高級食品化學講稿酶第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶的性質、命名及分類

8.1

酶的性質、命名及分類

酶對食品的加工保藏，大體可分四種情況：（1）利用食品中所含的酶，如肉的成熟等。（2）抑制食品中所含的酶，如食品的保鮮及防止變色。（3）添加酶以提高食品的價值，如果汁和葡萄酒中添加果膠酶來澄清。（4）利用酶來制造食品，如由淀粉制葡萄糖。食品與酶第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日由于酶對食品十分重要，因而有必要熟知酶的一般性質。

酶是由生物活細胞產生的有催化功能的蛋白質，只要不處于變性狀態，無論在細胞內或細胞外都可發揮催化化學反應的作用。

酶是蛋白質，因而能被蛋白分解酶分解，光、熱、酸、堿等均可使酶變性或破壞，在遭到不可逆變性時則完全去活性（如70-80℃，2-15min即可使酶失活），其它電性質及物理化學性質也與蛋白質完全一樣。有些酶是簡單蛋白質。酶酶的性質、命名及分類8-2第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日有些酶是結合蛋白質，一般把結合蛋白質的蛋白部分稱為酶蛋白，非蛋白質部分稱為輔酶。酶蛋白多為對熱不穩定的物質，而輔酶多為低分子量、對熱穩定的物質。

酶是一種催化劑，但它和一般的化學催化劑有很大不同，首先，酶的作用具有高度的專一性，酸能催化蛋白質水解，也能催化多糖和脂肪的水解，但是酶則不同，蛋白酶就只能催化蛋白質水解，淀粉酶只能催化淀粉水解，乳酸脫氫酶只能將L(+)-乳酸氧化為丙酮酸，而對D(-)-乳酸就不起作用。其次，酶催化的反應都是在較溫和的條件下，在接近生物體的體溫和接近中性的條件下就能進行；酶的催化效率也比一般催化劑高得多，如一種過氧化氫酶1min內能催化5000000個過氧化氫分子分解為水及O2，而在同樣條件下，鐵離子的催化效率僅為酶的百萬分之一。8-3酶酶的性質、命名及分類第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶的命名及分類

現在普遍使用的酶的習慣名稱是以下述三個原則來決定的。

根據酶催化反應的性質來命名，如催化水解反應的酶稱為水解酶，催化氧化作用的稱為氧化酶或脫氫酶。

根據被作用的底物兼顧反應的性質來命名，如多元酚氧化酶催化多元酚的氧化作用，蛋白酶和淀粉酶都是水解酶，它們的底物分別是蛋白質和淀粉。

結合1，2兩點，并根據酶的來源命名，如細菌淀粉酶、胃蛋白酶等。酶酶的命名及分類8-4第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日

酶的習慣名稱使用起來比較方便，但有時會造成一些混亂，如，當兩種酶能作用于同一種底物發生相同反應時，根據上述原則命名就會發生混亂；有時同一種酶會有幾個名稱，也造成混亂。因此，1961年，國際生化協會酶委員會規定了酶的系統命名原則。國際生化協會酶委員會將酶分為六大類：8-5酶酶的命名及分類第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日氧化還原酶類轉移酶類：能催化將某一基因從一個化合物轉移到另一個化合物反應的酶，如轉移氨基，稱轉氨酶，再如轉醛酶、轉酰酶等。水解酶類裂解酶類：脫羧酶，催化C-C-鍵斷裂，產物中有CO2。醛縮酶，催化C-O鍵斷裂，產物中有醛。脫水酶，催化C-O鍵斷裂，產物中有H2O脫氨酶，催化C-N鍵斷裂，產物中有NH3

5.異構酶類：改變底物原子的排列，如把醛糖變為酮糖，改變立體異構等。

6.連接酶類：具有形成C-O、C-S、C-N或C-C鍵而把兩種底物連接起來的能力。8-6酶酶的命名及分類第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日在每一大類中又可分為若干亞類，各亞類又分為若干次亞類并采用四位數字編號系統，每種酶都有一個四位數字的號碼。如，過氧化氫酶的編號：

