食品酶学课件第一章.ppt

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1、第1 章 绪论曾绍校福建农林大学食品科学学院E-Mail：食品酶学主要内容1.1 酶学研究简史1.2 酶的一般特征1.3 酶的分类和命名1.4 酶学对食品科学的重要性什么是酶？酶 是 生 物 体 产 生 的 一 类 具 有 生 物 催 化 活 性的生物大分子。1.1 酶学研究简史酶 的 研 究 处 于 生 物 学 和 化 学 的 衔 接 点，是 一 门内 容 广 泛、发 展 迅 速 的 科 学。它 的 分 支 遍 及 很 多 领域，并 与 许 多 学 科 紧 密 联 系，特 别 同 生 物 化 学、物理 化 学、微 生 物 学、遗 传 学、植 物 学、农 学、药 理学、毒 理 学、生 理 学、

2、医 学 以 及 生 物 工 程 的 关 系 更为 密 切。由 于 酶 独 特 的 催 化 功 能，近 年 来 已 在 食 品、轻 工、化 工、医 药、环 保、能 源 和 科 学 研 究 等 各 个领域得以广泛应用。1.1.1 酶的早期研究40004000多多年年前前，人人们们就就已已经经在在酿酿酒酒、制制饴饴、制制酱酱等过程中不自觉地利用了酶的催化作用。等过程中不自觉地利用了酶的催化作用。在在我我国国古古书书书书经经中中有有“若若作作酒酒醴醴，尔尔维维麴麴蘖蘖”的的记记载载，其其意意为为：若若要要酿酿酒酒，就就必必须须使使用用麴麴和和蘖蘖。麴麴是是指指长长了了微微生生物物的的谷谷物物，蘖蘖是是

3、指指发发了了芽芽的的谷谷物物，它它们们都都含含有有丰丰富富的的酶酶。这这些些都都说说明明了了酶酶的的应应用用首先是从食品生产开始的。首先是从食品生产开始的。西方各国在西方各国在1717世纪也有了关于酶的记载。世纪也有了关于酶的记载。然 而，人 们 真 正 认 识 酶 的 存 在 和 作 用，是 从19世 纪 开 始 的。1833 年 法 国 化 学 家Payen 和Persoz 从麦 芽 汁 提 取 物 中 首 次 发 现 了 淀 粉 酶，他 们 将 这 种 由酒 精 沉 淀 后 得 到 的 可 使 淀 粉 水 解 成 可 溶 性 糖 的 物 质命 名 为 淀 粉 糖 化 酵 素，并 指 出

4、了 它 的 热 不 稳 定 性，初步触及了酶的一些本质问题。到19 世 纪 中 期，科 学 家 们 已 陆 续 发 现 了 胃 蛋 白酶、多酚氧化酶、过氧化物酶和转化酶等。1855年，Schoenbein 在 植 物 体 内 发 现 了 过 氧 化 物酶，由 此 解 决 了 愈 创 树 脂 变 色 的 难 题。随 后 在1856年，Schoenbein 又 在 蘑 菇 中 发 现 了 另 外 一 种 酶多 酚 氧 化 酶，能 够 在 氧 存 在 的 条 件 下 催 化 反 应 生 成有色氧化物。另 外，在 这 个 时 期，许 多 科 学 家 发 现 酶 的 催 化 作用 与 酵 母 在 发 酵

5、 期 间 的 作 用 相 似，因 而 微 生 物 学 家巴 斯 德（Pasteur）和 化 学 家 李 比 希（Liebig）提 出 了两种不同观点。巴 斯 德 主 张：发 酵 和 活细 胞 有 关，酒 精 发 酵 是 酵 母细胞生活的结果。巴斯德（1822-1895）微生物学的奠基人 提出分子不对称性理论，开创了立体化学研究的途径。创立了发酵的生物学理论，低温消毒技术（巴氏杀菌）免疫学-预防接种，研制出狂犬疫苗李比希认为：发酵及其他类似过程，是由于化学物质的作用，纯粹是化学过程。从1901 年到1910 年最早的十次诺贝尔化学奖获得者中，李比希的学生就有七位。李比希(18031873)德国化

6、学家 化学教育改革家有机化学创始人农业化学之父关于发酵本质的长期论战1897 年，布 希 纳 两 兄 弟(Eduard Buchner&Hans Buchner)成 功 的 从 酵 母 细 胞 分 离 出 具 有 发 酵 作 用 的 物 质，能 使 糖 发 酵。他 们 当 时 的 兴 趣 是 制 备 用 于 治 疗 疾 病 的 酵 母 无 细 胞 提 取 物，这 些 提 取 物 的 保 存 必 须 不 加 防 腐 剂，例 如 不 能 加 酚。于 是 他们 决 定 试 用 蔗 搪，这 是 在 烹 调 化 学 中 常 用 的 防 腐 剂。他 们 得到了惊人的结果:酵母汁液迅速将蔗糖发酵产生了酒精。

