1、2022-8-71 第六章 酶 Enzyme2022-8-72教学目的与要求教学目的与要求l了解酶的化学本质、分类、酶催化的机理和酶了解酶的化学本质、分类、酶催化的机理和酶的反应动力学；酶的固定化方法。的反应动力学；酶的固定化方法。l掌握影响酶活力的因素；固定化酶的特点。掌握影响酶活力的因素；固定化酶的特点。l掌握各种酶的作用特点掌握各种酶的作用特点，包括脂肪氧合酶、多，包括脂肪氧合酶、多酚氧化酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酚氧化酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化物酶等；酶、过氧化物酶等；哪些酶可作为食品质量的哪些酶可作为食品质量的指示剂。指示剂。2022-8-73重点掌握重点掌
2、握酶促褐变的机理、影响因素以及控酶促褐变的机理、影响因素以及控制手段；食用酶对食品色泽、质构、风味、制手段；食用酶对食品色泽、质构、风味、营养价值的影响。营养价值的影响。教学目的与要求教学目的与要求2022-8-74 本章内容本章内容第一节第一节 引论引论第二节第二节 影响酶活力的因素影响酶活力的因素第三节第三节 固定化酶固定化酶第四节内源酶对食品品质的影响第四节内源酶对食品品质的影响第五节第五节 作为食品加工的助剂作为食品加工的助剂 和配料而使用的酶和配料而使用的酶第六节第六节 酶在食品分析中的应用酶在食品分析中的应用2022-8-75 第一节第一节 引论引论 一、酶对食品科学的重要性一、酶
3、对食品科学的重要性 n在生物体内，控制着所有重要的生物大分子的在生物体内，控制着所有重要的生物大分子的合成、分解合成、分解n食品加工的主要原料是生物材料食品加工的主要原料是生物材料,生物材料中生物材料中含有大量的酶（内源酶）含有大量的酶（内源酶）第六章第六章 酶酶2022-8-76n酶的作用酶的作用 有益的：皱胃酶、蛋白酶（牛乳中）有益的：皱胃酶、蛋白酶（牛乳中）有害的：果胶酶（番茄中）、脂酶有害的：果胶酶（番茄中）、脂酶 n有效地使用和控制内源酶和外源酶有效地使用和控制内源酶和外源酶 第一节引论第一节引论2022-8-77二、酶的本质二、酶的本质 n定义（定义（19791979年）年）酶是酶
4、是具有催化性质的蛋白质具有催化性质的蛋白质，其催化性质源，其催化性质源自于它特有的激活能力。自于它特有的激活能力。n目前目前 并非都是蛋白质并非都是蛋白质第一节引论第一节引论2022-8-78n酶是生物催化剂酶是生物催化剂不参与反应，反应结束时保持不变不参与反应，反应结束时保持不变酶在物理和化学状态上的改变是可逆的酶在物理和化学状态上的改变是可逆的 酶反应中包含可逆的中间络合物酶反应中包含可逆的中间络合物 第一节引论第一节引论2022-8-79n酶被反复使用酶被反复使用 酶的周转率（酶的周转率（TurnoverTurnover）在酶被完全饱和条件下，单位时间内底物在酶被完全饱和条件下，单位时间
5、内底物被每个酶分子转变成产物的分子数。被每个酶分子转变成产物的分子数。大多数酶，大多数酶，1 110104 4s s-1-1 n少量的酶（昂贵）大量的生物转化少量的酶（昂贵）大量的生物转化第一节引论第一节引论2022-8-710n酶具有专一性或特异性（酶具有专一性或特异性（specificityspecificity）u酶作为催化剂的机制不完全清楚酶作为催化剂的机制不完全清楚u按照按照Emil Fischer提出的提出的“锁和钥匙锁和钥匙”模式模式酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位与底物精确地立体互补与底物精确地立体互补大多数酶与底物是高度专一的大多数酶与
6、底物是高度专一的许多酶催化反应不符合此模式许多酶催化反应不符合此模式第一节引论第一节引论2022-8-711第一节引论第一节引论2022-8-712u Koshland的的“诱导楔合诱导楔合”模型模型 要点要点:底物诱导酶蛋白几何形状的改变底物诱导酶蛋白几何形状的改变催化基团能精确地定向和底物结合到酶的活性催化基团能精确地定向和底物结合到酶的活性部位上去部位上去u酶的专一性或特异性可扩展到键的类型上。酶的专一性或特异性可扩展到键的类型上。第一节引论第一节引论2022-8-713第一节引论第一节引论2022-8-714三、酶的命名三、酶的命名n习惯命名习惯命名 n商品名称商品名称 n系统命名系统
