酶的基本性质及其作用.ppt

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1、第第 六六 章章 酶酶教学目的与要求教学目的与要求1.1.了解酶的化学本质、分类与酶的反应了解酶的化学本质、分类与酶的反应动力学。动力学。2.2.熟悉固定化酶的优缺点及基本方法。熟悉固定化酶的优缺点及基本方法。3.3.掌握酶促褐变的机理、影响因素及控掌握酶促褐变的机理、影响因素及控制手段；食品加工中重要的酶类及酶在制手段；食品加工中重要的酶类及酶在食品加工中的应用。食品加工中的应用。6.1 6.1 引论引论6.1.16.1.1 酶对食品科学的重要性酶对食品科学的重要性 控制着所有重要的生物大分子（蛋白质、碳水控制着所有重要的生物大分子（蛋白质、碳水化合物、脂类）和小分子（氨基酸、糖和维生化合物

2、、脂类）和小分子（氨基酸、糖和维生素）的合成、分解。素）的合成、分解。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。含有大量的酶。酶的作用酶的作用 有益的：皱胃酶、蛋白酶有益的：皱胃酶、蛋白酶、乳糖酶、乳糖酶有害的：果胶酶、脂酶有害的：果胶酶、脂酶 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。6.1.2 6.1.2 酶的本质酶的本质定义（定义（1979年）年）Dixon、Webb 酶酶是是具具有有催催化化性性质质的的蛋蛋白白质质，其其催催化化性性质质源源自于它特有的激活能力。自于它特有的激活能力。目前目前 并并非非所所有有具具有

3、有催催化化能能力力的的生生物物分分子子都都是是蛋蛋白白质。质。小分子核糖核酸酶。小分子核糖核酸酶。6.1.36.1.3 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 酶被反复使用酶被反复使用 酶的周转率（酶的周转率（Turnover）w在在酶酶被被完完全全饱饱和和条条件件下下，单单位位时时间间内内底底物物被被每每个个酶酶分分子子转转变成产物的分子数。变成产物的分子数。w大多数酶，大多数酶，1104 s-1 少量的酶（昂贵）大

4、量的生物转化少量的酶（昂贵）大量的生物转化 6.1.6.1.4 4 酶在食品工业中的应用酶在食品工业中的应用1.加工工艺上的应用加工工艺上的应用n啤酒发酵，奶酪生产。啤酒发酵，奶酪生产。2.应用于食品成分分析应用于食品成分分析利利用用酶酶的的敏敏感感性性和和专专一一性性测测定定食食品品原原料料和和成成品的成分变化。品的成分变化。3.在控制食品产品和原料的贮藏性和品在控制食品产品和原料的贮藏性和品质方面的应用。质方面的应用。6.1.6.1.5 5 酶具有特异性（酶具有特异性（SpecificitySpecificity）酶作为催化剂的机制酶作为催化剂的机制 Emil Fischer提出的提出的“

5、锁和钥匙锁和钥匙”模式模式 特殊形状的活性部位精确地立体互补特殊形状的活性部位精确地立体互补 高度专一高度专一敏感性敏感性锁锁钥匙钥匙6.2 6.2 酶的命名酶的命名一、习惯命名一、习惯命名-淀淀粉粉酶酶、纤纤维维素素酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶、胰胰凝凝乳乳蛋蛋白酶、过氧化物酶或过氧化氢酶白酶、过氧化物酶或过氧化氢酶 二、商品名称二、商品名称 三、系统命名三、系统命名国际酶学委员会国际酶学委员会酶的系统命名的原则酶的系统命名的原则例：聚半乳糖醛酸酶，例：聚半乳糖醛酸酶，EC 3.2.1.15水解酶，糖苷键，水解酶，糖苷键，O-糖苷糖苷6.3 6.3 生物体中的酶生物体中的酶酶在原料的生长和成熟中起