7、这 说 明 巴 斯 德 和 李 比 希 的 两 种 观 点 实 质 上 是 一 致 的。生物化学就是在解决发酵本质的著名论战中产生的。Hans Buchner（1850-1902）德国细菌学家Eduard Buchner(1860-1917)1907 年诺贝尔化学奖通常以Buchner(布氏)漏斗而留名 Enzyme 的词源而“酶”（Enzyme）的 概 念，是 由 德 国 科 学 家Kuhne 在1878 年 首 先 提 出 用 以 表 示 未 统 一 名 称 的 已知 的 各 种 酵 素。这 个 词（enzyme）本 身 的 意 思 是“在 酵 母 中”，起 源 于 希 腊 语，其 中en

8、 表 示“在 之 内，zyme 表示酵母或酵素。1.1.2 酶催化的专一性 在 大 量 实 验 研 究 的 基 础 上，Fischer 于1894 年 提出 了“锁 和 钥 匙”模 型，成 功 解 释 了 酶 的 催 化 反 应机 制。酶 催 化 专 一 性 理 论 研 究 的 另 一 重 要 成 就 是1959 年Koshland 提 出 的“诱 导 契 合”理 论，以 解 释酶 的 催 化 理 论 和 专 一 性，同 时 也 搞 清 了 某 些 酶 的 催化活性与生理条件变化有关。1.1.3 酶学的理论研究 20 世 纪 初 期，定 量 描 述 酶 作 用 的 方 法 得 到 了 很 大

9、发 展。1902 年Henri 和Brown 各 自 独 立 地 提 出 了 以 下 观 点：在 固 定酶 浓 度 的 条 件 下，逐 步 增 加 底 物 浓 度 而 得 到 的 反 应 速 度底物 浓 度 的 饱 和 类 型 曲 线 是 由 于 形 成 酶底 物 中 间 络 合 物 的 结果。1913 年，Michaelis 和Menten 提 出 中 间 产 物 学 说，推 导出 酶 促 反 应 动 力 学 方 程，即 著 名 的 米 氏 方 程，定 量 地 描 述 酶的上述性质：V=VmaxS/Km+S而20 世 纪50 年 代 起 酶 学 理 论 方 面 的 研 究 也 十 分活 跃，

10、在 蛋 白 质（或 酶）的 生 物 合 成 理 论 方 面 获 得了 许 多 突 破 性 进 展。1955 年，Sanger 等 报 道 了 胰 岛素 中 氨 基 酸 排 列 的 次 序 以 及 荷 尔 蒙 的 分 子 量 为6000，这 是 在 测 定 蛋 白 质 一 级 结 构 上 的 第 一 次 突 破。1957 年Kornberg 等 人 发 现DNA 聚 合 酶 并 进 行DNA 复制的系列研究。20 世 纪50 年 代 开 始，由 于 分 子 生 物 学 和 生 物 化学 的 发 展，对 生 物 细 胞 核 中 存 在 的 脱 氧 核 糖 核 酸（DNA）的 结 构 与 功 能 有

11、 了 比 较 清 晰 的 阐 述。70 年代 初 实 现 了DNA 重 组 技 术 或 称 克 隆 技 术，极 大 地 推动 着 食 品 科 学 与 工 程 的 发 展，也 促 使 酶 学 研 究 进 入新的发展阶段。另 外，近20 年 来 的 研 究 发 现，除 蛋 白 质 以 外，核 糖 核 酸（RNA）也 有 催 化 活 性。例 如，1982 年Cech 等 人 在 四 膜 虫的RNA 分 子 中 发 现 一 个 具 有 自 身 切 接 功 能 的 片 段，称 之 为“内 含 子”，它 可 以 从 前 体RNA 中 特 异 地 把 与 它 本 身 相 同 的 片段（413 个 核 苷 酸

12、）切 下 来，然 后 把 剩 余 的RNA 部 分 重 新 接起 来。切 下 的 片 段 环 化 成 为 具 有 催 化 活 性 的RNA，称 之 为 核酸 类 酶 或 催 化 活 性RNA。这 个 结 果 使 酶 的 传 统 概 念 受 到 了 挑战，提 出 酶 并 不 一 定 是 蛋 白 质 的 问 题。我 们 究 竟 是 否 把RNA看 作 酶，或 是 酶 是 蛋 白 质 的 概 念 应 该 改 变，随 着 科 学 研 究 的发展，相信在不久的将来会得到解决。1.1.4 酶的纯化和固定化 酶 的 纯 化 在1920 年 后 取 得 了 重 大 的 突 破。1926 年 美 国 人Sumn

13、er 首 先 从 刀 豆 中 获 得 了 不 负 载 任 何 其 他 催 化 剂 的 脲 酶蛋 白 质 结 晶，从 此 确 立 了 酶 的 化 学 本 质 是 蛋 白 质 的 观 点，为酶的理化特性研究奠定了基础。20 世 纪30 年 代 掀 起 了 酶 结 晶 研 究 的 热 潮。最 有 代 表 性 的成 果 是1930 年 至1936 年 间Northrop 等 人 制 取 了 胃 蛋 白 酶、胰蛋 白 酶、胰 凝 乳 蛋 白 酶 和 羧 肽 酶A 的 结 晶。至 此 人 们 已 经 获取了上百种酶的结晶，另外还有超过600 种酶被提取纯化。从20 世 纪50 年 代 开 始，酶 及 产

