1、第六章 酶Chapter 6：Enzyme,主要内容,6.1 概述6.2 酶促褐变6.3 酶在食品加工中的应用,学习目的,1、了解酶的化学本质、特性及分类 2、掌握酶促褐变的机理，影响因素 及控制方法 3、掌握酶对食品质量的影响及酶在食品加工中的应用,1、酶的本质,定义 生物活细胞产生的具有高效性和专一催化能力的物质，包括核酸类和蛋白类，以蛋白类居多。 现代食品工业使用的所有酶都是蛋白质，故本章提及的没，都是专制化学本质为蛋白质的酶,6.1 概述,1）根据分子特点分 单体酶： 寡聚酶 多酶复合体,2、酶的分类,2）根据来源分 内源酶 ：存在于动物、高等植物和微生物组织中的酶 外源酶：为了改变食
2、品的特性，在食品加工过程中加入到食品原料中的酶,3）国际酶学委员会根据酶催化反应的类型：氧化还原酶类 即催化生物氧化还原反应的酶，如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、羟化酶以及加氧酶类。 转移酶类 催化不同物质分子间某种基团的交换或转移的酶，如转甲基酶、转氨基酶、已糖激酶、磷酸化酶等。 水解酶类 利用水使共价键分裂的酶，如淀粉酶、蛋白酶、酯酶等。,裂解酶类 由其底物移去一个基团而使共价键裂解的酶，如脱羧酶、醛缩酶和脱水酶等。 异构酶类促进异构体相互转化的酶，如消旋酶、顺反异构酶等。如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。 合成酶类 促进两分子化合物互相结合，同时使ATP分子中的高能磷酸键断裂的酶，如谷氨
3、酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。,3、酶在食品中的作用,控制着所有重要的生物大分子的合成、分解食品加工的主要原料是生物材料, 生物材料中含有大量的酶酶的作用果蔬采后成熟肉的嫩化食品发酵食品风味变化食品质地变化，引起食品腐败变质食品褐变食品流变学特性变化有效地使用和控制内源酶和外源酶,影响酶活力的因素,内在因素 酶的浓度 底物的浓度 环境条件 pH 温度 水分活度 抑制剂,6.2 酶促褐变,褐变现象：水果和蔬菜，如苹果、香蕉、土豆等。当它们的组织被碰伤、切开、削皮后放置在空气中颜色很快变暗。 酶促褐变 ：是在有氧的条件下，酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。 酶促褐变作用机理：植物组织中含
4、有酚类物质，当细胞组织被破坏后，氧就大量侵入，造成邻位的酚氧化为醌和其还原反应之间的不平衡，于是发生了醌的积累，醌再进一步氧化聚合，就形成了褐色色素，称为黑色素或类黑精。如马铃薯切开后褐变,酚酶的系统名称是邻二酚：氧-氧化还原酶以铜为辅基，必须以氧为受氢体，是一种末端氧化酶。可以用一元酚和二元酚作底物。,酶促褐变的控制,酶促褐变的三个条件，缺一不可。 即：多酚类物质、酚酶、氧气 除去多酚类物质困难，不现实。 一般为 降低酚酶活性、驱氧 用于食品方面主要有以下5种 （1）加热处理在适当温度和时间，加热新鲜果蔬，可使酚酶及其它酶失活。 常用的方法有：漂烫、巴氏杀菌。 加工中，必须严格控制时间和温度
5、。不彻底加热，反而促进褐变;过度则影响风味、质构。微波加热，热穿透力强，迅速均匀，不影响风味。,（2）酸处理法 多数酚酶最适PH67，PH 3失活。 常用的酸有：柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸、混合酸。 柠檬酸可降低pH，还可络合酚酶辅基Cu2+，但单独用效果不大。常与抗坏血酸、亚硫酸合用。 实践证明：0.5%柠檬酸 + 0.3%抗坏血酸效果好。 抗坏血酸还可使酚酶失活，且可耗氧。,（3）亚硫酸盐类处理法 亚硫酸类是酚酶抑制剂。 常用的有： 二氧化硫 SO2 亚硫酸钠 Na2 SO 3 亚硫酸氢钠 NaH SO 3焦亚硫酸钠 Na2 S 2 O 5低亚硫酸钠 Na2 S 2 O 4 防止原因有
