1、第第8 8章章 酶酶8.1 概述n1.酶的组成n n酶蛋白全酶辅酶辅因子辅基2.酶的分类酶的分类n按照催化反应的类型，国际酶学委员会将酶按照催化反应的类型，国际酶学委员会将酶分为六大类。在这六大类里，又各自分为若分为六大类。在这六大类里，又各自分为若干亚类，亚类下又分小组干亚类，亚类下又分小组(次亚类次亚类)、小组后、小组后是酶的编号，一共四个分类层次。是酶的编号，一共四个分类层次。n这种分类法为每种酶规定了统一的编号。酶这种分类法为每种酶规定了统一的编号。酶的编号由的编号由ECEC和和4 4个用圆点隔开的数字组成，每个用圆点隔开的数字组成，每一个分类层次都用一个数字与之对应，这样一个分类层次
2、都用一个数字与之对应，这样，每一种酶可以用每一种酶可以用4 4个阿拉伯数字来代表。个阿拉伯数字来代表。nECEC表示酶学委员会，第一个数字表示酶的大表示酶学委员会，第一个数字表示酶的大类，第二个数字表示酶的亚类，第三个数字类，第二个数字表示酶的亚类，第三个数字表示酶的小组，第四个数字表示酶在小组中表示酶的小组，第四个数字表示酶在小组中的序列号。的序列号。n过氧化氢酶：过氧化氢酶：EC 1.11.1.6EC 1.11.1.6n转化酶转化酶:EC 3.2.1.26:EC 3.2.1.26n多功能酶可以有多个编号。多功能酶可以有多个编号。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH1
3、.1.氧化氧化-还原酶还原酶 Oxidoreductasen氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。n主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(Dehydrogenase(Dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase(Oxidase)。n如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO2.2.转移酶转移酶 Transferasen转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分
4、子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。n例如，例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH3.3.水解酶水解酶 Hydrolasen水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，酯酶例如，酯酶(Esterase)(Esterase)催化的酯的水解反应催化的酯的水解反应n根据酶切部位，水解酶可分为根据酶切部位，水解酶可分为内切酶内切酶和和外切酶外切酶。n内切酶从聚合物长链分子的内部将分子切断；内切酶从聚合物长链分子
5、的内部将分子切断；n外切酶则从长链分子的一端依次切下一个单位。外切酶则从长链分子的一端依次切下一个单位。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH4.4.裂合酶裂合酶 Lyasen裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。形成双键的反应及其逆反应。n主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。n例如，延胡索酸水合酶催化的反应。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH5.5.异构酶异构酶 Isomerasen异构酶催化各种同分异构体的相
6、互转化，即异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。6.6.合成酶合成酶 Ligase or Synthetasen合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。n A+B+ATP+H2O=AB+ADP+Pi n例如，丙酮酸羧化酶催化的反应例如，丙酮酸羧化酶催化的反应n丙酮酸丙
