第六章 酶.

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1 第六章 酶

2 一、酶对食品科学的重要性 第一节 引言 控制着所有重要的生物大分子的合成、分解 食品加工的主要原料是生物材料, 生物材料中含有大量的酶
第一节 引言 一、酶对食品科学的重要性 控制着所有重要的生物大分子的合成、分解 食品加工的主要原料是生物材料, 生物材料中含有大量的酶 酶的作用 有益的：皱胃酶、蛋白酶 有害的：果胶酶、脂酶 有效地使用和控制内源酶和外源酶

3 酶的定义 酶是具有催化性质的蛋白质，其催化性质源自于它特有的激活能力。 酶的发展简史
1833年，Payen和Persoz发现麦芽提取液的酒精沉淀物中有一种对热不稳定的物质-----淀粉酶。 19世纪中期发现了胃蛋白酶、多酚氧化酶、和过氧化物酶。 1894年，德国化学家Emil Fischer发展了酶的特异性（专一性）的概念。

4 二、酶的本质 （一）酶是蛋白质 定义（1979年） 酶是具有催化性质的蛋白质，其催化性质源自于它特有的激活能力。 目前 并非都是蛋白质 一些小的核糖核酸分子具有催化能力 食品工业使用的酶都是蛋白质。

5 完整的活性酶体系包括蛋白质和非蛋白质部分
protein part - apoenzyme 脱辅基酶蛋白 Holoenzyme 全酶 小分子有机化合物 non protein part - cofactor 金属离子 coenzyme prosthetic group 辅酶 辅基  有些酶不含非蛋白部分，即并非所有的酶均含有Confactor。

6 （二）酶是催化剂(Catalytic activity)
酶是生物催化剂，其作用是降低反应的活化能（Ea），加速反应的进行，并不影响反应的最终的平衡状态。 Arrhenius 方程 Ea: 是动力学考虑的问题，决定反应的速度； A：频率因子或Arrhenius 因子 酶作为催化剂的特点： 1．用量很少 酶浓度通常在 mol/L。 2．效率高 酶的周转数 当酶被底物饱和时，在1秒或1分钟内，1mol的活性酶能催化底物周转变成产物的摩尔数。

7 （三）酶具有特异性（Specificity）
酶具有不同程度的底物（substrate-specificity）特异性。（一）酶作为催化剂的机制 1．Emil Fischer提出的“锁和钥匙”模式 在酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位，这个活性部位在结构上能与底物精确地互补。底物与酶之间存在某种立体专一结合。底物类似钥匙，酶类似锁。

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9 2．Koshland的“诱导楔合”（Inducedfit）模型
诱导楔合模型要点 （1）当底物与酶的活性部位结合时，酶蛋白的几何形状有相当大的改变； （2）催化基团的精确定向对于底物转变成产物是必需的； （3）底物诱导酶蛋白几何形状的改变使得催化基团能精确地走向和底物结合到酶的活性部位上去。 催化基团 结合基团

10 （1）低特异性（Low specificity） 不能辨别底物，仅能对裂开的键表现特异性，如非特 异性脂酶。 O
酶的底物特异性 （1）低特异性（Low specificity） 不能辨别底物，仅能对裂开的键表现特异性，如非特 异性脂酶。 O  O CH2-O-C-R1  | R2-C-O-CH | CH2-O-C-R3 （2）基团特异性（Group specificity） 对于相邻于特定基团的一个特殊的化学键表现出特异性。 如胰蛋白酶对羧基一侧为精氨酸和赖氨酸的肽键表现特异性。 X-NH-CH-C-NH-CH-COOH (精氨酸或赖氨酸) | | R R2

11 （3）绝对特异性（Absolute specificity）
酶仅作用于一种底物并催化一个反应。例如，脲酶只能催化脲素水解，不能催化甲基脲水解。 （4）立体化学特异性（Stereochemical specificity） 通常显示出正确无误和完全的立体定向性，能区别光学或立体异构体。几乎总是选择一对对映体中的一种形式做底物，除非酶的特异功能是催化对映体的异构化。

12 三、辅助因子（Cofactors） 辅酶---维生素的衍生物 P197 表6-4 与活性部位缔合的除维生素外的小分子有机化合物 无机离子，直接参与反应或作为激活剂的金属阳离子或阴离子。P196 表6-3

13 习惯命名 α-淀粉酶、纤维素酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、过氧化物酶或过氧化氢酶 商品名称 系统命名 每一种酶被指定一个由4位数字组成的酶委员会编号（EC number）。 四、 酶的命名 例：聚半乳糖醛酸酶，EC 水解酶，糖苷键，O-糖苷

