1、第六章 酶第1頁第一節 引論 一、酶對食品科學主要性控制著全部主要生物大分子合成、分解食品加工主要原料是生物材料, 生物材料中含有大量酶酶作用有益：皺胃酶、蛋白酶有害：果膠酶、脂酶有效地使用和控制內源酶和外源酶第2頁二、酶本質定義（1979年）酶是含有催化性質蛋白質，其催化性質源自于它特有激活能力。當前并非都是蛋白質第3頁酶是生物催化劑不參加反應，反應結束時保持不變酶在物理和化學狀態上改變是可逆酶反應中包含可逆中間絡合物酶被重復使用酶周轉率（Turnover） 在酶被完全飽和條件下，單位時間內底物被每個酶分子轉變成產物分子數。大多數酶，1104 s-1少許酶（昂貴）大量生物轉化第4頁酶含有特異

2、性（Specificity）酶作為催化劑機制Emil Fischer提出“鎖和鑰匙”模式特殊形狀活性部位準確地立體互補高度專一鎖鑰匙第5頁Koshland“誘導楔合” 模型關鍵點底物誘導酶蛋白幾何形狀改變催化基團能準確地定向和底物結合到酶活性部位上去A、B：催化基團C：結合基團第6頁三、酶命名習慣命名-淀粉酶、纖維素酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、過氧化物酶或過氧化氫酶 商品名稱系統命名4位數字組成酶委員會編號（EC number）第7頁酶系統命名標準例：聚半乳糖醛酸酶，EC 3.2.1.15 水解酶，糖苷鍵，O-糖苷第8頁四、酶輔助因子酶在作用時需要有一個非蛋白質組分存在，這個組分稱為輔助因子分

3、類金屬離子羧肽酶-Zn，激酶-Mg有機化合物B族維生素輔酶（coenzyme）第9頁五、在生物體中酶酶在原料生長和成熟中起主要作用原料收獲后酶依然起作用直至酶底物被耗盡或酶變性因為細胞結構解體常使酶活力提升果膠酶使番茄組織軟化多酚氧化酶使果蔬褐變第10頁（一）酶分布不均勻，定位化，區域化分布一個酶往往僅存在于細胞一類細胞器，專門執行有限種類酶催化反應 細胞核：核酸生物合成和水解降解 線粒體： 與ATP相關氧化還原酶 溶菌體和胰酶原顆粒 ：水解酶特定器官含有特定種類酶胃腸道、口腔、小腸植物種子：水解酶第11頁（二）酶隔離分布和與底物靠近在完整細胞內，酶經過各種方式和底物隔離細胞器、細胞膜、細胞壁

4、、內源酶抑制劑組織解體使酶與底物靠近會造成食品色澤、質構、風味、芳香和營養質量上改變熱處理、低溫保藏和酶抑制劑使用有利于穩定產品質量第12頁（三）酶在食品原料中含量不一樣食品原料所含酶種類和數量不一樣同一個酶在同一個食品原料中含量還取決于生物體年紀（成熟度）生長環境條件溫度、水供給、土壤、肥料第13頁六、酶純化和測定不是純酶，含有雜酶和非酶組分酶分離純化技術包含：選擇性沉淀高濃度鹽或有機溶劑膜分離技術柱層析技術凝膠過濾色譜分子大小離子交換色譜電荷密度親和色譜特定基團親和力第14頁選擇生產酶制劑微生物產生酶純度高，價格低廉常使用霉菌和細菌酶制劑酶回收再利用，降低成本酶固定化技術第15頁酶活測定測

5、定酶活力方法經過定量測定酶反應產物或底物改變進行測定經過定量測定酶反應底物中某一性質改變，如粘度來測定酶活定義在一定條件下，催化單位底物轉變成產物所需酶量。第16頁酶活單位U:國際生物化學協會酶委員會定義:每分鐘催化1 mol底物發生轉變酶量即：1 mol/min。kat：酶活力SI單位，即Katal。Katal定義是每秒鐘催化1mol底物發生轉變酶量，即：1mol/s 。換算關系 1 kat = 6107 U 1 U = 1.66710-8 kat=16.67 nkat第17頁第二節 影響酶活力原因內在原因酶濃度底物濃度環境條件pH溫度水分活度抑制劑第18頁一、底物濃度反應速度V和底物濃度S