7、酮酸 +CO+CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸五、酶的活力五、酶的活力n1.1.酶活力的定义：指酶催化一定化学酶活力的定义：指酶催化一定化学反应的能力。反应的能力。n2.2.活力单位：活力单位：n在特定条件下，在特定条件下，1 1分钟内转化分钟内转化1 1微摩尔底物微摩尔底物所需的酶量为一个活力单位所需的酶量为一个活力单位(U)(U)。n在在2525及其他酶最适条件下，在及其他酶最适条件下，在1min1min内内11molmol的底物转化为产物的酶量称为的底物转化为产物的酶量称为酶的酶的国际单位（国际单位（IUIU）n比活力：每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单位比活力：每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单位
8、是是u/mgu/mg。比活越高则酶越纯。比活越高则酶越纯。n转化数：每分子酶或每个酶活性中心在单位时转化数：每分子酶或每个酶活性中心在单位时间内能催化的底物分子数间内能催化的底物分子数(TN)(TN)。也称为催化常。也称为催化常数（数（K Kcatcat）。）。1/K1/Kcatcat称为催化周期。碳酸酐酶是称为催化周期。碳酸酐酶是已知转换数最高的酶之一，高达已知转换数最高的酶之一，高达363610106 6每分每分钟，催化周期为钟，催化周期为1.71.7微秒。微秒。二、酶的活性中心二、酶的活性中心1.定义定义n酶是大分子，直接与底物接触并起催化作酶是大分子，直接与底物接触并起催化作用的只是酶
9、分子中的一小部分。用的只是酶分子中的一小部分。n因此，人们认为，酶分子中有一个活性中因此，人们认为，酶分子中有一个活性中心，它是酶分子的一小部分，是酶分子中心，它是酶分子的一小部分，是酶分子中与底物结合并催化反应的场所。与底物结合并催化反应的场所。n活性中心是有酶分子中少数几个氨基酸残活性中心是有酶分子中少数几个氨基酸残基构成的基构成的n它们在一级结构上可能相距很远，甚至位它们在一级结构上可能相距很远，甚至位于不同的肽链上，由于肽链的盘曲折叠而于不同的肽链上，由于肽链的盘曲折叠而互相接近，构成一个特定的活性结构。互相接近，构成一个特定的活性结构。n因此活性中心不是一个点或面，而是一个因此活性中
10、心不是一个点或面，而是一个小的空间区域。小的空间区域。2.分类分类n活性中心包括活性中心包括底物结合部位底物结合部位和和催化部位催化部位n前者负责识别特定的底物并与之结合。后者前者负责识别特定的底物并与之结合。后者起催化作用起催化作用n结合部位决定酶的专一性。结合部位决定酶的专一性。n催化部位决定酶所催化反应的性质催化部位决定酶所催化反应的性质n活性中心以外的部分并不是无用的，它们活性中心以外的部分并不是无用的，它们能够维持酶的空间结构，使活性中心保持能够维持酶的空间结构，使活性中心保持完整。完整。n在酶与底物结合后，整个酶分子的构象发在酶与底物结合后，整个酶分子的构象发生变化，这种扭动的张力
11、使底物化学键容生变化，这种扭动的张力使底物化学键容易断裂。这种变化也要依靠非活性中心的易断裂。这种变化也要依靠非活性中心的协同作用。协同作用。“诱导契合学说诱导契合学说”,该学说认为酶表面并该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状由于底物的诱导才形成了互补形状当酶与底物接近时，酶蛋白受底物分子的当酶与底物接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生改变，变得有利于与底诱导，其构象发生改变，变得有利于与底物结合和催化。物结合和催化。因此该学说认为酶分子的构象不是刚性的，因此该学说认为酶分子的构象不是刚性的，而是柔性的。
12、而是柔性的。v=VmaxS/(Km+S)Vmax=k2E0 E=E0-ESk1k28.2 8.2 酶促反应动力学酶促反应动力学一、米氏方程一、米氏方程 米氏常数的意义米氏常数的意义n米氏常数的物理意义是反应速度达到最大反米氏常数的物理意义是反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。应速度一半时的底物浓度。n不同的酶具有不同不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要值，它是酶的一个重要的特征物理常数，不随反应中加入酶的多少的特征物理常数，不随反应中加入酶的多少以及底物浓度的高低而变。以及底物浓度的高低而变。双倒数作图法双倒数作图法 n将方程改写为将方程改写为n1/v=Km/Vmax1/S+1/Vm
13、axn实验时在不同的底物浓度测定初速度，以实验时在不同的底物浓度测定初速度，以1/v对对1/S作图，直线外推与横轴相交，横轴截作图，直线外推与横轴相交，横轴截踞为踞为-1/Km，纵轴截踞为，纵轴截踞为1/Vmax。n此法称为此法称为Lineweaver-Burk作图法，应用最作图法，应用最广，但实验点常集中在左端，作图不易准确。广，但实验点常集中在左端，作图不易准确。米氏常数的测定米氏常数的测定三、影响酶促反应速度的因素三、影响酶促反应速度的因素1.底物浓度对酶促反应速度影响底物浓度对酶促反应速度影响在酶浓度，在酶浓度，pH，温度等条件不变的情况下，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度
