食品酶学内容.doc

1. 酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程。如金属离子交换法、 大分子修饰法例如，Bender和Kosland成功地利用化学修饰法将枯草杆菌蛋白酶活性中心的丝氨酸转换为半胱氨酸，修饰后，该酶失去对蛋白质和多肽的水解能力，却出现了催化硝基苯酯等底物水解的活性。2. 酶分子的修饰方法：化学法又可分为：金属离子置换法、大分子修饰法、肽链有限水解法、蛋白侧链基团的小分子修饰法等。生物法是通过基因工程的手段改变蛋白质，即基于核酸水平对蛋白质进行改造，利用基因操作技术对DNA或mRNA进行改造和修饰以期获得化学结构更为合理的蛋白质。物理修饰法的特点是不改变酶的组成和基团，酶分子的共价键不发生变化。3. 酶原：酶是在活细胞中合成的，但不是所有新合成的酶都具有催化活力，这种新合成酶的前体 (无催化活力) 称为酶原 (Proenzyme) 。就生命现象而言，酶原是酶结构一种潜在的存在形式，如果没有这种形式，生命就会停止。例如，哺乳动物的胰脏分泌到消化系绕中的胰蛋白酶原和胰凝乳蛋白酶原，每种酶原都是由二硫键交联的单一多肽链组成，它们在到达十二指肠以前，一直是十分稳定的，而到达十二指肠后则被另一种蛋白质水解酶所活化，这种活化过程是从无活力酶原转变成有活力酶的过程。该种酶原往往由该种酶所激活，称为酶原的自我激活。4. 酶的多形性与同工酶1975年H. Harris提出酶的多形性概念，认为很多酶可催化相同的反应，但其结构和物理化学性质有所不同，这种现象称为酶的多形性。根据其来源可分为异源同工酶和同工酶 (Isoenzyme) ，前者是不同来源的同工酶.。 来自同一生物体同一生活细胞的酶，能催化同一反应，但由于结构基因不同，因而酶的一级结构、物理化学性质以及其它性质有所差别，称为同工酶5. 固定化酶的优点：（1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用；（2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，同时也省去了热处理使酶失活的步骤；（3）稳定性显著提高；（4）可长期使用，并可预测衰变的速度；（5）提供了研究酶动力学的良好模型。6. 蛋白酶蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶。在干酪生产、肉类嫩化和植物蛋白质改性中都大量使用蛋白酶。人体消化道中存在的胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶使人体摄入的蛋白质水解成小分子肽和氨基酸。（1）R1和R2基团的性质： 胰凝乳蛋白酶仅能水解R1是酪氨酸、苯丙氨酸或色氨酸残基的侧链的肽键；胰蛋白酶仅能水解R1是精氨酸或赖氨酸残基的侧链的肽键。 胃蛋白酶和羧肽酶对R2基团具有特异性要求，如R2是苯丙氨酸残基的侧链，那么这两种酶能以最高速度水解肽键。（2）氨基酸构型： 必须是L型的，天然蛋白质均属L型。（3）底物分子大小： 对于胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶，底物分子大小不重要，如前述。（4）X和Y性质：X、Y可以是-H、-OH，也可以继续衍生出去。 如果是肽链内切酶，在R1、R2能满足特异性要求的前提下，肽链就能裂开，显然X和Y必须继续衍生出去，内切酶活力才表现出最高。X、Y可以是氨基酸残基。 对于肽链端解酶的羧肽酶，要求底物中Y是一个-OH，其特异性对R2有严格要求。在X不是-H时，可表现高活力。 对于肽链端解酶的氨肽酶，要求底物中X是一个-H，优先选择Y不是-OH，特异性表现在R1上。（5）对肽键的要求：大多数蛋白酶不仅限于水解肽键，尚能作用于酰胺（-NH2）、酯（-COOR）、硫羟酸酯（-COSR）和异羟污酸（-CONHOH） 胃蛋白酶和其它一些酸性蛋白酶对水解键有较高识别能力。如肽键脂键，即使R2满足要求也不能作为底物。（6）对底物作用方式：（1）内肽酶：产物为脲、胨、多肽、低肽（2）外肽酶：羧肽酶：从以羧基末端 氨肽酶：从氨基末端7. 木瓜蛋白酶：其酶活性部位中含有巯基，属巯基蛋白酶。木瓜蛋白酶存在于木瓜汁液中，分子量23900，至少有3个氨基酸残基存在于酶的活性部位，它们是Cys25（半胱）、His159（组）和Asp158（天冬）。当Cys25被氧化剂氧化或与重金属离子结合时，酶活力被抑制，而还原剂半胱氨酸（或亚硫酸盐）或EDTA能恢复酶的活力。还原剂作用：从-S-S-SH，EDTA螯合重金属离子。木瓜蛋白酶在pH5时，有良好稳定性，如pH11时酶很快失活，最适pH随底物改变。木瓜蛋白酶具有较高的耐热性，酶液在pH7和70度下加热30分钟，而使牛乳凝结的活力仅下降20%。木瓜蛋白酶对酯和酰胺类底物表现出很高的活力。 酸性蛋白酶：（重点介绍凝乳蛋白酶）酸性蛋白酶是指蛋白酶具有较低的最适pH，而不是指酸性基团存在于酶的活性部位。酶的活性部位含有一个或更多的羧基。有胃蛋白酶、凝乳酶凝乳酶是存在于哺乳期小牛第四胃中的蛋白酶，以无活性的酶原形式被分泌出来。随着小牛的长大，由摄取母乳改变成青草和谷物时，凝乳酶的数量下降，而胃蛋白酶的数量增加。凝乳酶从无活性酶原转变成活性酶时经受了部分水解，分子量从36000下降到31000，pH5时酶原主要通过自身催化作用激活，而在pH2时，激活过程进行得非常快。凝乳酶在pH5.36.3最稳定，在pH3.54.5由于自我消化而失活。在中性和碱性范围，无凝乳活力。凝乳酶催化酪蛋白沉淀是干酪制造中非常重要的一步。原料乳杀菌添加发酵剂、凝乳酶、色素凝块形成排除乳清切块、搅拌、加热（CaCl20.01%）成型压榨腌渍发酵成熟上色挂蜡成品8. 蛋白酶水解蛋白质的苦味来源：水解蛋白酶的苦味和蛋白质原有的氨基酸组成有关。特别是蛋白质中的疏水性氨基酸是导致蛋白质经水解后产生苦肽的重要原因。