14、酶 细 胞 的 固 定 化 技 术 从 酶学理论到生产实践得到了迅速的发展。1953 年，德 国 科 学 家Grubhofer 和Schleith 首 先 将 聚 氮 基苯 乙 烯 树 脂 重 氮 化，将 淀 粉 酶、胃 蛋 白 酶、羧 肽 酶 和 核 糖 核酸酶结合，制成固定化酶，有效地进行了酶的固定化研究。1971 年，出 现 了 固 定 化 菌 体 技 术，70 年 代 后 期 人 们 开 始运用固定化细胞技术生产胞外酶。酶的纯化和固定化到 了80 年 代 中 期，固 定 化 原 生 质 体 技 术 则 被 用 于 生 产 胞内 酶，以 去 除 细 胞 壁 扩 散 的 障 碍。酶 固 定

15、 化 技 术 的 发 展 也 引起了食品、发酵工业一场大变革。美 国 在20 世 纪70 年 代 初 开 始 采 用 这 一 新 技 术，使 玉 米 淀粉 经 酶 法 液 化、糖 化、异 构 化 和 固 定 化 后，成 功 地 工 业 化 生产 第 一 代、第 二 代 和 第 三 代 高 果 糖 浆，代 替 蔗 糖 作 为 可 口 可乐 和 百 事 可 乐 等 饮 料 食 品 的 甜 味 剂，提 高 了 饮 料 质 量，是 一项非常成功的技术创新。酶的纯化和固定化目 前 为 止，已 发 现 自 然 界 存 在 的 酶 有3000 多 种，但 真 正形 成 工 业 规 模 生 产 的 只 有 几

16、 十 种。因 此，当 今 食 品 酶 学 的 研究开发具有广阔的发展前景。随 着 酶 生 产 的 发 展，酶 的 应 用 越 来 越 广 泛。在 生 产 应 用过 程 中，人 们 逐 渐 发 现 酶 的 稳 定 性 较 差、不 能 重 复 使 用 等 不足 之 处。于 是，为 了 更 好 地 发 挥 酶 的 催 化 功 能，人 们 开 始 尝试 对 酶 进 行 分 子 修 饰，即 通 过 各 种 方 法，使 酶 分 子 结 构 发 生某 些 改 变，从 而 使 酶 的 某 些 特 性 和 功 能 发 生 改 变，以 满 足 人们对酶应用的要求。其方法之一就是固定化酶的研究。酶的纯化和固定化1.

17、1.5 酶工程的发展 自1969 年 日 本 的 千 畑 一 郎 首 次 在 工 业 上 应 用 固定 化 氨 基 酰 化 酶 从DL-氨 基 酸 生 产L-氨 基 酸 后，学 者们 开 始 用“酶 工 程”这 个 新 名 词 来 代 表 有 效 地 利 用酶 的 科 学 技 术 领 域。而 近20 多 年 来，在 酶 和 细 胞 固定 化 技 术 发 展 的 同 时，其 他 酶 分 子 修 饰 技 术 也 在 不断 发 展 进 步。此 外，酶 的 化 学 合 成、人 工 模 拟，以及 各 种 酶 的 应 用 技 术 研 究，使 酶 工 程 不 断 向 广 度 和深度发展，显示出广阔而诱人的前

18、景。1.2 酶的一般特征酶 既 然 是 生 物 催 化 剂，它 就 具 有 催 化 剂 一 般 的 特征。酶 和 一 般 催 化 剂 一 样，只 能 催 化 热 力 学 上 允 许进 行 的 反 应，因 为 在 反 应 中 其 本 身 不 被 消 耗，因 此有 极 少 量 就 可 大 大 加 速 化 学 反 应 的 进 行。它 对 化 学反 应 正 逆 两 个 方 向 的 催 化 作 用 是 相 同 的。所 以 它 可以缩短平衡到达的时间，而不改变反应的平衡点。但酶和一般催化剂比较，又有其不同之处。重要1.2.1 酶的催化效率高酶 的 一 个 突 出 的 特 点 是 催 化 效 率 极 高。同

19、一 反 应，酶 催 化 反 应 的 速 度 比 一 般 催 化 剂 催化 的 反 应 速 度 要 大1061013倍。有 极 少 量 酶就可催化大量反应物发生转变。重要例 如，铁 离 子 和 过 氧 化 氢 酶 都 可 以 催 化 双氧水（H202）分解成为水和氧气。在 一 定 条 件 下，1mol 铁 离 子 可 催 化610-4mol 双氧水分解。在 相 同 条 件 下，1mol 过 氧 化 氢 酶 却 可 催 化5106mol 的 双 氧 水 分 解。过 氧 化 氢 酶 的 催 化效率达到铁离子的1010倍。1.2.2 酶作用的专一性酶 的 另 外 一 个 特 点 是 它 具 有 高 度