6、重要的作用酶在原料的生长和成熟中起重要的作用 原料收获后酶仍然起作用原料收获后酶仍然起作用 n直至酶的底物被耗尽或酶变性直至酶的底物被耗尽或酶变性 由于细胞结构的解体，常促使酶活力提高由于细胞结构的解体，常促使酶活力提高 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6.3.1 6.3.1 酶在生物体中的分布酶在生物体中的分布不均匀的，定位化，区域化分布不均匀的，定位化，区域化分布 一种酶往往仅存在于细胞的一类细胞器，专门一种酶往往仅存在于细胞的一类细胞器，专门执行有限种类的酶催化反应执行有限种类的酶催化反应 细胞核：核酸的生物合成和水解降解细胞核：核酸的生

7、物合成和水解降解 线粒体：线粒体：与与ATP有关的氧化还原酶有关的氧化还原酶 溶菌体和胰酶原颗粒溶菌体和胰酶原颗粒：水解酶：水解酶 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 胃肠道、口腔、小肠胃肠道、口腔、小肠 植物的种子：水解酶植物的种子：水解酶6.3.2 6.3.2 酶的隔离分布和与底物的接近酶的隔离分布和与底物的接近在完整的细胞内，酶通过各种方式和底在完整的细胞内，酶通过各种方式和底物隔离物隔离 u细胞器、细胞膜、细胞壁、内源酶抑制剂细胞器、细胞膜、细胞壁、内源酶抑制剂 组织解体使酶与底物接近组织解体使酶与底物接近 u导致食品的色泽、质构、风味、芳香和营养导致食品的色泽、质构

8、、风味、芳香和营养质量上的改变质量上的改变 热处理、低温保藏和酶抑制剂的使用有热处理、低温保藏和酶抑制剂的使用有助于稳定产品质量助于稳定产品质量6.3.3 6.3.3 酶在食品原料中的含量酶在食品原料中的含量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 同一种酶在同一种食品原料中的含量还同一种酶在同一种食品原料中的含量还取决于取决于 生物体的年龄（成熟度）生物体的年龄（成熟度）生长的环境条件生长的环境条件 w温度、水的供给、土壤、肥料温度、水的供给、土壤、肥料 6.4 食品的酶促褐变1、什么是酶促褐变？什么是酶促褐变？n酶促褐变（酶促褐变（Enzymic Brownin

9、g)是直接由酶是直接由酶参与的褐变作用。参与的褐变作用。2、引起酶促褐变的酶类引起酶促褐变的酶类n过氧化物酶类（以铁卟啉为辅基）过氧化物酶类（以铁卟啉为辅基）n酚酶类（以铜为辅基）酚酶类（以铜为辅基）3、酶促褐变的机制酶促褐变的机制6.4 食品的酶促褐变 植物中的植物中的酚类物质酚类物质在酚酶及过氧化物酶在酚酶及过氧化物酶的催化下的催化下氧化成醌氧化成醌，醌再进行非酶促反应，醌再进行非酶促反应生成褐色的色素。生成褐色的色素。1、酶促褐变的机制植物组织中含有植物组织中含有酚类物质酚类物质，在完整的细，在完整的细胞中作为呼吸链传递物质，在酚胞中作为呼吸链传递物质，在酚-醌之间醌之间保持着动态的平衡

10、；保持着动态的平衡；当细胞组织破坏后，当细胞组织破坏后，氧氧大量侵入，酚在大量侵入，酚在酶酶的催化作用下造成醌的形成，平衡受的催化作用下造成醌的形成，平衡受到破坏；到破坏；于是发生醌的积累，醌再进一步氧化聚于是发生醌的积累，醌再进一步氧化聚合形成褐色色素称为黑色素或类黑精，合形成褐色色素称为黑色素或类黑精，造成食品的褐变。造成食品的褐变。1、酶促褐变的机制 过氧化物酶催化的酶促褐变过氧化物酶催化的酶促褐变1.2.3.4.黑色素黑色素黑色素黑色素1、酶促褐变的机制 酪氨酸的酶促褐变酪氨酸的酶促褐变1、酶促褐变的机制 酪氨酸的酶促褐变酪氨酸的酶促褐变v 土豆褐变、毛发中黑色素形成机制；土豆褐变、毛