14 酶的系统命名的原则

15 L－抗坏血酸＋1/2 O2 L－脱氢抗坏血酸＋H2O
习惯命名：抗坏血酸氧化酶 系统命名：L－抗坏血酸:氧 氧化还原酶 酶编号：EC 。

16 （一） 氧化还原酶类 催化底物的氧化还原，反应时需要电子的供体和受体。 AH2 ＋ B === A＋BH2 AH：供氢体， B：受氢体。
根据供氢体的性质，又可分成氧化酶类和脱氢酶类。 1．氧化酶类 按照生成产物是H2O还是H2O2，又可分成两小类。 在生成H2O2的反应中，一般需要FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）或FMN（黄素单核苷）为辅基。 作用时，底物脱下的氢先交给FAD形成FAD·2H然后FAD·2H与氧作用，生成H2O2，放出FAD。

17 如葡萄糖氧化酶 2．脱氢酶类 催化从底物上直接脱氢，例如醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶。

18 （二）转移酶类 催化一种分子上的基团转移到另一种分子上。 A－R＋B ==== A＋B－R R为被转移基团，可以是一个很小的基团，也可以是一个糖残基甚至一条多糖键。 此类反应的底物有两个：一个是供体，一个是受体。 （三）水解酶类 催化大分子物质加水分解为小分子物质。 A－B ＋ H OH ==== A OH ＋BH 大都属于胞外酶，在生物体内分布最广，数量也最丰，应 用最广泛。 淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、核糖核酸酶及纤维素酶等。

19 （四）裂解酶类 催化一个化合物分解为几个化合物或逆反应。 A－B ==== A ＋ B （五）异构酶类 催化底物的分子内重排反应。如，葡萄糖异构酶。 葡萄糖 ==== 果糖 （六）合成酶类 将两个底物分子合成为1个分子，反应时，由ATP或其他高能的核苷三磷酸提供反应所需的能量。 A ＋ B ＋ ATP ==== AB ＋ ADP（或AMP） ＋ 无机磷酸 （或焦磷酸）

20 第二节 酶在食品材料中的分布 1．酶的分布 （1） 酶在食品材料中的分布是定位化或区域化分布的。 细胞中大多数的酶与亚细胞器的膜结合。 （2）一种酶往往仅存在于细胞的一类细胞器。 细胞核 主要涉及到核酸的生物合成和水解降解。 线粒体 含有与氧化磷酸化和生成ATP有关的氧化还原酶。 溶菌体和胰酶原颗粒 主要含有水解酶。 （3）特定的器官含有特定种类的酶。 动物胃肠道 主要含水解碳水化合物、脂、蛋白质和核酸酶。 种子含有相当数量的水解

21 2. 酶的隔离分布和与底物的接近 酶与底物接近会导致食品的色泽、质构、风味、芳香和营养质量上的改变。 3. 酶在食品原料中的含量 不同食品原料找能够含有的酶的种类和数量不同。 同一种酶在同一种食品原料中的含量还与生物体的年龄（成熟度）和生长的环境条件。

22 第三节 酶的纯化和测定 一、酶的纯化（Purification) 食品级酶制剂必须符合食品法规，但不是纯酶，含有其它酶组分和非酶组分。 酶的分离纯化技术包括： 选择性沉淀（高浓度盐或有机溶剂） 膜分离 层析技术（凝胶过滤色谱、离子交换色谱、亲和色谱）等。

23 二、酶活的测定（Activity Assay)
1. 测定酶活力的方法： （1）通过定量测定酶反应的产物或底物的变化。 （2）通过定量测定酶反应底物中某一性质的变化，如粘度等。 酶活定义：在一定条件下，催化单位底物转变成产物所需的酶量。 酶活单位 U：国际生物化学协会酶委员会定义：每分钟催化1μmol底物发生转变的酶量，即：1μmol/min。 kat：酶活力的SI单位，即Katal。Katal的定义是每秒钟催化1 mol底物发生转变的酶量，即：1mol/s 。 1 kat=6×107 U U=1.67×10-8 kat 商业上，根据需要

24 通常在酶的最适pH和离子强度以及指定的温度下测定酶活。 直接测定酶活(direct assay)
2．酶活力测定方法： 通常在酶的最适pH和离子强度以及指定的温度下测定酶活。 直接测定酶活(direct assay) 测定酶作用于底物的速度来确定酶的活力,测定产物的形成速度 产物量 时间 当[E。]远远小于[S。]时 v=Vmax=k3[E。], v与[E。]成正比。 初速度 酶浓度 不同酶浓度下产物量随时间的变化 初速度随酶浓度的变化