20、 的 专 一 性。酶 对 其 所 作 用 的 物 质（称 为 底 物）有 着 严 格的 选 择 性。一 种 酶 仅 能 作 用 于 一 种 物 质，或一 类 分 子 结 构 相 似 的 物 质，促 其 进 行 一 定 的化 学 反 应，产 生 一 定 的 反 应 产 物，这 种 选 择性 作 用 称 为 酶 的 专 一 性。酶 的 专 一 性 是 酶 的特性之一。重要例 如，蛋 白 酶 只 能 催 化 蛋 白 质 的 水 解，酯 酶 只 催化 酯 类 的 水 解，而 淀 粉 酶 只 能 催 化 淀 粉 的 水 解。若用 一 般 催 化 剂，对 作 用 物 的 要 求 就 不 那 么 严 格，以

21、上三类物质都可以在酸或碱的催化下水解。1.2.2.1 键专一性 这 种 酶 只 对 底 物 分 子 中 其 所 作 用 的 键 要 求 严格，而 不 管 键 两 端 所 连 基 团 的 性 质。例 如，酯 酶 可 以 水 解 任 何 酸 与 醇 所 形 成 的 酯，它 不受酯键两端基团R 和R 的限制。1.2.2.2 基团专一性有 些 酶 对 底 物 的 要 求 较 高，它 们 不 但 要 求 底 物 具 有 一定 的 化 学 键，而 且 对 键 的 某 一 端 所 连 的 基 团 也 有 一 定的 要 求。例 如，-葡 萄 糖 苷 酶 能 催 化 任 何-葡 萄 糖 苷的 水 解：此 酶 要

22、 求 底 物 必 须 是D-葡 萄 糖 通 过-糖 苷 键所 形 成 的 糖 苷，但 并 不 要 求R 基 团 的 性 质。胰 蛋 白 酶能 够 催 化 水 解 碱 性 氨 基 酸，如 精 氨 酸 或 赖 氨 酸 的 羧 基所 形 成 的 肽 键，而 对 此 肽 键 氨 基 端 的 氨 基 酸 残 基 没 有什么要求。1.2.2.3 绝对专一性这 类 酶 具 有 高 度 的 专 一 性。它 们 对 底 物 的 要求 很 严 格，甚 至 有 时 只 能 催 化 一 种 底 物，进行一种化学反应。例 如 脲 酶 只 能 作 用 于 尿 素，催 化 其 水 解 产 生氨 及 二 氧 化 碳。而 对

23、尿 素 的 各 种 衍 生 物，一般均不起作用。此 外，过 氧 化 氢 酶 只 能 催 化 过 氧 化 氢 的 分解，琥 珀 酸 脱 氢 酶 只 能 催 化 琥 珀 酸 脱 氢 生 成延 胡 索 酸。凝 血 酶 只 能 水 解 蛋 白 质 分 子 中 精氨 酸 残 基 的 羧 基 与 甘 氨 酸 残 基 的 氨 基 所 形 成的 肽 键，因 而 这 些 酶 对 于 其 所 作 用 的 底 物 都具有高度的专一性。1.2.2.4 立体异构专一性几 乎 所 有 的 酶 对 于 立 体 异 构 体 都 具 有 高 度 的专 一 性。即 酶 只 能 催 化 一 种 立 体 异 构 体 发 生某 种 化

24、 学 反 应，而 对 另 一 种 立 体 异 构 体 则 无作 用。例 如 乳 酸 脱 氢 酶 能 催 化L-乳 酸 脱 氢 变为丙酮酸，对D-乳酸则无作用。D-氨 基 酸 氧 化 酶 能 作 用 于 各 种D-氨 基 酸，催化其氧化脱氢，但对L-氨基酸则毫无作用。1.2.3 大多数酶的化学本质是蛋白质酶 是 由 生 物 活 细 胞 产 生 的 有 催 化 能 力 的 蛋 白 质，只 要 不 是 处 于 变 性 状 态，无 论 是 在 细 胞 内 还 是 细 胞外 都 可 发 挥 催 化 作 用。目 前 在 食 品 工 业 应 用 的 酶 也都是蛋白质。紫 外 线、热、表 面 活 性 剂、重

25、金 属 盐 以 及 酸 碱 变性 剂 等 能 使 蛋 白 质 变 性 的 因 素，往 往 也 能 使 酶 失 效。酶 本 身 能 被 水 解 蛋 白 质 的 蛋 白 质 水 解 酶 分 解 而 丧 失活性。重要酶 在 生 活 细 胞 中 产 生，但 有 些 酶 被 分 泌 到 细 胞 外发 挥 作 用。如 人 和 动 物 消 化 管 中 以 及 某 些 细 菌 所 分泌 的 水 解 淀 粉，脂 肪 和 蛋 白 质 的 酶，这 类 酶 称 胞 外酶。其 他 大 部 分 酶 在 细 胞 内 起 催 化 作 用，称 为 胞 内 酶。这 些 酶 在 细 胞 内 常 与 颗 粒 体 结 合，并 有 着