其數字的含義依次為：大類、亞類、次亞類、在次亞類中的編號。系統命名嚴格而科學，但名稱太長，使用起來不太方便，所以酶的習慣名稱仍被廣泛使用。8-7酶酶的命名及分類第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日8.2

酶作用的機制

酶的作用具有高度的專一性，一種酶僅能催化一種結構的底物，這可用鑰匙和鎖的關系來加以比喻。

此圖左上為1，右上為2，左下為3，右下為4。

1----底物與酶處于分離狀態。

2----底物與酶結合形成絡合物，結合部位c和催化基團a、b與底物分子緊密接觸。8-8酶酶作用的機制第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日（

3，4-----底物雖能與酶結合，但是底物分子的形狀妨礙催化基團與它緊密接觸。

酶首先與底物結合成酶—底物絡合物，再轉變為酶及產物。酶促反應與非酶促反應途徑不同：原來一步完成的反應被分為兩步來進行，原來一步反應所需的活化能較高，而分成幾步后，每一反應所需的活化能都較低，從而使反應易于進行，總反應速度加快。8-9無機質無機質第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日8.3

影響酶促反應的因素、溫度

一般而言，溫度越高化學反應越快，但酶是蛋白質，若溫度過高會發生變性而失去活性，因而酶促反應一般是隨著溫度升高反應加快，直至某一溫度活性達到最大，超過這一最適溫度，由于酶的變性，反應速度會迅速降低。

大多數酶，在30-40℃范圍內顯示最高活性。

熱對酶活性的影響對食品很重要，如，綠茶是通過把新鮮茶葉熱蒸處理而得，經過熱處理，使酚酶、脂氧化酶、抗壞血酸氧化酶等失活，以阻止兒茶酚的氧化來保持綠色。紅茶的情況正相反，是利用這些酶進行發酵來制備的。8-10酶影響酶促反應的因素第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日、PH值

酶是蛋白質，在極端的酸性或堿性條件下會變性而完全失去活性，大多數酶的最適PH值為范圍內。、水分活度

水能影響食品中酶反應的速度，通常可用降低食品中水分含量的方法來阻滯酶等作用引起的變質。8-11酶影響酶促反應的因素第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日、酶濃度

對大多數酶促反應來說，在適宜的溫度、PH值和底物濃度一定的條件下，反應速度至少在初始階段與酶的濃度成正比。如果反應繼續進行，則速度將降低，這主要是因為底物濃度下降及終產物對酶的抑制之故。8-12酶影響酶促反應的因素第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日、底物濃度

酶催化反應可用下式表示：E+S=ESà

E+P

式中E、S、ES、P分別代表酶、底物、酶—底物絡合物和產物，可推出下列公式（米氏方程）：V=Vmax[S]/（Km+[S]）式中：V—測定的反應初速度

Vmax—最大反應速度

公式用圖表示，則如圖（1）所示，由公式及圖可得出下列結論：8-13酶影響酶促反應的因素第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日當底物濃度增加時，酶反應的速度趨于一個極限值，即Vmax。當V=1/2Vmax時，則1/2=[S]/（Km+[S]），或Km=[S]，即米氏常數相當于反應速度為最大速度一半時的底物濃度。Km是酶和底物親和力的度量，Km值小表示底物對酶的親和力大，酶催化反應的速度也大。

Km是酶學中的一個重要常數，它的倒數1/Km叫做”親和力常數”。8-14酶影響酶促反應的因素第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日、抑制劑

有些物質能使酶活性中心的化學性質發生改變，導致酶活力下降或喪失，這種現象稱為酶的抑制，引起酶抑制的物質叫抑制劑。8-15酶抑制劑第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日

(1).競爭性抑制劑

某些物質與底物的結構很相似，它們會與酶活性部位結合，造成與基質競爭而起到抑制酶反應的作用。如丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制。當底物濃度增加時，可以減少競爭性抑制劑對酶的抑制作用。因反應產物的結構往往類似于底物，所以它是常見的競爭性抑制劑。(2).非競爭性抑制劑