25 酶活测定必须满足的条件： （1）产物的量与时间呈线性关系 即要测初速度。
（1）产物的量与时间呈线性关系 即要测初速度。 （2）反应速度与酶量呈线性关系 即要满足[S。]远远大于Km(至少大于20倍)。 报道酶活应该写明： 酶活测定的条件，定义。 比酶活，一般是酶活 U/mg蛋白质。 单点测定（Single-point assay） 必须保证产物的浓度与反应时间在0-t1段呈线性关系。 淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶几乎无一例外。

26 第四节 酶反应动力学 E: 游离状态酶； S: 底物； ES: 酶-底物络合物 P: 反应产物； K: 反应速度常数 反应速度：v=d[p]/dt 动力学：v[S]

27 一、酶催化反应动力学 （单底物酶反应动力学） 1902年Henri 反应速度v和底物浓度[S]的关系非线性

28 Michaelis-Menton Equation
Km ： Michaelis 常数，米氏常数。 Vmax： 最大反应速度，所有的酶都以ES形式存在，及酶被底物饱和。

29 米氏方程的推导 快速平衡假定: (1) 反应速度为初速度， [S]消耗仅占[S]0的5％以内，产物生成极少，(E+P)的逆转可以忽略不计。 (2) [S]大大高于 [E]，[ES]的形成不会明显降低 [S]。 (3) ES解离成(E＋S)的速度也大大超过ES分解形成(P＋E)的速度，E+S ES的可逆反应在测定初始速度υ的时间内已达到动态平衡，少量P的生成不影响这个平衡， 稳定态假定

30 双曲线特征 当[S]远远小于Km时 一级反应动力学 当[S]远远大于Km时 零级反应动力学 vmax的意义：在最适条件和被底物饱和时的理论上的最大反应速度。 其他情况介于一级和零级之间

31 Km的意义 当v=vmax/2时，Km=[S] 即Km为当酶反应速度达到最高反应速度一半时的底物浓度。 Km指示酶与底物的亲和力。 Km较低，亲和力高，催化效率高。

32 Km 和Vmax的测定 米氏方程两边取倒数得： 截距=1/vmax 斜率=Km/ vmax

33 二、酶的抑制动力学 抑制剂：能抑制甚至阻止酶催化反应进行的物质。 无机物：强酸、强碱、重金属离子（Hg2+、Pb2+或Ag+）、一氧化碳、硫化氢等， 有机化合物：某些有机碱、染料、EDTA、SDS、脲或酶催化反应的自身产物等。 抑制作用有可逆性抑制和不可逆性抑制。

34 1．不可逆抑制 抑制剂一旦与酶结合，再也不能用透析或稀释等方法将其除去，酶的催化活力永久性丧失。 一般都抑制剂与酶的活性中心基团结合。例如，重金属离子、碘乙酸等与酶活性中心的－SH结合，有机磷化物与酶活性中心的丝氨酸残基上的－OH结合。

35 2．可逆抑制 通过透析或凝胶过滤色谱可是使抑制剂－酶络合物离解和使酶活力复原； 四类可逆： Lineweaver-Burk方程在存在抑制剂和不存在抑制剂时的差别仅表现在斜率和/或截距上。 (a) 竞争性； (b) 非竞争性； (c) 反竞争性 (d) 变构抑制剂。

36 （一） 竞争性抑制（competitive inhibition）
抑制剂与底物竞争与酶反应 E + S ES E + P KIE E + I EI KIE:酶-抑制剂络合物离解常数 Km变大，但Vmax不变

37 （二）  反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）
抑制剂与ES作用而不是与E作用 E + S=== ES +I=== ESI E + P ESI: 酶-底物-抑制剂络合物 KIE:酶-抑制剂络合物离解常数 Km 和Vmax均变小

38 （三） 非竞争性抑制 （noncompetitive inhibition）
抑制剂与E和ES均作用 E +S === ES === P + E I I ‖ ‖ EI ESI 当KIE=KESI时 简单的非竞争抑制 Km不变，Vmax变小 KEI:酶-抑制剂络合物的离解常数

39 不同类型的可逆酶抑制的特征： 抑制类型 与酶结合 对Vmax的表观影响 对Km的表观影响 对1/V-1/[S]图影响 竞争 E 不变 增加 相交于Y轴 反竞争 ES 下降 平行线 非竞争 简单 E,ES （KIE=KESI） 相交于X轴 偏向竞争性 E,ES （KIE<KESI） 上方 偏向反竞争性 E,ES （KIE>KESI） 下方