7、命名 4 4位数字组成的酶委员会编号（位数字组成的酶委员会编号（EC numberEC number）第一节引论第一节引论2022-8-715第一节引论第一节引论2022-8-716食品加工中常用的酶是食品加工中常用的酶是水解酶水解酶，其次是，其次是氧化氧化还原酶及异构酶。还原酶及异构酶。第一节引论第一节引论2022-8-717四、酶的辅助因子（四、酶的辅助因子（cofactors）n酶在作用时需要有一个非蛋白质组分存在，酶在作用时需要有一个非蛋白质组分存在，这个组分称为辅助因子。这个组分称为辅助因子。n分类分类 金属离子金属离子 羧肽酶羧肽酶Zn2+，激酶，激酶Mg2+有机化合物有机化合物B
8、 B族维生素族维生素 辅酶（辅酶（coenzymecoenzyme）第一节引论第一节引论2022-8-718通常把与酶蛋白通常把与酶蛋白结合比较松结合比较松、容易脱离酶蛋、容易脱离酶蛋白、可用透析法除去的小分子有机物称为白、可用透析法除去的小分子有机物称为辅辅酶酶。相反，与酶蛋白相反，与酶蛋白结合比较紧结合比较紧、用透析法不易、用透析法不易除去的小分子物质称为除去的小分子物质称为辅基辅基。第一节引论第一节引论2022-8-719五、在生物体中的酶五、在生物体中的酶n酶在原料的生长和成熟中起重要的作用酶在原料的生长和成熟中起重要的作用 n由于细胞结构的解体常使酶活力提高由于细胞结构的解体常使酶活
9、力提高 果胶酶使番茄组织软化果胶酶使番茄组织软化 多酚氧化酶使果蔬褐变多酚氧化酶使果蔬褐变第一节引论第一节引论2022-8-720（一）酶的分布（一）酶的分布n不均匀的，定位化，区域化分布不均匀的，定位化，区域化分布 n 特定的器官含有特定种类的酶特定的器官含有特定种类的酶 第一节引论第一节引论2022-8-721（二）酶的隔离分布和与底物的接近（二）酶的隔离分布和与底物的接近n在完整的细胞内，酶通过各种方式和底物隔离在完整的细胞内，酶通过各种方式和底物隔离 n组织解体使酶与底物接近会导致食品的色泽、组织解体使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质构、风味、芳香和营
10、养质量上的改变 n热处理、低温保藏和酶抑制剂的使用有助于稳热处理、低温保藏和酶抑制剂的使用有助于稳定产品质量定产品质量第一节引论第一节引论2022-8-722（三）酶在食品原料中的含量（三）酶在食品原料中的含量n不同食品原料所含酶的种类和数量不同不同食品原料所含酶的种类和数量不同.n同一种酶在同一种食品原料中的含量还取决于同一种酶在同一种食品原料中的含量还取决于 第一节引论第一节引论2022-8-7232022-8-724第二节第二节 影响酶活力的因素影响酶活力的因素n内在因素：内在因素：l酶的浓度酶的浓度 l底物的浓度底物的浓度 n环境条件：环境条件：lpH l温度温度 l水分活度水分活度l
11、抑制剂抑制剂2022-8-725一、底物浓度一、底物浓度n反应速度反应速度V和底物浓度和底物浓度S的关系非线性的关系非线性v以一底物讨论酶反应以一底物讨论酶反应 k1 E+S ES k2 E+P k-1lE:游离状态酶游离状态酶 S:底物底物 ES:酶酶-底物络合物底物络合物 P:反应产物反应产物 k:反应速度常数反应速度常数 第二节第二节2022-8-726vV=mKSSvmax第二节第二节2022-8-727vKm=K-1/K1 Michaelis 常数，米氏常数常数，米氏常数 vVmax：最大反应速度，所有的酶都以：最大反应速度，所有的酶都以ESES形式形式存在，及酶被底物饱和存在，及酶
12、被底物饱和vKm的测定方法：的测定方法：Lineweaver-Burk提出的双提出的双倒数法倒数法第二节第二节2022-8-728max1max1VSVKmV第二节第二节2022-8-729v截距截距=1/Vmax 斜率斜率=Km/VmaxvVmax的意义的意义 在最适条件和被底物饱和时的理论上的最高在最适条件和被底物饱和时的理论上的最高酶活力酶活力 第二节第二节2022-8-730对于一底物催化反应，还有对于一底物催化反应，还有Briggs Haldane模型模型v以稳定态假设取代平衡态假设以稳定态假设取代平衡态假设v稳定态假设是指在酶反应中稳定态假设是指在酶反应中ES保持不变。保持不变。v