某些物質并不與酶的活性部位結合，而是結合于其它部位，從而引起某些變化，造成抑制。增加底物并不能消除抑制劑的影響，重金屬、螯合劑、氧化劑、氰化物及能與—SH作用的物質都屬于非競爭性抑制劑。

酶抑制劑的種類很多，但由于毒性、對食品風味的影響以及價格等問題，使得抑制劑在食品工業中的實際應用寥寥無幾。8-16酶抑制劑第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日、激活劑

與抑制相反，把掩蔽酶活性部位的抑制劑以化學法除去，若能使酶還原到原來的性能，則酶被活化。此外還可在酶的其它部分結合活化劑，使酶的立體結構變化而活化。8-17酶激活劑第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶活力的測定8.4

酶活力的測定

酶不易制成純品，其中含有很多雜質，真正的含酶量并不多。所以酶制劑中酶的含量都用酶活力來表示。8-18酶第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶活力測定酶活力就是酶催化一定反應的能力，也可說是酶催化反應的速度。酶催化反應的速度可通過測定單位時間內底物能變成產物的數量而得，酶單位都是以酶活力為根據而定義的。國際生化協會酶委員規定，1分鐘內將1微摩爾的底物轉化為產物的酶量定為1個單位，稱為標準單位。并規定了酶作用的條件，因標準單位在實際應用時不夠方便，故生產上往往根據不同的酶制定各自的酶活力單位，例如蛋白酶以1分鐘內能水解酪蛋白產生1微克酪氨酸的酶量為1個蛋白酶單位；液化型淀粉酶以1小時內能液化1克淀粉的酶量為1個單位，等等。在測定酶活力時，對反應溫度、PH值、底物濃度、作用時間都有統一規定，以便同類產品互相比較。

酶單位并不直接反映出酶的絕對數量，它只不過是一種相對比較的依據。8-19酶第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日8.5

食品加工中重要的酶

食品工業中重要的酶主要是水解酶及氧化還原酶。8-20酶食品加工中的酶第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日、水解酶

(1).α-淀粉酶

也稱液化型淀粉酶，能使淀粉不規則地水解。它存在于動物的唾液、胰臟及植物的麥芽中。此外，霉菌和細菌也產生此酶。鈣對其有活化作用，其最適PH為5-7，最適溫度約40℃，一些細菌淀粉酶則達70℃。此酶在啤酒制造及面包品質改良上很重要，終產物為麥芽糖、葡萄糖和異麥芽糖。8-21酶食品加工中的酶第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日()

-淀粉酶

能將淀粉從非還原端起，每次水解下一個麥芽糖單位。在各種植物組織中均可見，尤以大麥芽中為多，其熱穩定性低于α-淀粉酶。

(3).葡萄糖淀粉酶

從淀粉的非還原端起，每次水解下一個葡萄糖單位，終產物為葡萄糖和糊精，用于制糖等。最適PH=4-5，最適溫度50-60℃。

淀粉酶對天然存在的完整淀粉粒作用較困難，應將淀粉粒糊化，破壞其結構后，對淀粉酶的作用才比較敏感。8-22酶食品加工中的酶第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日(4).果膠酯酶

能把果膠酯酸分解為果膠酸和甲醇，它存在于霉菌、細菌和植物中，以柑桔類水果和蕃茄中含量為多。

(5).果膠酶

能把多聚半乳糖醛酸（果膠酸）的α-1，4-苷鍵水解。許多微生物及成熟水果中均有存在。此酶與水果、蔬菜的軟化有關，它對果汁和果酒有澄清作用。8-23酶食品加工中的酶第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品加工中的酶(6).脂肪酶

