高级食品化学讲稿酶

高级食品化学讲稿酶第一页，共三十七页，2022年，8月28日酶的性质、命名及分类

8.1

酶的性质、命名及分类

酶对食品的加工保藏，大体可分四种情况：（1）利用食品中所含的酶，如肉的成熟等。（2）抑制食品中所含的酶，如食品的保鲜及防止变色。（3）添加酶以提高食品的价值，如果汁和葡萄酒中添加果胶酶来澄清。（4）利用酶来制造食品，如由淀粉制葡萄糖。食品与酶第二页，共三十七页，2022年，8月28日由于酶对食品十分重要，因而有必要熟知酶的一般性质。

酶是由生物活细胞产生的有催化功能的蛋白质，只要不处于变性状态，无论在细胞内或细胞外都可发挥催化化学反应的作用。

酶是蛋白质，因而能被蛋白分解酶分解，光、热、酸、碱等均可使酶变性或破坏，在遭到不可逆变性时则完全去活性（如70-80℃，2-15min即可使酶失活），其它电性质及物理化学性质也与蛋白质完全一样。有些酶是简单蛋白质。酶酶的性质、命名及分类8-2第三页，共三十七页，2022年，8月28日有些酶是结合蛋白质，一般把结合蛋白质的蛋白部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅酶。酶蛋白多为对热不稳定的物质，而辅酶多为低分子量、对热稳定的物质。

酶是一种催化剂，但它和一般的化学催化剂有很大不同，首先，酶的作用具有高度的专一性，酸能催化蛋白质水解，也能催化多糖和脂肪的水解，但是酶则不同，蛋白酶就只能催化蛋白质水解，淀粉酶只能催化淀粉水解，乳酸脱氢酶只能将L(+)-乳酸氧化为丙酮酸，而对D(-)-乳酸就不起作用。其次，酶催化的反应都是在较温和的条件下，在接近生物体的体温和接近中性的条件下就能进行；酶的催化效率也比一般催化剂高得多，如一种过氧化氢酶1min内能催化5000000个过氧化氢分子分解为水及O2，而在同样条件下，铁离子的催化效率仅为酶的百万分之一。8-3酶酶的性质、命名及分类第四页，共三十七页，2022年，8月28日酶的命名及分类

现在普遍使用的酶的习惯名称是以下述三个原则来决定的。

根据酶催化反应的性质来命名，如催化水解反应的酶称为水解酶，催化氧化作用的称为氧化酶或脱氢酶。

根据被作用的底物兼顾反应的性质来命名，如多元酚氧化酶催化多元酚的氧化作用，蛋白酶和淀粉酶都是水解酶，它们的底物分别是蛋白质和淀粉。

结合1，2两点，并根据酶的来源命名，如细菌淀粉酶、胃蛋白酶等。酶酶的命名及分类8-4第五页，共三十七页，2022年，8月28日

酶的习惯名称使用起来比较方便，但有时会造成一些混乱，如，当两种酶能作用于同一种底物发生相同反应时，根据上述原则命名就会发生混乱；有时同一种酶会有几个名称，也造成混乱。因此，1961年，国际生化协会酶委员会规定了酶的系统命名原则。国际生化协会酶委员会将酶分为六大类：8-5酶酶的命名及分类第六页，共三十七页，2022年，8月28日氧化还原酶类转移酶类：能催化将某一基因从一个化合物转移到另一个化合物反应的酶，如转移氨基，称转氨酶，再如转醛酶、转酰酶等。水解酶类裂解酶类：脱羧酶，催化C-C-键断裂，产物中有CO2。醛缩酶，催化C-O键断裂，产物中有醛。脱水酶，催化C-O键断裂，产物中有H2O脱氨酶，催化C-N键断裂，产物中有NH3

5.异构酶类：改变底物原子的排列，如把醛糖变为酮糖，改变立体异构等。

6.连接酶类：具有形成C-O、C-S、C-N或C-C键而把两种底物连接起来的能力。8-6酶酶的命名及分类第七页，共三十七页，2022年，8月28日在每一大类中又可分为若干亚类，各亚类又分为若干次亚类并采用四位数字编号系统，每种酶都有一个四位数字的号码。如，过氧化氢酶的编号：