14、的关系。如后图研究底物浓度和反应速度的关系。如后图所示：所示：在低底物浓度时，反应速度与底物浓度成在低底物浓度时，反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。正比，表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值与底物结合后，反应速度达到最大值(Vmax)，此时再增加底物浓度，反应速度，此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。不再增加，表现为零级反应。根据上图，请说明在测定酶活时，底物浓度多高比较合适？根据上图，请说明在测定酶活时，底物浓度多高比较合适？2.pH的影响的影响 n大部分酶促反应速度受大部分
15、酶促反应速度受pHpH值的影响，某一值的影响，某一特定的酶在一定的特定的酶在一定的pHpH值条件下活力最高，值条件下活力最高，该该pHpH值称为该酶的值称为该酶的最适最适pHpH。偏离最适。偏离最适pHpH酶酶的活力都会降低。的活力都会降低。n一般酶的最适一般酶的最适pHpH在在6 68 8，少数酶需偏酸或，少数酶需偏酸或碱性条件。如胃蛋白酶最适碱性条件。如胃蛋白酶最适pHpH在在1.51.5，而，而肝精氨酸酶在肝精氨酸酶在9.79.7。npHpH影响酶的构象，也影响与催化有关基团影响酶的构象，也影响与催化有关基团的解离状况及底物分子的解离状态。的解离状况及底物分子的解离状态。n最适最适pHp
16、H有时因底物种类、浓度及缓冲溶液有时因底物种类、浓度及缓冲溶液成分不同而变化，不是完全不变的。成分不同而变化，不是完全不变的。n大部分酶的大部分酶的pH-pH-酶活曲线是钟形曲线，但酶活曲线是钟形曲线，但也有少数酶只有钟形的一半，甚至是直线。也有少数酶只有钟形的一半，甚至是直线。如木瓜蛋白酶底物的电荷变化对催化没有如木瓜蛋白酶底物的电荷变化对催化没有影响，在影响，在pH4-10pH4-10之间是一条直线。之间是一条直线。3.温度的影响温度的影响 n酶促反应速度随温度变化的曲线是钟形曲线，酶促反应速度随温度变化的曲线是钟形曲线，即温度较低时，酶促反应速度随温度的升高即温度较低时，酶促反应速度随温
17、度的升高而加速；温度高到某一点以后，如果继续升而加速；温度高到某一点以后，如果继续升高，则酶促反应速度反而下降。也就是说有高，则酶促反应速度反而下降。也就是说有一个与最高反应速度相对应的温度，此温度一个与最高反应速度相对应的温度，此温度即即最适温度最适温度。n最适温度是温度升高时化学反应加速与酶失最适温度是温度升高时化学反应加速与酶失活综合平衡的结果。活综合平衡的结果。n一般酶在一般酶在6060以上变性，少数酶可耐高温，以上变性，少数酶可耐高温，如牛胰核糖核酸酶加热到如牛胰核糖核酸酶加热到100100仍不失活。干仍不失活。干燥的酶耐受高温，而液态酶失活快。燥的酶耐受高温，而液态酶失活快。n温血
18、动物的酶最适温度是温血动物的酶最适温度是353540 40，植物酶，植物酶在在404050 50。n最适温度也不最适温度也不是固定值，它是固定值，它受反应时间影受反应时间影响。响。n酶可在短时间酶可在短时间内耐受较高温内耐受较高温度，时间延长度，时间延长则最适温度降则最适温度降低。低。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity(%)4.4.酶浓度对酶反应的影响酶浓度对酶反应的影响n在底物足够过量而其它条件固定的情况下，在底物足够过量而其它条件固定的情况下，并且反应系统中不含有酶抑制剂及其他不并且反应系统中不含有酶抑
19、制剂及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速度和酶浓度成正比。度和酶浓度成正比。n对于一个酶促反应体系来说，是否加入酶对于一个酶促反应体系来说，是否加入酶越多反应速度就越快？为什么？越多反应速度就越快？为什么？n测定一种酶的活力时，在测定体系中加入测定一种酶的活力时，在测定体系中加入多少酶合适？多少酶合适？5.激活剂激活剂(activator)的影响的影响 n凡是能提高酶活性的物质都称为激活剂。大凡是能提高酶活性的物质都称为激活剂。大部分激活剂是离子或简单有机化合物。部分激活剂是离子或简单有机化合物。n激活剂包括：金属离子（钾、钠、钙、镁、激活剂包括：金
