第六章 酶 Chapter 6：Enzyme

一、概述 二、影响酶反应的因素 三、食品中的内源酶 四、食品加工中重要（外源）酶 五、酶的固定化 六、酶分析

一、概述 Introduction 1、概念 酶是由生物活细胞所产生的，具有高效的催化活性和高度特异性（专一性）的蛋白质。 2、重要性 3、本质 具有催化作用的蛋白质 酶具有活性中心。 4、特性 （1）高效性 为一般催化剂的1000万倍～10万亿倍。 （2）专一性(specificity) 酶对底物具有高度专一性。（绝对、相对、立体）

5、酶的辅助因子 许多酶在作用时，需要一个非蛋白质组分，酶的这个非蛋白质组分称为酶的辅助因子。 即：酶的非蛋白质组分称为酶的辅助因子。 6、酶制剂 酶制剂—酶的工业化制剂。酶制剂应用方便，易获得。

二、影响酶反应的因素 （一）底物浓度的影响 （二）酶浓度的影响 (三) pH的影响 大多数酶的活力最大时最适pH在4.5～8 间 pH影响酶活力的原因: (1) pH引起酶变性而失活 (2) pH改变酶蛋白分子的电离状态 （3）pH改变底物的电离状态 (四) 温度的影响 一般最适温度 动物细胞酶 37～50 ºC 植物细胞酶 50～60 ºC（以上）

(五) Aw 的影响 一般而言，酶活力随Aw的升高而增大。 (六)活化剂的影响 能增强酶的催化能力的物质，即使酶成为活化催化剂的物质称为活化剂。 酶的活化剂（激活剂）多为无机离子或简单有机物。 (七)抑制剂(inhibitor)的影响 有的化合物及M n+ 能使酶的催化作用受到抑制，这些物质称为酶的抑制剂。

(八) 其他影响因素 1、粘度 η↑、活力E↓ （∵移动性降低）。 2、压力 （高）压力↑ 、E活力↓压力使E蛋白解离）。 3、剪切力 剪切力（混合、挤压）↑ 、E活力 ↓ 如制麦芽低聚糖搅拌控制在60～100 r/min。 4、离子辐射、超声波使酶失活。

三、食品中的内源酶 任何动植物和微生物来源的食物原料，均含有一定的内源酶。 (一)脂肪氧合酶 (Lipoxygenases) 1、系统名称：亚油酸：氧-氧化还原酶； EC 1.13.11.12 （顺，顺一1，4一戊二烯） 2、作用底物是：含顺戊二烯的脂肪 如亚油 酸、亚麻酸、花生四烯酸 3、产物及适宜pH 　　使不饱和脂肪酸生成氢过氧化物。 　　适宜pH值：7～8

4.对食品质量的影响 (1)有益功能 a.小麦粉、大豆粉的漂白 　　活性大豆粉中含脂肪氧合酶、催化胡萝卜素降解而使面粉漂白 b.在制作面团过程中形成二硫键 面筋网络形成更好，改善面包等产品质量 [o] －SH －S－S－　　 (2)有害作用 a. 破坏叶绿素和胡萝卜素 b. 产生氧化性不良风味，具有青草味 c. 使维生素、蛋白质被氧化破坏 d. 必需脂肪酸被氧化破坏 是导致青刀豆和甜玉米产生不良风味的主要酶种 5. 控制方法: 热处理　　如大豆　　80～100ºC .　10min

(二) 多酚氧化酶与酶促褐变 1.多酚氧化酶(polyphenoloxidase) (1)系统名称 1，2—苯二酚：氧 氧化还原酶 (二) 多酚氧化酶与酶促褐变 1.多酚氧化酶(polyphenoloxidase) (1)系统名称 1，2—苯二酚：氧　氧化还原酶 　　EC.1.10.3.1 (2)辅基：铜 (3)适宜pH：4～7 (4)存在:　植物、果蔬的叶绿体、线粒体,　马铃薯块茎　分布广泛

