1、第2章 酶與食品加工酶是生物活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的蛋白質(zhì)。在酶的分子組成上，有些酶是單純蛋白質(zhì)，稱為單純酶；有些酶是結(jié)合蛋白質(zhì)，稱為結(jié)合酶。結(jié)合酶的蛋白質(zhì)部分叫酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分叫輔酶或輔基。輔酶或輔基多是維生素及其衍生物或一些金屬離子。酶在作用時，需在比較溫和的條件下進(jìn)行，如溫度在2550 范圍內(nèi)，pH為中性左右。酶的催化效率比一般非酶催化劑要高得多,例如：過氧化氫的分解反應(yīng)（2H2O2 2H2O+O2），1 mol過氧化氫酶，1 min內(nèi)能夠催化5×106 mol的過氧化氫分解；同樣條件下，1 mol亞鐵離子（Fe2）只能催化6×104 mol的過氧化氫分解；

2、二者相比，催化效率相差1010倍。酶除了具有高的催化效率特性外，還具有很高的專一性，利用它能選擇性地將個別食品組分改性，而不影響到其它組分。因此，酶在食品科學(xué)中相當(dāng)重要，通過酶的作用能引起食品原料的品質(zhì)發(fā)生變化，也能在比較溫和的條件下加工和改良食品。在酶促反應(yīng)中，酶不僅需要適宜的溫度和pH環(huán)境，而且在溫度、pH恒定的反應(yīng)條件下，酶濃度和底物濃度對酶促反應(yīng)速度也有很大的影響。一定條件下酶促反應(yīng)速度與酶的濃度成正比。因?yàn)槊高M(jìn)行催化反應(yīng)時，首先要與底物形成一中間物，即酶-底物復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時，這種中間物的生成速度決定于酶濃度。所以，如果此時增加酶濃度，可提高反應(yīng)速度，即酶促反應(yīng)速度

3、與酶濃度成直線關(guān)系。如果酶濃度保持不變，當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r反應(yīng)速度隨之增加，并以雙曲線形式直到達(dá)到最大速度。這就是說，酶促反應(yīng)速度并不是隨著底物濃度的增加而直線增加，而是在高濃度時達(dá)到一個極限速度。酶的活力除受溫度、pH、酶濃度、底物濃度這些因素的影響外，水分活度、一些離子，酶的抑制劑等因素對酶的催化活力也有很大的影響。國際酶學(xué)委員會將酶按功能性質(zhì)分為氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類和連接酶類等六大類，食品加工中比較重要的酶類是氧化還原酶類和水解酶類。在每一大類酶中，又可根據(jù)不同的原則，分為幾個亞類，每個亞類再分為幾個亞亞類，最后把屬于每一個亞亞類的各種酶按照順序排好，分別給

4、每一種酶一個編號。例如：乳酸脫氫酶（EC 1.1.1.27），其編號可作下列解釋：EC代表酶學(xué)委員會。 EC 1.1.1.27表示第一大類，即氧化還原酶類；表示第一亞類，被氧化的基團(tuán)為CHOH基；表示第一亞亞類，氫受體是NAD；表示乳酸脫氫酶在亞亞類中的排號。  第一節(jié) 食品加工中酶的作用與食品加工有關(guān)的酶，根據(jù)其來源可分為內(nèi)源酶和外源酶兩大類。一、內(nèi)源酶的作用內(nèi)源酶是指作為食品加工原料的動植物體內(nèi)所含有的各種酶類。內(nèi)源酶是使這些食品原料在屠宰或采收后成熟或變質(zhì)的重要原因，對食品的貯藏和加工都有著重要的影響。（一）動物性食物原料中內(nèi)源酶的主要作用畜禽在屠宰后，生命即告終止。