20、属离子（钾、钠、钙、镁、锌、铁等，原子序数在锌、铁等，原子序数在11115555之间）、氢离之间）、氢离子和阴离子。子和阴离子。n金属离子中镁是多种激酶及合成酶的激活剂。金属离子中镁是多种激酶及合成酶的激活剂。6.抑制剂（抑制剂（inhibitor）的作用）的作用n使酶活力下降，但不引起酶蛋白变性的作使酶活力下降，但不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用。用称为抑制作用。n能引起抑制作用的物质叫做酶的抑制剂。能引起抑制作用的物质叫做酶的抑制剂。抑制剂与酶分子上的某些必需基团反应，抑制剂与酶分子上的某些必需基团反应，引起酶活力下降，甚至丧失，但并不使酶引起酶活力下降，甚至丧失，但并不使酶变性。变性。
21、n抑制作用可分为可逆抑制与不可逆抑制。抑制作用可分为可逆抑制与不可逆抑制。n食品中的酶是引起食品质量变化的重要原因，例如:n果蔬发生酶促褐变n制作豆奶时产生豆腥味n果蔬在储藏中变软n搞清楚与食品质量变化相关的酶的性质，可以帮助我们更好地控制食品的质量变化。研究食品中酶的意义n另外，我们也可以主动地将酶学原理及酶制剂用于食品加工，食品检测，食品保藏等方面，例如：n生产淀粉糖n生产果汁n利用葡萄糖氧化酶去除食品体系中的氧气n利用各种酶电极检测食品中的有关成分8.3 酶促褐变酶促褐变 n褐变：包括酶促褐变和非酶褐变。n酶促褐变现象：当果蔬受到损伤时，组织和氧接触，由酶催化造成变色。n例子：n切开的马
22、铃薯、苹果等切面会发黑。n对虾死后，虾头很容易发黑。n酶促褐变定义：酚酶催化酚类物质形成醌类物质及其聚合物的过程。n酶促褐变的意义:n有利:茶叶、可可豆 n不利:影响食品色泽和风味。8.3.1 酶促褐变的机理n多酚氧化酶（多酚氧化酶（polyphenol oxidasepolyphenol oxidase）n多酚氧化酶（多酚氧化酶（EC 1.10.3.1EC 1.10.3.1），存在于植物、），存在于植物、动物、微生物组织中，以动物、微生物组织中，以铜离子铜离子为辅基，在为辅基，在有氧条件下有氧条件下发生酶促褐变。发生酶促褐变。n正常情况下，植物组织中有较高的还原势，正常情况下，植物组织中有较
23、高的还原势，酚酚醌之间保持平衡，醌也不会聚合成黑色醌之间保持平衡，醌也不会聚合成黑色素素。n水果和蔬菜在采收后，组织发生机械损伤或处水果和蔬菜在采收后，组织发生机械损伤或处于异常环境时，果蔬中原有的酚于异常环境时，果蔬中原有的酚醌之间的氧醌之间的氧化还原平衡被破坏，导致氧化产物积累，造成化还原平衡被破坏，导致氧化产物积累，造成果蔬变色。果蔬变色。n这类反应的速度非常快，一般需要和空气接触，这类反应的速度非常快，一般需要和空气接触，由酶催化，因此称为酶促褐变。由酶催化，因此称为酶促褐变。n酚酶可以以一元酚或二元酚为底物。酚酶可以以一元酚或二元酚为底物。n有人认为酚酶是兼能作用于一元酚和二有人认为
24、酚酶是兼能作用于一元酚和二元酚的一种酶；元酚的一种酶；n也有人认为酚酶是一个多酶体系，一种也有人认为酚酶是一个多酶体系，一种是酚羟化酶，另一种是多酚氧化酶。是酚羟化酶，另一种是多酚氧化酶。n多酚氧化酶（多酚氧化酶（PPOPPO）能）能催化两类不同的反应：催化两类不同的反应：n羟基化反应：可以使一元酚羟基化，生成邻羟基化反应：可以使一元酚羟基化，生成邻二羟基化合物二羟基化合物酚羟化酶（或甲酚酶）活酚羟化酶（或甲酚酶）活性。性。n氧化反应：也可以氧化邻苯二酚生成醌氧化反应：也可以氧化邻苯二酚生成醌多元酚氧化酶（儿茶酚酶）活性。多元酚氧化酶（儿茶酚酶）活性。反应生成的反应生成的邻苯醌类化合邻苯醌类化
25、合物再经非酶促物再经非酶促氧化成为黑色氧化成为黑色素。素。n酶促褐变的底物：一元酚、邻二酚类酶促褐变的底物：一元酚、邻二酚类(儿茶素儿茶素等等)、黄酮类化合物、花青素、单宁等。、黄酮类化合物、花青素、单宁等。n氧气氧气酚类化合物 醌类化合物 聚合作用 黑色素酚酶、氧n去皮和切分是果蔬加工的两个重要操作n在此操作过程中果蔬组织细胞受到损伤，酚类物质流到切分果蔬表面与氧化酶接触n当有氧气存在时酚类物质在氧化酶的作用下氧化迅速褐变生成邻醌，后者快速聚合成褐色或黑色的色素。n在各种酚类底物中，反应最快的是邻羟基结构的酚类，对位二酚类也可氧化，但间位二酚则不能被氧化。HOHOHOOHOHOH鲜切山药鲜切
26、山药PPO对不同酚类底物的对不同酚类底物的Km值值(mmoL/L)底物底物 绿原酸绿原酸 酪氨酸酪氨酸 焦性没食子酸焦性没食子酸Km值 0.35 4.36 6.24底物底物 愈创木酚愈创木酚 苯酚苯酚 儿茶酚儿茶酚Km值 10.78 11.35 0.57 酚类底物的结合能力依次为：绿原酸儿茶酚酪氨酸 焦性没食子酸愈创木酚苯酚n8.3.2 防止酶促褐变的措施：防止酶促褐变的措施：n酶促褐变发生的三个要素：酶促褐变发生的三个要素：n酚酶酚酶 氧氧 酚类底物酚类底物钝化酶(热烫、抑制剂)改变酶的作用条件(pH值、水分活度)隔绝氧气使用抗氧化剂(抗坏血酸、二氧化硫等)添加底物类似物（竞争性抑制剂）n加