6、三：a.抑制酶活性 b.将醌还原为酚 c.与醌加成，防止聚合 如：在蘑菇、马铃薯、桃、苹果等加工中，常用二氧化硫及亚硫酸盐类作护色剂。,(4) 驱氧驱氧措施有：a. 涂Vc液，涂膜 b. 浸没: c. 渗入： (5) 加入络合剂，抑制激活剂。 (6) 底物改性：利用甲基转移酶将邻二羟基化合物转化为甲基取代衍生物 褐变的利用 期望的褐变：苹果酒、红茶发酵（生成茶红素）、可可粉、葡萄干、梅干、椰枣、无花果。,1.食品加工中常用的酶,颜色 食品质量 以瘦肉为例 氧合肌红蛋白红色 脱氧肌红蛋白紫色 高铁血红蛋白(Fe2+氧化为Fe3+ )褐色,6.3 酶在食品加工中的应用,（1）颜色,导致色素变色的三
7、种酶,1） 脂肪氧合酶六方面的功能 小麦粉和大豆粉的漂白 面团制作中形成二硫键 破坏叶绿素和胡萝卜素 产生氧化性的不良风味 氧化破坏维生素和蛋白质 氧化破坏必需脂肪酸,有益,有害,脂肪氧合酶催化过程,作用于不饱和脂肪酸产生自由基中间物 产生氢过氧化物 进一步非酶反应，产生醛等不良风味最敏感的氨基酸是半胱氨酸、酪氨酸、组氨酸和色氨酸,2）叶绿素酶,水解叶绿素产生植醇和脱植基叶绿素 果蔬失去Mg2+，失去绿色,3）多酚氧化酶,存在于植物、动物和一些微生物中 催化两类反应,羟基化,氧化,黑色素褐变,非酶反应,控制多酚氧化酶的活力,消除氧和酚类化合物 抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合物 有还原性，将邻-苯
8、醌还原成底物，防止黑色素 直接使酶失活 破坏活性中心的组氨酸残基和Cu2+ 非底物的酚类（苯二酚、苯甲酸） 酶抑制剂（与底物竞争酶）,（2）质构,果蔬 果蔬的质构取决于碳水化合物 果胶物质、纤维素、半纤维素、淀粉、木质素 自然界存在作用于碳水化合物的酶 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,1）果胶酶,果胶甲酯酶 水解甲酯键，生成果胶酸和甲醇二价离子Ca2+存在时，与羧基交联，提高质构强度,聚半乳糖醛酸酶,水解-1,4 糖苷键包括两种 内切：从果胶分子内部水解糖苷键 端切：水解分子末端的糖苷键,果胶酸裂解酶,存在于微生物中，非高等植物中 裂解果胶和果胶酸分子中的糖苷键形成一个含
9、还原基团的产物和一个双键产物 235 nm 处有特征吸收,2）纤维素酶,果蔬中的纤维素影响细胞的结构 纤维素酶与食品原料的软化有关 微生物纤维素酶将不溶性纤维素转化为葡萄糖,3）戊聚糖酶,存在于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） 小麦中存在 微生物戊聚糖酶制剂,4）淀粉酶,存在于动物、高等植物和微生物中 淀粉决定食品的粘度和质构 淀粉降解,淀粉酶的类型, -淀粉酶 存在于所有的生物 内切酶，水解“干” 显著影响粘度 高温下才失活 -淀粉酶 存在于高等植物中 端解酶，水解“支” 被巯基试剂（半胱氨酸）所抑制 葡萄糖淀粉酶,定义：催化蛋白质肽键水解的酶 按来源
10、分为 1）动物蛋白酶食品工业中应用少 2）植物蛋白酶：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶。常用于肉品和啤酒行业。 3）微生物蛋白酶蛋白酶制剂的重要来源，用于产酶的菌种必须严格选择。应用范围包括：面包制作、肉品嫩化、啤酒制造、酿造等。,5）蛋白酶,蛋白质决定动物性食品原料的质构 组织蛋白酶（Cathepsins） 存在于动物组织细胞的溶菌体内 五种组织蛋白酶：A、B、C、D和E，还分离出一种组织羧肽酶 参与了肉成熟期间的变化 宰后pH下降，酶释放，导致肌原纤维以及胞外结缔组织（胶原）分解 在酸性pH具有活性。在pH 2.54.5范围内具有最高的活力。,钙离子激活中性蛋白酶,两种：CANP和CA