6、關系非線性酶“飽和”第19頁酶反應 E+S ES E+PE 游離狀態酶S 底物ES 酶-底物絡合物P 反應產物k 反應速度常數k1k-1k2第20頁Km ：Michaelis 常數，米氏常數Vmax：最大反應速度，全部酶都以ES形式存在，及酶被底物飽和第21頁截距=1/vmax 斜率=Km/ vmax1/v第22頁vmax意義在最適條件和被底物飽和時理論上最高酶活力Km意義v=vmax/2時，Km=S當酶反應速度到達最高反應速度二分之一時底物濃度第23頁 Km指示酶與底物親和力 較低Km，親和力高，催化效率高第24頁二、酶濃度當ES，反應速度酶濃度第25頁長時間范圍內初速度保持不變，然后下降初

7、速度保持時間與酶種類相關酶活下降原因產物抑制作用酶失活第26頁反應動力學反應早期S是一個常數酶反應是零級反應反應進行S下降反應遵照一級動力學反應速度常數第27頁三、pHS形或鐘形第28頁pH影響酶活力原因pH影響酶分子上電荷分布取決于酶蛋白質氨基酸側鏈上可離解基團狀態可離解基團可能處于酶活性部位，所以影響酶與底物結合和催化作用第29頁V-pH曲線確定最適pH采取酶反應初速度酶pH 穩定范圍測定方法相同溫度、緩沖液、酶濃度不一樣pH下保溫第30頁第31頁極端pH普通會使酶失活大多數酶最適pH在4.5-8.0特殊情況胃蛋白酶-1.8精氨酸酶-10.0第32頁四、溫度（一）酶熱穩定性 測定方法：酶液

8、置于不一樣溫度下保溫一定時間后測定酶活第33頁酶失活動力學遵照一級動力學 ln u-lnu0=ktArrnenius方程Ea：酶熱變性活化能R：通用氣體常數ln殘余百分酶活時間 呈線性關系直線斜率為第34頁（二）酶催化反應活化能第35頁高活化能表示反應速度隨溫度提升很快提升酶降低活化能，產生兩個效果低溫下，使高百分比反應物轉變成產物升高溫度對酶反應速度造成影響相對較小在酶穩定范圍內，盡可能采取高溫第36頁（三）低溫下酶活力加熱使有損質量內源酶失活食品原料部分凍結（0以下）時，酶活動并沒有完全停頓低溫使酶活力下降第37頁但應防止稍低于冰點溫度保藏食品水凍結后，酶和底物濃縮，促進酶活凍結和解凍破壞

9、組織結構，酶輕易靠近底物第38頁五、水分活度食品原料中水分含量必須低于1%2%，才能抑制酶活力第39頁有機溶劑（甘油）和水混合水分體積分數降低，酶活力下降第40頁有機溶劑對酶反應影響影響酶穩定性和反應進行方向有機溶劑與水不互溶反應移向催化合成反應有機溶劑與水互溶反應移向催化水解反應第41頁六、酶抑制動力學G絕對值很小，逆向反應不能忽略產物積累產生抑制作用其它物質也會產生抑制作用對酶抑制能夠是不可逆但可逆抑制更常見第42頁動力學方程式第43頁（一）競爭性抑制ES不和抑制劑結合，EI不和底物結合競爭性抑制劑結構和底物相同，這兩種分子與酶結合部位相同S+E 與 I+E競爭vmax沒有影響，Km 底物

10、S足夠高，能夠消除競爭性抑制第44頁（二）非競爭性抑制S+E 不影響 E+IKm沒有影響，vmaxI同時和S、E反應增加S不能消除第45頁（三）反競爭性抑制I不與E反應Km 、vmax都同時減小極少見第46頁七、其它環境條件 （一）粘度90%以上自由水被凍結未凍結相粘度會顯著提升酶和底物分子移動性降低酶活力下降第47頁（二）壓力普通壓力不致于高到使酶失活幾個處理方式相結合時，造成酶失活壓力-高溫處理壓力-高剪切處理高壓滅酶第48頁（三）剪切混合、管道輸送、擠壓，使酶失活在作用停頓后，酶活再生第49頁（四）超聲能量使酶失活空化作用（起泡）造成酶界面變性酶失活過程不符合一級動力學第50頁（五）離子