27、热钝化酶活加热钝化酶活水煮、蒸汽、微波等水煮、蒸汽、微波等处理处理n加热程度：理论值加热程度：理论值9090957s957s。n不可过热和时间过长，否则会引起物料组不可过热和时间过长，否则会引起物料组织结构过分破坏；织结构过分破坏；n加热程度过低促进褐变加热程度过低促进褐变温度对PPO活性的影响板栗:90100处理1min，酶活性基本消失n酸处理法酸处理法n酚酶等最适酚酶等最适pHpH在在6 67 7之间，低于之间，低于3.03.0已已基本无活性。基本无活性。n常用柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸、磷酸常用柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸、磷酸等等n柠檬酸柠檬酸可与酚酶的铜离子螯合可与酚酶的铜离子螯合n苹果酸
28、抑制效果比柠檬酸强苹果酸抑制效果比柠檬酸强n抗坏血酸两种抑制机理（还原和降低抗坏血酸两种抑制机理（还原和降低pHpH）pH 与PPO活性的关系甘薯:最适为6.07.0,在pH3.03.5之间有一个次峰,这可能是由于同工酶的存在。从总体看,在pH37之间较强,在pH4.5左右时处于区间最小值。板栗:最适pH为4.15.24,近中性pH为6.206.65有较稳定的酶活性(肩峰),说明板栗中可能有PPO同工酶的存在。添加抑制剂添加抑制剂n多酚氧化酶的抑制剂主要包括：多酚氧化酶的抑制剂主要包括：(1)(1)金属离子螯合剂，如植酸、金属离子螯合剂，如植酸、EDTAEDTA、柠檬酸、柠檬酸、苯甲酸等苯甲酸
29、等(2)(2)醌类物质还原剂，如维生素醌类物质还原剂，如维生素C C、SOSO2 2、亚硫、亚硫酸氢钠、巯基化合物等酸氢钠、巯基化合物等(3)(3)一些酶催化的底物类似物作为竞争性抑制一些酶催化的底物类似物作为竞争性抑制剂，如，剂，如，4-4-己基间苯二酚，曲酸、肉桂醛、己基间苯二酚，曲酸、肉桂醛、对位香豆酸、阿魏酸对位香豆酸、阿魏酸2003 年 12 月第 6 期 电子科技大学学报香蕉加工过程酶促褐变控制香蕉加工过程酶促褐变控制 谢绍萍 (电子科技大学中山学院 广东 中山)4HR:4-己基 褐色 6 褐灰色5 褐黄色4 间苯二酚 暗黄色3 亮黄色2 浅黄色1 6666653342422323
30、2122331222402225022n添加还原性物质（维生素添加还原性物质（维生素C C、亚硫酸盐、亚硫酸盐、二氧化硫等）二氧化硫等）n果蔬熏硫n加亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等n作用原理：作用原理：n抑制酚酶的活性；n并把醌还原成酚；n与醌加成而防止醌的聚合作用。n隔绝氧气n切开的果蔬块浸泡在清水、盐水、糖水中抽气排空果蔬组织内部空气浸涂抗坏血酸溶液n添加酚酶底物类似物n肉桂醛、对位香豆酸、阿魏酸n竞争性抑制剂4-己基间苯二酚(4HR)4-己基间苯二酚曲酸曲酸 n别别 名：曲菌酸、名：曲菌酸、n化学名称：化学名称：5-5-羟基羟基-2-2-羟甲基羟甲基-1,4-1,4-吡喃酮吡喃酮第1
31、期2003年1月无锡轻工大学学报苹果中多酚氧化酶的性质苹果中多酚氧化酶的性质郝慧英,赵光鳌,徐岩,李斌(江南大学生物工程学院)这些物质同酚类底物结构类似，属于多酚氧化酶的竞争性抑制剂。酶促褐变的有利方面n茶叶、可可豆等的褐变颜色n为什么普洱茶不伤胃？n普洱茶是后发酵型的茶，它的茶碱、茶多酚（茶叶中酚类物质及其衍生物的总称）等在长期发酵过程中被转化了，因此品性温和，不刺激胃。8.4 8.4 食品中重要的酶食品中重要的酶及其在食品加工中的应用及其在食品加工中的应用 生物技术在食品工业中最成功的应用就是酶制剂的应用，迄今为止，已经有几十种酶被成功应用于食品工业。例如淀粉糖生产，蛋白制品加工，果蔬加工
32、，食品保鲜，风味的改进等。n世界酶制剂工业中规模较大的有25家公司，排名前2位的是：n1，Novozyme（诺维信,丹麦）n2，Genecor（丹尼斯克杰能科）n90年代，这些规模较大的25家公司的酶制剂产量占世界总产量的90以上。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶作用于淀粉、糖原和多糖衍生物的水解酶作用于淀粉、糖原和多糖衍生物的水解酶类。类。淀粉酶种类：淀粉酶种类：-淀淀 粉酶粉酶 -淀粉酶淀粉酶 脱支酶脱支酶 异构酶异构酶 葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶一、水解酶一、水解酶-淀粉酶淀粉酶n也称液化型淀粉酶，动物唾液、胰脏、麦也称液化型淀粉酶，动物唾液、胰脏、麦芽、霉菌、细菌中存在。芽、霉菌、细菌中存在。n