13、推导的公式为：推导的公式为：vKm=(k-1+k2)/k1v除除Km的定义不同外，两者模型完全相同。的定义不同外，两者模型完全相同。KmssVVmax第二节第二节2022-8-731二、酶浓度二、酶浓度v当当EESS，v反应速度反应速度酶浓度酶浓度v长时间范围内长时间范围内 l初速度保持不变，然后下降初速度保持不变，然后下降 l初速度保持的时间与酶的种初速度保持的时间与酶的种类有关类有关v酶活下降的原因酶活下降的原因 l产物的抑制作用产物的抑制作用l酶失活酶失活 第二节第二节2022-8-732反应动力学反应动力学v反应早期反应早期 SS是一个常数是一个常数 酶反应是零级反应酶反应是零级反应
14、v反应进行反应进行 SS下降下降 反应遵循一级动力学反应遵循一级动力学第二节第二节2022-8-733三、三、pHvPHPH对大多数酶的活力都对大多数酶的活力都有显著的影响。有显著的影响。v S S形或钟形形或钟形vpHpH影响酶活力的原因影响酶活力的原因lpHpH影响酶分子上电荷的影响酶分子上电荷的分布分布l取决于酶蛋白质的氨基取决于酶蛋白质的氨基酸侧链上可离解基团的酸侧链上可离解基团的状态状态 第二节第二节2022-8-734v可离解基团可能处于酶的活性部位，因此影响可离解基团可能处于酶的活性部位，因此影响酶与底物的结合和催化作用酶与底物的结合和催化作用v vpHpH曲线确定最适曲线确定最
15、适pHpHv采用酶反应的初速度采用酶反应的初速度v酶的酶的pH pH 稳定范围稳定范围 见表见表6-66-6第二节第二节2022-8-7352022-8-736v确定酶的确定酶的pHpH稳定性测定方法稳定性测定方法 与测定初速度时采用与测定初速度时采用相同的温度、缓冲液、相同的温度、缓冲液、酶浓度酶浓度 不同的不同的pHpH下保温下保温极端的极端的pHpH一般会使酶失活一般会使酶失活 v大多数酶的最适大多数酶的最适pHpH在在4.54.58.0 8.0 v特殊情况特殊情况 胃蛋白酶胃蛋白酶1.8 1.8 精氨酸酶精氨酸酶1010第二节第二节2022-8-737v不同不同pHpH下保温时的失活速
16、度下保温时的失活速度2022-8-738四、温度四、温度（一）酶的热稳定性（一）酶的热稳定性 v测定方法：酶液置于不同温度下（测定方法：酶液置于不同温度下（2525）保温保温一定时间后测定酶活。一定时间后测定酶活。v酶失活动力学酶失活动力学v遵循一级动力学：酶的残余活力百分数的对数遵循一级动力学：酶的残余活力百分数的对数与保温时间呈线性关系（图与保温时间呈线性关系（图6-116-11）。）。第二节第二节2022-8-739第二节第二节2022-8-740vArrnenius方程方程 k=Ak=Ae e-Ea/RT-Ea/RTEaEa：酶热变性的活化能：酶热变性的活化能 R R：通用气体常数：通
17、用气体常数 loglog残余百分酶活时间残余百分酶活时间 呈线性关系呈线性关系 直线的斜率为直线的斜率为Ea/2.3REa/2.3R第二节第二节2022-8-741（二）酶催化反应的活化能（二）酶催化反应的活化能v酶降低活化能，产生两个效果酶降低活化能，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升高温度对酶反应速度造成的影响相对较小小 v在酶稳定的范围内，尽可能采用高温在酶稳定的范围内，尽可能采用高温第二节第二节2022-8-742（三）低温下酶的活力（三）低温下酶的活力v食品原料部分冻结（食品原料部分冻结（00以下
18、）时，酶的活动以下）时，酶的活动并没有完全停止。并没有完全停止。v低温使酶活力下降，但应避免稍低于冰点的温低温使酶活力下降，但应避免稍低于冰点的温度保藏食品。度保藏食品。水冻结后，酶和底物浓缩，促进酶活。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。冻结和解冻破坏组织结构，酶容易接近底物。第二节第二节2022-8-743鳕鱼组织中的鳕鱼组织中的磷脂酶在磷脂酶在-4-4的活力相当于的活力相当于-2.5-2.5的活力的活力的的5 5倍。倍。2022-8-744五、水分活度五、水分活度v食品原料中的水分含量必须低于食品原料中的水分含量必须低于1%1%2%2%，才，才能抑制
19、酶活力。能抑制酶活力。第二节第二节2022-8-7452022-8-746v有机溶剂（甘油）和水混合。有机溶剂（甘油）和水混合。l水分体积分数减少，酶活力下降。水分体积分数减少，酶活力下降。第二节第二节2022-8-747有机溶剂对酶反应的影响有机溶剂对酶反应的影响(两个方面）两个方面）v影响酶的稳定性和反应进行的方向影响酶的稳定性和反应进行的方向 v有机溶剂与水不互溶有机溶剂与水不互溶 反应从催化水解反应移向催化合成反应反应从催化水解反应移向催化合成反应 v有机溶剂与水互溶有机溶剂与水互溶 反应移向催化水解反应反应移向催化水解反应2022-8-748六、酶抑制动力学六、酶抑制动力学v当当G