能把油脂（甘油三酸脂）水解為甘油和脂肪酸的酶。最適PH值為5.0—8.6。許多含脂食品如牛奶、奶油等的變質常常是由于其中所含脂肪酶的作用使游離脂肪酸增加所致。

(7).轉化酶

能把蔗糖水解為α-D-葡萄糖和β-D-果糖，其產物稱轉化糖，最適PH為。轉化糖比蔗糖難結晶，常用于糖漿、人工蜂蜜等制造業。8-24酶第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日(8).蛋白酶

能把蛋白質的肽鏈切斷。木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等植物蛋白酶可用于肉的軟化和防止啤酒混濁等，霉菌蛋白酶用于面包工業以改良面筋性質。

不同蛋白酶切斷的肽鍵部分不相同，如胃蛋白酶切斷芳香族氨基酸，胰蛋白酶切斷堿性氨基酸等。牛乳的酪蛋白若用胰蛋白酶分解則產生強烈苦味，這是因生成物為胰島素和苯丙氨酸之故，若用羧肽酶分解，則無苦味。奶酪的品種多，味微苦，就與不同的酶解產物有關。8-25酶食品加工中的酶第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日、氧化還原酶

(1).葡萄糖氧化酶

使葡萄糖和O2作用生成葡萄糖酸，由霉菌產生，用于除去蛋白中的微量葡萄糖和果汁等中的溶解O2。

(2).兒茶酚氧化酶

使酚類與O2作用，是水果，蔬菜等褐變的主要原因。廣泛分布于植物界。8-26酶食品加工中的酶第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日

(3).抗壞血酸氧化酶

能把抗壞血酸分解為脫氧抗壞血酸。廣泛存在于植物中。

(4).脂氧化酶

能使亞油酸等不飽和脂肪酸和O2作用生成不飽和脂肪酸的過氧化物，最適PH約為6.3，與油脂的氧化酸敗和胡蘿卜素的破壞有關。8-27酶食品加工中的酶第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品加工中的酶(5)、維生素C又稱抗壞血酸，Vc為己糖的衍生物，共有四種異構體，有還原型和氧化型兩種，一般說的Vc是指L-抗壞血酸。8-28酶第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日L-抗壞血酸的生物效價最高，而其異構體中僅D-異抗壞血酸有1/20的L-型抗壞血酸效價，其余兩種均無活性。Vc中烯二醇的結構極不穩定，很易氧化為二酮結構，這就形成了Vc的極強的還原性。食品工業中利用抗壞血酸的還原性將其用作抗氧化劑。由于D-異抗壞血酸的成本低于L-抗壞血酸，因此多采用D-異抗壞血酸，Vc廣泛存在于水果及蔬菜中，人缺乏Vc的癥狀是牙齦部出血，牙齒松脫，同時皮下出血，形成瘀斑。患者倦怠，特別易感染疾病。8-29酶食品加工中的酶第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品的褐變

8.6食品的褐變食品在加工、貯藏過程中，經常會發生變色現象，褐變就是一種最普遍的變色現象，在一些食品中，適當程度的褐變是有益的，如面包、糕點、咖啡等食品在焙烤過程中生成的焦黃色和由此而引起的香氣等；而在另一些食品中，特別是水果和蔬菜，褐變是有害的，它不僅影響外觀，還影響風味，并降低營養價值，而且往往是食品腐敗、不堪食用的標志。褐變按其發生機制可分為酶促褐變和非酶褐變兩大類。食品的褐變10-1第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶引起的褐變多發生在較淺色的水果和蔬菜中，例如蘋果、香蕉和土豆等，當它們的組織被碰傷、切開、削皮，就很易發生褐變，這是因為它們的組織暴露在空氣中，在多酚酶的催化下，多酚類物質被氧化為鄰醌，鄰醌再進一步氧化聚合而形成褐色色素（或黑色素、類黑精）。酶促褐變10-2食品的褐變第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日10-3酶促褐變食品的褐變第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品發生酶促褐變，必須具備三個條件：即有多酚類、多酚氧化酶和O2。有些瓜果，如檸檬、桔子及西瓜等由于不含多酚氧化酶，故不會發生酶促褐變。只要消除這三個條件中的任何