40 第五节 影响酶活力的环境因素 （Factors influencing enzyme activity）
内在因素 酶的浓度 底物的浓度 环境条件 pH 温度 水分活度 抑制剂

41 酶浓度 当[E]＜＜[S]， 反应速度∝酶浓度 酶浓度对反应速度的影响

42 一、温度对酶反应的影响 1.温度对酶活力的影响 测定方法：在不同温度下测定酶活。

43 2. 酶的热稳定性 测定方法：酶液置于不同温度下保温一定时间后，在同一条件下测定酶活。

44 3. 酶反应最适温度 1. 最适温度是操作参数 （1）温度较低时，提高温度反应速度提高。 （2）温度较高时，酶会热失活。

45 4. 酶失活动力学 遵循一级动力学 根据lg[EN]对t作图，直线的斜率为- k/2.303, 以此可求出k。

46 Arrnenius方程 Ea：酶热变性的活化能 R：通用气体常数 lgk－1/T 呈线性关系 直线的斜率为

47 活化能高表示反应速度随温度的提高很快提高。
降低活化能，产生两个效果 低温下，使高比例的反应物转变成产物。 升高温度对酶反应速度造成的影响相对较小。 在酶稳定的范围内，尽可能采用高温。

48 酶在高温下会失活，在低温下也会失活。但酶在低温下一般为可逆失活的失活
酶在高温下会失活，在低温下也会失活。但酶在低温下一般为可逆失活的失活 酶在低温下失活可归因于蛋白质的展开，如果酶有四级结构，也可归因于亚基的解离。

49 5. 低温下酶的作用 （1）食品原料部分冻结（0℃以下）时，酶的活动并没有完全停止。
5. 低温下酶的作用 （1）食品原料部分冻结（0℃以下）时，酶的活动并没有完全停止。 （2）“冻结”或“固体状态” 是指整个体系的外型，并不是酶所处的状态。 （3）冻结时，体系的一部分水 固相，提高了溶质在冻结液相的度。 （4）在通常的食品的冻结温度下，总还是有足够的液体水分子使酶能继续作用。

50 试样在低于其冰点的一定温度范围内部分冻结后，酶的活力有可能提高，也可能降低。
应避免稍低于冰点的温度保藏食品，因为： 水冻结后，酶和底物浓缩，促进酶活 冻结和解冻破坏组织结构，酶容易接近底物

51 二、pH对酶的影响 大多数酶的最适pH在4.5-8.0之间。 极端情况： 胃蛋白酶：1.8 精氨酸酶：10.0
极端情况： 胃蛋白酶：1.8 精氨酸酶：10.0 酶活力-pH曲线一般为S型或呈钟型 pH通过影响酶的活性部位或控制酶构象的区域的功能团的解离状态来影响其酶活。 酶具有最适pH: （1）酶具有最适的构象。 （2）pH对底物与酶的亲和力的影响。 （3）pH对酶的稳定性。

52 1－胃蛋白酶作用于N-乙酰－L-苯丙氨酰－L－二碘酪氨酸
2－过氧化物酶作用于愈创木酚 3－胰蛋白酶作用于酪蛋白 4－碱性磷酸脂酶作用于对硝基苯磷酸酯

53 三、水分活度 在在冷冻和干燥食品体系应重点考虑。 在很低的水分含量下酶还能作用。 食品中的水分含量必须低于1%～2%，才能抑制酶活力。

54 37.8℃的密闭容器中，水分含量与保藏时间对未经漂白的专利粉的脂肪酸度的影响
KOH(mg/100g面粉) 水分（14%） 10% 6% 3% 时间（周）

55 水分活度足够低时，酶反应不能进行，但酶没有失活。提高水分活度，酶的活力会再生。
不同的水分活度条件下，最终产物的积累值不同。

56 四、电解质和离子强度 对于一些酶，某些离子是所必须的。 重金属离子Hg2+、Pb2+和Ag+通常能抑制酶。
阴离子对酶的作用一般倾向于非特异性，而任何酶对阳离子的要求有时是特异性的。 有可能激活酶的离子有：Na+、K+、Rb+、Cs+、Mg2+、Ca2+、Cr3+、Cu2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Al3+和 H+。它们的离子半径相差不大。处在已发现的原子半径的中间区域。

