食品酶學(xué)緒論課件

食品酶學(xué)(EnzymologyofFood),任課教師：Tel:;QQ:308715098,1,PPT學(xué)習(xí)交流,學(xué)習(xí)要求,學(xué)生的自主能力更強(qiáng)；重視實驗課的環(huán)節(jié)；希望能達(dá)到掌握知識與能力培養(yǎng)的雙贏。,考試：總成績期中考試10平時成績20實驗40期末考試30,2,PPT學(xué)習(xí)交流,第一章緒論第二章酶的生產(chǎn)與純化第三章酶反應(yīng)的動力學(xué)第五章酶分子的改造和修飾第四章固定化酶與固定化細(xì)胞第六章食品工業(yè)應(yīng)用中的酶第七章酶在食品加工中的應(yīng)用第八章酶在食品分析中的應(yīng)用第九章酶與食品質(zhì)量安全,內(nèi)容,3,PPT學(xué)習(xí)交流,課程內(nèi)容要求,了解酶學(xué)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和前景掌握酶學(xué)的基礎(chǔ)理論重點理解并掌握酶在食品貯藏加工、分析、安全中的應(yīng)用技術(shù),4,PPT學(xué)習(xí)交流,學(xué)習(xí)目的,在傳統(tǒng)工藝中進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、改造深入開展高新技術(shù)的研究應(yīng)用,5,PPT學(xué)習(xí)交流,教材,食品酶學(xué)主編：何國慶丁孝立化學(xué)工業(yè)出版社2009.8.第一版北京,6,PPT學(xué)習(xí)交流,參考書,彭志英食品酶學(xué)導(dǎo)論中國輕工業(yè)出版社2002.1.第一版北京郭勇，鄭穗平酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用中國輕工業(yè)出版社1996.12.第一版北京宋思揚(yáng)，樓士林生物技術(shù)概論科學(xué)出版社1999.8.第一版北京郭勇酶工程中國輕工業(yè)出版社1994.5.第一版北京,徐鳳彩酶工程中國農(nóng)業(yè)出版社2001.6.第一版北京王璋食品酶學(xué)中國輕工出版社1990.第一版北京,7,PPT學(xué)習(xí)交流,第一章緒論,1.1食品酶學(xué)的定義及特征1.2食品酶學(xué)發(fā)展史1.3食品酶學(xué)的分類與命名1.4食品酶學(xué)的發(fā)展趨勢,8,PPT學(xué)習(xí)交流,1.1食品酶學(xué)的定義及特征,1.1.1什么是酶？1979年Dixon&Webb定義為：酶是一種由于其特異的活性能力而具有催化特性的蛋白質(zhì)。20世紀(jì)80年代Cech&Altman定義為：酶是由生物活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有高效性和專一催化功能的生物大分子。本質(zhì)：酶是催化劑；酶是生物催化劑,9,PPT學(xué)習(xí)交流,食品酶學(xué)（EnzymologyofFood）酶學(xué)的基本理論在食品科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的科學(xué)，是酶學(xué)的重要分支學(xué)科。食品酶學(xué)研究內(nèi)容食品原料、食品產(chǎn)品中酶的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、作用規(guī)律以及對食品儲藏、加工和食用品質(zhì)的影響，食品級酶的生產(chǎn)及其在食品儲藏、加工等環(huán)節(jié)的應(yīng)用的理論與技術(shù)。,10,PPT學(xué)習(xí)交流,1.1.2酶的一般特征酶既然是生物催化劑，它就具有催化劑一般的特征。酶和一般催化劑一樣，只能催化熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)，因為在反應(yīng)中其本身不被消耗，因此有極少量就可大大加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。它對化學(xué)反應(yīng)正逆兩個方向的催化作用是相同的。所以它可以縮短平衡到達(dá)的時間，而不改變反應(yīng)的平衡點。但酶和一般催化劑比較，又有其不同之處。,11,PPT學(xué)習(xí)交流,酶催化反應(yīng)具有高效性,它可以在常溫常壓和溫和的酸堿度下高效地進(jìn)行。