福建农林大学食品酶学-2.ppt

第6章 糖 酶 （3学时） 主要内容： 6.1 淀粉酶 6.2 乳糖酶 6.3 纤微素酶 6.4 果胶酶 6.1淀粉酶 淀粉是由葡萄糖通过-1.4糖苷键构成的直 链淀粉和-1.6糖苷键结合的支链淀粉所组 成 淀粉-糖原-糊精-多糖-限制糊 精（由4个或更多个葡萄糖基构成的寡糖， 含-1.6糖苷键）-双糖-葡萄糖 了解淀粉酶作用位点及其产物 6.1.1淀粉酶分类及性质 系统名称常用名作用特性水解产物 -1.4葡聚糖-4-葡聚糖 水解酶 -淀粉酶 或液化酶 不规则 的分解淀粉、 糖原类-1.4键 以直链淀粉为底物时，产生 葡萄糖和麦芽糖。 以支链淀粉为底物时，产生 葡萄糖、麦芽糖和一系列 -限制糊精 -1.4葡聚糖 -葡萄糖水解酶 糖化型淀粉酶 或 葡萄糖淀粉E 从非还原性未端以葡萄 糖为单 位顺次分解淀粉 糖原类的-1.4键，对- 1.3、-1.6也有效 以直链淀粉为底物时，产物 葡萄糖 以支链淀粉为底物时，不完 全，有葡萄糖，可能还有 -限制糊精， -1.4葡聚糖-4 -麦芽糖水解酶 -淀粉酶从非还原性未端以麦 芽糖为单 位, 分解淀 粉糖原类的-1.4键 以直链淀粉为底物时，麦芽 糖外，还有麦芽三糖和葡 萄糖（奇数糖基）。 以支链淀粉为底物时，麦芽 糖、-限制糊精 支链淀粉-6-葡 聚糖水解酶 异淀粉酶只有异淀粉酶对-1.6 键分解速度快,分解支 链 淀粉、糖原中-1.6键 直链淀粉 补充：葡萄糖异构E 是催化葡萄糖，生成果糖的异构化反应。镁离 子和钴离子对这种酶有激活作用，葡萄糖浓度 越高，E反应V越快，这种E随产物果糖浓度的 提高，E的活性就降低。 6.1.2. 淀粉酶水解产物 6.1.2.1 -淀粉酶 以直链淀粉为底物时，反应一般按两个阶段进行， 首先，直链淀粉快速分解，产生寡糖，粘度及与碘 返生呈色反应的能力很快下降；第二阶段，寡糖缓 慢地水解生成最终产物葡萄糖和麦芽糖。 以支链淀粉为底物时，产生葡萄糖、麦芽糖和一系 列-限制糊精 (1) -淀粉酶的性质 -淀粉酶的分子量范围 通常为4500060000，其分子中的巯基往往 是酶催化活性的必需基团。所有-淀粉酶都是 金属酶，每个酶分子至少含有一个钙离子，它 是-淀粉酶的激活剂，钙与酶分子的结合非常 牢固。只有在低pH和同时存在鳌合剂的条件 下，才能将酶分子中的钙除去。如果将酶分子 中的钙完全除去，就能导致酶基本上失活和对 热，酸或脲等变性因素的稳定性降低。 (2) pH对-淀粉酶作用的 影响 一般-淀粉酶在pH5.58比较稳定，当pH4 以下时易失活，酶的最适pH在56， (3) 温度对-淀粉酶作用的影响 温度对酶活性有很大的影响，纯化的-淀粉酶 在50 以上容易失活，但是有钙离子大量存 在的条件下，酶的热稳定性会增加。 食品工业中淀粉酶水解温度高还是低好？ 6.1.2.2 葡萄糖淀粉E 外切酶，商业酶制剂由霉菌产生，作用pH4 -5，将C(1) 构型从转变为型 以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖 以支链淀粉为底物时，不完全，有葡萄糖， 可能还有-限制糊精，如有-淀粉酶参与可 使支链淀粉完全降解。 6.1.2.3 -淀粉酶 外切酶，作用pH5.0-6.0，将C(1) 构型从 转变为型 以直链淀粉为底物时，当直链淀粉含有偶数 葡萄糖基时，终产物为麦芽糖；当直链淀粉 含有奇数葡萄糖基时，终产物除麦芽糖外， 还有麦芽三糖和葡萄糖。 以支链淀粉为底物时，产物为麦芽糖（50- 60%）和-限制糊精 6.1.2.4 异淀粉酶 专一分解支链淀粉型多糖中-1.6糖苷键形 成直链淀粉和糊精 经典试题：以支链淀粉（或玉米淀粉）为原 料，制造果葡糖浆，需要哪些酶参加催化反 应？ 6.2乳糖酶 乳糖是一种二糖，溶解度低，20/15%溶解，甜 度低，以蔗糖100，则乳糖16，牛奶中乳糖占固形 物30%。 炼乳、冰淇淋等乳制品，由于温度变化，常常有乳 糖结晶析出，呈颗粒状结构 生活在亚洲一些地区的居民，由于体内缺乏乳糖酶 而不能代谢乳糖，对牛奶有过敏性反应，出现腹泻 。 乳糖酶为-半乳糖苷酶，可使乳糖分解成大致等量 的葡萄糖和半乳糖及少量聚半乳糖。 6.2.1.影响乳糖酶作用因素 6.2.1.1 温度 温度（） 米曲霉乳糖 酶 酵母乳糖 酶 大肠杆菌乳糖 酶 101.54.02.0 2616.512.09.0 3018.012.010.0 3427.013.09.0 3733.014.011.0 5066.04.04.0 6.2.1.2 不同pH介质对乳糖酶活性的影响 细菌乳糖酶最适pH在7.0，霉菌乳糖酶最适 pH接近于5.0，酵母乳糖酶最适pH在6.0。 