33、该酶以随机的方式水解淀粉该酶以随机的方式水解淀粉-1,4-1,4糖苷键，糖苷键，不能水解不能水解-1,6-1,6糖苷键糖苷键 ，所生成产物均为，所生成产物均为-构型。构型。n钙离子有活化和稳定酶的构象的作用钙离子有活化和稳定酶的构象的作用n现在工业上已经能利用枯草杆菌、米曲霉、黑现在工业上已经能利用枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉等微生物制备高纯度的曲霉等微生物制备高纯度的-淀粉酶。淀粉酶。n来自于来自于Bacillus IcheniformisBacillus Icheniformis的的 -淀粉酶热淀粉酶热稳定性很高，最适温度稳定性很高，最适温度 9595，即使在，即使在110110也也可以保持一
34、段时间的活力。可以保持一段时间的活力。-淀粉酶淀粉酶 淀粉酶淀粉酶 葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶脱支酶脱支酶 最终产物是 。小糊精 淀粉酶淀粉酶n在各种植物组织中均可见，尤以大麦芽中为多，其在各种植物组织中均可见，尤以大麦芽中为多，其热稳定性低于热稳定性低于-淀粉酶。淀粉酶。n作用：作用：外切酶，催化淀粉水解成麦芽糖。外切酶，催化淀粉水解成麦芽糖。从淀粉分从淀粉分子的子的非还原性非还原性未端开始，作用于未端开始，作用于-1,4-1,4-糖苷键糖苷键，依，依次切开麦芽糖单位，同时发生转位反应，使生成的次切开麦芽糖单位，同时发生转位反应，使生成的麦芽糖的麦芽糖的C C(1)(1)由由-型转为型转为-型
35、。型。n不能水解支链淀粉的不能水解支链淀粉的-1,6-1,6糖苷键，也不能绕过支糖苷键，也不能绕过支链淀粉的分支点继续作用于链淀粉的分支点继续作用于-1,4-1,4键。键。-淀粉酶淀粉酶 淀粉酶淀粉酶 葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶脱支酶脱支酶 最终产物是 。-麦芽糖和极限糊精葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶 n也称糖化酶，根霉、曲霉等产生此酶。也称糖化酶，根霉、曲霉等产生此酶。n作用：作用：外切酶外切酶，从淀粉分子，从淀粉分子非还原性非还原性末端，逐个末端，逐个将葡萄糖单位水解下来，当它裂开将葡萄糖单位水解下来，当它裂开-1,4-1,4-糖苷键糖苷键时时，将，将 C C1 1的构型从的构型从-型转变为型转
36、变为-型。型。n该酶的专一性较低，它还能作用该酶的专一性较低，它还能作用-1,3-1,3和和-1,6-1,6糖糖苷键，但速度较慢。苷键，但速度较慢。-淀粉酶淀粉酶 淀粉酶淀粉酶 葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶脱支酶脱支酶 最终产物是 。葡萄糖脱支酶脱支酶 n作用：催化支链淀粉、糖原、限制糊精等作用：催化支链淀粉、糖原、限制糊精等的的-1,6-糖苷键糖苷键水解水解葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 n作用：催化作用：催化D-木糖、木糖、D-葡萄糖和葡萄糖和D-核糖核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。葡萄糖葡萄糖(醛糖）醛糖）异构酶异构酶 果糖果糖（酮糖）（酮糖）-淀粉酶淀粉酶 淀粉酶
37、淀粉酶 葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶脱支酶脱支酶 最终产物是 。直链淀粉 5 淀粉水解（1）淀粉糖的历史和现状）淀粉糖的历史和现状（2）淀粉制糖的原理）淀粉制糖的原理（3）淀粉糖浆种类及其应用）淀粉糖浆种类及其应用淀粉水解原理n形成一系列产物：淀粉形成一系列产物：淀粉 红糊精红糊精消色消色糊精糊精 麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖n水解方式：水解方式：1.酸水解酸水解 2.酶水解酶水解n水解程度的表示：水解程度的表示：n DE（葡萄糖当量、葡萄糖值）：糖化液中还原糖全部当作葡萄糖来计算，占干物质的百分率 双酶法水解淀粉生产葡萄糖双酶法水解淀粉生产葡萄糖(1)工艺如下：调制淀粉乳淀粉糊化和液化（DE值152
38、0）糖化（DE值9698）过滤脱色离子交换树脂层析浓缩结晶葡萄糖酸法生产淀粉糖与酶法生产淀粉糖的比较酸法生产淀粉糖与酶法生产淀粉糖的比较项目酸法酶法原料精制淀粉粮食或其他淀粉质原料投料浓度2550水解率9098以上糖化时间1小时2448小时设备要求耐酸耐压不需耐酸耐压糖化液状强烈苦味，色深无苦味和色素生成生产控制难易结晶得率7080固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆固定化葡萄糖异构酶生产果葡糖浆n所谓果葡糖浆就是将淀粉经过液化和糖化后得到的葡萄糖液进一步用葡萄糖异构酶转化，将其中的一部分葡萄糖转化为果糖。包括42型、55型和90型高果糖浆。n果葡糖浆的生产工艺如下果葡糖浆的生产工艺如下：淀粉调浆淀
