烹饪化学第六章烹饪食品中的酶.ppt

2019/10/7,1,烹饪化学,2019/10/7,2,第六章烹饪食品中的酶,吉林农业科技学院 陈福玉,2019/10/7,3,一、引言 二、酶的化学本质和分类 三、酶催化反应动力学 四、食品原料中的内源酶的作用对食品质量的影响 教学重点和难点： 酶的化学本质和分类 催化反应动力学 食品和烹饪中重要的酶及其应用,本章内容,2019/10/7,4,一、概念 酶是由生物活细胞所产生，具有高效的催化活性和高度特异性（专一性）的蛋白质。 二、重要性 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 有益的：皱胃酶、蛋白酶 有害的：果胶酶、脂酶 有效地使用和控制内源酶和外源酶,引 言,2019/10/7,5,酶的化学本质与分类,一、酶的化学本质： 八十年代以前: 酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高度专一性的特殊蛋白质。 八十年代以后: 酶是一类由活性细胞产生的生物催化剂。 如：核糖核酸分子 食品工业使用的酶都是蛋白质。,2019/10/7,6,说明酶的化学本质是蛋白质的证据：,1、酶的元素组成与蛋白质相同：C,H,O,N 。 2、酶的化学结构、空间构象与蛋白质相同： 3、酶的两性离子的性质与蛋白质相同： 4、酶的胶体性质与蛋白质相同： 5、酶的其它性质也与蛋白质相同：酸碱性、降解反应、颜色反应、变性反应等。,2019/10/7,7,酶的活性中心,酶为什么会与底物形成中间产物？酶为什么具有高效率、专一性、可调节等特性？都与酶本身的特殊结构直接相关。 由少数必需基团组成的能与底物分子结合并完成特定催化反应的空间小区域，称为酶的活性中心。必需基团有：结合基团、催化基团。 酶活性中心出现频率最高的氨基酸： 丝氨酸（-OH），组氨酸（咪唑基）， 半胱氨（-SH），天冬氨酸（-COOH）， 谷氨酸（-COOH）和赖氨酸（-NH3）。,结合基团决定酶的专一性。 催化基团决定酶所催化反应的性质。,2019/10/7,8,二、酶的催化特性：,共性： 加快反应速度； 不改变平衡常数； 降低反应的活化能； 自身不参与反应。,2019/10/7,9,特性： 1、高效性 为一般催化剂的1000万倍10万亿倍。 2、专一性(specificity) 酶对底物具有高度专一性。（绝对、相对、立体） 3、不稳定性：易受各种因素的影响，在活细胞内受到精密严格的调节控制。 4、条件温和：常温、常压、中性pH。,绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而不作用于任何其它物质。 相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键的专一性和基团的专一性。 立体异构专一性：这类酶只对底物的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光异构专一性和几何异构专一性。,2019/10/7,10,三、酶催化专一性的学说,酶催化作用的中间产物学说 酶如何降低活化能：酶先与底物结合形成不稳定的的中间产物，这种中间产物具有较高的活性，不仅容易生成，而且容易变成产物，并释放出酶。,2019/10/7,11,酶催化作用的中间络合物学说示意图:,酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间产物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。,2019/10/7,12,四、 酶的命名与分类,酶的分类： 1971年国际生化协会酶命名委员会根据酶所催化的反应类型将酶分为六大类。 1、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。 2、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。,13,2019/10/7,3、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。 4、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。 5、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。 6、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，如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。,2019/10/7,14,酶的命名：,1、国际系统命名法 在系统命名法中，一种酶只可能有一个名称和一个编号。在科技文献中，一般使用酶的系统名称。系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如： 系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶， 它所催化的反应: 谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸 但因某些系统名称太长，为方便起见，有时仍用酶的习惯名称。,2019/10/7,15,2、习惯命名法: A.