20、G的绝对值很小，逆向反应不能忽视的绝对值很小，逆向反应不能忽视v产物的积累产生抑制作用产物的积累产生抑制作用v其它物质也会产生抑制作用其它物质也会产生抑制作用v对酶的抑制可以是不可逆的对酶的抑制可以是不可逆的 v但可逆抑制更常见但可逆抑制更常见第二节第二节2022-8-749 KEs K2vE ES E+P KE1 KES1vEI ESI第二节第二节一底物酶催化反应的可逆抑制反应：一底物酶催化反应的可逆抑制反应：2022-8-750v动力学方程式动力学方程式 为：v倒数形式为：倒数形式为：11 1 11maxmaxSKIVKKIvvEIESESIESESIEIESESKKISKIKSKSVV1
21、max第二节第二节2022-8-751（一）竞争性抑制（常见）（一）竞争性抑制（常见）v抑制剂同抑制剂同E反应反应vES不和抑制剂结合，不和抑制剂结合，EI不和底物结合不和底物结合v竞争性抑制剂的结构和底物相似，这两种分子竞争性抑制剂的结构和底物相似，这两种分子与酶结合的部位相同与酶结合的部位相同vS+E 与与 I+E竞争竞争vVmax没有影响，没有影响，Km v底物底物S足够高，可以消除竞争性抑制足够高，可以消除竞争性抑制 第二节第二节2022-8-752（二）非竞争性抑制（比较少见）（二）非竞争性抑制（比较少见）v抑制剂同时与抑制剂同时与E和和S反应反应vS+E 不影响不影响 E+I vK
22、m没有影响，没有影响，vmaxv增加增加S不能消除不能消除第二节第二节2022-8-753（三）反竞争性抑制（三）反竞争性抑制nI不与不与E反应，反应，I I同同ESES反应反应nKm、vmax都同步减小都同步减小 n很少见很少见第二节第二节2022-8-754七、其他环境条件七、其他环境条件（一）粘度（一）粘度 v冷冻中，冷冻中，90%90%以上的自由水被冻结以上的自由水被冻结v未冻结相的粘度会显著提高未冻结相的粘度会显著提高 v酶和底物分子的移动性降低酶和底物分子的移动性降低 v酶活力下降酶活力下降第二节第二节2022-8-755（二）压力（二）压力n一般压力不致于高到使酶失活一般压力不致
23、于高到使酶失活n几种处理方式相结合时，导致酶失活几种处理方式相结合时，导致酶失活 压力压力-高温处理高温处理 压力压力-高剪切处理高剪切处理 n高压灭酶高压灭酶第二节第二节2022-8-756（三）剪切（三）剪切n混合、管道输送、挤压，使酶失活混合、管道输送、挤压，使酶失活 n在作用停止后，酶活再生在作用停止后，酶活再生第二节第二节2022-8-757（四）超声能量（四）超声能量n使酶失活使酶失活 n空化作用（起泡）导致酶的界面变性空化作用（起泡）导致酶的界面变性n酶失活过程不符合一级动力学酶失活过程不符合一级动力学第二节第二节2022-8-758（五）离子辐射（五）离子辐射n离子辐射能使酶完
24、全失活所需的剂量比破坏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微生物所需的剂量大1010倍。倍。n缺氧和干燥条件下，酶稳定性高缺氧和干燥条件下，酶稳定性高n室温下比低温下失活的程度高室温下比低温下失活的程度高n采用热采用热-离子辐射结合处理的方法离子辐射结合处理的方法第二节第二节2022-8-759（六）溶剂（六）溶剂n与水不互溶的溶剂稳定酶与水不互溶的溶剂稳定酶 n互溶的溶剂能使酶失活互溶的溶剂能使酶失活 温度低时，较稳定温度低时，较稳定第二节第二节2022-8-760第三节第三节 固定化酶固定化酶n将酶与不溶解的载体相结合，将酶与不溶解的载体相结合，酶从可溶状态酶从可溶状态
25、变成固定化的状态。变成固定化的状态。n优点：优点：酶的稳定性提高酶的稳定性提高 酶能反复多次使用酶能反复多次使用 产物中不含酶，不需要采用热处理灭酶，有产物中不含酶，不需要采用热处理灭酶，有助于提高食品的质量助于提高食品的质量2022-8-7612022-8-762一、酶的固定方法一、酶的固定方法（一）吸附（一）吸附 n将酶吸附在氧化铝、有机聚合物、玻璃、无机将酶吸附在氧化铝、有机聚合物、玻璃、无机盐或硅胶等材料上盐或硅胶等材料上 n优点：优点：无需特殊化学试剂，简便、价廉无需特殊化学试剂，简便、价廉。n缺点：缺点：结合力是弱键作用，当温度、结合力是弱键作用，当温度、pH和离子强度和离子强度改