26、一 定 的 分布。如 线 粒 体 上 分 布 着 三 羧 酸 循 环 酶 系 和 氧 化 磷 酸化 酶 系，而 蛋 白 质 生 物 合 成 的 酶 系 则 分 布 在 内 质 网的核糖体上。1.3 酶的分类和命名1833 年 Payen 和Persoz 发 现 麦 芽 提 取 液 的酒 精 沉 淀 物 中 包 含 一 种 热 敏 性 物 质 可 将 淀 粉水 解 变 为 糖，由 于 其 能 从 不 可 溶 的 淀 粉 颗 粒中 分 离 出 可 溶 性 的 糊 精，他 们 将 此 物 质 命 名为“diastase”意 思 是“分 离”（中 文 现 译为“淀 粉 酶”），这 样 随 意 的 方

27、式 成 为 酶 命名 的 开 端，后 来 命 名 一 种 酶 时 常 加 词 尾“ase”。在 随 后 的 很 长 一 段 时 间 里，出 现 了 各 种 各 样 的 命名方式。有 根 据 纯 化 后 酶 的 颜 色 来 命 名 的，如 老 黄 酶（old yellow enzyme）；有 根 据 酶 的 来 源 命 名 的，如 无 花 果 蛋 白 酶（ficin），胃蛋白酶（pepsin）；有 根 据 酶 作 用 的 底 物 来 命 名 的，如 果 胶 酶（pectase）。1955 年，为 避 免 酶 的 命 名 混 乱，当 时 的 国际 生 物 化 学 协 会（现 发 展 为 国 际 生

28、 物 化 学 和分 子 生 物 学 联 合 会，IUBMB）决 定 成 立 了 国际 酶 学 委 员 会（Enzyme Commission）以 规范酶的命名。http:/www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/酶学委员会提出的命名规则酶 学 委 员 会 提 出 以 酶 所 催 化 的 化 学 反 应 性 质 作 为酶 的 分 类 和 命 名 规 则 的 主 要 依 据，每 一 种 酶 都 给 以三个名称：系统名，惯用名和一个数字编号。系 统 名 要 求 能 确 切 地 表 明 底 物 的 化 学 本 质 及 酶 的催 化 性 质，它 包 括 两 部 分，底 物 名 称 及 反 应

29、 类 型。若 酶 催 化 的 反 应 中 有 两 种 底 物 起 反 应，则 这 两 种 底物 均 需 表 明，当 中 用“：”隔 开，例 如 多 酚 氧 化 酶其系统名称为：1,2-苯二酚：氧 氧化还原酶。惯用名惯 用 名 不 需 要 非 常 的 精 确，要 求 比 较 简 短，使 用 方 便，一 般 根 据 酶 所 作 用 的 底 物 名 称、催 化 的 反 应 性 质、酶 的 来 源 或 其 他 特 点 来 进行 命 名。许 多 酶 的 惯 用 名 是 延 用 系 统 命 名 之前就使用的名称。酶的数字编号系统系统酶 的 数 字 编 号 系 统 系 统 根 据 酶 所 催 化 反 应 的

30、 类 型将 酶 分 为6 大 类，并 以4 个 阿 拉 伯 数 字 来 对 每 一 种 酶进 行 编 号。例 如 乙 醇 脱 氢 酶，编 号 为EC 1.1.1.1。EC 是 指 酶 学 委 员 会（Enzyme Commission）。第一 个 数 字 代 表 酶 的6 个 大 分 类，以1，2，3，4，5，6 来分别代表如下6 大酶类：（1）氧化还原酶（Oxidoreductases）催化氧化还原反应；（2）转移酶（Transferases）催化分子间基团转移的反应；（3）水解酶（Hydrolases）催化水解反应；（4）裂 合 酶（Lyases）催 化 非 水 解 地 除 去 底 物 分

31、 子 中 的 基团及其逆反应；（5）异构酶（Isomerases）催化分子的异构反应；（6）连 接 酶（Ligases）（也 称 为 合 成 酶）催 化 两 分 子 连 接的反应，反应中酶与ATP 的一个焦磷酸键相偶联。同工酶的命名：同 工 酶 是 指 在 生 物 体 内 或 组 织 中 催 化 相 同 反 应 而具 有 不 同 分 子 形 式（包 括 不 同 的 氨 基 酸 序 列、空 间结 构 等）的 酶，这 种 分 子 形 式 差 异 是 由 于 酶 蛋 白 的编 码 基 因 不 同，或 者 虽 然 基 因 相 同，但 基 因 转 录 产物mRNA 或 者 其 翻 译 产 物 是 经 过

32、 不 同 的 加 工 过 程 产生 的。国 际 生 化 协 会 同 工 酶 分 委 员 会 建 议 同 工 酶 的名 称 根 据 他 们 在 电 泳 中 分 离 的 位 置 确 定，从 电 泳 中向着阳极移动最远的酶开始依次编号。酶名称的使用建议：系 统 名 一 般 都 比 较 长，使 用 起 来 不 方 便，在 许 多场 合 下 仍 采 用 惯 用 名。但 在 科 技 文 献 中，当 一 种 酶作 为 主 要 研 究 对 象 时，应 在 文 中 第 一 次 出 现 时 标 明其系统名、数字编号以及酶的来源。例 如 乙 醇 脱 氢 酶 在 文 中 第 一 次 出 现 时 应 标 明“乙醇：NA