57 离子激活的机制 ⑴ 成为活性部位的一部分。 ⑵ 在酶和底物之间形成一个结合桥。 ⑶ 改变酶反应的平衡常数。 ⑷ 改变酶蛋白表面电荷。
⑸ 除去反应抑制剂。 ⑹ 从活性部位或从底物中取代一个无效的金属离子。 ⑺ 将平衡从活性较低的物象移向活性较高的构象,稳定物象如:稳定最适构象。如, Ca2+对淀粉酶的最稳定

58 五、压力 一般压力不致于高到使酶失活 几种处理方式相结合时，导致酶失活 压力-高温处理 压力-高剪切处理 高压灭酶

59 六、剪切 混合、管道输送、挤压，使酶失活 在作用停止后，酶活再生

60 七、离子辐射 离子辐射能使酶完全失活所需的剂量比破坏微生物所需的剂量大10倍。 缺氧和干燥条件下，酶稳定性高 室温下比低温下失活的程度高
采用热-离子辐射结合处理的方法

61 八、蛋白质的界面失活 蛋白质一般倾向于吸附在表面，二级和三级结构很快展开。 起泡产生气/水界面，使酶活力受到损害。
脂酶是例外，它适合于油/水界面上作用催化三酰基甘油酯水解），但是脂酶在气/水界面上也会失活。

62 第六节 固定化酶 1916年Nelson和Griffin将转化酶吸附在炭和氧化铝上。 1954年至1961年，Melaren、Esterwann和Zittle将酶吸附到无机载体上， Bar-Eli和Katchalski，Mitz和Summaria分别将酶共价结合到有机共聚体和纤维素。 1961年以后，固定化酶飞跃发展

63 一、 固定化酶的优点 (1) 可反复多次使用； (2) 易与反应物分开； (3) 酶被固定后，酶的稳定性得到显著提高； (4) 产物不含酶，可省去热处理灭酶步骤，有利于提高食品的质量； (5) 能长期使用，并可以预测它的衰变的速度； (6) 提供了研究酶动力学的良好模型。

64 二、酶的固定方法 吸附 将酶吸附在炭、有机聚合物、玻璃、无机盐、金属氧化物或硅胶等材料上。 结合力:氢键、配位键和范德华引力, 具有弱键的性质，当温度、pH和离子强度改变，或者有底物存在时，结合的酶可能会解吸。

65 2．截留 用凝胶（聚丙烯酸胺、硅橡胶和淀粉凝胶等）包理将酶截留。 小分子底物通过扩散自由进入凝胶颗粒，酶和相对分子质量较大的终产物不能从凝胶颗粒中渗漏出去。 只能适用于低相对分子质量底物。 酶通过扩散而损失的可能性还是存在。

66 3.微胶囊包合 类似于截留法，但不形成凝胶，而是形成很小的颗粒或微胶囊。 同样只能适用于低相对分子质量的底物。 微胶囊包合法克服了酶泄漏的缺点。

67 4．离子交换 通过静电相互作用将酶和离子交换剂连接起来。 pH和离子强度的改变会导致酶的渗漏，但是严格控制操作条件可以克服这个缺点。

68 用各种双官能试剂如戊二醛将酶分子连接起来。
5. 交联 用各种双官能试剂如戊二醛将酶分子连接起来。 酶分子通过双官能试剂彼此相连接后，一部分起着载体的作用而失去了催化能力，因此用交联法固定的酶活力较低。

69 6．吸附和交联 先将酶吸附到一种材料上，例如硅胶，然后再将被吸附的酶交联起来。 得到的固定化酶比单独用吸附或交联法产生的要稳定。 7．共价连接物 用合适的载体和化学试剂（酰基化试剂、烷基化试剂、醛等）使酶通过其游离的氨基或羧基与载体共价结合。 反应条件必须温和，保证酶固定后保持高的活力。 得到的固定的酶一般不会再渗漏。

70 三、固定化酶在食品工业中的应用 仅有少数固定化酶被应用于工业化 食品配料生产，如高果糖浆、低聚果糖等。 食品分析，包括在线分析 固定化酶用于食品保藏，如应用固定化葡萄糖氧化酶去除食品中的氧气以提高食品品质等。

71 玉米淀粉 糊精（DP≈10） 葡萄糖 高果糖浆 菌种 －淀粉酶 葡萄糖淀粉酶 葡萄糖异构酶 应用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆
葡萄糖 高果糖浆 葡萄糖淀粉酶 葡萄糖异构酶 菌种 链霉素、凝结芽孢杆菌、放线菌 载体 DEAE-纤维素、多孔陶瓷 反应平衡常数=1，[葡萄糖]=[果糖]