26、变，或者当底物存在时，结合的酶可能会解改变，或者当底物存在时，结合的酶可能会解吸。吸。第三节第三节2022-8-763（二）共价连接（二）共价连接n两种处理方法：两种处理方法：化学试剂化学试剂和载体（聚丙烯酰胺、葡聚糖、纤维和载体（聚丙烯酰胺、葡聚糖、纤维素、硅胶等）素、硅胶等）通过化学反应使酶分子上游离的羧通过化学反应使酶分子上游离的羧基或氨基共价结合到载体上。基或氨基共价结合到载体上。双官能双官能试剂（如戊二醛）将酶分子连接起来。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，形成了共价酶分子通过双官能试剂彼此相连接，形成了共价键，同时酶的以部分起着载体的作用。键，同时酶
27、的以部分起着载体的作用。第三节第三节2022-8-764优点：优点：共价键牢固，酶不易泄漏共价键牢固，酶不易泄漏 缺点：缺点：一部分酶起着载体的作用而失去了催化一部分酶起着载体的作用而失去了催化能力，能力，固定的酶活力较低固定的酶活力较低；对于价格昂贵的；对于价格昂贵的酶，不经济。酶，不经济。第三节第三节2022-8-765（三）载体截留（三）载体截留n凝胶（聚丙烯酰胺）包埋将酶分子截留。凝胶（聚丙烯酰胺）包埋将酶分子截留。n特点：特点：低低MW底物可通过扩散自由进入凝胶颗粒，酶底物可通过扩散自由进入凝胶颗粒，酶和高和高MW的终产物不能从凝胶颗粒中渗漏出去。的终产物不能从凝胶颗粒中渗漏出去。n
28、局限：局限：只能适用于低只能适用于低MW底物。食品体系常常有大分底物。食品体系常常有大分子。子。酶通过扩散而损失的可能性还是存在的。酶通过扩散而损失的可能性还是存在的。第三节第三节2022-8-766（四）胶囊包合（四）胶囊包合n类似载体截留法，形成很小的颗粒或胶囊，类似载体截留法，形成很小的颗粒或胶囊，不形成凝胶。不形成凝胶。n胶囊材料胶囊材料：硝酸纤维素或尼龙硝酸纤维素或尼龙 n只适合低只适合低MW底物底物第三节第三节2022-8-767二、固定化酶动力学二、固定化酶动力学n酶被固定，仅底物能自由扩散酶被固定，仅底物能自由扩散 n酶的载体被扩散层包围酶的载体被扩散层包围 n邻近酶的底物浓度
29、低于体相中底物浓度邻近酶的底物浓度低于体相中底物浓度 n静电作用静电作用 可能增强或者削弱底物与酶的结合。可能增强或者削弱底物与酶的结合。第三节第三节2022-8-768n反应初速度反应初速度v0不再适用。不再适用。流动柱状反应器固定化酶反应速度公式为：流动柱状反应器固定化酶反应速度公式为：XZFvRTRTDXvKmKmSKmSvVmax*maxDXvKmmaxXZFvRTRTX-X-扩散层厚度；扩散层厚度；D-D-底物的扩散系数；底物的扩散系数；Z-Z-底物的价数；底物的价数；V-V-载载体附近的电位梯度；体附近的电位梯度；F-FaradayF-Faraday常数常数称为扩散项称为扩散项称为
30、静电项称为静电项第三节第三节2022-8-769讨论：讨论：X、D：扩散参数：扩散参数。较小的载体或提高流动较小的载体或提高流动速度可使速度可使X，Km*Z、v：与电性质有关：与电性质有关：l底物和载体电荷相同，底物和载体电荷相同，Km*,酶酶-底物亲和力底物亲和力l如果如果Z v 具有相反的符号，具有相反的符号，Km*l如果如果Z或或v=0，Km*仅受扩散因素影响仅受扩散因素影响第三节第三节2022-8-770三、固定化酶在食品工业中的应用三、固定化酶在食品工业中的应用n仅有少数固定化酶被应用于工业化仅有少数固定化酶被应用于工业化 n固定化葡萄糖异构酶，生产高果糖浆固定化葡萄糖异构酶，生产高
31、果糖浆 葡萄糖异构酶的菌种葡萄糖异构酶的菌种:链霉菌、凝结芽孢杆菌、放线菌、节杆菌。链霉菌、凝结芽孢杆菌、放线菌、节杆菌。载体载体:DEAE-纤维素、多孔陶瓷，后一种已用于大规模纤维素、多孔陶瓷，后一种已用于大规模的柱状反应器中生产高果糖糖浆。的柱状反应器中生产高果糖糖浆。第三节第三节2022-8-771反应平衡常数反应平衡常数=1，葡萄糖葡萄糖=果糖果糖n其它固定化酶：其它固定化酶：氨基酰基转移酶、天冬酶氨基酰基转移酶、天冬酶 、富马酸酶、富马酸酶半乳糖苷酶：水解棉子糖半乳糖苷酶：水解棉子糖（甜菜汁中阻碍蔗（甜菜汁中阻碍蔗糖结晶）糖结晶）乳糖酶：水解乳糖乳糖酶：水解乳糖（乳糖不耐症）（乳糖不