33、D+氧 化 还 原 酶（EC1.1.1.1），来 源 于 酵 母”，其 后 则 可 以 使 用 惯 用 名“乙 醇 脱 氢 酶”。如 果酶 不 是 文 献 中 的 主 要 研 究 对 象（例 如 只 是 作 为 试 剂使 用），则 只 需 在 第 一 次 出 现 时 在 惯 用 名 后 的 括 号中 标 明 酶 的 数 字 编 号 如“乙 醇 脱 氢 酶（EC1.1.1.1）”1.4 酶学对食品科学的重要性酶 的 应 用 已 有 几 千 年 的 历 史，尽 管 那 时 人 们 并 没有 任 何 有 关 催 化 剂 和 化 学 反 应 本 质 方 面 的 知 识，但在 这 些 食 品 的 制 作

34、 加 工 过 程 中，人 们 已 经 开 始 不 自觉 地 利 用 微 生 物 细 胞 产 生 的 各 种 酶 的 催 化 作 用。例如：在 酿 造 中 利 用 发 芽 的 大 麦 转 化 淀 粉，用 破 碎 的木 瓜 树 叶 包 裹 肉 以 使 肉 嫩 化，都 是 古 代 食 品 制 备 中应 用 酶 的 例 子。而 这 些 利 用 酶 进 行 食 品 生 产 的 古 老技术也已代代相传至今。重要酶 学 和 食 品 科 学 的 关 系 是 十 分 密 切 的。早 在 科 学家 们 最 初 开 始 研 究 消 化、发 酵 和 水 解 反 应 中 的 酶 时就 都 涉 及 到 了 食 品。很 长

35、 时 间 以 来，食 品 科 学 家 们对 酶 在 食 品 中 的 各 种 作 用，尤 其 是 导 致 食 品 变 质 败坏 的 酶 作 用 进 行 了 细 致 研 究，而 近 几 十 年 来 随 着 酶研 究 的 不 断 深 入 和 酶 生 产 的 快 速 发 展，酶 在 食 品 科学的重要性日益凸现。1.4.1 酶对食品加工和保藏的重要性（1）控制动植物原料中的酶（2）利用酶的催化活性进行生产活动（1）控制动植物原料中的酶动 植 物 和 微 生 物 生 长 发 育 的 过 程 中，伴 随 着 许 多 重 要 的酶催化反应的发生和作用。植 物 采 摘 或 动 物 屠 宰 后，体 内 的 酶

36、催 化 作 用 仍 然 在 继 续进行，直至酶系的底物耗尽或pH 不再适合反应进行时才终止。因 此 利 用 酶 的 这 一 性 质，人 们 即 可 以 通 过 控 制 食 品 原 料中的酶活力有效改善食品原料的风味和质地结构。控制方法控制酶活力的方法主要是热处理法和冷冻法。在 不 损 害 食 品 原 料 品 质 的 前 提 下，适 当 地 对 其 进 行 热 处理，能够在一定程度上降低原料中微生物产生的酶的活力。进 行 热 处 理 加 工 时 可 将 过 氧 化 物 酶 残 留 量 作 为 指 标 以 确定 果 蔬 产 品 最 适 热 处 理 条 件。通 过 冷 冻 法 使 食 品 处 于 低

37、 温 环境 下，也 能 够 降 低 酶 活 力 延 长 食 品 保 藏 期，但 在 冷 冻 前 必 须预先将原料热处理，否则解冻后酶活将会显著回升。（2）利用酶的催化活性另 外，酶 作 为 一 种 反 应 的 催 化 剂，在 食 品 加 工 及保 藏 的 应 用 中，有 着 其 他 物 理 或 化 学 手 段 无 法 比 拟的 优 越 性。首 先，它 不 会 有 任 何 有 害 残 留 物 质；其次，由 于 酶 催 化 反 应 有 着 高 度 的 专 一 性 和 高 效 性，酶 制 剂 用 量 小，经 济 合 算；第 三，酶 催 化 反 应 条 件温 和，食 品 营 养 成 分 损 失 少，易

38、 于 操 作 且 能 耗 较 低。因 此，酶 制 剂 在 食 品 工 业 中 的 应 用 开 始 得 很 早，且成效显著，研究也相当活跃。例 如 葡 萄 糖 氧 化 酶 作 为 除 氧 剂 普 遍 应 用 于 食 品 保鲜 及 包 装 中，延 长 食 品 保 质 期。除 氧 是 食 品 保 藏 中的 必 要 手 段，葡 萄 糖 氧 化 酶 是 一 种 对 氧 非 常 专 一 理想 的 除 氧 剂，能 够 有 效 防 止 食 品 变 质，而 对 于 已 经发 生 的 氧 化 变 质 作 用，它 也 可 以 阻 止 其 进 一 步 发 展。另 外，葡 萄 糖 氧 化 酶 又 具 有 酶 的 催 化