72 第七节 内源酶的作用对食品质量的影响 食品原料中的酶 内源酶 微生物污染而引起的酶 产生两类不同的结果： 加快食品变质（果蔬储运） 提高食品质量（小麦粉漂白、肉的嫩化）

73 一、颜 色 颜色－食品重要的品质指标之一。 导致水果和蔬菜中色素变化的3个关键性的酶是：脂肪氧合酶、叶绿素酶、多酚氧化酶 （一）脂肪氧合酶（Lipoxygenase ） 1. 名称 脂肪氧合酶 亚油酸：氧 氧化还原酶 EC

74 2. 催化的反应 底物：具有顺，顺－1，4－戊二烯结构 亚油酸，亚麻酸、花生四烯酸 必需脂肪酸 以亚油酸为底物时的反应过程 第1、2和3步产生自由基 第4步产生氢过氧化物。

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76 氢过氧化物和自由基的进一步变化 （分解和氧化作用） 分解产生醛（包括二醛）和其他会产生不良风味的化合物。 破坏食品中的色素（叶绿素、类胡萝素）和维生素。 氧化蛋白质：最敏感的氨基酸残基是半胱氨酸、酪氨酸、 组氨酸和色氨酸。 在面团的面筋蛋白中形成二硫键。

77 3. 脂肪氧合酶对食品加工的影响 有益的功能： ① 小麦粉和大豆粉的漂白。 可以免加化学氧化剂、例如碘酸钾。 ② 在制作面团过程中形成二硫键。 有害的功能： ① 破坏叶绿素和胡萝卜素。 ② 产生氧化性的不良风味，如青草味。 ③ 使维生素和蛋白质类化合物遭受氧化性破坏。 ④ 使必需脂肪酸遭受氧化性破坏。

78 （二）叶绿素酶（Chlorophyllase ）
命名 叶绿素酶 叶绿素 脱植基叶绿素-水解酶 EC 存在 植物和含叶绿素的微生物。 作用 水解叶绿素产生植醇和脱植基叶绿素。

79 （三）多酚氧化酶 （Polyphenol Oxidase , PPO） 1. 命名
多酚氧化酶,又被称为酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、儿茶酚氧化酶、甲 酚酶和儿茶酚酶。 1,2-苯二酚：氧 氧化还原酶 EC 2. 分布 存在于植物、动物和一些微生物（主要是霉菌）中。

80 2．催化的反应 羟基化反应 氧化反应 一元酚羟基化形成的邻-二酚可以在酶的作用下进一步被氧化生成邻-苯醌类化合物。

81 邻-苯醌的进一步变化 (3) 与其它氧化电位比较低的物质反应生成无色物质。 （1）氧化和聚合形成黑色素。非酶反应。
黑色素的形成是导致香蕉、苹果、桃、马铃薯、蘑菇、虾和人类（雀斑）产生不期望的褐变的原因；它也是导致茶叶、咖啡、葡萄干和梅干形成期望的褐色和黑色的原因。 （2）与蛋白质中赖氨酸残基的ε-氨基反应，导致蛋白质的营养质量和溶解度下降。 (3) 与其它氧化电位比较低的物质反应生成无色物质。

82 防止多酚氧化酶酶促褐变的方法： 消除O2和酚类的化合物。 添加抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合物等还原性物质。作用是将邻-苯醌还原成底物，从而防止黑色素的形成。 添加EDTA、抗坏血酸、亚硫酸钠和巯基化合物使酶失活。抗坏血酸能破坏多酚氧化酶的活性部位中的组氨酸残基，EDTA、亚硫酸钠和巯基化合物能除去酶的活性部位中的Cu2+。 加入竞争抑制剂：4-己基间苯二酚、苯甲酸和其他一些非底物的酚类化合物。

83 二、质 构 水果和蔬菜的质构主要取决于所含的一些复杂的碳水化合物： 果胶物质 纤维素 半纤维素 淀粉 木质素 蛋白质（动物组织和高蛋白质植物食品）

84 （一）果胶酶 果胶酯酶 聚半乳糖醛酸酶 聚甲基半乳糖醛酸酶 果胶酸裂解酶 ?