32、耐症）n固定化微生物细胞固定化微生物细胞 n应用于食品分析应用于食品分析 酶电极酶电极第三节第三节2022-8-772第四节第四节 内源酶对食品品质的影响内源酶对食品品质的影响n酶对生物体的重要性酶对生物体的重要性 n酶催化反应产生的效果酶催化反应产生的效果 加快食品变质的速度加快食品变质的速度 提高食品的质量提高食品的质量 n控制酶活力控制酶活力 2022-8-773一、颜色一、颜色(color)n颜色颜色 食品质量食品质量 导致水果和蔬菜中色素变化的导致水果和蔬菜中色素变化的3个关键性酶个关键性酶第四节第四节2022-8-7741.脂肪氧合酶（脂肪氧合酶（Lipoxygenase（亚油酸：
33、氧（亚油酸：氧 氧氧化还原酶；化还原酶；ECEC1.13.11.12)1.13.11.12)n六方面的功能：六方面的功能：l小麦粉和大豆粉的漂白小麦粉和大豆粉的漂白l面团制作中形成二硫键，强化面筋面团制作中形成二硫键，强化面筋l破坏叶绿素和胡萝卜素破坏叶绿素和胡萝卜素 l产生氧化性的不良风味（青草味）产生氧化性的不良风味（青草味）l氧化破坏维生素和蛋白质氧化破坏维生素和蛋白质l氧化破坏必需脂肪酸氧化破坏必需脂肪酸 有益的有益的有害的有害的第四节第四节2022-8-775n脂肪氧合酶催化过程：脂肪氧合酶催化过程：作用于不饱和脂肪酸（亚油酸）产生自由基中作用于不饱和脂肪酸（亚油酸）产生自由基中间物
34、间物产生氢过氧化物产生氢过氧化物 进一步非酶反应，产生醛等不良风味进一步非酶反应，产生醛等不良风味自由基和氢过氧化物破坏食品中的色素自由基和氢过氧化物破坏食品中的色素。氧化氧化最敏感的氨基酸是半胱氨酸、酪氨酸、组最敏感的氨基酸是半胱氨酸、酪氨酸、组氨酸和色氨酸氨酸和色氨酸第四节第四节2022-8-7762.2.叶绿素酶（叶绿素叶绿素酶（叶绿素 脱植基叶绿素脱植基叶绿素-水解酶水解酶EC3.1.1.14EC3.1.1.14）n在植物体中的作用仍然不清楚。在植物体中的作用仍然不清楚。n水解叶绿素产生植醇和脱植基叶绿素水解叶绿素产生植醇和脱植基叶绿素n脱植基叶绿素仍呈绿色脱植基叶绿素仍呈绿色第四节第
35、四节2022-8-7773.多酚氧化酶（多酚氧化酶（1 1，2-2-苯二酚：氧苯二酚：氧 氧化还原酶；氧化还原酶；EC1.10.3.1EC1.10.3.1）n又被称为酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、儿茶酚又被称为酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、儿茶酚氧化酶、甲酚酶和儿茶酚酶，与测定酶活力氧化酶、甲酚酶和儿茶酚酶，与测定酶活力时的底物有关。时的底物有关。n存在于植物、动物和一些微生物中存在于植物、动物和一些微生物中 第四节第四节2022-8-778Enzyme BrowningEnzyme Browning酶促褐变是酶促褐变是酚酶催化酚类物质酚酶催化酚类物质形成醌及其聚形成醌及其聚合物的反应过程。合物的反应过程
36、。不利的不利的：如香蕉、苹果、梨、茄子、马铃薯：如香蕉、苹果、梨、茄子、马铃薯等削皮、切开后都很容易褐变等削皮、切开后都很容易褐变变色变色；邻；邻-苯醌苯醌与蛋白质中赖氨酸反应导致与蛋白质中赖氨酸反应导致营养质量和溶解营养质量和溶解度下降度下降；食品的；食品的质构和味道也发生变化。质构和味道也发生变化。有益的有益的：但像茶叶、可可豆等食品适当的褐：但像茶叶、可可豆等食品适当的褐变能形成变能形成良好的风味与色泽良好的风味与色泽。第四节第四节2022-8-779羟基化羟基化氧化氧化酶促褐变的机理：酶促褐变的机理：n催化两类不同的反应：催化两类不同的反应：羟基化和氧化反应羟基化和氧化反应第四节第四节
37、2022-8-780一是一是羟基化作用羟基化作用，产生酚的邻羟基；，产生酚的邻羟基；二是二是氧化作用氧化作用，使邻二酚氧化为邻，使邻二酚氧化为邻-苯醌苯醌（无色）（无色）;醌进一步氧化和聚合（非酶促反应），产醌进一步氧化和聚合（非酶促反应），产生黑色素。生黑色素。第四节第四节2022-8-781n催化酶促褐变的酶有催化酶促褐变的酶有酚酶、抗坏血酸氧化酶、酚酶、抗坏血酸氧化酶、过氧化物酶等。过氧化物酶等。u酚酶：酚酶：是一个寡聚体，以铜为辅基，必须以氧为受是一个寡聚体，以铜为辅基，必须以氧为受氢体，是一种末端氧化酶。氢体，是一种末端氧化酶。可以用一元酚或二元酚作为底物。可以用一元酚或二元酚作为底
38、物。其最适其最适pH接近接近7 7，比较耐热，在，比较耐热，在100100下钝化下钝化酚酶需酚酶需2-82-8min。第四节第四节2022-8-782酚酶是一个多酶体系（有两种）：酚酶是一个多酶体系（有两种）：一种是酚羟化酶一种是酚羟化酶(phenolhydroxylase)，又称为，又称为甲酚酶甲酚酶(cresolase)另一种是多酚氧化酶另一种是多酚氧化酶(polyphenoloxidase,ppo)，又称儿茶酚酶又称儿茶酚酶(catecholase)。第四节第四节2022-8-783u底物底物：不同底物的酶促褐变速度大不相同，不同底物的酶促褐变速度大不相同，邻二酚邻二酚 一元酚一元酚 对