2、酶促褐变 Enzyme browning (1)概念 较浅色的水果、蔬菜在受到机械性损伤（削皮、切片、压伤、虫咬、磨浆、捣碎）及处于异常环境变化（受冻、受热等），在酶促（催化）下氧化而呈褐色，称为酶促褐变。 (2)酚酶 酚酶为邻二酚：氧－氧化还原酶（EC.1.10.3.3）， 以Cu离子为辅基，以氧为受氢体, 为末端氧化酶 复合体: 酚羟化酶(phenolhydroxylase)（甲酚酶cresolase）+ 多元酚氧化酶(polyphenoloxidase) （儿茶酚酶catecholase）　 最适pH＝7, 比较耐热,100℃钝化2－8min 西瓜、香瓜、桔子、柠檬无酚酶，不褐变。

(3) 底物 水果、蔬菜中底物为： 一元酚类 邻二酚类（对位二酚也可） （间位二酚不作底物） 如：水果中的儿茶酚 OH 土豆中的酪氨酸 OH (3) 底物 水果、蔬菜中底物为： 一元酚类 邻二酚类（对位二酚也可） 　　　　（间位二酚不作底物） 如：水果中的儿茶酚 OH 土豆中的酪氨酸 OH CH2CHCOOH HO NH2　

（4） 机理 甲酚酶 邻二酚酶 聚合 OH OH O O OH O O O2 O2 n 一元酚 二元酚 醌 黑色素

实例1：土豆的褐变

实例2：含有儿茶酚水果的褐变

3、褐变防止方法 酶促褐变的三个条件，缺一不可。 即：多酚类物质、酚酶、氧气 除去多酚类物质困难，不现实。 ∴一般为 降低酚酶活性、驱氧 　　用于食品方面主要有以下5种 （1）加热处理 　 在适当温度和时间，加热新鲜果蔬，可使酚酶及其它酶失活。 　　常用的方法有：漂烫、巴氏杀菌 加工中，必须严格控制时间和温度。不彻底加热，反而促进褐变;过度则影响风味、质构。微波加热，热穿透力强，迅速均匀，不影响风味。

（2）酸处理法 　多数酚酶最适PH＝6～7，PH < 3失活。 　常用的酸有：柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸、混合酸。 　　柠檬酸可降低pH，还可络合酚酶辅基Cu2+，但单独用效果不大。常与抗坏血酸、亚硫酸合用。 　　实践证明：0.5%柠檬酸 + 0.3%抗坏血酸效果好。 抗坏血酸还可使酚酶失活，且可耗氧。

抗坏血酸抑制酶褐变的机理

（3）亚硫酸盐类处理法 亚硫酸类是酚酶抑制剂。 常用的有： 　二氧化硫 SO2 　亚硫酸钠 　　　Na2 SO 3 　亚硫酸氢钠　　 NaH SO 3 焦亚硫酸钠　　 Na2 S 2 O 5 低亚硫酸钠 Na2 S 2 O 4 如：在蘑菇、马铃薯、桃、苹果等加工中，常用二氧化硫及亚硫酸盐类作护色剂。 实验表明：10ppm可抑制酚酶活性，但有挥发损失，还与醛类加成等。实际应用300ppm，残留 < 20 ppm。 　 在微酸性（pH＝6）时，抑制酚酶的效果最好。 　 防止原因有三： a.抑制酶活性　b.将醌还原为酚 c.与醌加成，防止聚合

(4) 驱氧 驱氧措施有： a. 涂Vc液，涂膜　 b. 浸没:　 c. 渗入：　 (5) 加入络合剂，抑制激活剂。 4、褐变的利用 　　期望的褐变： 苹果酒、红茶发酵（生成茶红素）、可可粉、葡萄干、梅干、椰枣、无花果。

（三）果胶酶 (Pectic enzymes) 1.存在 　高等植物、微生物 2.类型 果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶 3.果胶酯酶（果胶甲酯酶） 　果胶　果胶基水解酶　EC　3.1.1.11 　存在：高等植物、细菌、真菌 4.聚半乳糖醛酸酶 聚－α－1，4－半乳糖醛酸苷基－水解酶，EC　3.2.1.15 分内切酶和外切酶 存在：植物、真菌、细菌