11、輻射離子輻射能使酶完全失活所需劑量比破壞微生物所需劑量大10倍。缺氧和干燥條件下，酶穩定性高室溫下比低溫下失活程度高采取熱-離子輻射結合處理方法第51頁（六）溶劑與水不互溶溶劑穩定酶互溶溶劑能使酶失活溫度低時，較穩定第52頁第三節 固定化酶酶被固定成為不溶解狀態優點酶穩定性提升酶能重復屢次使用產物中不含酶，不需要采取熱處理滅酶，有利于提升食品質量第53頁一、酶固定方法（一）吸附將酶吸附在氧化鋁、有機聚合物、玻璃、無機鹽或硅膠等材料上優點：無需特殊化學試劑，簡便價廉 缺點：結協力是弱鍵作用，當溫度、pH和離子強度改變，或者當底物存在時，結合酶可能會解吸。第54頁（二）共價連接化學試劑或雙官能試劑

12、（如戊二醛）載體優點：共價鍵牢靠，酶不易泄漏缺點：一部分酶起著載體作用而失去了催化能力，所以用交聯法固定酶活力較低。對于價格昂貴酶，不經濟。第55頁（三）載體截留凝膠（聚丙烯酰胺）特點：低MW底物可經過擴散自由進入凝膠顆粒，酶和高MW終產物不能從凝膠顆粒中滲漏出去。局限：只能適合用于低MW底物。食品體系經常有大分子。 酶經過擴散而損失可能性還是存在。第56頁（四）膠囊包合類似載體截留法，形成很小顆粒或膠囊硝酸纖維素或尼龍只適合低MW底物第57頁二、固定化酶動力學酶被固定，僅底物能自由擴散酶載體被擴散層包圍鄰近酶底物濃度低于體相中底物濃度靜電作用反應初速度v0不再適用第58頁表觀米氏常數擴散項靜

13、電項X、D：擴散系數 較小載體或提升流動速度可使X，Km* Z、v：與電性質相關 底物和載體電荷相同，Km*,酶-底物親和力第59頁三、固定化酶在食品工業中應用僅有少數固定化酶被應用于工業化固定化葡萄糖異構酶，生產高果糖漿玉米淀粉 糊精（DP10） 葡萄糖 高果糖漿-淀粉酶葡萄糖淀粉酶葡萄糖異構酶第60頁菌種鏈霉素、凝結芽孢桿菌、放線菌載體DEAE-纖維素、多孔陶瓷反應平衡常數=1，葡萄糖=果糖第61頁其它固定化酶氨基酰基轉移酶天冬酶富馬酸酶半乳糖苷酶：水解棉子糖（預防蔗糖結晶）乳糖酶：水解乳糖（乳糖不耐癥）應用于食品分析 酶電極第62頁第四節 內源酶對品質影響酶對生物體主要性酶催化反應產生效

14、果加緊食品變質速度提升食品質量控制酶活力第63頁一、顏色顏色食品質量以瘦肉為例氧合肌紅蛋白紅色脫氧肌紅蛋白紫色高鐵血紅蛋白(Fe2+氧化為Fe3+ )褐色第64頁造成色素變色三種酶1. 脂肪氧合酶 六方面功效小麥粉和大豆粉漂白面團制作中形成二硫鍵破壞葉綠素和胡蘿卜素產生氧化性不良風味氧化破壞維生素和蛋白質氧化破壞必需脂肪酸有益有害第65頁脂肪氧合酶催化過程作用于不飽和脂肪酸產生自由基中間物產生氫過氧化物深入非酶反應，產生醛等不良風味最敏感氨基酸是半胱氨酸、酪氨酸、組氨酸和色氨酸第66頁2. 葉綠素酶水解葉綠素產生植醇和脫植基葉綠素果蔬失去Mg2+，失去綠色第67頁3. 多酚氧化酶存在于植物、動