39、位二酚对位二酚 间位二酚间位二酚；间位二酚则不能作为底物，甚至有一定的抗间位二酚则不能作为底物，甚至有一定的抗氧化作用。氧化作用。邻二酚的取代衍生物如愈创木酚、阿魏酸邻二酚的取代衍生物如愈创木酚、阿魏酸(ferulic acid)不能为酚酶所催化。不能为酚酶所催化。第四节第四节2022-8-7842022-8-785常见的底物有常见的底物有:酪氨酸、绿原酸和儿茶酚、咖酪氨酸、绿原酸和儿茶酚、咖啡酸，还有花青素、黄酮类、鞣质等。啡酸，还有花青素、黄酮类、鞣质等。第四节第四节2022-8-786v以马铃薯为例：其底物为含量丰富的以马铃薯为例：其底物为含量丰富的L-L-酪氨酪氨酸酸。v这一机制也是动
40、物皮肤、毛发中黑色素形成这一机制也是动物皮肤、毛发中黑色素形成的机制。的机制。2022-8-7872022-8-788u水果和蔬菜中的酚酶底物是邻二酚及一元酚水果和蔬菜中的酚酶底物是邻二酚及一元酚类。类。儿茶酚儿茶酚(catehol)是水果中分布较广泛的的酚是水果中分布较广泛的的酚类。类。第四节第四节2022-8-7892022-8-790绿原酸绿原酸(chlorogenic acid)是许多水果特别是是许多水果特别是桃和苹果等的褐变关键物质；桃和苹果等的褐变关键物质；香蕉中是香蕉中是3 3，4-4-二羟基苯乙胺。二羟基苯乙胺。2022-8-791消除氧和酚类化合物可以防止褐变消除氧和酚类化合
41、物可以防止褐变 n抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合物抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合物 都有还原性，将邻都有还原性，将邻-苯醌还原成底物，防止黑苯醌还原成底物，防止黑色素形成色素形成直接使酶失活，其中抗坏血酸破坏活性中心的直接使酶失活，其中抗坏血酸破坏活性中心的组氨酸残基和亚硫酸钠和巯基化合物能除去酶组氨酸残基和亚硫酸钠和巯基化合物能除去酶活性部位中的活性部位中的Cu2+Cu2+。第四节第四节2022-8-792n非底物的酚类和苯二酚、苯甲酸等是非底物的酚类和苯二酚、苯甲酸等是酶的有效酶的有效抑制剂抑制剂 与底物竞争酶的结合部位与底物竞争酶的结合部位第四节第四节2022-8-793酶促褐变的控制酶促褐
42、变的控制n酶促褐变的三个条件：酶促褐变的三个条件：一是适当的酚类底物；一是适当的酚类底物；二是酚氧化酶；二是酚氧化酶；三是氧，缺一都不会发生褐变。三是氧，缺一都不会发生褐变。n实践中，消除酚类物质的可能性极小，一般实践中，消除酚类物质的可能性极小，一般是从是从控制酶活性和氧气控制酶活性和氧气这两方面着手。这两方面着手。第四节第四节2022-8-794主要途径有：主要途径有：钝化酶的活性（热烫、抑制剂等）钝化酶的活性（热烫、抑制剂等）改变酶作用的条件（改变酶作用的条件（pHpH、AwAw等）等）隔绝氧气的接触隔绝氧气的接触使用抗氧化剂（抗坏血酸、使用抗氧化剂（抗坏血酸、SOSO2 2 等）等）2
43、022-8-795常用的控制酶促褐变的方法（阚建全）：常用的控制酶促褐变的方法（阚建全）：1.1.热处理热处理热烫、巴氏杀菌和热烫、巴氏杀菌和微波微波加热加热90-9590-95，维持几，维持几秒钟；其目的是使酶失活。秒钟；其目的是使酶失活。相反，如果热烫不彻底，反而会加强酶和底相反，如果热烫不彻底，反而会加强酶和底物的接触而促进褐变，如白洋葱、韭菜，如物的接触而促进褐变，如白洋葱、韭菜，如果热烫不彻底，变成粉红色的程度比未热烫果热烫不彻底，变成粉红色的程度比未热烫的还要厉害。的还要厉害。水煮和蒸汽处理水煮和蒸汽处理仍是目前使用最广泛的方法。仍是目前使用最广泛的方法。第四节第四节2022-8-
44、7962.2.酸处理酸处理多数酚酶的最适多数酚酶的最适pHpH为为6-76-7，pH3.0 pH3.0 基本失活，基本失活，所以所以降低降低pHpH就可以抑制酶促褐变，常用就可以抑制酶促褐变，常用V VC C、柠檬酸、苹果酸、磷酸等来降低柠檬酸、苹果酸、磷酸等来降低pHpH。柠檬酸是最广泛使用的食用酸，对酚酶有降柠檬酸是最广泛使用的食用酸，对酚酶有降低低pHpH和螯合酚酶的铜辅基的作用，常需与抗和螯合酚酶的铜辅基的作用，常需与抗坏血酸或亚硫酸联用，切开后的水果常浸在坏血酸或亚硫酸联用，切开后的水果常浸在柠檬酸稀溶液中柠檬酸稀溶液中一般柠檬酸与一般柠檬酸与NaNa2 2SOSO3 3 混用，混用