1個酶分子在1min內(nèi)能引起數(shù)百萬個底物分子轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，酶的催化能力比一般催化劑的催化能力大1000萬倍到10萬億倍。,12,PPT學(xué)習(xí)交流,1mol過氧化氫酶可催化5x106mol的H2O2分解；而1mol鐵離子只能催化6x10-4mol的H2O2分解。酶促反應(yīng)是非酶促反應(yīng)的1010倍。,13,PPT學(xué)習(xí)交流,酶催化反應(yīng)對底物高度的專一性,一種酶只能催化一種或一類物質(zhì)反應(yīng)，即酶是一種僅能促進(jìn)特定化合物、特定化學(xué)鍵、特定化學(xué)變化的催化劑。,14,PPT學(xué)習(xí)交流,作用的專一性（特異性、選擇性）,15,PPT學(xué)習(xí)交流,食品工業(yè)用酶的選擇原則,這些原則包括安全性、法規(guī)容許、成本、來源穩(wěn)定性、純度、專一性、催化某反應(yīng)的能力以及在加工過程中保持穩(wěn)定等。,16,PPT學(xué)習(xí)交流,食品工業(yè)用酶的來源,包括動物、植物和微生物。在酶制劑發(fā)展的早期，大多數(shù)的酶是從動物或植物原料中提取的，例如從動物的胰臟、胃等組織，從植物中的木瓜、菠蘿等中提取各種酶。但動物和植物生長周期長，成本高，又受地理、氣候、季節(jié)等因素的影響而不適宜于大規(guī)模生產(chǎn)酶制劑。,17,PPT學(xué)習(xí)交流,來源于動物的酶,主要從動物的胃粘膜、胰臟和肝臟中提取得到。例如從動物的胃中可以提取胃蛋白酶和凝乳酶；從胰臟中可以提取胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等。,18,PPT學(xué)習(xí)交流,來源于植物的酶,能夠提供食品工業(yè)用酶的植物的品種較多，包括大麥芽、菠蘿、木瓜、無花果和大豆粉等。例如從大麥芽中提取的-淀粉酶和-淀粉酶，可以用在淀粉工業(yè)中；從菠蘿莖、木瓜汁和無花果汁中提取的菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶及無花果蛋白酶可以用來生產(chǎn)蛋白水解物，用于防止啤酒冷沉淀和肉類嫩化等。,19,PPT學(xué)習(xí)交流,早在4000多年前的夏禹時代，人類就懂得利用酵母釀酒；書經(jīng)中有“若作酒醴，爾維麴蘗”的記載，其意為：若要釀酒，就必須使用麴和蘗。麴是指長了微生物的谷物，蘗是指發(fā)了芽的谷物，它們都含有豐富的酶。這些都說明了酶的應(yīng)用首先是從食品生產(chǎn)開始的。西方各國在17世紀(jì)也有了關(guān)于酶的記載。到了周代，已能用風(fēng)干的麥芽粉制作飴糖和造醬，并發(fā)現(xiàn)用曲可治療消化不良。但當(dāng)時還不知道是酶的作用，對酶的利用也是一種不自覺的行為。,1.食品酶學(xué)的發(fā)展史,史前期,20,PPT學(xué)習(xí)交流,酶（enzyme）的概念是19世紀(jì)前后人們通過下述幾項研究而逐漸形成的。胃腸消化作用酵母的酒精發(fā)酵作用麥芽的糖化作用,近代食品酶學(xué)發(fā)展歷史,21,PPT學(xué)習(xí)交流,在此之前人們以為食物在胃中的消化是靠胃壁蠕動的機(jī)械碾磨。1752年有人將肉片裝在金屬絲籠內(nèi)，給老鷹吞下，經(jīng)過一段時間取出小籠，肉片不見了。于是認(rèn)識到胃液中有某種可以消化肉類的物質(zhì)存在，動搖了蠕動消化的說法。,22,PPT學(xué)習(xí)交流,1855年，Schoenbein在植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了過氧化物酶，由此解決了愈創(chuàng)樹脂變色的難題。隨后在1856年，Schoenbein又在蘑菇中發(fā)現(xiàn)了另外一種酶多酚氧化酶，能夠在氧存在的條件下催化反應(yīng)生成有色氧化物。另外，在這個時期，許多科學(xué)家發(fā)現(xiàn)酶的催化作用與酵母在發(fā)酵期間的作用相似，因而微生物學(xué)家巴斯德（Pasteur）和化學(xué)家李比希（Liebig）提出了兩種不同觀點。,23,PPT學(xué)習(xí)交流,巴斯德主張：發(fā)酵和活細(xì)胞有關(guān)，酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞生活的結(jié)果。