根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶等。 B.根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。 C.两个原则结合起来命名，例如丙酮酸脱羧酶等。 D.根据酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。 这在一定程度上造成很多酶有多种名称的情况。,2019/10/7,16,五、酶的组成类型,2019/10/7,17,酶催化反应动力学,一、底物浓度的影响,1、在酶浓度，pH，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：,影响酶促反应速度的因素,18,2019/10/7,2.米氏方程,RNase-底物复合物,19,2019/10/7,1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。,Km 米氏常数 Vmax 最大反应速度,20,2019/10/7,米氏常数的意义:,由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时,即V = 1/2 Vmax, Km = S 上式表示,米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。 因此,米氏常数的单位为mol/L。 不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理常数。 Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。 Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。,2019/10/7,21,二、酶浓度的影响,在一定条件下酶反应的速度与酶的浓度成正比。因为酶催化反应时，首先要与底物形成所谓中间产物，即酶底物复ES。 当底物浓度大大超过酶浓度时，反应达到最大速度Vm，如果此时增加酶的浓度，可增加反应速度，酶反应速度与酶浓度成正比关系。,22,2019/10/7,三、温度的影响,温度对酶反应的影响是双重的： （1）随着温度的增加，反应速 度也增加，直至最大速度为止。 （2）随温度升高而使酶逐步变性。 故酶总有一个最适反应温度，在这个温度时，酶的活力最高。 在10-80常温范围内，酶活力随着反应温度的变化趋势一般可表示如右图。,最适温度,动物细胞的酶最适温度为3750 植物细胞的酶最适温度为 5060 ,23,2019/10/7,四、pH的影响,在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常称此pH为最适pH。但是需指出，所谓“最适pH”实际上是一个操作参数。,在不同pH时活性发生变化的原因主要在于： （1）pH能影响酶分子结构的稳定性。 （2）pH能影响酶分子的解离状态 。,大多数酶的最适PH为48 植物、微生物酶的最适PH4.56.5 动物酶最适PH为6.58 特殊：胃蛋白酶为1.53 精氨酸酶为10.6,24,2019/10/7,1.抑制剂对酶促反应的影响 有些物质能与酶分子上某些必需基团结合（作用),使酶的活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称为酶的抑制作用。 能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点： a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。 b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。,五、抑制剂和激活剂的影响,25,2019/10/7,2.激活剂对酶促反应的影响 凡是能提高酶活性的物质均称为激活剂。 其中大部分是一些无机离子和小分子有机化合物。 如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-、抗坏血酸、半胱氨酸、 谷胱甘肽等。,2019/10/7,26,食品和烹饪重要中的酶及其应用,食品原料中的酶 内源酶 外源酶 微生物、酶制剂 产生两类不同的结果： 加快食品变质（果蔬储运） 提高食品质量（小麦粉漂白、肉的嫩化）,2019/10/7,27,酶与底物的接近导致食品的变化：,酶与底物接近会导致食品的色泽、质构、风 味、和营养质量上的改变。 酶的种类及应用： 烹饪加工中的酶主要有水解酶和氧化还原酶类。 其中水解酶是烹饪加工中最重要的酶，常见的有淀粉酶、果胶酶、蛋白酶和脂肪酶等。,2019/10/7,28,一、颜 色, 颜色食品重要的品质指标之一。 导致水果和蔬菜中色素变化的2个关键性的酶是：,脂肪氧合酶 多酚氧化酶,2019/10/7,29,（一）脂肪氧合酶,1.名称: 脂肪氧合酶 亚油酸：氧 氧化还原酶,2.催化的反应 （最适PH7-8） 底物：具有顺，顺1，4戊二烯结构 亚油酸，亚麻酸、花生四烯酸 必需脂肪酸 3. 脂肪氧合酶对食品加工的影响 有益的功能： 小麦粉和大豆粉的漂白。可以免加化学氧化剂、例如碘酸钾。 在制作面团过程中形成二硫键。,2019/10/7,30, 有害的功能： 破坏叶绿素和胡萝卜素。 产生氧化性的不良风味，如青草味。 