11、发中黑色素形成机制；v 目前发现的唯一一条动植物共有的褐目前发现的唯一一条动植物共有的褐 变途径。变途径。1、酶促褐变的机制 绿原酸的酶促褐变绿原酸的酶促褐变邻苯二酚氧化酶邻苯二酚氧化酶1/2O2聚合聚合褐色褐色黑色黑色实例：实例：v 梨心变黑梨心变黑贮存前经两次贮存前经两次“发汗发汗”；v 香蕉心变黑，不能贮存在香蕉心变黑，不能贮存在12以下，以下，但也不能温度过高，乙烯催熟；但也不能温度过高，乙烯催熟；2、酶促褐变发生的条件v 酚类底物酚类底物v 酶酶v 氧氧 易发生酶促褐变的食品：易发生酶促褐变的食品：藕、香蕉、洋葱、茄子、土豆、苹果、梨、桃子等；藕、香蕉、洋葱、茄子、土豆、苹果、梨、桃

12、子等；三者缺一不可三者缺一不可 不易发生酶促褐变的食品：不易发生酶促褐变的食品：柠檬、桔子、香瓜、西瓜等；柠檬、桔子、香瓜、西瓜等；3、控制酶促褐变的方法v 酚类底物酚类底物v 酶酶v 氧氧 主要途径：主要途径：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（pH,水分活度等）；水分活度等）；隔绝氧气；隔绝氧气；使用抗氧化剂（使用抗氧化剂（Vc,SO2等）等）3、控制酶促褐变的方法（1）热处理法）热处理法（2）二氧化硫或亚硫酸盐处理）二氧化硫或亚硫酸盐处理 抑制酚酶活性；抑制酚酶活性；与糖类羰基加成，阻止美拉得反应；与糖类羰基加成，阻止美拉得

13、反应；将有色物质还原褪色。将有色物质还原褪色。&优点：优点：v 防止酶促褐变，防腐；防止酶促褐变，防腐；v 避免避免VC氧化失效；氧化失效；v SO2易去除；易去除；v 方便，成本低；方便，成本低；&缺点：缺点：v 漂白，破坏花青素；漂白，破坏花青素；v 腐蚀素铁罐的内壁；腐蚀素铁罐的内壁；v 不愉快臭味不愉快臭味,0.064%；v 破坏破坏VB1；3、控制酶促褐变的方法（3）驱氧或隔绝空气）驱氧或隔绝空气（4）底物甲基化）底物甲基化 5蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷 儿茶酚儿茶酚 愈创木酚愈创木酚 咖啡酸咖啡酸 阿魏酸阿魏酸 绿原酸绿原酸 3 3阿魏酸金鸡钠酸阿魏酸金鸡钠酸 4、控制酶促褐变的方法（5

14、）控制）控制pH|酚酶的最适酚酶的最适pH在在67，3明显无活性；明显无活性；|水果：控制在酸性条件下水果：控制在酸性条件下 蔬菜：控制在中、碱性条件下蔬菜：控制在中、碱性条件下A.柠檬酸是最广泛使用的食用酸；柠檬酸是最广泛使用的食用酸；降低降低pH，控制酚酶活性；，控制酚酶活性；螯合酚酶的螯合酚酶的Cu辅基辅基。B.苹果酸苹果酸C.抗坏血酸抗坏血酸4、控制酶促褐变的方法（6）加入酚类底物类似物）加入酚类底物类似物|有效抑制苹果汁的酶促褐变有效抑制苹果汁的酶促褐变A.肉桂酸肉桂酸B.对位香豆酸对位香豆酸C.阿魏酸阿魏酸6.4 6.4 影响酶活力的因素影响酶活力的因素一、内在因素一、内在因素 酶

15、的浓度酶的浓度底物的浓度底物的浓度二、环境条件二、环境条件 pH温度温度 水分活度水分活度 抑制剂抑制剂6.5 6.5 酶的固定化酶的固定化酶被固定成为不溶解的状态酶被固定成为不溶解的状态酶的固定化与固定化酶酶的固定化与固定化酶优点：优点：1.酶的稳定性提高，可增加连续性的操作；酶的稳定性提高，可增加连续性的操作；2.酶能反复多次使用，降低成本；酶能反复多次使用，降低成本；3.产产物物中中不不含含酶酶，不不需需要要采采用用热热处处理理灭灭酶酶，有助于提高食品的质量；有助于提高食品的质量；4.酶酶固固定定化化后后，性性质质会会改改变变，有有利利于于对对酶酶促促反应的控制，有助于控制食品品质。反应