15、物和一些微生物中催化兩類反應羥基化氧化黑色素褐變非酶反應第68頁控制多酚氧化酶活力消除氧和酚類化合物抗壞血酸、亞硫酸鹽和巰基化合物有還原性，將鄰-苯醌還原成底物，預防黑色素直接使酶失活破壞活性中心組氨酸殘基和Cu2+非底物酚類（苯二酚、苯甲酸）酶抑制劑（與底物競爭酶）第69頁二、質構果蔬果蔬質構取決于碳水化合物果膠物質、纖維素、半纖維素、淀粉、木質素自然界存在作用于碳水化合物酶動物組織和高蛋白質植物組織蛋白酶作用造成質構軟化第70頁（一）果膠酶 1. 果膠甲酯酶水解甲酯鍵，生結果膠酸和甲醇二價離子Ca2+存在時，與羧基交聯，提升質構強度第71頁2. 聚半乳糖醛酸酶水解-1,4 糖苷鍵包含兩種內

16、切：從果膠分子內部水解糖苷鍵端切：水解分子末端糖苷鍵第72頁3. 果膠酸裂解酶存在于微生物中，非高等植物中裂解果膠和果膠酸分子中糖苷鍵形成一個含還原基團產物和一個雙鍵產物235 nm 處有特征吸收第73頁（二）纖維素酶果蔬中纖維素影響細胞結構纖維素酶與食品原料軟化相關微生物纖維素酶將不溶性纖維素轉化為葡萄糖第74頁（三）戊聚糖酶存在與微生物和一些高等植物中水解木聚糖、阿拉伯聚糖和阿拉伯木聚糖（5碳聚糖）小麥中存在微生物戊聚糖酶制劑第75頁（四）淀粉酶存在于動物、高等植物和微生物中淀粉決定食品粘度和質構淀粉降解第76頁淀粉酶類型 -淀粉酶存在于全部生物內切酶，水解“干”顯著影響粘度高溫下才失活-

17、淀粉酶存在于高等植物中端解酶，水解“支”被巰基試劑（半胱氨酸）所抑制葡萄糖淀粉酶第77頁（五）蛋白酶蛋白質決定動物性食品原料質構1組織蛋白酶（Cathepsins）存在于動物組織細胞溶菌體內五種組織蛋白酶：A、B、C、D和E，還分離出一個組織羧肽酶參加了肉成熟期間改變宰后pH下降，酶釋放，造成肌原纖維以及胞外結締組織（膠原）分解在酸性pH含有活性。在pH 2.54.5范圍內含有最高活力。第78頁2鈣離子激活中性蛋白酶兩種：CANP和CANP都是二聚體含有相同較小亞基（MW=30,000）和較大亞基（MW=80,000，免疫性質不一樣）。活性部位中含有半胱氨酸殘基巰基，被歸屬于半胱氨酸（巰基）蛋

18、白酶第79頁CANPS作用CANP I 完全激活：50-100 mol/L Ca2+CANP II 激活：1-2 mmol/L Ca2+肌肉中活力是很低經過分裂特定肌原纖維蛋白質影響肉嫩化同溶菌體蛋白酶協同作用死后僵直肌肉遲緩松弛，這么產生肉含有良好質構第80頁3乳蛋白酶堿性絲氨酸蛋白酶水解-酪蛋白產生疏水性更強-酪蛋白，也能水解s-酪蛋白，但不能水解-酪蛋白奶酪成熟過程中參加蛋白質水解作用對熱較穩定，形成乳凝膠還存在著一個最適pH 4左右酸性蛋白酶，易熱失活第81頁三、風味1硫代葡萄糖苷酶 在芥菜子和辣根中存在著芥子苷 S-糖苷發生糖苷配基裂解和分子重排 產物中異硫氰酸酯是含硫揮發性化合物，

19、與蔥風味相關芥子油即為異硫氰酸烯丙酯第82頁裂解和分子重排芥子油含有特殊風味S-糖苷酶分解第83頁2. 過氧化物酶普遍地存在于植物和動物組織中過氧化物酶活力會損害食品質量，未經熱燙冷凍蔬菜所含有不良風味與酶活力相關各種不一樣起源過氧化物酶通常含有一個血色素（鐵卟琳）作為輔基。第84頁過氧化物酶催化以下反應： ROOH+AH2 H2O+ROH+AROOH：有機過氧化物AH2被氧化，是電子給予體抗壞血酸、酚，胺或其它有機化合物被氧化成有色化合物分光光度法測定過氧化物酶活力第85頁電子給予體第86頁過氧化物酶熱穩定性熱失活含有雙相特征每一相都遵照一級動力學熱失活曲線3部分熱不穩定部分過渡區域熱穩定部