11、NP 都是二聚体 含有相同的较小亚基（MW=30,000）和较大的亚基（MW=80,000，免疫性质不同）。 活性部位中含有半胱氨酸残基的巯基，被归属于半胱氨酸（巯基）蛋白酶,CANPS的作用,CANP I 完全激活：50100 mol/L Ca2+ CANP II 的激活：12 mmol/L Ca2+ 肌肉中的活力是很低的 通过分裂特定的肌原纤维蛋白质影响肉的嫩化 同溶菌体蛋白酶协同作用 死后僵直的肌肉缓慢松弛，这样产生的肉具有良好的质构,乳蛋白酶,碱性丝氨酸蛋白酶 水解-酪蛋白产生疏水性更强的-酪蛋白，也能水解s-酪蛋白，但不能水解-酪蛋白 奶酪成熟过程中参与蛋白质的水解作用 对热较稳定，
12、形成乳的凝胶 还存在着一种最适pH 4左右的酸性蛋白酶，易热失活,（3）风味,1）硫代葡萄糖苷酶在芥菜子和辣根中存在着芥子苷S-糖苷发生糖苷配基裂解和分子重排产物中异硫氰酸酯是含硫的挥发性化合物，与葱的风味有关 芥子油即为异硫氰酸烯丙酯,裂解和分子重排,芥子油 具有特殊风味,S-糖苷的酶分解,过氧化物酶,普遍地存在于植物和动物组织中 过氧化物酶活力会损害食品的质量，未经热烫的冷冻蔬菜所具有的不良风味与酶的活力有关 各种不同来源的过氧化物酶通常含有一个血色素（铁卟琳）作为辅基。,过氧化物酶催化下列反应： ROOH+AH2 H2O+ROH+A ROOH：有机过氧化物 AH2被氧化，是电子给予体 抗
13、坏血酸、酚，胺或其他有机化合物 被氧化成有色化合物 分光光度法测定过氧化物酶的活力,电子给予体,过氧化物酶的热稳定性,热失活具有双相特征 每一相都遵循一级动力学 热失活曲线的3部分 热不稳定部分 过渡区域 热稳定部分,过氧化物酶的再生 非常耐热，作为果蔬热处理是否充分的指标 其它作用 作为过氧化氢的去除剂 参与木质素的生物合成 参与乙烯的生物合成 作为成熟的促进剂，与果蔬的成熟有关,（4）营养质量,脂肪氧合酶 必需脂肪酸含量的下降 氧化过程中产生的自由基，降低维生素和氨基酸含量 抗坏血酸氧化酶 硫胺素酶破坏硫胺素（氨基酸代谢中必需的辅助因子） 核黄素水解酶 多酚氧化酶引起褐变的同时，降低有效赖
14、氨酸的含量,2. 酶在食品加工中的应用,使用酶的优点 天然、无毒 催化的特异性，不造成不需要的副反应 一般是粗酶制剂，可能会产生不期望的产物；但使用高纯度的酶制剂在经济上不合算 在很温和的温度和pH条件下具有活性 低浓度时有活性 易于控制反应速度 在反应进行到期望的程度后即可使酶失活,1）酶在淀粉加工中的应用,酶 类 用 途 -淀粉酶： 生产麦芽糖、高麦芽糖浆 -淀粉酶+糖化酶： 生产饴糖、麦芽糖、啤酒酿造 -淀粉酶+-淀粉酶： 生产果糖、高果糖浆 支链淀粉酶： 生产葡萄糖、发酵原料处理 -淀粉酶+糖化酶+支链淀粉酶： 生产纯葡萄糖 -淀粉酶、支链淀粉酶： 制造糊精、麦芽糊精 -淀粉酶、糖化酶