39、粉酶液化（DE值1520）葡萄糖淀粉酶糖化（DE值9698）脱色过滤离子交换浓缩（4245）葡萄糖异构酶异构化脱色离子交换浓缩高果糖浆（果糖42，葡萄糖52）n异构化现在普遍采用固定化酶床反应器法。该法是将葡萄糖异构酶固定到载体上，装于直立的保温反应柱中，将经过精制的葡萄糖液从柱顶流进，流经该柱，在柱中发生异构化反应，在柱的下端出口处流出异构化的果葡糖浆，整个过程连续进行。n果葡糖浆的性质与用途果葡糖浆的性质与用途 （1）果葡糖浆的甜度高，）果葡糖浆的甜度高，42型、型、55型和型和90型型高果糖的甜度分别为蔗糖甜度的高果糖的甜度分别为蔗糖甜度的100，110和和140%。（2）果葡糖浆不易结
40、晶，可以广泛用于制造）果葡糖浆不易结晶，可以广泛用于制造糖果、糕点、糖果、糕点、果脯、果酱等果脯、果酱等食品的生产。食品的生产。（3）果葡糖浆的吸湿性强，用于制作糕点，）果葡糖浆的吸湿性强，用于制作糕点，质地松软，不易变干。质地松软，不易变干。（4）果葡糖浆的渗透压高，不利于微生物生）果葡糖浆的渗透压高，不利于微生物生长繁殖，具有较高的防腐效果。长繁殖，具有较高的防腐效果。n（5 5）用高果糖浆配制的汽水、饮料入口后给用高果糖浆配制的汽水、饮料入口后给人一种爽神的清凉感。人一种爽神的清凉感。n（6 6）用于冰淇淋等冷饮加工时，可克服经常用于冰淇淋等冷饮加工时，可克服经常出现冰晶的缺点，使产品质
41、地柔软、细腻可口。出现冰晶的缺点，使产品质地柔软、细腻可口。n（7 7）在营养和代谢方面尚有特殊的功能在营养和代谢方面尚有特殊的功能 。生产麦芽糖浆生产麦芽糖浆（饴糖、高麦芽糖浆、超高麦芽糖浆）（饴糖、高麦芽糖浆、超高麦芽糖浆）n饴糖是我国的传统食品，是以淀粉质原料大米、玉米、高梁、薯类等经糖化作用生产的，其主要成分是麦芽糖、低聚麦芽糖和糊精。n饴糖甜味柔和、爽口、是婴幼儿的良好食品。n我国的特产如麻糖、酥糖、麦芽糖块、花生糖等食品都是饴糖制品。n先将淀粉质原料如大米、玉米、高梁、薯类等经过磨浆、加热糊化，用-淀粉酶液化，再用麸皮、麦芽、大豆等所含有的-淀粉酶糖化，制成糖浆，再经精制即成为酶法
42、饴糖n如果麦芽糖的浓度达到50以上，则称为高麦芽糖浆。n如果在糖化过程中加入脱枝酶，将支链淀粉的-1,6糖苷键水解，再经-淀粉酶糖化就可以获得更高含量的麦芽糖浆，浓度达到70以上，称为超高麦芽糖浆。n面粉中添加一定量的淀粉酶可以水解淀粉产生较多的可发酵糖，在制作面包发酵时可以缩短发酵时间，提高发酵效果。果胶酶果胶酶n果胶酶是能降解果胶类物质的一类酶的总称。果胶酶是能降解果胶类物质的一类酶的总称。它存在于高等植物和微生物中。它存在于高等植物和微生物中。催化果催化果胶解聚胶解聚的酶的酶催化果胶分子催化果胶分子的酯水解的酶的酯水解的酶水解酶水解酶(EC3.)裂解酶裂解酶(EC4.)聚甲基半乳糖醛酸酶
43、聚甲基半乳糖醛酸酶聚甲基半乳糖醛酸裂解酶聚甲基半乳糖醛酸裂解酶聚半乳糖醛酸酶聚半乳糖醛酸酶聚半乳糖醛酸裂解酶聚半乳糖醛酸裂解酶果胶酯酶（果胶酯酶（PE）分分类类果胶脂酶果胶解聚酶1 1果胶酯酶果胶酯酶 存在：存在：植物及部分微生物种类里。植物及部分微生物种类里。作用：作用：催化果胶脱去甲酯基生成聚半乳糖醛酸链催化果胶脱去甲酯基生成聚半乳糖醛酸链和甲醇的反应。和甲醇的反应。n对食品加工的影响：对食品加工的影响：n在一些果蔬的加工中，果胶酯酶导致果胶脱去甲在一些果蔬的加工中，果胶酯酶导致果胶脱去甲酯基，从而影响果蔬的质构。生成的甲醇也是一酯基，从而影响果蔬的质构。生成的甲醇也是一种对人体有毒害作用
44、的物质。种对人体有毒害作用的物质。n在葡萄酒、苹果酒等果酒的酿造中，由于果胶酯在葡萄酒、苹果酒等果酒的酿造中，由于果胶酯酶的作用，可能会引起酒中甲醇的含量超标酶的作用，可能会引起酒中甲醇的含量超标n因此，果酒的酿造，应先对水果进行预热处理，因此，果酒的酿造，应先对水果进行预热处理，使果胶酯酶失活以控制酒中甲醇的含量。使果胶酯酶失活以控制酒中甲醇的含量。2 2果胶水解酶果胶水解酶 n作用：降解果胶的酶作用：降解果胶的酶n存在：多存在于高等植物、霉菌中存在：多存在于高等植物、霉菌中n分类：分类：n根据底物分：根据底物分：n聚甲基半乳糖醛酸（果胶）水解酶聚甲基半乳糖醛酸（果胶）水解酶n聚半乳糖醛酸（