5.果胶裂解酶 (Pectin lyases) [聚（1，4-半乳糖醛酸苷）裂解酶，EC 4.2.2.2] 存在： 黑曲霉 、米根霉 6. 对果蔬质构的影响 果胶物质是植物细胞的胞间层的主要成分，其聚合度及酯化度的改变会影响其质构，使组织软化。 ∴在贮藏及运输中应避免伤、烂。 7. 应用 (1)澄清果汁：提高内源酶活力、加外源酶 澄清果酒：以提高出汁率、澄清效果 (2)控制果汁浑浊型果汁的浑浊度，维持悬浮颗粒的稳定性。 (3)柑桔瓤瓣的分离 (4)提取植物蛋白质，用果胶酶处理，Pro得率↑

(四) 过氧化物酶 (Peroxidases) 1.存在 高等植物、牛奶、动物组织 2.结构 含有一个血色素作为辅基 3.催化反应 ROOH + AH2 ROH + H2O + A AH2是电子供体 如：Vc、酚、胺类等

4.特性 (1) 具有很高的耐热性 (2) 酶活力测定作用 还原剂被氧化后产生颜色，可用比色法测定过氧化物酶活性。简易、灵敏 可作为考察热烫处理是否充分的指示酶。 (3) 过氧化物酶活力的变化与一些果蔬的成熟和衰老有关 (4) 催化Vc氧化、破坏Vc的生理功能 (5) 催化不饱和脂肪酸过氧化物裂解产生不良气味的羟基化合物 (6) 催化类胡萝卜素漂白、花青素脱色

(五) 蛋白酶 (protease) 存在：动物组织细胞的溶菌体中。 适宜PH为 2.5～4.5 作用条件：动物死亡，组织破坏，pH下降，酶激活 特性： 　　将肌肉蛋白质水解成游离氨基酸，产生优良的肉香风味。肌原纤维、胶原等结缔组织分解。

(六)、内源酶对贮藏加工的影响 1、食品中的内源酶 食品中的内源酶除了上述的脂肪氧合酶、果胶酶、多酚氧化酶、过氧化物以外，还含有：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、（半）纤维素酶、植酸酶、过氧化氢酶、核糖核酸酶、戊聚糖酶…… 2、有利的影响，不利的影响 （1）水果的催熟、后熟： 香蕉的催熟：用乙烯、酒精、乙炔催熟 洋梨罐头：催熟后香气、风味↑↑ 水果后熟：淀粉水解 　 糖↑，单宁↓　 　涩味↓　 （2）面粉陈熟（陈放后成熟） 当陈放后，面筋Pro －SH被氧化为－S－S－，工艺性、质量↑↑　 （3）鲜味的提高 如金华火腿 鲜腿腌后，在25～37ºC下发酵30天 肉　　氨基酸　如谷氨酸由0.02%，↑1% ∴有强烈的鲜味

（4）果蔬的褐变 （5）有利因素利用的措施 适宜的温度 一定的O2 促进酶活性 （6）不利因素的控制 灭酶 降低酶活性、pH控制 隔氧、浸入水中（酸液） . 加入NaHSO3、Na2SO3

四、食品加工中重要（外源）酶 （一）淀粉酶 (amylases) 淀粉酶可分为：α－淀粉酶、β－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶（异淀粉酶）。 食品工业所用的酶制剂：多数是水解酶，主要包括糖酶、蛋白酶、脂酶。主要的糖酶：淀粉酶、果胶酶、转化酶、乳糖酶、纤维素酶。 （一）淀粉酶 (amylases) 淀粉酶可分为：α－淀粉酶、β－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶（异淀粉酶）。 1. 葡萄糖淀粉酶 (glucosidases) （1）作用原理　 外切酶，从非还原末端水解α－1,4糖苷键，切下葡萄糖，也可以水解α－1,6、α－1,3糖苷键 (2) pH = 4.0 ～ 4.5 (3)温度 58 ～ 60℃ (4)Mn+ 重金属Ca2+　、Hg2+ 、Ag+ 、 Pb2+ 抑制。