其数字的含义依次为：大类、亚类、次亚类、在次亚类中的编号。系统命名严格而科学，但名称太长，使用起来不太方便，所以酶的习惯名称仍被广泛使用。8-7酶酶的命名及分类第八页，共三十七页，2022年，8月28日8.2

酶作用的机制

酶的作用具有高度的专一性，一种酶仅能催化一种结构的底物，这可用钥匙和锁的关系来加以比喻。

此图左上为1，右上为2，左下为3，右下为4。

1----底物与酶处于分离状态。

2----底物与酶结合形成络合物，结合部位c和催化基团a、b与底物分子紧密接触。8-8酶酶作用的机制第九页，共三十七页，2022年，8月28日（

3，4-----底物虽能与酶结合，但是底物分子的形状妨碍催化基团与它紧密接触。

酶首先与底物结合成酶—底物络合物，再转变为酶及产物。酶促反应与非酶促反应途径不同：原来一步完成的反应被分为两步来进行，原来一步反应所需的活化能较高，而分成几步后，每一反应所需的活化能都较低，从而使反应易于进行，总反应速度加快。8-9无机质无机质第十页，共三十七页，2022年，8月28日8.3

影响酶促反应的因素、温度

一般而言，温度越高化学反应越快，但酶是蛋白质，若温度过高会发生变性而失去活性，因而酶促反应一般是随着温度升高反应加快，直至某一温度活性达到最大，超过这一最适温度，由于酶的变性，反应速度会迅速降低。

大多数酶，在30-40℃范围内显示最高活性。

热对酶活性的影响对食品很重要，如，绿茶是通过把新鲜茶叶热蒸处理而得，经过热处理，使酚酶、脂氧化酶、抗坏血酸氧化酶等失活，以阻止儿茶酚的氧化来保持绿色。红茶的情况正相反，是利用这些酶进行发酵来制备的。8-10酶影响酶促反应的因素第十一页，共三十七页，2022年，8月28日、PH值

酶是蛋白质，在极端的酸性或碱性条件下会变性而完全失去活性，大多数酶的最适PH值为范围内。、水分活度

水能影响食品中酶反应的速度，通常可用降低食品中水分含量的方法来阻滞酶等作用引起的变质。8-11酶影响酶促反应的因素第十二页，共三十七页，2022年，8月28日、酶浓度

对大多数酶促反应来说，在适宜的温度、PH值和底物浓度一定的条件下，反应速度至少在初始阶段与酶的浓度成正比。如果反应继续进行，则速度将降低，这主要是因为底物浓度下降及终产物对酶的抑制之故。8-12酶影响酶促反应的因素第十三页，共三十七页，2022年，8月28日、底物浓度

酶催化反应可用下式表示：E+S=ESà

E+P

式中E、S、ES、P分别代表酶、底物、酶—底物络合物和产物，可推出下列公式（米氏方程）：V=Vmax[S]/（Km+[S]）式中：V—测定的反应初速度

Vmax—最大反应速度

公式用图表示，则如图（1）所示，由公式及图可得出下列结论：8-13酶影响酶促反应的因素第十四页，共三十七页，2022年，8月28日当底物浓度增加时，酶反应的速度趋于一个极限值，即Vmax。当V=1/2Vmax时，则1/2=[S]/（Km+[S]），或Km=[S]，即米氏常数相当于反应速度为最大速度一半时的底物浓度。Km是酶和底物亲和力的度量，Km值小表示底物对酶的亲和力大，酶催化反应的速度也大。

Km是酶学中的一个重要常数，它的倒数1/Km叫做”亲和力常数”。8-14酶影响酶促反应的因素第十五页，共三十七页，2022年，8月28日、抑制剂

有些物质能使酶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，引起酶抑制的物质叫抑制剂。8-15酶抑制剂第十六页，共三十七页，2022年，8月28日