39、 专 一 性，在 除氧的同时不会与食品中其他物质发生作用。溶 菌 酶 能 够 水 解 细 菌 细 胞 壁 肽 聚 糖 的-1，4 糖 苷键，导 致 细 菌 自 溶 死 亡，并 且 溶 菌 酶 在 食 盐、蔗 糖等 溶 液 中 稳 定，耐 酸 耐 热 性 强，因 此 非 常 适 宜 用 于各 种 食 品 的 防 腐。它 对 多 种 细 菌 有 抗 菌 作 用，还 能杀 死 肠 道 腐 败 球 菌 增 加 抗 感 染 力，同 时 还 能 促 进 婴儿 肠 道 双 歧 乳 酸 杆 菌 增 殖，促 进 乳 酪 蛋 白 凝 乳 利 于消 化。溶 菌 酶 对 人 体 完 全 无 毒 副 作 用，是 天 然

40、 安 全的食品防腐剂。1.4.2 酶对食品安全的重要性食 品 是 人 类 赖 以 生 存 和 发 展 的 物 质 基 础，而 食 品安 全 问 题 则 是 关 系 到 人 民 健 康 和 国 计 民 生 的 重 大 问题。近 几 年 来，酶 制 剂 工 业 迅 速 不 断 地 发 展。特 别 是随 着 生 物 科 技 的 日 新 月 异，人 们 已 经 能 够 通 过 基 因工 程 手 段 改 造 部 分 微 生 物 基 因，从 而 改 变 酶 蛋 白 的基 本 结 构，达 到 强 化 酶 在 某 方 面 功 能 特 性 的 目 的。然 而，这 种 做 法 也 给 食 品 酶 的 应 用 带

41、来 很 大 的 安 全隐患。所 有 新 鲜 食 品 当 中 都 富 含 各 种 酶 类，相 当 数 量 的酶 会 随 人 们 食 用 食 品 而 摄 入 人 体 内。在 摄 入 的 酶 中，不 仅 有 动 物 和 植 物 来 源 的，而 且 还 有 微 生 物 来 源 的。作 为 微 生 物 来 源 的 食 品 酶 制 剂，通 常 除 了 包 括 酶 蛋白 本 身 以 外，还 含 有 微 生 物 的 代 谢 产 物，以 及 添 加的 保 存 剂 和 稳 定 剂。如 果 将 加 入 食 品 中 的 酶 看 作 为食 品 添 加 剂，那 么 就 应 该 考 虑 到 卫 生 和 安 全 方 面 的问

42、题。酶 作 用 会 使 食 品 品 质 特 性 发 生 改 变，甚 至 会 产 生 毒 素 和其 他 不 利 于 健 康 的 有 害 物 质。由 于 在 生 物 材 料 中，酶 和 底 物处 在 细 胞 的 不 同 部 位，故 仅 当 生 物 材 料 破 碎 时，酶 和 底 物 的相 互 作 用 才 有 可 能 发 生，此 外 酶 与 底 物 作 用 也 受 到 环 境 条 件的影响。有 时 本 身 无 毒 的 底 物 会 在 酶 催 化 降 解 下 转 变 成 有 害 物 质。例 如，木 薯 含 有 生 氰 糖 苷，虽 然 它 本 身 并 无 毒，但 是 在 内 源糖 苷 酶 的 作 用 下

43、，产 生 氢 氰 酸。十 字 花 科 植 物 的 种 子 以 及 皮和 根 含 有 葡 萄 糖 芥 苷，葡 萄 糖 芥 苷 属 于 硫 糖 苷，在 芥 苷 酶 作用下会产生对人和动物体有害的甲状腺肿素。虽 然 一 些 酶 的 作 用 会 产 生 毒 素 和 有 害 物 质，但 是 我 们 也可 以 利 用 酶 的 作 用 去 除 食 品 中 的 毒 素。例 如，利 用 乳 糖 酶 预先 处 理 乳 制 品，可 以 有 效 缓 解 或 消 除 人 体 因 消 化 乳 糖 困 难 而引 起 的 胃 胀 气、腹 痛、呕 吐 或 拉 肚 子 等 症 状。另 外，由 于 人体 内 缺 乏-D-半 乳 糖

44、 苷 酶 和-D-果 糖 苷 酶，不 能 水 解 豆 类 中的 一 些 寡 糖，这 不 但 减 少 了 人 体 对 一 些 单 糖 的 吸 收，而 且 这些 寡 糖 在 肠 道 中 发 酵 所 产 生 的 气 体 还 会 引 起 人 体 不 适，利 用植酸酶作用即可显著改善这种情况。另 有 研 究 发 现，-葡 萄 糖 基 转 移 酶 用 于 甜 叶 菊 加工，可 以 脱 苦 涩 味，黄 曲 霉 毒 素B1 经 黄 曲 霉 毒 素 脱毒 酶 处 理 后 毒 性、致 畸 性 将 极 大 降 低。所 有 这 些 都证 明 酶 法 解 毒 是 一 种 安 全、高 效 的 解 毒 方 法，对 食品 无