4. 脱支酶（异淀粉酶 isoamylase） （1）水解淀粉及糖原的α－1,6糖苷键将支链剪下。 产物：直链淀粉、糊精 （2）pH＝5.6 ～ 7.2 (3) 温度　45 ～ 50℃ (4) Mn+ 　 Mg2+ 、Ca2+ 激活作用。 Hg2+ 、Cu2+ 、Fe2+ 、 Al3+ 抑制作用。 5. 葡萄糖异构酶（E.C.5.3.1.5） (1) 葡萄糖→E→ 果糖 (2) 　pH＝　6.5 (3) 温度　T　＝　75℃ (4) Mn+ 　　 Co2+ 、Mg2+ 、( Mn+ )激活。 Fe2+ 、Cu2+ 、Zn2+ 、Ca2+ 、Al3+ 、Ni2+ 抑制。

6、β－葡聚糖酶 （1）内切酶 　麦芽，大麦β－葡聚糖酶　　 低聚糖3 ～ 5 （2） PH = 5 ～ 7 （3） T = 50 ～ 60 ℃ 7、纤维素酶 （1）　水解β－1.4糖苷键 （2）　PH＝4 ～ 5 （3） T = 50 ～ 55 ℃

(二)蛋白酶(protease) 蛋白酶是生物体系中含量较多的一种酶，也是食品工业中较重要的一类酶。 1.分类 （1）按作用方式 　1.分类　 （1）按作用方式 　　内肽酶（肽链内切酶） 　　外肽酶（肽链端解酶，又可分为氨肽酶、羧肽酶） （2）按适宜pH不同 酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶 （3）根据来源 　动物蛋白酶、　植物蛋白酶、　微生物蛋白酶 （4）根据活性中心的化学性质，按作用机制 A. 丝氨酸蛋白酶　 B. 巯基蛋白酶（半胱氨酸蛋白酶）　 C. 金属蛋白酶　 D. 天冬氨酸蛋白酶（酸性蛋白酶）

2、酸性蛋白酶 采用黑曲霉3.4310菌株，发酵、提取、精制。 产物小肽＋氨基酸 pH＝2.5～4 T＝40℃　　　 Mn2+ 、Ca2+ 、Mg2+ 激活。 Cu2+ 、Hg2+ 、Al3+ 抑制。 应用： 　啤酒、果酒澄清。 动、植物蛋白质水解营养液

3. 中性蛋白酶（E.C.3..4.21.14） AS1398枯草芽孢杆菌 pH＝6～8 T = 37℃ Mn+ Mn2+ 、Ca2+ + 、Mg2+ 激活。 Cu2+ 、Hg2+ 、Al3+ 抑制。 4. 碱性蛋白酶 枯草芽孢杆菌 pH＝10～11(8～12) T=40～50℃(20～65℃) M n+ 　　 Mn2+ 、Ca2+ 激活。 Cu2+ 、Mg2+ 抑制。

5. 木瓜蛋白酶（E.C.3.4.22.2）木瓜胶乳中 pH＝5 ～ 7 (3 ～ 9) T = 10 ～ 90℃ (热稳定性较高) 60 ～ 75℃ (最适) 应用： 水解原料蛋白质、肉的嫩化剂，啤酒的澄清。 使用方便，价格便宜。

（三）脂酶 (lipases) 1. 中性脂肪酶（EC.3.1.1.3） A.作用方式: 作用于油/水界面的脂分子 B. 产物 脂肪酸 甘油双酯（Sn－1,2; Sn－2,3）, 甘油单酯（Sn－2）,甘油 C. 热稳定性 短时40～42℃, 长时38～40℃ D. pH＝7～7.5 E．Mn+ 激活作用: Ca2+、 Sr2+ (锶)、胆酸盐。 抑制作用: Cu2+　、Fe3+ 、Fˉ、脂肪酸。 F．不利作用 水解酸败、且促进氧化酸败 如：牛奶、奶油、干果…产生不良风味。牛乳ADV（酸度值）＞5，陈腐味 G．有利作用： 当ADV＝1.5，牛乳　良好风味, 当ADV＝2.5，干酪　良好风味 改进脂肪质量，产生特殊风味，生产风味物,生产乳化剂（利用酯酶的专一性） 2. 胰脂酶（脂酶的专一性） 　　仅水解三酰基甘油的1.3位置的酯键。