5、但其體內(nèi)的很多酶仍具有很高的活力，使肉尸的性質(zhì)發(fā)生很多不同于其正常生理活動的變化。如在磷酸化酶、乳酸脫氫酶等糖酵解酶的作用下，肌肉中糖原分解成為乳酸，使其pH下降。由于肌漿中ATP酶的作用，使肌肉中ATP含量迅速下降，并在磷酸肌酸激酶和腺苷酸脫氨酶的作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)烈鮮味的IMP。動物死后隨著pH的降低和組織破壞，組織蛋白酶被釋出而發(fā)生了對肌肉蛋白質(zhì)的分解作用，生成肽和游離氨基酸。這些肽和氨基酸使其在加工中形成肉的香氣和鮮味。這一過程稱為肉的成熟過程。（二）植物性食物原料中內(nèi)源酶的影響采摘后的水果仍然具有生命，進(jìn)行著比較旺盛的生理生化活動。水果一般都是在還沒有充分成熟時進(jìn)行采收，再經(jīng)過后熟，供

6、食用和加工。所謂后熟就是果實(shí)離開母株后進(jìn)行的成熟現(xiàn)象。果實(shí)的后熟作用是在各種酶的參與下進(jìn)行的極其復(fù)雜的生理生化過程。在這個過程中，酶的活動方向趨向于水解反應(yīng)，各種成分都在進(jìn)行著變化。如淀粉分解為糖，果實(shí)變甜；可溶性單寧凝固，果實(shí)澀味消失；原果膠水解為果膠，果實(shí)變軟；同時果實(shí)色澤加深，香味增加。在這個過程中，還由于果實(shí)呼吸作用產(chǎn)生了酒精、乙醛和乙烯等產(chǎn)物，促進(jìn)了后熟過程，這雖然影響了原料的貯存，但對加工來講還是很重要的。在罐頭加工中，蘋果、梨和馬鈴薯等水果、蔬菜在削皮切開后，由于組織內(nèi)多酚氧化酶的作用，會發(fā)生酶促褐變，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀和品質(zhì)。所以，這類水果蔬菜在去皮切開后，必須盡快將其放入沸水

7、或蒸汽中進(jìn)行短時間的加熱處理，以破壞酶的活力。或?qū)⑵浣胂∷嶂校缘蚿H抑制多酚氧化酶活力，也可以將其浸入亞硫酸鹽溶液中抑制多酚氧化酶活力。綜上所述，可以看出食品原料中的內(nèi)源酶對其貯藏和加工性能都有著很大的影響。有些是有利的影響，可通過適當(dāng)?shù)臈l件來加強(qiáng)這些酶的作用；有些是不利的影響，需設(shè)法對酶的作用進(jìn)行抑制或消除。二、外源酶的作用外源酶并非存在于作為食品加工原料的動植物體內(nèi)。外源酶有兩個來源：一是來源于食品中存在的微生物；二是來源于人為添加的酶制劑。（一）微生物產(chǎn)生的外源酶微生物在食品中的生長繁殖給食品的成分和性質(zhì)帶來廣泛而又深刻的變化，這些變化都是在微生物分泌的各種酶的作用下發(fā)生的。有些微生

8、物分泌的各種酶可將食品中蛋白質(zhì)水解成多肽和氨基酸，并能進(jìn)一步將氨基酸分解生成氨、酮酸、胺、吲哚和硫化氫等物質(zhì)，而引起食品的腐敗變質(zhì)。但是也有些微生物在食品或食品原料中生長繁殖，通過它們分泌的各種酶的作用以及代謝產(chǎn)物可以改善原有的營養(yǎng)成分、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)。如發(fā)酵食品中所用的微生物。發(fā)酵時利用的微生物為有益微生物。它們可以來自于大自然（自然發(fā)酵），也可以來自于人工培養(yǎng)的純菌種（接種發(fā)酵）。在人工控制的條件下，利用各種因素促使這些有益微生物的生長，并建立起不利于有害微生物生長的環(huán)境。所以，發(fā)酵不僅為人類提供品種繁多的食品，還提高了食品的耐藏性。不少食品的最終發(fā)酵產(chǎn)物，特別是酸和酒精，有利于阻止腐敗變質(zhì)菌