,巴斯德（1822-1895）微生物學(xué)的奠基人,提出分子不對稱性理論，開創(chuàng)了立體化學(xué)研究的途徑。創(chuàng)立了發(fā)酵的生物學(xué)理論，低溫消毒技術(shù)（巴氏殺菌）免疫學(xué)-預(yù)防接種，研制出狂犬疫苗,李比希認(rèn)為：發(fā)酵及其他類似過程，是由于化學(xué)物質(zhì)的作用，純粹是化學(xué)過程。,從1901年到1910年最早的十次諾貝爾化學(xué)獎獲得者中，李比希的學(xué)生就有七位。,李比希(18031873)德國化學(xué)家化學(xué)教育改革家有機(jī)化學(xué)創(chuàng)始人農(nóng)業(yè)化學(xué)之父,關(guān)于發(fā)酵本質(zhì)的長期論戰(zhàn),24,PPT學(xué)習(xí)交流,1897年，布希納兩兄弟(EduardBuchner&HansBuchner)成功的從酵母細(xì)胞分離出具有發(fā)酵作用的物質(zhì)，能使糖發(fā)酵。他們當(dāng)時的興趣是制備用于治療疾病的酵母無細(xì)胞提取物，這些提取物的保存必須不加防腐劑，例如不能加酚。于是他們決定試用蔗搪，這是在烹調(diào)化學(xué)中常用的防腐劑。他們得到了驚人的結(jié)果:酵母汁液迅速將蔗糖發(fā)酵產(chǎn)生了酒精。這說明巴斯德和李比希的兩種觀點實質(zhì)上是一致的。生物化學(xué)就是在解決發(fā)酵本質(zhì)的著名論戰(zhàn)中產(chǎn)生的。1907年諾貝爾化學(xué)獎。,HansBuchner（1850-1902）德國細(xì)菌學(xué)家,EduardBuchner(1860-1917)通常以Buchner(布氏)漏斗而留名,25,PPT學(xué)習(xí)交流,酶作為商品可追溯到1833年，Payen和Persoz發(fā)現(xiàn)了第一個酶，他們用乙醇沉淀法從麥芽的水提取物中得到了一種對熱不穩(wěn)定的白色沉淀，它能使2000倍的淀粉液化，取名淀粉酶（Diastase）,并出售用于棉布退漿。,26,PPT學(xué)習(xí)交流,19世紀(jì)以來酶學(xué)史上的重大研究進(jìn)展,1.1833年，Payen和Persoz發(fā)現(xiàn)了第一個酶取名淀粉酶（Diastase）。2.1835年，Berzelius明確提出了酶是催化劑的念。3.1878年德國學(xué)者Kuhne首先提出使用“酶”（Enzyme）這一概念。,27,PPT學(xué)習(xí)交流,4.1894年，德國化學(xué)家EmilFischer發(fā)展了酶的特異性（即專一性）概念。5.1913年,Michaelis和Menten提出了酶促動力學(xué)原理米氏學(xué)說。6.1926年Sumner首次從刀豆中提取出尿酶結(jié)晶，并證明是一種蛋白質(zhì)。,28,PPT學(xué)習(xí)交流,7.1963年，測出了第一個酶（牛胰RNA酶A）的一級結(jié)構(gòu)；8.1965年，闡明了第一個酶（雞卵清溶菌酶）的三維結(jié)構(gòu)；9.1969年，人工化學(xué)合成了第一個酶（RNA酶）。,29,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3酶的分類和命名,酶的詞源“酶”（Enzyme）的概念，是由德國科學(xué)家Kuhne首先提出用以表示未統(tǒng)一名稱的已知的各種酵素。這個詞（Enzyme）本身的意思是“在酵母中”，起源希臘語，其中en表示“在之內(nèi)”，zyme表示酵母或酵素。,30,PPT學(xué)習(xí)交流,目前為止，已發(fā)現(xiàn)自然界存在的酶有3000多種，而且隨著酶學(xué)研究的發(fā)展，還會發(fā)現(xiàn)更多的新酶。,1955年，為避免酶的命名混亂，當(dāng)時的國際生物化學(xué)協(xié)會（現(xiàn)發(fā)展為國際生物化學(xué)和分子生物學(xué)聯(lián)合會，IUBMB）決定成立了國際酶學(xué)委員會（EnzymeCommission）以規(guī)范酶的命名，并于1961年推薦了一套新的命名方案及分類方法，建議每一種酶應(yīng)有一個系統(tǒng)名稱和一個習(xí)慣名稱。