲霉、青霉等多种霉菌都能产生葡萄糖氧化酶。但在高等动物和植物中，目前还没发现。 作用特点：葡萄糖氧化酶是一种需氧脱氢酶，在有氧条件下催化葡萄糖的氧化。反应如下：   葡萄糖＋O2 葡萄糖酸＋H2O2 利用该酶促反应可以除去葡萄糖或氧气。 葡萄糖氧化酶

例如： 葡萄糖氧化酶可用在蛋品生产中以除去葡萄糖而防止引起产品变色的美拉德反应，又可用它减少土豆片中的葡萄糖，从而使油炸土豆片产生金黄色而不是棕色。 葡萄糖氧化酶还常用于除去封闭包装系统中的氧气以抑制脂肪的氧化和天然色素的降解。例如，螃蟹肉和虾肉浸渍在葡萄糖氧化酶和过氧化物酶的混合溶液中可抑制其颜色从粉红色变成黄色。 光催化反应生成的过氧化物会破坏橘子汁、啤酒和酒中的风味物并生成一种不良的异味，也可以用该方法通过减少容器顶隙氧气而加以克服。

商品葡萄糖氧化酶试剂中常含有过氧化氢酶，在商品试剂的葡萄糖氧化酶过氧化氢酶体系中，葡萄糖氧化酶能吸收氧而形成葡萄糖酸和过氧化氢，而过氧化氢酶能催化过氧化氢分解成水和氧。 总反应如下： 葡萄糖＋1/2O2 葡萄糖酸 葡萄糖氧化酶 过氧化氢酶

（四）过氧化氢酶 来源：从微生物中提取，能分解过氧化氢。 食品中过氧化氢的产生及危害：食品中葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化时生成过氧化氢，也是食品中少数几种氧化反应的产物，还是一些食品中采用的冷杀菌试剂，所以是一种可能存在于食品中的成分。由于这种成分的强氧化性，它会导致食品的品质不稳定，而且会降低食品的食用安全性。所以，它在食品中的含量应当越低越好。 应用：利用过氧化氢酶于食品的意义就在于降低它的含量。例如用过氧化氢可对牛乳进行巴氏消毒，经过处理的牛乳就比较稳定，而且对某些易受热破坏的干酪的制作过程也是合适的，其中过剩的过氧化氢可用过氧化氢酶消除。

（五）过氧化物酶 存在：所有高等植物中，也存在牛奶中。 特点：过氧化物酶通常含有一个血红素作为辅基，催化以下反应： ROOH＋AH2 H2O＋ROH＋A 当ROOH被还原时，AH2即被氧化。AH2可以是抗坏血酸盐、酚、胺类或其他还原性强的有机物。这些还原剂被氧化后大多能产生颜色，因此可以用比色法来测定过氧化物酶的活性。 由于过氧化物酶具有很高的耐热性，可以作为考查热烫处理是否充分的指示酶。 从营养和风味方面来看，过氧化物酶也是很重要的，如过氧化物酶能催化维生素C氧化而破坏其生理功能；能催化不饱和脂肪酸的过氧化物裂解，产生不良气味的羰基化合物，同时破坏食品中的许多其他成分；还能催化类胡萝卜素漂白和花青色脱色。

（六）风味酶 作用：形成风味化合物 水果和蔬菜中的风味化合物，一些是由风味酶直接或间接地作用于风味前体，然后转化生成的。当植物组织保持完整时，并无强烈的芳香味，因为酶与风味前体是分隔开的，只有在植物组织破损后，风味前体才能转变为有气味的挥发性化合物。 另一些是经过贮藏和加工过程而生成的。例如香蕉、苹果或梨在生长过程中并无风味，甚至在收获期也不存在，直到成熟初期，由于生成少量的乙烯的刺激而发生了一系列酶促变化，风味物质才逐渐形成。

一般含义：对风味物前体转化为风味物产生关键催化作用的专一性酶被称为风味酶。 常见的风味酶：蒜氨酸酶、葡萄糖硫苷酶、脂肪氧合酶和S-烷基-L-半胱氨酸亚砜断裂酶分别是蒜氨酸转变为蒜素、芥子苷转变为异硫氰酸酯、亚麻酸转变为黄瓜醛和香茹酸转变为香茹精反应中关键的效应酶，所以它们都是风味酶。

第三节 酶的固定化

定义：将酶用物理或化学的方法固定在不溶于水的载体上，形成一种可以重复使用的酶，叫固定化酶。 特点：固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不稳定性，具有可反复或连续使用、易与反应产物分离等显著优点，广泛应用于医药、轻工、食品等行业。

一、固定化酶的制备方法 有包埋法、吸附法、共价偶联法，以及交联法等 1．包埋法： 将酶或含酶菌体包埋在多孔载体中，使酶固定化。有凝胶包埋法和微胶囊包埋法。 凝胶包埋法是将酶和含酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶的方法。最常用的凝胶有琼脂、琼脂糖、海藻酸钙、卡拉胶、聚丙烯酰胺等。 微胶囊包埋法是将酶包埋在高分子半透膜中，制成微胶囊固定化酶的方法。常用的半透膜有尼龙膜、醋酸纤维膜等。

2．吸附法：利用各种固体吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面而使酶固定化。 常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅胶、羧基磷灰石等。 特点： 吸附法制备固定化酶，操作简便、条件温和，不会引起酶的变性失活，载体价廉易得，而且可反复使用。但由于是靠物理吸附作用，结合力较弱，酶与载体结合不太牢固而易脱落。