45、，0.5%0.5%柠檬酸柠檬酸+0.3%V0.3%VC C；第四节第四节2022-8-797苹果酸对酚酶的抑制作用要比柠檬酸强得多。苹果酸对酚酶的抑制作用要比柠檬酸强得多。抗坏血酸抗坏血酸是更加有效的酚酶抑制剂，即使浓是更加有效的酚酶抑制剂，即使浓度极大也无异味，对金属无腐蚀作用。度极大也无异味，对金属无腐蚀作用。2022-8-7983.SO2 及及NaNa2 2SOSO3 3是酚酶抑制剂是酚酶抑制剂在在pH=6 pH=6 时，效果最好，时，效果最好，10ppm 10ppm 的的SOSO2 2足以使足以使酚酶失活，但考虑到挥发，反应损失等，一酚酶失活，但考虑到挥发，反应损失等，一般增加为般增加
46、为300ppm300ppm，残留低于，残留低于20mg/kg20mg/kg。第四节第四节2022-8-799优点：使用方便、效力可靠、成本低、有利优点：使用方便、效力可靠、成本低、有利于保存于保存V VC C，残存的可抽真空、炊煮或使用残存的可抽真空、炊煮或使用H H2 2O O2 2等除去。等除去。缺点：会造成食品褪色、腐蚀铁罐内壁，有缺点：会造成食品褪色、腐蚀铁罐内壁，有不愉快的嗅感与味感、破坏不愉快的嗅感与味感、破坏B B族维生素。族维生素。第四节第四节2022-8-71004.4.驱除或隔绝氧气驱除或隔绝氧气浸没在清水、糖水或盐水中浸没在清水、糖水或盐水中浸涂抗坏血酸液，使在表面上生成
47、一层氧化浸涂抗坏血酸液，使在表面上生成一层氧化态抗坏血酸隔离层；态抗坏血酸隔离层；用真空渗入法把糖水或盐水渗入组织内部将用真空渗入法把糖水或盐水渗入组织内部将空气驱除。空气驱除。第四节第四节2022-8-71015.5.加酚酶底物类似物加酚酶底物类似物如如肉桂酸肉桂酸、对位香豆酸及阿魏酸、对位香豆酸及阿魏酸等酚酸可以等酚酸可以有效控制苹果汁的酶促褐变，以肉桂酸的效有效控制苹果汁的酶促褐变，以肉桂酸的效率最高，浓度大于率最高，浓度大于0.5mmol/L0.5mmol/L即可有效控制处即可有效控制处于大气中的苹果汁的褐变达于大气中的苹果汁的褐变达7h7h之久。之久。肉桂酸钠盐的溶解性好，售价也便宜
48、，控制肉桂酸钠盐的溶解性好，售价也便宜，控制褐变的时间长。褐变的时间长。第四节第四节2022-8-71022022-8-7103二、质构二、质构(texture)n果蔬果蔬 果蔬的质构取决于所含的碳水化合物果蔬的质构取决于所含的碳水化合物:果胶、纤维素、半纤维素、淀粉、木质素果胶、纤维素、半纤维素、淀粉、木质素 自然界存在作用于这些碳水化合物的酶，如自然界存在作用于这些碳水化合物的酶，如果胶酶、纤维素酶、戊聚糖酶、淀粉酶。果胶酶、纤维素酶、戊聚糖酶、淀粉酶。n动物组织和高蛋白质植物组织动物组织和高蛋白质植物组织 蛋白酶作用导致质构的软化蛋白酶作用导致质构的软化 第四节第四节2022-8-710
49、4（一）果胶酶（一）果胶酶（Pectic Enzymes)包括包括3类类果胶甲酯酶果胶甲酯酶和和聚半乳糖醛酸酶聚半乳糖醛酸酶存在于高等植物和存在于高等植物和微生物中微生物中果胶酸裂解酶果胶酸裂解酶存在于微生物钟，尤其是某些感染存在于微生物钟，尤其是某些感染植物的致病菌中。植物的致病菌中。第四节第四节2022-8-71051.1.果胶甲酯酶果胶甲酯酶 Methylesterase（果胶（果胶 果胶基水解酶，果胶基水解酶，EC3.1.1.11)3.1.1.11)又称果胶酯酶又称果胶酯酶 Pectin Esterase n水解甲酯键，生成水解甲酯键，生成果胶酸果胶酸和甲醇和甲醇n n二价离子二价离子
50、Ca2+存在时，与羧基交联，提高质存在时，与羧基交联，提高质构强度构强度 第四节第四节2022-8-71062022-8-71072.聚半乳糖醛酸酶聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturnases 聚聚-1-1，4-4-半乳糖醛酸苷糖基半乳糖醛酸苷糖基-水解酶，水解酶，EC3.2.1.15)3.2.1.15)n水解果胶分子中脱水半乳糖醛酸单位之间的水解果胶分子中脱水半乳糖醛酸单位之间的1,4 1,4 糖苷键糖苷键 n包括两种包括两种:内切型：从果胶分子内部水解糖苷键内切型：从果胶分子内部水解糖苷键端解型：水解分子末端的糖苷键端解型：水解分子末端的糖苷键使一些食品原料（如番茄）的质构显著变弱使