9、的生長，同時還能抑制混雜在食品中的一些病原菌的生長活動。與未發(fā)酵食品相比，發(fā)酵食品可提高食品原有的營養(yǎng)價值。雖然食品發(fā)酵時，微生物會從它所發(fā)酵的成分中取得能源，使食品的成分受到一定程度的氧化，以致食品中能供人體利用的能量有所減少。但是食品的發(fā)酵都是有控制地進(jìn)行的，它們的最終產(chǎn)物是乙醇、有機(jī)酸、醛類和酮類等，這樣所消耗的能量極其微量。所以，發(fā)酵食品仍能保持大部分的能量，以供人體需要。在發(fā)酵中，微生物將復(fù)雜的物質(zhì)分解為簡單成分，把封閉在不易消化的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)素釋放出來，從而增加了食品的營養(yǎng)價值。同時還合成了不少人體必需的維生素。發(fā)酵食品還能將人體不能消化的纖維素、半纖維素和類似聚合物在微

10、生物分泌的酶作用下，分解形成簡單的糖類和糖的衍生物供人體利用。（二）酶制劑采用適當(dāng)?shù)睦砘椒▽⒚笍纳锝M織或細(xì)胞以及微生物發(fā)酵物中提取出來，加工成為具有一定純度及活力標(biāo)準(zhǔn)的生化制劑，稱為酶制劑。早期的酶制劑生產(chǎn)多數(shù)是從動物臟器和高等植物種子、果實(shí)中提取的。隨著酶制劑應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，單純依靠動植物來源是不能滿足工業(yè)需要的，所以人們逐步把注意力轉(zhuǎn)向以微生物開辟酶制劑的來源上。微生物種類繁多，酶的品種齊全。現(xiàn)已知一切動植物細(xì)胞中存在的酶幾乎都能夠從微生物細(xì)胞中找到。微生物具有生長繁殖快，生活周期短，產(chǎn)量高，不受季節(jié)、地區(qū)的限制；微生物培養(yǎng)簡單易行、生產(chǎn)規(guī)模可大可小；微生物容易變異，可采取遺傳工程

11、、細(xì)胞工程、基因工程等技術(shù)進(jìn)行菌種選育和代謝控制，來提高產(chǎn)酶量、培育新酶種等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為酶制劑的主要來源。1酶制劑應(yīng)用于食品加工的特點(diǎn) 根據(jù)一定的加工要求，選用適當(dāng)?shù)拿钢苿?yīng)用于食品加工，往往能取得比其他加工方法更好的效果。這是由酶促反應(yīng)的特點(diǎn)所決定的。酶的催化效率高，很少量的酶制劑就可以完成其他方法很難實(shí)現(xiàn)的加工要求。酶促反應(yīng)有專一性，很少有副反應(yīng)，不會引起食品成分發(fā)生不需要的變化。酶促反應(yīng)可以在常溫常壓和接近中性的pH條件下完成，因而加工設(shè)備簡單，節(jié)省能源而又有利于保存食品的營養(yǎng)成分和色香味。酶促反應(yīng)的速度可以很容易地通過調(diào)節(jié)pH、溫度和酶制劑加入量等條件加以調(diào)節(jié)。酶本質(zhì)上是天然產(chǎn)生的

12、蛋白質(zhì)，作為食品加工材料，理論上是安全的。在酶制劑反應(yīng)后，可以通過酶變性的簡單處理方法使其失去活力而消除其影響。由于以上這些優(yōu)越性，使酶制劑在食品加工中的應(yīng)用越來越廣，并逐步取代了一些原有的加工方法。如葡萄糖生產(chǎn)，過去一直沿用酸水解淀粉的方法。自從酶法制葡萄糖研究獲得成功，投入工業(yè)生產(chǎn)后，使設(shè)備投資大大降低，工序簡化，產(chǎn)品雜質(zhì)含量低，得糖率接近100%，并可以直接利用噴霧干燥法來制葡萄糖粉。2酶制劑的安全和衛(wèi)生 酶制劑來源于生物，一般要比化學(xué)合成物質(zhì)安全。但是酶制劑通常不是純凈的化學(xué)物質(zhì)，常混有殘存的原材料、無機(jī)鹽、稀釋劑、防腐劑等物質(zhì)。用微生物發(fā)酵的酶可能伴隨帶來某些生物毒素或殘留抗生素。因此，生產(chǎn)食品加工用的酶制劑，應(yīng)注意原料和提取工藝的選擇，防止有害物質(zhì)的污染。聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織的食品添加劑專家聯(lián)合委員會在1977年第21屆大會上作出如