使维生素和蛋白质类化合物遭受氧化性破坏。 使必需脂肪酸遭受氧化性破坏。,2019/10/7,31,（三） 多酚氧化酶,1. 命名 多酚氧化酶,又被称为酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、儿茶酚氧化酶、甲酚酶和儿茶酚酶。 1,2-苯二酚：氧 氧化还原酶 2. 分布 存在于植物、动物和一些微生物 （主要是霉菌）中。 3. 特点 最适PH4-7，最适温度20-35。,2019/10/7,32,3催化的反应, 羟基化反应 氧化反应 一元酚羟基化形成的邻-二酚可以在酶的作用下进一 步被氧化生成邻-苯醌类化合物。,2019/10/7,33,邻-苯醌的进一步 变化,氧化和聚合形成黑色素。非酶反应。 黑色素的形成是导致香蕉、苹果、桃、马铃 薯、蘑菇、虾和人类（雀斑）产生不期望的褐变的原因；它也是导致茶叶、咖啡、葡萄干和梅干形成期望的褐色和黑色的原因。 与蛋白质中赖氨酸残基的-氨基反应， 导致蛋白质的营养质量和溶解度下降。 与其它氧化电位比较低的物质反应生成无色物质。,2019/10/7,34,防止多酚氧化酶酶促褐变的方法：, 消除O2和酚类的化合物。 添加抗坏血酸、亚硫酸盐和巯基化合物等还原性物质。作用是将邻-苯醌还原成底物，从而防止黑色素的形成。 添加EDTA （乙二胺四乙酸）、抗坏血酸、亚硫酸钠和巯基化合物使酶失活。抗坏血酸能破坏多酚氧化酶的活性部位中的组氨酸残基，EDTA、亚硫酸钠和巯基化合物能除去酶的活性部位中的Cu2+ 。 加入竞争抑制剂：4-己基间苯二酚、苯甲酸和其他一些非底物的酚类化合物。 加热使酶失活:70-90下短时加热失活。,2019/10/7,35,二、质 构（texture),水果和蔬菜的质构主要取决于所含的一些复杂的碳水化合物： 果胶物质 淀粉 蛋白质（动物组织和高蛋白质植物食品）,2019/10/7,36,（一）果胶酶 （pectic enzymes), 果胶酯酶 聚半乳糖醛酸酶 果胶酸裂解酶,2019/10/7,37,1果胶甲酯酶（Methylesterase）,命名：果胶 果胶基水解酶（EC 3.1.1.11）， 也被称为果胶酯酶（Pectinesterase，PE） 存在：高等植物和微生物中 有二价离子Ca 2+ 存在时，Ca 2+ 和果胶酸分子中的羧基形成交联，从而提高果蔬的质构强度。,2019/10/7,38,2.聚半乳糖醛酸酶(Po1ygalacturonase), 命名：聚-1,4-半乳糖醛酸苷糖基-水解 存在: 高等植物和微生物中。 催化的反应: 水解-1,4 糖苷键 使一些食品原料（例如番茄）的质构显著变弱。 有内切（endo-）和端解（exo-）两种。,2019/10/7,39,3.果胶酸裂解酶（Pectate lyases）,命名：聚（-1,4-半乳糖醛酸苷）裂解酶, EC 4.2.2.2 存在：微生物，非高等植物。 催化作用：裂开果胶和果胶酸分子中的-1,4 糖苷键。遵循-消去机制，水不参与反应。生成一个含还原基团 的产物和一个含双键（235 nm 有特征吸收）的产物。, 有内切和端解两种类型,2019/10/7,40,（二）淀粉酶 （ Amylases）,包括： -淀粉酶、-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。 存在于动物、高等植物和微生物中。 作用：降解淀粉，影响食品的粘度和质构和利 用淀粉生产淀粉糖。,2019/10/7,41,淀粉酶的类型,-淀粉酶 存在于所有的生物。 内切酶，水解-1,4- 糖苷键，水解“干”。 产物：糊精、葡萄糖。 特点：最适PH4.5-7,最适温度55-70. 显著影响粘度。 高温下才失活。,2019/10/7,42,-淀粉酶 存在于高等植物中 端解酶，水解-1,4- 糖苷键，水解“支”。 产物：麦芽糖。 巯基（半胱氨酸）酶,2019/10/7,43,葡萄糖淀粉酶（糖化酶） 存在于微生物的根酶、曲霉中 端解酶，不仅能水解-1,4- 糖苷键， 还可以水解-1,6- 糖苷键、 -1,3- 糖苷键水解“支”。 产物：葡萄糖。,2019/10/7,44,（三）蛋白酶,对于动物性食品原料，决定其质构的主要是蛋白质。 1组织蛋白酶（Cathepsins） 存在于动物组织的细胞内。位于细胞的溶菌体内。 在酸性pH具有活性。在pH2.5 4.5范围内具有最高 的活力。 五种组织蛋白酶，分别用字母A、B、C、D和E表 示。此外，还分离出一种组织羧肽酶。 参与肉成熟期间的变化。 当动物宰杀后，pH下降，这些酶从肌肉细胞的溶菌体 粒 子中释放出来，作用肌肉细胞中的肌原纤维以及胞外结 缔组织例如胶原分解。,2019/10/7,45,2消化道蛋白酶,都可以将蛋白质水解成蛋白胨或蛋白示。 胃蛋白酶：最适PH14 胰蛋白酶：最适PH79 胰糜蛋白酶：最适PH79 3.微生物蛋白酶： 分布：细菌、酵母菌、霉菌等微生物中都含有各种蛋白酶，是蛋白酶制剂的重要来源。 用途：多数用于肉的嫩化上代替价格较贵的木瓜蛋白酶。,2019/10/7,46,4植物蛋白酶,种类： 木瓜蛋白酶：对底物有较宽的专一性，在PH=5时具有良好的稳定性。底物不同，最适PH不同，对热稳定。 菠萝蛋白酶：对底物的专一性也较宽，最适PH=68. 生姜蛋白酶：在肉腌制、码味中对肉的嫩度、风味产生影响。 用途：多用做肉类的嫩化剂。（见P159表7-2）,2019/10/7,47,三、风 味,过氧化物酶、脂肪氧合酶等许多酶会影响食品的风味。,1脂肪酶,特点： 把脂肪水