16、的控制，有助于控制食品品质。6.6作为食品加工的助剂和配料而使用的酶作为食品加工的助剂和配料而使用的酶6.6.1 6.6.1 使用酶的目的使用酶的目的 回收副产物回收副产物 制造食品制造食品 提高提取的速度及产量提高提取的速度及产量 改进风味和稳定食品质量改进风味和稳定食品质量6.6.2 6.6.2 使用酶的优点使用酶的优点天然、无毒天然、无毒 催化的特异性，不造成不需要的副反应催化的特异性，不造成不需要的副反应 一一般般是是粗粗酶酶制制剂剂，可可能能会会产产生生不不期期望望的的产产物物；但但使使用高纯度的酶制剂在经济上不合算用高纯度的酶制剂在经济上不合算 在很温和的温度和在很温和的温度和pH

17、条件下具有活性条件下具有活性 低浓度时有活性低浓度时有活性 易于控制反应速度易于控制反应速度 在反应进行到期望的程度后即可使酶失活在反应进行到期望的程度后即可使酶失活 6.6.3 6.6.3 酶的来源酶的来源可食的和无毒的植物、动物以及非致病、可食的和无毒的植物、动物以及非致病、非产毒的微生物非产毒的微生物 微生物来源酶的优点微生物来源酶的优点 生产能力强生产能力强 诱变或改性诱变或改性 胞外酶，易于回收胞外酶，易于回收 生产原料易于获得生产原料易于获得一、甜味剂中使用的酶一、甜味剂中使用的酶酶法生产甜味剂酶法生产甜味剂二、脂酶二、脂酶水解处在油水解处在油/水界面的三酰基甘油的酯键水界面的三酰

18、基甘油的酯键 广泛地分布于植物、动物和微生物广泛地分布于植物、动物和微生物 动物胰脏脂酶和微生物脂酶是脂酶的主要来源动物胰脏脂酶和微生物脂酶是脂酶的主要来源 水解方式水解方式 n 1,2-二酰基甘油二酰基甘油 n三酰基甘油三酰基甘油 2一酰基甘油一酰基甘油 n 2,3-二酰基甘油二酰基甘油 三、蛋白酶三、蛋白酶蛋白酶的来源蛋白酶的来源 内源蛋白酶内源蛋白酶 肉类成熟肉类成熟 酵母自溶制备酵母提取物酵母自溶制备酵母提取物 微生物分泌的蛋白酶微生物分泌的蛋白酶 加入的蛋白酶制剂加入的蛋白酶制剂 蛋白质强化饮料蛋白质强化饮料 蛋白酶的作用蛋白酶的作用改进食品蛋白质的性质改进食品蛋白质的性质 水解度水

19、解度，MW小的肽的比例小的肽的比例 水解蛋白质的溶解度水解蛋白质的溶解度 乳化能力和起泡能力改变乳化能力和起泡能力改变 控制蛋白质的水解程度是至关重要的控制蛋白质的水解程度是至关重要的 蛋白酶的应用蛋白酶的应用制备水解蛋白质制备水解蛋白质（如生产大豆水解蛋白）（如生产大豆水解蛋白）从油料种子加工分离蛋白质从油料种子加工分离蛋白质 制备浓缩鱼蛋白质制备浓缩鱼蛋白质 改进明胶生产工艺改进明胶生产工艺 凝乳酶和其他蛋白酶应用于干酪生产凝乳酶和其他蛋白酶应用于干酪生产 从加工肉制品的下脚料回收蛋白质从加工肉制品的下脚料回收蛋白质 对猪（牛）血蛋白质进行酶法改性脱色对猪（牛）血蛋白质进行酶法改性脱色 作为食品添加剂改善食品的质量作为食品添加剂改善食品的质量 木瓜蛋白酶用于配制肉类嫩化剂木瓜蛋白酶用于配制肉类嫩化剂 减少减少 啤酒低温混浊现象啤酒低温混浊现象酶作为食品质量的指示剂酶作为食品质量的指示剂