85 1．果胶甲酯酶（Methylesterase）
命名：果胶 果胶基水解酶（EC ），也被称为果胶酯酶（Pectinesterase，PE） 存在：高等植物和微生物中 有二价离子Ca2+存在时，Ca2+和果胶酸分子中的羧基形成交联，从而提高果蔬的质构强度。

86 2.聚半乳糖醛酸酶(Po1ygalacturonase )
命名：聚-α-1,4-半乳糖醛酸苷糖基-水解酶 存在: 高等植物和微生物中。 催化的反应: 水解-1,4 糖苷键 使一些食品原料（例如番茄）的质构显著变弱。 有内切（endo-）和端解（exo-）两种。

87 3.果胶酸裂解酶 命名：聚（α-1,4-半乳糖醛酸苷）裂解酶, EC 存在：微生物，非高等植物。 催化作用：裂开果胶和果胶酸分子中的-1,4 糖苷键。遵循β-消去机制，水不参与反应。生成一个含还原基团的产物和一个含双键（235 nm 有特征吸收）的产物。 有内切和端解两种类型

88 （二）纤维素酶 果蔬中的纤维素影响细胞的结构。 纤维素酶与食品原料 （如青刀豆）的软化有关。 微生物纤维素酶将不溶性纤维素转化为葡萄糖。 不很成功

89 （三）戊聚糖酶 半纤维素：木糖、阿拉伯糖或木糖和阿拉伯糖聚合物，存在于高等植物中。 戊聚糖酶：存在于微生物和一些高等植物中，能水解半纤维素、阿拉伯聚糖和阿拉伯木聚糖。 小麦中存在着浓度很低的戊聚糖酶。

90 （四）淀粉酶 包括： α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。 存在于动物、高等植物和微生物中。 作用：降解淀粉，影响食品的粘度和质构和利用淀粉生产淀粉糖。

91 淀粉酶的类型  -淀粉酶 存在于所有的生物。 内切酶，水解α-1,4-糖苷键，水解“干”。 产物：糊精、葡萄糖。 显著影响粘度。 高温下才失活。 β-淀粉酶 存在于高等植物中 端解酶，水解α-1,4-糖苷键，水解“支”。 产物：麦芽糖。 巯基（半胱氨酸）酶 葡萄糖淀粉酶

92 （五）蛋白酶 对于动物性食品原料，决定其质构的主要是蛋白质。 1．组织蛋白酶（Cathepsins） 存在于动物组织的细胞内。位于细胞的溶菌体内。 在酸性pH具有活性。在pH2.5～4.5范围内具有最高的活力。 五种组织蛋白酶，分别用字母A、B、C、D和E表示。此外，还分离出一种组织羧肽酶。 参与肉成熟期间的变化。 当动物宰杀后，pH下降，这些酶从肌肉细胞的溶菌体 粒子中释放出来，作用肌肉细胞中的肌原纤维以及胞外结缔组织例如胶原分解。

93 3．乳蛋白酶 一种碱性丝氨酸蛋白酶 水解β-酪蛋白产生疏水性更强的γ-酪蛋白，也能水解αs-酪蛋白，但不能水解κ-酪蛋白。 在奶酪成熟过程中乳蛋白酶参与蛋白质的水解作用。 对热较稳定，对超高温处理的乳的凝胶作用有贡献。 在牛乳中还存在着一种最适pH4左右的酸性蛋白酶； 但较易为热所失活。

94 三、风味 过氧化物酶、脂肪氧合酶等许多酶会影响食品的风味。 1. 过氧化物酶（POD) （1）对食品的影响 普遍地存在于植物和动物组织中。 会损害食品的质量，未经热烫的冷冻蔬菜所具有的不良风味与酶的活力有关。 各种不同来源的POD通常含有一个血色素（铁卟琳）作为辅基。

95 （2） POD催化下列反应 ROOH ＋ AH H20 ＋ ROH ＋ A ROOH： H2O2或一种有机过氧化物，CH3OOH或CH3CH2OOH。 AH2被氧化，是电子给予体。 抗坏血酸、酚，胺或其他有机化合物 被氧化成有色化合物 分光光度法测定过氧化物酶的活力

96 电子给予体

97 （3） 过氧化物酶的热稳定性 热失活具有双相特征 每一相都遵循一级动力学 热失活曲线的3部分 热不稳定部分 过渡区域 热稳定部分

98 作为果蔬热处理是否充分的指标 其它作用 作为过氧化氢的去除剂 参与木质素的生物合成 参与乙烯的生物合成 作为成熟的促进剂，与果蔬的成熟有关

99 四、营养质量 脂肪氧合酶 必需脂肪酸含量的下降。 产生的自由基降低类胡萝卜素、生育酚、维生素C和叶酸在食品中的含量，破坏蛋白质中半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸残基。 抗坏血酸氧化酶 导致抗坏血酸的破坏。 硫胺素酶 会破坏硫胺素（氨基酸代谢中必需的辅助因子）。 核黄素水解酶 多酚氧化酶 引起褐变的同时也降低了蛋白质中有效的赖氨酸的量。