牛奶、脱脂牛奶、炼乳的pH对酵母乳糖酶 很适合； 乳清及其浓缩物的pH对霉菌乳糖酶很适合 。 6.2.1.3激活剂 硫化物或亚硫酸盐可以提高乳糖分解速度 6.2.2. 食品工业应用实例 6.2.2.1 在冰淇淋中应用 如果冰淇淋中脱脂奶粉量超过12%，在其贮 藏和销售期间经过较大的温度变化，便有乳 糖析出。 使50%乳糖分解，在冰箱中保存4个月，乳 糖也不会结晶。 方法：乳糖酶先分解脱脂牛奶，再制造冰淇 淋。 直接将乳糖酶加到冰淇淋配料中。 6.2.2.2 冷冻炼乳、浓缩乳清 乳糖结晶析出，会促使酪蛋白凝聚， 不合食用。 6.3纤微素酶 纤微素酶: -1，4葡聚糖4-葡聚糖水解酶 ，作用于纤维素和从纤维素派生出来的产 物，极有前景（能源甘蔗）。 6.3.1. 分类 1.1 纤维二糖水解酶：对纤维素具有最高亲和 力，能降解结晶纤维素 1.2 -1，4葡聚糖酶：外切和内切，以葡萄糖 为单位 1.3 -葡萄糖苷酶：作用于小分子量底物时表 现出最高活力 6.3.2. 酶的性质 2.1 最适pH4.5-6.5，随底物变化 2.2 高的热稳定性：显著优于果胶酶 2.3 抑制剂：葡萄糖酸内酯，重金属离子（ Cu,Hg），天然抑制剂酚类物质（免受霉菌 腐烂作用） 激活剂：半胱氨酸 6.4 果胶酶 6.4.1. 果胶物质（主要成分脱水半乳糖醛酸） 果胶是一种高分子多糖化合物，作为细胞结构 的一部分，存在于几乎所有的植物中，它主要 由半乳糖醛酸及其甲酯缩合而成，此外还含有 鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等。果胶的基本结 构是-l-4-D半乳糖醛酸主链，鼠李糖单元以 （l-2）连接于还原端或以（l-4）连接于非还 原端。鼠李糖在果胶多糖的主链上引入了节点 阿拉伯糖、半乳糖或阿拉伯半乳聚糖再作为侧 链以（l-4）连接于鼠李糖上。 柠檬3.04.0%，香蕉0.71.2%， 梨0.50.8%，苹果0.51.6%， 草莓0.60.7%。 果胶的种类 1.原果胶：未成熟果蔬中，不溶于水。 2.果胶酸：脱水半乳糖醛酸单位上的羧基基本 上是游离的（聚半乳糖醛酸），不含甲酯（ OCH3）。 3.果胶酯酸：含一定数量甲酯基团，果胶酯酸 包括果胶，果胶分子中75%左右的羧基是甲酯 化的。 酯化度大于7即为高酯化度 果胶类物质给食品工业中带来的 难题 任何一种果汁都存在果胶 果蔬汁中： 榨汁中粘度大、汁得率低，过滤难。 进入饮料中造成混浊沉淀、透光率不 高。 6.4.2. 果胶酶分布与分类：果胶酶是指分解果 胶的多种酶的总称 6.4.2.1 分布 霉菌中含各种果胶酶，裂解酶；细菌中 主要为聚半乳糖醛酸裂解酶；高等植物 中主要是果胶酯酶和聚半乳糖醛酸酶， 不含果胶裂解酶。 6.4.2.2 分类 （1）聚半乳糖醛酸酶（PG）：此类能 水解半乳糖醛酸中-1,4键（优先对甲 酯含量低的水溶性果胶酸作用），分 两类。 a.内切PG（endo-PG）：从分子内部无规则的切 断-1，4键，可使果胶或果胶酸的粘度迅速下降 ，这类酶在果汁澄清中起主要作用。由于酶只能 裂开和游离羧基相邻的糖苷键，因此底物水解的 速度和程度随它的酯化程度增加而快速下降。最 适pH45，霉菌中最多，植物番茄中含量高。 b.外切（exo-PG）：从分子末端逐个切断-1，4 键，生成半乳糖醛酸，粘度下降不明显。pH5.0 ，钙激活。 (2)聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL） ：即果胶裂解酶。以随机方式解聚高度酯化 的果胶，使溶液的粘度快速下降，果胶裂解 酶只能裂解贴近甲酯基的糖苷键，果胶裂解 酶同底物的亲和力随底物的酯化程度提高而 增加。pH6.0，只有霉菌中有。 不能水解果胶酸 (3)聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）：也称果胶 酸裂解酶。解聚低甲氧基果胶或果胶酸，产 物为半乳糖醛酸二聚体，只能裂解贴近游离 羧基的糖苷键。pH8.09.5，Ca2+是绝对需 要的。细菌中含量高。 较少应用于果汁生产，为什么？ (4)果胶酯酶（PE） 霉菌果胶酯酶的最适pH一般在酸性范围 ，它的热稳定性较低。细菌果胶酯酶的最 适pH在碱性范围（7.58.0）。商业霉菌 果胶酶制剂，含果胶酯酶、聚半乳糖醛酸 酶、果胶裂解酶。 果胶酯酶能使果胶中的甲酯水解，生成果 胶酸。 果胶酯酶在降解果胶的同时会伴随着甲醇（ CH3OH)的释出，这在制葡萄酒中应注意采 用热处理。 植物组织中含量高。果胶在酶作用下脱酯