3．共价偶联法 ： 利用酶活性中心外的非必需基团与固相载体上的基团共价结合而制成固定化酶，也叫共价结合法。 特点： 优点是酶与载体牢固，制得的固定化酶稳定性好。缺点是制备过程中反应条件较为强烈，难以控制，易使酶变性失活。共价偶联法常用的载体有纤维素、葡聚糖、琼脂糖、甲壳素等。

4．交联法： 交联法是采用双功能试剂使酶分子之间或酶分子与固相载体之间发生交联作用而制成固定化酶的方法。 常用的双功能试剂有：戊二醛、己二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮苯等。其中应用最广泛的是戊二醛。 特点：用交联法制备的固定化酶结合牢固，可长时使用。但由于交联反应较激烈，酶分子的多个基团被交联，酶活力损失较大。实际使用时，往往与其他固定化方法联用，如将酶先经凝胶包埋后，再经交联等。 采用两个或多个方法进行固定化的技术，称为双重或多重固定化法，用此法可制备出酶活性高、机械强度好的固定化酶。

二、固定化酶的性质 1．稳定性： 一般比游离酶的稳定性好，主要表现在对热、蛋白酶、各种变性剂的耐受性增强，使用和保存的稳定性提高。

2．最适温度： 一般与游离酶差不多，活化能也变 化不大。但也有些固定化酶的最适温度与游离酶 比较有明显的差别。例如，氨基酸酰化酶最适温 度一般在60 ℃左右，用DEAE-纤维素固定化后， 其最适温度高达72 ℃。

3．最适pH ： 往往会发生变化，这一点在使用时必须引起注意。 带负电的载体制备固定化酶，其最适pH比游离酶高；而带正电的载体制备的固定化酶其最适pH比游离酶低；而用电中性的载体制备的固定化酶，其最适pH一般不改变。 产物性质的影响：一般来说，产物为酸性时固定化酶的最适pH比游离酶高一些；产物为碱性时，固定化酶的最适pH比游离酶低一些，产物为中性时，最适pH一般不改变。

4．底物特异性： 固定化酶的底物特异性与游离 酶比较有所不同。比如对一些可作用于大分子底 物，也可作用于小分子底物的酶而言，经固定化 后，由于受到载体空间位阻作用的影响，大分子 底物难于接近酶分子，而使其催化反应速度大大 降低，而小分子底物的反应速度则不受影响。

补充 固定化酶的优点： 提高酶的重新利用率，降低成本；增加连续性的操作过程，使底物由一端流经固定化酶，另一端流出产物；可连续地进行多种不同的反应 ，以提高效率；酶固定化后性质会改变，如最适pH、最适温度，可能更适合食品加工的要求。

缺点： 许多酶固定化时，需利用有毒胡化学试剂促使酶与支持物结合，这些试剂若残留于食品中对人类健康有很大影响；连续操作时，反应体系中常滋生 一些微生物，后者利用食品中的养分进行生长代谢，污染食品；酶固定化后，活性、稳定性、最适pH及最适温度等都会改变，可能影响操作。

酶固定化的方法常用的有： 吸附法（如吸附在有面聚合物、金属氧化物、皂土或硅化物上），截留法（如截留在天然或合成的聚合物如聚丙烯酰胺中）；微胶囊包封法（如包封在聚合物膜中）；离子交换法、交联法、吸附与交联结合法、共聚作用法以及有机聚合物共价连接法等。固定化酶可以用在两种基本的反应系统中： 1.将固定化酶与底物溶液一起置于反应槽中搅拌，当反应结束后使固定化酶与产物分开； 2.利用柱层析方法，将固定有酶蛋白的惰性载体装在柱中或类似装置中，当底物液流经时，酶即催化底物发生反应。

三、固定化酶在食品工业中的应用 自1953年N·Grubhofer用共价偶联法，在载体聚氨基聚苯乙烯树脂上连接了淀粉酶、羧肽酶、胃蛋白酶与核糖核酸酶，获得首批固定化酶之后，经多年实线，运用各种各样的方法，现已制备出数百种固定化酶。如生产中使用规模最大的固定化酶是在DEAE葡聚糖凝胶上固定的氨基酸酰化酶。该酶水解N酰基L氨基酸中的酰胺键，对于N酰基D氨基酸无作用，故可用来拆分DL氨基酸，制备L氨基酸。

在食品工业中，可把固定化的-淀粉酶与葡萄糖淀粉酶混合装柱，糊化的淀粉溶液流经此柱后，淀粉便水解为葡萄糖，这是近几年提出的酶法制葡萄糖的一条新途径。近几年来，不少地方采用过氧化氢对牛奶灭菌，为了除去牛奶中过量的过氧化氢，可用固定化的过氧化氢酶使之分解。此外，还有人介绍固定化的葡萄糖氧化酶清除蛋清中微量的葡萄糖，以防制成的蛋白干片在贮存中发生褐变。

固定化酶在食品工业上还有以下几方面的应用：如用固定化果胶酶澄清果汁；用固定化木瓜蛋白酶澄清啤酒；用固定化葡萄糖异构酶将葡萄糖转变为果糖等。一旦固定化酶大规模用于食品工业，必将有助于更经济更有效地生产高质量的食品。