(1).竞争性抑制剂

某些物质与底物的结构很相似，它们会与酶活性部位结合，造成与基质竞争而起到抑制酶反应的作用。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。当底物浓度增加时，可以减少竞争性抑制剂对酶的抑制作用。因反应产物的结构往往类似于底物，所以它是常见的竞争性抑制剂。(2).非竞争性抑制剂

某些物质并不与酶的活性部位结合，而是结合于其它部位，从而引起某些变化，造成抑制。增加底物并不能消除抑制剂的影响，重金属、螯合剂、氧化剂、氰化物及能与—SH作用的物质都属于非竞争性抑制剂。

酶抑制剂的种类很多，但由于毒性、对食品风味的影响以及价格等问题，使得抑制剂在食品工业中的实际应用寥寥无几。8-16酶抑制剂第十七页，共三十七页，2022年，8月28日、激活剂

与抑制相反，把掩蔽酶活性部位的抑制剂以化学法除去，若能使酶还原到原来的性能，则酶被活化。此外还可在酶的其它部分结合活化剂，使酶的立体结构变化而活化。8-17酶激活剂第十八页，共三十七页，2022年，8月28日酶活力的测定8.4

酶活力的测定

酶不易制成纯品，其中含有很多杂质，真正的含酶量并不多。所以酶制剂中酶的含量都用酶活力来表示。8-18酶第十九页，共三十七页，2022年，8月28日酶活力测定酶活力就是酶催化一定反应的能力，也可说是酶催化反应的速度。酶催化反应的速度可通过测定单位时间内底物能变成产物的数量而得，酶单位都是以酶活力为根据而定义的。国际生化协会酶委员规定，1分钟内将1微摩尔的底物转化为产物的酶量定为1个单位，称为标准单位。并规定了酶作用的条件，因标准单位在实际应用时不够方便，故生产上往往根据不同的酶制定各自的酶活力单位，例如蛋白酶以1分钟内能水解酪蛋白产生1微克酪氨酸的酶量为1个蛋白酶单位；液化型淀粉酶以1小时内能液化1克淀粉的酶量为1个单位，等等。在测定酶活力时，对反应温度、PH值、底物浓度、作用时间都有统一规定，以便同类产品互相比较。

酶单位并不直接反映出酶的绝对数量，它只不过是一种相对比较的依据。8-19酶第二十页，共三十七页，2022年，8月28日8.5

食品加工中重要的酶

食品工业中重要的酶主要是水解酶及氧化还原酶。8-20酶食品加工中的酶第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日、水解酶

(1).α-淀粉酶

也称液化型淀粉酶，能使淀粉不规则地水解。它存在于动物的唾液、胰脏及植物的麦芽中。此外，霉菌和细菌也产生此酶。钙对其有活化作用，其最适PH为5-7，最适温度约40℃，一些细菌淀粉酶则达70℃。此酶在啤酒制造及面包品质改良上很重要，终产物为麦芽糖、葡萄糖和异麦芽糖。8-21酶食品加工中的酶第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日()

-淀粉酶

能将淀粉从非还原端起，每次水解下一个麦芽糖单位。在各种植物组织中均可见，尤以大麦芽中为多，其热稳定性低于α-淀粉酶。

(3).葡萄糖淀粉酶

从淀粉的非还原端起，每次水解下一个葡萄糖单位，终产物为葡萄糖和糊精，用于制糖等。最适PH=4-5，最适温度50-60℃。

淀粉酶对天然存在的完整淀粉粒作用较困难，应将淀粉粒糊化，破坏其结构后，对淀粉酶的作用才比较敏感。8-22酶食品加工中的酶第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日(4).果胶酯酶

能把果胶酯酸分解为果胶酸和甲醇，它存在于霉菌、细菌和植物中，以柑桔类水果和蕃茄中含量为多。

(5).果胶酶

能把多聚半乳糖醛酸（果胶酸）的α-1，4-苷键水解。许多微生物及成熟水果中均有存在。此酶与水果、蔬菜的软化有关，它对果汁和果酒有澄清作用。8-23酶食品加工中的酶第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日食品加工中的酶(6).脂肪酶