五、酶的固定化 1.意义及概念 （1）意义 A. 提高酶的稳定性 B. 回收酶、降低成本，利于连续化生产。 C. 提高产物纯度（二者混在一起） （2）概念 将酶与水不溶性载体结合，制备固定化酶的过程称为酶的固定化。 　 固定在水不溶性载体上，并在一定的空间范围内进行催化反应的酶，称为固定化酶。

2.固定化酶的制备方法 　　制备固定化酶的方法有：吸附法、包埋法、共价交联法 （1）吸附法 A. 利用各种吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面而使酶固定化的方法称为吸附法。 B.常用吸附剂有：氧化铝、活性炭、硅藻土、纤维素、多孔陶瓷、多孔玻璃、羟基磷灰石、高岭土等。 C.优点： 　 操作简便，条件温和，不需特殊化学试剂，不会引起酶的变性，载体价廉易得，可反复使用。 D.缺点 结合力弱，易脱落，解吸。

（2）包埋法 将酶或含酶菌体包埋在多孔载体中，使酶固定化的方法称为包埋法。 包埋法可分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。 凝胶包埋法是将酶包埋在凝胶内部的微孔中，如：聚丙烯酰胺凝胶。 微胶囊包埋法是将酶包埋在微胶囊的半透膜中，如：明胶、阿拉伯胶、海藻酸钠

（3）交联法 a. 载体交联法 将酶的羧基或氨基等共价结合在已活化的载体上。 载体有：尼龙、纤维素、壳聚糖、聚丙烯酰胺…… 例：芳香族氨基水不溶性R－NH2 酶有：木瓜蛋白酶、脲酶、葡萄糖氧化酶等。 b. 多功能（双功能）试剂交联法 双功能试剂与酶分子连接起来。 例：戊二醛作双功能试剂（有N－末端氨基）

3.固定化酶的性质 游离酶经固化后，可能引起酶性质的改变： 酶分子构象的改变 微环境的影响 底物在载体和溶液间存在分配效应、扩散效应 温度、pH可影响固定化酶的活力。 固定化后，酶的稳定性发生改变，有的变得更稳定，有的变得不稳定，有的不改变。 固定化酶动力学方程见P215～216（6－18、6－23式）

4. 应用 固定化酶使酶与产物分离，提高产物纯度。 固定化酶可连续使用，适合于规模化工业化生产。 食品工业应用实例： （1）固定化葡萄糖异构酶 将葡萄糖异构成果糖，可将玉米淀粉水解成葡萄糖后，再异构成高果糖玉米糖浆。 （2）固定化木瓜蛋白酶处理啤酒，防止混浊。 （3）固定果胶酶用于澄清果汁 （4）固定柚苷酶用于柑汁脱苦 （5）固定化酶法生产二肽甜味剂 （6）固定化磷酸二酯酶与AMP脱氨酶生产5′－肌苷酸。 （7）DL－氨基酸的光学拆分合成氨基酸 (8) 面粉中的应用 （9）食品分析 应用酶电极测定氨基酸、乳酸、甲酸、乙醇

六、酶分析 酶分析包括两个方面： 一是以酶为分析对象的分析，即“酶活力测定” 　一是以酶为分析对象的分析，即“酶活力测定” 另一种是以酶为分析工具或分析试剂的分析，即酶法分析二者的测定原理和方法都是以酶能专一、高效催化化学反应为基础。通过酶反应速度的测定而检知相应物质的含量。 酶法分析的对象可以是酶的底物、辅酶、活化剂、抑制剂。 通过控制条件，分别使底物、辅酶、活化剂、抑制剂的浓度在酶反应中起决定反应速度的主导作用。根据测定酶反应速度及与它们间确定的比例关系可求知它们的浓度。 （一）被测物是酶的底物 （二）被测物是辅酶 (三) 被测物是激活剂 （四）被测物是抑制剂 （五）固定化酶分析应用 如固定化酶柱、酶电极、含酶薄片、酶管感应分析器。