,31,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3.1酶的命名規(guī)則（1）酶學(xué)委員會提出的命名規(guī)則酶學(xué)委員會提出以酶所催化的化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)作為酶的分類和命名規(guī)則的主要依據(jù)，每一種酶都給以三個名稱：系統(tǒng)名，慣用名和一個數(shù)字編號。,32,PPT學(xué)習(xí)交流,系統(tǒng)名要求能確切地表明底物的化學(xué)本質(zhì)及酶的催化性質(zhì)，它包括兩部分，底物名稱及反應(yīng)類型。若酶催化的反應(yīng)中有兩種底物起反應(yīng)，則這兩種底物均需表明，當(dāng)中用“：”隔開，例如多酚氧化酶其系統(tǒng)名稱為：1,2-苯二酚：氧氧化還原酶。,33,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）慣用名慣用名不需要非常的精確，要求比較簡短，使用方便，一般根據(jù)酶所作用的底物名稱、催化的反應(yīng)性質(zhì)、酶的來源或其他特點來進(jìn)行命名。許多酶的慣用名是延用系統(tǒng)命名之前就使用的名稱。,34,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3.2酶的數(shù)字編號系統(tǒng)系統(tǒng)酶的數(shù)字編號系統(tǒng)系統(tǒng)根據(jù)酶所催化反應(yīng)的類型將酶分為6大類，并以4個阿拉伯?dāng)?shù)字來對每一種酶進(jìn)行編號。例如乙醇脫氫酶，編號為EC1.1.1.1。EC是指酶學(xué)委員會（EnzymeCommission）。第一個數(shù)字代表酶的6個大分類，以1，2，3，4，5，6來分別代表如下6大酶類：,35,PPT學(xué)習(xí)交流,（1）氧化還原酶（Oxidoreductases）催化氧化還原反應(yīng)；（2）轉(zhuǎn)移酶（Transferases）催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移的反應(yīng)；（3）水解酶（Hydrolases）催化水解反應(yīng)；（4）裂合酶（Lyases）催化非水解地除去底物分子中的基團(tuán)及其逆反應(yīng)；（5）異構(gòu)酶（Isomerases）催化分子的異構(gòu)反應(yīng)；（6）連接酶（Ligases）（也稱為合成酶）催化兩分子連接的反應(yīng)，反應(yīng)中酶與ATP的一個焦磷酸鍵相偶聯(lián)。,36,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3.3酶的其它命名方法依據(jù)酶的其它特征將酶分為不同類型根據(jù)復(fù)雜性：簡單酶、復(fù)合酶及多酶體系根據(jù)表達(dá)特征：組成酶、誘導(dǎo)酶、酶原及同工酶根據(jù)來源：動物酶、植物酶、微生物酶根據(jù)位置：胞內(nèi)酶、胞外酶根據(jù)狀態(tài)：游離酶、固定化酶,37,PPT學(xué)習(xí)交流,在自然界中發(fā)現(xiàn)的酶超過3000種，申請專利的酶制劑有100多種，其中有經(jīng)濟(jì)價值的只有60多種。工業(yè)化生產(chǎn)的酶制劑僅20多種，在已知酶中占0.8%左右。從世界范圍而言，在酶制劑的總產(chǎn)量中，55%是水解酶，主要用于焙烤食品、釀酒、淀粉加工、酒精等工業(yè)。35%是蛋白酶，主要用于食品洗滌劑、動植物蛋白、制革、乳品行業(yè)。,1.食品酶學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,38,PPT學(xué)習(xí)交流,酶制劑市場狀況,1998年全世界工業(yè)酶制劑銷售額高達(dá)16億美元，預(yù)計到2010年，銷售額將達(dá)到40億美元。其中，生產(chǎn)技術(shù)過程用酶占27%，食品用酶占31%，個人保健品用酶占1%，洗滌劑用酶占34%，飲料用酶占7%。酶制劑應(yīng)用范圍已遍及工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)分析、環(huán)境保護(hù)、能源開發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個方面。,39,PPT學(xué)習(xí)交流,酶的分子生物學(xué)：深入地揭示酶和生命活動的關(guān)系，進(jìn)一步闡明酶在代謝調(diào)節(jié)中的作用，闡明酶的催