45、 污 染、有 高 度 的 选 择 性，且 不 影 响 食 品 的 营 养物质。1.4.3 酶对食品营养的重要性酶 作 用 有 可 能 导 致 食 品 中 营 养 组 分 的 损 失。虽 然在 食 品 加 工 中 营 养 组 分 的 损 失 是 由 于 非 酶 作 用 所 引起 的，但 是 食 品 材 料 中 一 些 酶 的 作 用 也 是 不 能 忽 视的。例 如，脂 肪 氧 合 酶 催 化 胡 萝 卜 素 降 解 使 面 粉 漂白，在 其 他 食 品 如 一 些 蔬 菜 的 加 工 过 程 中 脂 肪 氧 合酶也参与了胡萝卜素的破坏过程。另 外，在 食 品 加 工 过 程 中，酶 也 参 与

46、 了 维 生 素B的 破 坏 过 程，例 如，在 一 些 用 发 酵 方 法 加 工 的 鱼 制品 中，由 于 鱼 和 细 菌 中 的 硫 胺 素 酶 的 作 用，使 这 些食 品 缺 少 维 生 素B。抗 坏 血 酸 是 最 不 稳 定 的 维 生 素，在 食 品 加 工 和 保 藏 中，Vc 常 由 于 酶 或 非 酶 的 因 素 而被氧化。同 样 的，我 们 也 可 以 利 用 酶 作 用 去 除 食 品 中 的 抗营 养 素，提 高 食 品 的 营 养 价 值，使 食 品 中 的 营 养 元素 更 利 于 人 体 的 吸 收 利 用。例 如，由 于 植 酸 以 钙、镁、和 钾 盐 的

47、形 式 存 在 于 豆 类 和 谷 类 中，易 于 同 膳食 中 的 铁、锌 和 其 他 金 属 离 子 形 成 难 溶 的 络 合 物，因而使人体吸收这些元素变得困难。此 外，植 酸 还 能 同 蛋 白 质 形 成 稳 定 的 复 合 物，从而 降 低 豆 类 蛋 白 质 的 生 理 价 值。植 酸 酶 能 催 化 植 酸水 解 成 磷 酸 和 肌 醇，如 果 在 加 热 处 理 豆 类 食 物 之 前，先 将 其 粉 碎 并 调 成 糊 状，然 后 在55 和pH5.2 条 件下 利 用 豆 中 内 源 的 植 酸 酶 和-D-半 乳 糖 苷 酶 分 解，这样处理可以显著降低这些酶的含量。

48、由 于 豆 类 和 谷 类 中 植 酸 酶 的 活 力 通 常 是 较 低 的，因 此，可 以 外 加 植 酸 酶 或 富 含 植 酸 酶 的 小 麦 芽，以促 进 植 酸 的 分 解。近 几 年 植 酸 酶 还 用 于 酿 造，以 改善 原 料 中 磷 的 利 用，以 及 用 于 去 钾 大 豆 蛋 白 食 物 的生产，成为肾脏病人蛋白质的来源。1.4.4 酶对食品分析的重要性酶 在 食 品 分 析 中 也 有 相 当 重 要 的 应 用。酶 在 定 量分 析 中 的 应 用 可 以 追 溯 到19 世 纪 中 期。当 时 科 学 家们 曾 采 用 麦 芽 提 取 作 为 过 氧 化 物 酶

49、 源，以 愈 创 木 酚作 为 共 底 物 或 指 示 剂 测 定 过 氧 化 氢。然 而，酶 法 分析真正的发展应归于它在临床实验室中的广泛应用。淀粉的测定早 在1914 年 临 床 上 就 开 始 采 用 脲 酶 测 定 尿 中 的尿 素，但 是 在 临 床 实 验 室 中 酶 分 析 的 真 正 突 破 要 推迟 到1958 年，当 时 转 氨 酶 分 析 发 展 成 为 诊 断 肝 病 和心 脏 病 的 一 个 有 效 手 段。到 了20 世 纪50 年 代 前 已 有60 种 物 质 能 借 助 于 酶 法 分 析。这 以 后，酶 法 分 析 的进 展 主 要 取 决 于 能 否 以

50、 合 理 的 价 格 提 供 纯 酶、底 物和辅助因子。酶 法 分 析 具 有 准 确、快 速、专 一 性 和 灵 敏 性 强 等特 点，其 中 最 大 优 点 就 是 酶 的 催 化 专 一 性 强。当 待测 样 品 中 含 有 结 构 和 性 质 与 待 测 物 十 分 相 似（如 同分 异 构 体）的 共 存 物 时，要 发 现 待 测 物 特 性 或 要 分离 纯 化 待 测 物 往 往 十 分 困 难。而 利 用 仅 作 用 于 待 测物 的 酶，不 需 要 分 离 就 能 辩 识 待 测 组 分，即 可 对 待测 物 质 进 行 定 性 和 定 量 分 析。所 以 酶 法 分 析