100 第八节 作为食品加工的助剂和配料而使用的酶
第八节 作为食品加工的助剂和配料而使用的酶 食品加工过程中使用酶的目的： 1. 回收副产物 2. 制造食品 3. 提高提取的速度及产量 4. 改进风味和稳定食品质量。

101 在食品加工过程中使用酶的优点： 1.天然、无毒； 2.无不需要的副反应；但粗酶制剂可能会产生不期望的产物。 3.在很温和的温度和pH条件下具有活性； 4.低浓度时有活性的； 5.通过调节温度、pH和加酶量能控制反应的速度； 6.在反应进行到期望的程度后即可使酶失活。

102 酶的来源 可食的和无毒的植物、动物以及非致病、非产毒的微生物 微生物来源酶的优点 生产能力强 诱变或改性 胞外酶，易于回收 生产原料易于获得

103 一、甜味剂生产中使用的酶

104 二、脂酶 水解处在油/水界面的三酰基甘油的酯键 广泛地分布于植物、动物和微生物 主要来源：动物胰脏和微生物 水解方式 1,2-二酰基甘油 三酰基甘油 一酰基甘油 2,3-二酰基甘油

105 脂酶的专一性 酰基甘油专一性 优先水解低MW的三酰基甘油底物，如甘油三丁酯 位置专一性 如胰脂酶，仅水解1,3位置的酯键 能水解1位和2位酯键的脂酶可能是混合酶 脂肪酸专一性 水解特定脂肪酸形成的酯键 微生物白地霉脂酶：油酸优先被水解

106 脂酶的应用 奶酪加工中 从乳脂中释出风味前体和风味化合物 三酰基甘油改性 通过脂酶催化的酯交换反应，生产新的甘油三酯，后者具有期望的熔点或其他性质 在非水环境下有可能实现，如果有水存在，脂酶将快速水解甘油三酯 技术关键：固定化脂酶制剂

107

108 油脂水解 技术上可行，能否应用于实际生产取决于它和其他技术，例如蒸汽裂解的竞争 从天然的甘油三酯制备多不饱和脂肪酸时，会优先考虑酶法 合成乳化剂和风味剂 安全、天然

109 三、蛋白酶 蛋白酶的来源 内源蛋白酶 肉类成熟 酵母自溶制备酵母提取物 微生物蛋白酶

110 蛋白酶的作用 改进食品蛋自质的性质 改变MW分布 水解度↑，MW小的肽的比例↑ 水解蛋白质的溶解度↑ 乳化能力和起泡能力改变 控制蛋白质的水解程度非常重要

111 蛋白质的酶水解过程 肽键水解后，羧基和 -氨基间产生质子交换 在pH 6.5以上时，质子化的氨基酸将离解 要保持反应体系pH不变，就必须加入碱液

112 采用pH-stat法控制水解度（DH） 适用于中性或碱性蛋白酶 消耗的碱的摩尔数 -氨基的平均离解常数 被水解的肽键数 可被水解的肽键数，≈8

113 当-COO-和-COOH的浓度相等时的pH被称为pKa1
当-NH3+和-NH2浓度相等时的pH被称为pKa2

114 蛋白酶的应用 制备水解蛋白质 （如生产大豆水解蛋白） 从油料种子加工分离蛋白质 制备浓缩鱼蛋白质 改进明胶生产工艺 干酪生产（凝乳酶和其他蛋白酶） 从加工肉制品的下脚料回收蛋白质 对猪（牛）血蛋白质进行酶法改性、脱色 作为食品添加剂改善食品的质量 木瓜蛋白酶用于配制肉类嫩化剂 减少啤酒低温混浊现象

115 四、果胶酶 1．提高果汁得率 果实破碎后加入果胶酶，降低粘度，再压榨或离心 2．果汁澄清 直接压榨后，用果胶酶处理，使果汁混浊的粒子沉淀下来。 混浊粒子是蛋白质-碳水化合物复合物，粒子表面带负电荷，在果胶等构成的保护层里面则是带正电的蛋白质。 苹果汁澄清包括酶催化果胶解聚和非酶静电相互作用两个阶段。

116 五、纤维素酶 使纤维素增溶和糖化 分为4类 内切葡聚糖酶：粘度快速下降，还原基团缓慢增加。 纤维二糖水解酶：端解酶，还原基团较快增加。 端解葡萄糖水解酶：水解速度随底物链长的减小而降低。 β-葡萄糖苷酶：水解速度随底物链长的减小而增加。