45、果胶酸）水解酶聚半乳糖醛酸（果胶酸）水解酶n根据作用方式分：根据作用方式分：n内切酶内切酶n外切酶外切酶3 3果胶裂解酶果胶裂解酶 分类：内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖分类：内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶和内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶的醛酸裂解酶和内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶的总称。总称。存在：以霉菌为主，在植物中尚无发现。存在：以霉菌为主，在植物中尚无发现。作用：果胶裂解酶是催化果胶或果胶酸的半乳糖作用：果胶裂解酶是催化果胶或果胶酸的半乳糖醛酸残基的醛酸残基的C C4 4C C5 5位上的氢进行反式消去作用，位上的氢进行反式消去作用，使糖苷键断裂，生成含不饱和键的半乳糖醛酸
46、。使糖苷键断裂，生成含不饱和键的半乳糖醛酸。n在水果罐头加工中，切开的果块先经热烫是一种钝酶措施，其中包括钝化果胶酶以防止果肉在罐藏中过度软化。n果胶酶广泛存在于各种微生物中，各种微生物产生的果胶酶的组成不同，工业上主要采用黑曲霉、文氏曲霉或者根酶来生产。n1，利用果胶酶和纤维素酶提高压榨果汁的出汁率n2，利用果胶酶澄清果汁n3，利用混合酶脱除柑橘的囊衣 n4，柑桔汁的脱苦和沉淀的处理果胶酶在食品工业上的应用果胶酶在食品工业上的应用1，利用果胶酶提高果汁的出汁率，利用果胶酶提高果汁的出汁率n果汁生产中在榨汁前用果胶酶和纤维素酶处理水果碎块，可以部分水解果胶和纤维素，软化水果组织，提高出汁率。n
47、经果胶酶处理生产葡萄汁，不但感官质量好，而且能大大提高葡萄的出汁率2，利用果胶酶澄清果汁，利用果胶酶澄清果汁n在果汁生产中，加入果胶酶会使果汁中的悬浮颗粒沉淀，使果汁澄清。第3期2003年5月农业工程学报161 果胶酶对草莓果汁澄清效果的研究果胶酶对草莓果汁澄清效果的研究王鸿飞，李和生(宁波大学食品科学与工程系)果胶酶:主要含有果胶酯酶、果胶酶和聚半乳糖醛酸酶的活性，同时含有纤维素酶和半纤维素酶的活性。测定活力:389.78mol/(s.L)。果胶酶用量与透光率的关系3，利用混合酶脱除柑橘的囊衣，利用混合酶脱除柑橘的囊衣 黑曲霉产生的纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶的混合酶可以用于脱除柑橘的囊衣。
48、蛋白酶蛋白酶n来源：来源：动物、植物和微生物中都可以提取，也是食品工业中重要的一类酶。分类：分类：n以来源分类：n动物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶。n以活性中心分：n丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶、酸性蛋白酶n以作用方式分：n内肽酶、外肽酶。n以最适pH的不同分：n酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶。（一）动物蛋白酶（一）动物蛋白酶n胃黏膜细胞分泌的胃蛋白酶，可将蛋白质分解成多肽；n胰腺分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和羧肽酶等，可将多肽链水解成寡肽和氨基酸；n小肠黏膜能分泌氨肽酶、羧肽酶和二肽酶氨肽酶、羧肽酶和二肽酶等，将小分子肽分解成氨基酸。n在动物组织细胞的溶酶体中有组
49、织蛋白酶，在动物组织细胞的溶酶体中有组织蛋白酶，最适最适pHpH为为5.55.5左右。左右。n当动物死亡之后，随组织的破坏和当动物死亡之后，随组织的破坏和pHpH的降低，的降低，组织蛋白酶被激活，可将肌肉蛋白质水解成组织蛋白酶被激活，可将肌肉蛋白质水解成游离氨基酸，使肌肉产生优良的肉香风味。游离氨基酸，使肌肉产生优良的肉香风味。n为什么牛肉、羊肉等要经过成熟的过程？为什么牛肉、羊肉等要经过成熟的过程？n但从活细胞中提取和分离组织蛋白酶很困难，但从活细胞中提取和分离组织蛋白酶很困难，限制了它的应用。限制了它的应用。n组织蛋白酶在水产品综合利用方面有应用组织蛋白酶在水产品综合利用方面有应用n在哺乳
50、期小牛的第四胃中还存在一种凝乳酶，在哺乳期小牛的第四胃中还存在一种凝乳酶，是由凝乳酶原激活而成，是由凝乳酶原激活而成，pH5pH5时可由已有活性的时可由已有活性的凝乳酶催化而激活，在凝乳酶催化而激活，在pH2pH2时主要由胃酸激活。时主要由胃酸激活。n随小牛长大，由摄取母乳改变成青草和谷物时，随小牛长大，由摄取母乳改变成青草和谷物时，凝乳酶逐渐减少，而胃蛋白酶增加。凝乳酶逐渐减少，而胃蛋白酶增加。n凝乳酶也是内肽酶，能使牛奶中的酪蛋白凝聚，凝乳酶也是内肽酶，能使牛奶中的酪蛋白凝聚，形成凝乳，用来制作奶酪等。形成凝乳，用来制作奶酪等。特点：特点：动物蛋白酶由于来源少，价格昂贵，所以动物蛋白酶由于