20、分第87頁過氧化物酶再生非常耐熱，作為果蔬熱處理是否充分指標其它作用作為過氧化氫去除劑參加木質素生物合成參加乙烯生物合成作為成熟促進劑，與果蔬成熟相關第88頁四、營養質量脂肪氧合酶必需脂肪酸含量下降氧化過程中產生自由基，降低維生素和氨基酸含量抗壞血酸氧化酶硫胺素酶 破壞硫胺素（氨基酸代謝中必需輔助因子）核黃素水解酶多酚氧化酶 引發褐變同時，降低有效賴氨酸含量第89頁第五節 作為食品加工助劑 和配料而使用酶使用酶目標回收副產物制造食品提升提取速度及產量改進風味和穩定食品質量第90頁使用酶優點天然、無毒催化特異性，不造成不需要副反應普通是粗酶制劑，可能會產生不期望產物；但使用高純度酶制劑在經濟上不

21、合算在很溫和溫度和pH條件下含有活性低濃度時有活性易于控制反應速度在反應進行到期望程度后即可使酶失活第91頁酶起源可食和無毒植物、動物以及非致病、非產毒微生物微生物起源酶優點生產能力強誘變或改性胞外酶，易于回收生產原料易于取得第92頁一、甜味劑中使用酶酶法生產甜味劑第93頁二、脂酶水解處于油/水界面三酰基甘油酯鍵廣泛地分布于植物、動物和微生物動物胰臟脂酶和微生物脂酶是脂酶主要起源水解方式 1,2-二酰基甘油三酰基甘油 一酰基甘油 2,3-二酰基甘油第94頁脂酶專一性酰基甘油專一性優先水解低MW三酰基甘油底物位置專一性如胰脂酶，僅水解1,3位置酯鍵 能水解1位和2位酯鍵脂酶可能是混合酶脂肪酸專一

22、性水解特定脂肪酸形成酯鍵微生物白地霉脂酶油酸，優先水解立體定向專一性第95頁脂酶應用奶酪加工中從乳脂中釋出風味前體和風味化合物三酰基甘油改性經過脂酶催化酯交換反應，生產新甘油三酯，后者含有期望熔點或其它性質在非水環境下有可能實現，假如有水存在，脂酶將快速水解甘油三酯技術關鍵：固定化脂酶制劑第96頁第97頁油脂水解技術上可行，能否應用于實際生產取決于它和其它技術，比如蒸汽裂解競爭從天然甘油三酯制備多不飽和脂肪酸時，會優先考慮酶法合成乳化劑和風味劑安全、天然第98頁三、蛋白酶蛋白酶起源內源蛋白酶肉類成熟酵母自溶制備酵母提取物微生物分泌蛋白酶加入蛋白酶制劑蛋白質強化飲料第99頁蛋白酶作用改進食品蛋自

23、質性質MW分布發生改變水解度，MW小肽百分比水解蛋白質溶解度乳化能力和起泡能力改變控制蛋白質水解程度是至關主要第100頁蛋白質酶水解過程肽鍵水解后，羧基和 -氨基間產生質子交換在pH 6.5以上時，質子化氨基酸將離解要保持反應體系pH不變，就必須加入堿液第101頁 采取pH-stat法控制水解度（DH） 適合用于中性或堿性蛋白酶 B 堿消耗當量數 -氨基平均離解常數 h總 可被水解肽鍵數，8第102頁蛋白酶分類按活性中心所含有必需催化基團分類絲氨酸蛋白酶-羥基胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶和凝血酶以及微生物蛋白酶巰基蛋白酶（或半胱氨酸蛋白酶）-巰基木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、菠蘿蛋白酶以及微生物蛋白酶（鏈球菌蛋白酶）金屬蛋白酶-Zn2+肽鏈端解酶，比如羧肽酶A天冬氨酸蛋白酶（或酸性蛋白酶）-羧基最適pH范圍是2-4第103頁蛋白酶應用制備水解蛋白質 （如生產大豆水解蛋白）從油料種子加工分離蛋白質制備濃縮魚蛋白質改進明膠生產工藝凝乳酶和其它蛋白酶應用于干酪生產從加工