当蛋白质处于天然状态时，这些氨基酸埋藏在蛋白质结构的内部，因而对蛋白质的味道不会产生明显的影响。在酶水解过程中，小肽的数量将增加，从而暴露了这些疏水性氨基酸，当它们同味蕾相作用时就产生了苦味。 如果采取有控制的酶水解，使蛋白质的水解反应停止在某一个阶段，使肽键具有足够的长度将疏水性氨基酸埋藏在它的结构内部，就能减少水解蛋白质的苦味。9. 蛋白酶作为食品添加剂的应用：1、作为肉类嫩化剂 多使用木瓜蛋白酶。从宰杀老龄的动物得到的肉类，经烧煮后口感粗糟和坚硬。肉类中存在一定数量的胶原蛋白质，胶原蛋白质中的交联数目和强度随动物年龄的增加而提高。木瓜蛋白酶作用效果从肉类感官评定和剪切力测定中可以看出。 适合于配制肉类嫩化剂的蛋白酶必须具有较高的耐热性。这是因为嫩化剂的作用主要发生在当肉类被烧煮，温度逐渐升高，而酶尚未失活之前的这个阶段。烧煮导致肉类结缔组织中胶原蛋白质和强性蛋白质变性，而蛋白酶较易作用于变性的胶原蛋白质和弹性蛋白质。木瓜蛋白酶在6065度时使胶原蛋白质增溶的速度最快。2、绿茶饮料浑浊： 浑浊物质主要是由蛋白质（1565%）和多酚类化合物（1035%），通称茶乳酪（creamy）,是绿茶饮料生产中的关键，添加木瓜蛋白酶除去绿茶浸提液中的蛋白质，对稳定绿茶饮料十分有利。10. 溶菌酶（略）11. 糖酶11. 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11. 2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11.3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。11.4葡萄糖淀粉E 1. 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2. 以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖3. 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。11.5-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11.6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12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。 激活剂 硫化物或亚硫酸盐可以提高乳糖分解速度食品工业应用实例 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。 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。 13纤微素酶酶的性质 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14果胶酶果胶的种类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。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。分类：(1)聚半乳糖醛酸酶（PG）：(2)聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL）：(3)聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）：(4)果胶酯酶（PE）问题：生产澄清型果汁中如何正确合理使用果胶酶？苹果汁含有高度酯化的果胶，它易于被果胶裂解酶澄清，而单独使用内切-聚半乳糖醛酸酶几乎没有效果。如果采用内切-聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶混合酶制剂。当30%酯键和5%糖苷键被水解时，苹果汁就能达到完全的澄清。 霉菌果胶酶最佳，先果胶酯酶起作用，再果胶酸酶、果胶裂解酶起作用。15氧化还原酶一、过氧化物酶过氧化物酶分类（1） 含铁过氧化物酶正铁血红素过氧化物酶：含有正铁血红素（羟高铁血红素）为辅基，存在于高等植物、动物和微生物中。绿过氧化物酶：绿过氧化物酶的辅基也含有一个铁原卟啉基团，这类酶存在于动物器官和乳中（乳过氧化氢酶）。（2）黄蛋白过氧化物酶：含有黄素腺嘌呤二核苷酸作为辅基，这类酶存在于微生物和动物组织中。分布： 过氧化氢酶在植物细胞中以两种形式存在：。以可溶形式存在于细胞浆中以结合形式在细胞中与细胞壁或细胞器相结合辣根是过氧化氢酶最重要的一个来源。辣根中20%的过氧化氢酶（POD）与细胞壁结合，用2mol/L NaCl(高离子强度)才能提取出来。辣根中过氧化物酶活力为569,000单位/g组织（蘑菇仅240单位/g组织）。 过氧化物酶在食品加工中的应用（1） 过氧化物酶是果蔬成熟和衰老的指标：如苹果气调贮藏中，过氧化物酶出现两个峰值，一个在呼吸转折（成熟），一个在衰老开始。（2） 过氧化物酶的活力与果蔬产品，特别是非酸性蔬菜在保藏期间形成的不良风味有关。（3）过氧化氢酶属于最耐热的酶类，在果蔬加工中常被当作热处理是否充分的指标。（速冻蔬菜）过氧化物酶冷冻增活效应（问题：经热烫的罐装或冷冻蔬菜在保藏期间产生的不良风味的原因？）P154果蔬热烫后，有多少残余活力或再生活力被允许留在被保藏的产品中，残余酶活力在冰冻保藏后，质量比酶完全失活时要高。速冻蔬菜能否永久保藏？非脂肪氧合酶作用在热失活中过氧化物酶分子聚集成寡聚体，分子量增加一倍，这个过程包括酶分子展开和展开的酶分子进一步堆积，血红素基暴露，增加了血红素蛋白非酶催化脂肪氧化的能力，导致不良风味的产生，这一过程非脂肪氧合酶作用（热烫钝化）。化学试剂对过氧化氢酶的影响 使POD失活的作用方式：与酶结合失活 作用于底物或产物 化学试