15、、葡萄糖异构酶： 生产直链淀粉,请连线:,2）酶在水果加工中的应用,用于水果加工的酶有果胶酶、柚苷酶、纤维素酶、半纤维素酶、橙皮苷酶、葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶。果胶酶部分或全部水解果胶，用于果汁过滤盒澄清；果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶增处理桔瓣，除去囊衣；柚苷酶处理橘汁，可以除去橘汁中的柚苷；橙皮苷酶可以将橘汁中不溶性的橙皮苷分解成可溶性的橙皮素，防止白色沉淀的产生；葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶处理橘汁。课除去其中的氧，从而使其在保持期保持原有的色香味。,肉类嫩化老龄动物中的胶原蛋白因交联作用呈交链状、网状，肉粗糙、坚韧，故需进行嫩化处理。主要用到的酶有木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和米曲蛋白酶，可以水解
16、胶原蛋白，使肌肉嫩化。蛋白酶水解废弃的动物血、杂鱼、鱼刺鱼骨、碎肉中的蛋白质，提取其中的可溶性蛋白，以供食用或饲料，以及制取一些功能性多肽和氨基酸。葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶除去禽蛋中的葡萄糖，消除禽蛋干制时褐变的发生。,3）酶在肉蛋鱼类加工中的应用,用于乳品工业的酶有凝乳酶、乳糖酶、过氧化氢酶、溶菌酶及脂肪酶等凝乳酶用于制干酪；。乳糖酶应用于水解牛奶中的乳糖；脂肪酶可增加干酪和黄油的香味；奶粉中添加卵清溶菌酶可防止婴儿肠道感染。人奶与牛奶区别之一在于溶菌酶含量的不同。过氧化氢酶可用于牛奶消毒,4）酶在乳品加工中的应用,干酪生产的第一步是将牛奶用乳酸菌发酵制成酸奶，然后加凝乳酶水解K-酪蛋白，在
17、酸性条件下，钙离子使酪蛋白凝固，再经切块加热压榨熟化而成 牛奶中含有4.5%的乳糖。乳糖是一种缺乏甜味且溶解度很低的双糖，难于消化。有些人饮奶后常发生腹泻、腹痛等病，其原因即在于此。而且由于乳糖难溶于水，常在炼乳、冰淇琳中呈砂状结晶析出，从而影响食品风味。 乳制品特有香味主要是加工时所产生的挥发性物质（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺类等）所致。乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。将增香黄油用于奶糖、糕点等食品，可节约黄油用量，提高风味 添加乳糖酶水解乳糖的低乳糖奶粉来作为辅料生产面包等烘焙食品，不仅甜度有所增加，而且发酵产气量增大，更利于面包膨大可口，水解产生的半乳糖也有益于褐变
18、现象，从而改善面包色泽，具有良好的色香味。在某些产品中，它能部分或全部取代转化糖，在与半乳糖共同结合的水解的乳清糖浆中“天然”蛋白的存在也使得在蛋糕和同类食品中部分取代鸡蛋。,其他应用,酶在食品添加剂制造中的应用； 酶在食品保鲜方面的应用； 酶在食物解毒方面的应用； 酶在酒类酿造中的应用； 酶在面包与焙烤食品中的应用； 酶在食品分析中的应用； 酶在食品废弃物处理中的应用；,固定化酶,水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。在催化反应中以固相状态作用于底物。固定化酶又叫固相酶或水不溶酶。 优点：1）酶的稳定性提高2）重复使用，可连续化、自动化操作，回收酶、降低成本。3）提纯方便，工艺简单产物中不含酶，不需要采用热处理灭酶，有助于提高食品的质量 固定化酶的制备方法1）吸附 2）共价连接 3）载体截留 4）胶囊包合,包埋法,吸附法,共价偶联法,交联法,固定化酶在食品工业中的应用,固定化氨基酰化酶生产L-氨基酸 固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆 固定化乳糖酶产无乳糖牛奶 固定化细胞技术的应用,本章作业,1、酶的本质？ 2、什么是酶促褐变，试述酶促褐变的机制及影响因素？ 3、列举出对食品各方面性质有影响的酶？ 4、试举例说明酶在不同食品加工中的应用？,