能把油脂（甘油三酸脂）水解为甘油和脂肪酸的酶。最适PH值为5.0—8.6。许多含脂食品如牛奶、奶油等的变质常常是由于其中所含脂肪酶的作用使游离脂肪酸增加所致。

(7).转化酶

能把蔗糖水解为α-D-葡萄糖和β-D-果糖，其产物称转化糖，最适PH为。转化糖比蔗糖难结晶，常用于糖浆、人工蜂蜜等制造业。8-24酶第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日(8).蛋白酶

能把蛋白质的肽链切断。木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等植物蛋白酶可用于肉的软化和防止啤酒混浊等，霉菌蛋白酶用于面包工业以改良面筋性质。

不同蛋白酶切断的肽键部分不相同，如胃蛋白酶切断芳香族氨基酸，胰蛋白酶切断碱性氨基酸等。牛乳的酪蛋白若用胰蛋白酶分解则产生强烈苦味，这是因生成物为胰岛素和苯丙氨酸之故，若用羧肽酶分解，则无苦味。奶酪的品种多，味微苦，就与不同的酶解产物有关。8-25酶食品加工中的酶第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日、氧化还原酶

(1).葡萄糖氧化酶

使葡萄糖和O2作用生成葡萄糖酸，由霉菌产生，用于除去蛋白中的微量葡萄糖和果汁等中的溶解O2。

(2).儿茶酚氧化酶

使酚类与O2作用，是水果，蔬菜等褐变的主要原因。广泛分布于植物界。8-26酶食品加工中的酶第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日

(3).抗坏血酸氧化酶

能把抗坏血酸分解为脱氧抗坏血酸。广泛存在于植物中。

(4).脂氧化酶

能使亚油酸等不饱和脂肪酸和O2作用生成不饱和脂肪酸的过氧化物，最适PH约为6.3，与油脂的氧化酸败和胡萝卜素的破坏有关。8-27酶食品加工中的酶第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日食品加工中的酶(5)、维生素C又称抗坏血酸，Vc为己糖的衍生物，共有四种异构体，有还原型和氧化型两种，一般说的Vc是指L-抗坏血酸。8-28酶第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日L-抗坏血酸的生物效价最高，而其异构体中仅D-异抗坏血酸有1/20的L-型抗坏血酸效价，其余两种均无活性。Vc中烯二醇的结构极不稳定，很易氧化为二酮结构，这就形成了Vc的极强的还原性。食品工业中利用抗坏血酸的还原性将其用作抗氧化剂。由于D-异抗坏血酸的成本低于L-抗坏血酸，因此多采用D-异抗坏血酸，Vc广泛存在于水果及蔬菜中，人缺乏Vc的症状是牙龈部出血，牙齿松脱，同时皮下出血，形成瘀斑。患者倦怠，特别易感染疾病。8-29酶食品加工中的酶第三十页，共三十七页，2022年，8月28日食品的褐变

8.6食品的褐变食品在加工、贮藏过程中，经常会发生变色现象，褐变就是一种最普遍的变色现象，在一些食品中，适当程度的褐变是有益的，如面包、糕点、咖啡等食品在焙烤过程中生成的焦黄色和由此而引起的香气等；而在另一些食品中，特别是水果和蔬菜，褐变是有害的，它不仅影响外观，还影响风味，并降低营养价值，而且往往是食品腐败、不堪食用的标志。褐变按其发生机制可分为酶促褐变和非酶褐变两大类。食品的褐变10-1第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日酶引起的褐变多发生在较浅色的水果和蔬菜中，例如苹果、香蕉和土豆等，当它们的组织被碰伤、切开、削皮，就很易发生褐变，这是因为它们的组织暴露在空气中，在多酚酶的催化下，多酚类物质被氧化为邻醌，邻醌再进一步氧化聚合而形成褐色色素（或黑色素、类黑精）。酶促褐变10-2食品的褐变第三十二页，共三十七页，2022年，8月28日10-3酶促褐变食品的褐变第三十三页，共三十七页，2022年，8月28日食品发生酶促褐变，必须具备三个条件：即有多酚类、多酚氧化酶和O2。有些瓜果，如柠檬、桔子及西瓜等由于不含多酚氧化酶，故不会发生酶促褐变。只要消除这三个条件中的任何