食品酶制劑的學(xué)習(xí)教案

食品酶制劑的學(xué)習(xí)教案第1頁/共50頁本章主要內(nèi)容酶制劑在食品工業(yè)中的巨大作用工業(yè)酶的來源酶的安全性問題與管理食品工業(yè)常用酶制劑2第2頁/共50頁什么是酶制劑？

GB2760-2007《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》術(shù)語與定義酶制劑是指動(dòng)物或植物的可食或非可食部分直接提取，或由傳統(tǒng)或通過基因修飾的微生物（包括但不限于細(xì)菌、放線菌，真菌菌種）發(fā)酵、提取制得，用于食品加工，具有特殊催化功能的生物制品。食品添加劑功能類別從生物中提取的具有生物催化能力的物質(zhì)，輔以其他成分，用于加速食品加工過程和提高食品質(zhì)量的物質(zhì)。第3頁/共50頁

8.1食品酶制劑

8.1.1食品酶制劑與食品加工制造

4第4頁/共50頁5第5頁/共50頁6第6頁/共50頁7第7頁/共50頁8.1.2酶制劑的特點(diǎn)

來源：①食品酶制劑多數(shù)源于動(dòng)物的臟器和腺體以及高等植物的種子、果實(shí)等。②微生物環(huán)境微生物和工程微生物。8第8頁/共50頁制造干酪的凝乳酶是從小牛第四胃中提取的皺胃酶。這些來源于動(dòng)植物的酶制劑，多受季節(jié)、地區(qū)、數(shù)量及經(jīng)濟(jì)成本的嚴(yán)格制約，與酶制劑的廣泛應(yīng)用不相適應(yīng)。第9頁/共50頁(1)微生物的種類繁多，酶種豐富，存在于動(dòng)植物體的一切酶類，幾乎都存在于微生物體內(nèi)。(2)微生物繁殖迅速，幾天內(nèi)即可收獲，產(chǎn)量豐富。(3)可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，在生產(chǎn)中可以精確控制各種條件，如pH、營養(yǎng)、維生素、通氣量、培養(yǎng)時(shí)間等。使酶制劑的產(chǎn)量質(zhì)量穩(wěn)定。

(4)微生物的培養(yǎng)基簡單、價(jià)格便宜，酶的生產(chǎn)成本較低。(5)可以方便、迅速地應(yīng)用各種現(xiàn)代科學(xué)成就如現(xiàn)代生物技術(shù)來選育優(yōu)良性質(zhì)的品種和提高酶的產(chǎn)量。第10頁/共50頁8.1.3食品酶制劑安全性聯(lián)合國食品添加劑專家聯(lián)合委員會(huì)

(1)凡是在動(dòng)植物可食部分的組織，或用食品加工傳統(tǒng)使用菌種生產(chǎn)的酶制劑，可作為食品對待不需要進(jìn)行毒理試驗(yàn)，只需建立有關(guān)酶化學(xué)和微生物學(xué)的規(guī)格即可。

(2)凡是非致病微生物生產(chǎn)的酶，除制定化學(xué)規(guī)格以外，需要做短期毒理試驗(yàn)，以確保無害，并分別評(píng)價(jià)，制定ADI。(3)對于非常見微生物制取的酶，不僅要有規(guī)格，還要做廣泛的毒理試驗(yàn)。11第11頁/共50頁8.1.4食品酶制劑管理

在《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中：

96版酶制劑設(shè)為11.000類。

07版取消編號(hào)，采用列表制。共有44支酶制劑，來源：

104種動(dòng)物、植物或微生物；或利用19個(gè)供體（提供基因片段的動(dòng)物、植物或微生物），經(jīng)過生物技術(shù)獲得。即基因修飾微生物的比例為18%。12第12頁/共50頁8.2食品工業(yè)應(yīng)用酶制劑

8.2.1淀粉酶淀粉酶(amylase)是水解淀粉、糖元和它們的降解中間產(chǎn)物的酶類。

作用特點(diǎn)：按酶的水解方式分為α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、切枝酶以及其他淀粉酶等。13第13頁/共50頁（1）α-淀粉酶(α-amylase)液化型淀粉酶，亦稱細(xì)菌α-淀粉酶、退漿淀粉酶、糊精化淀粉酶和高溫淀粉酶等。作用特點(diǎn)：

A.可越過α-1,6鍵水解α-1,4-糖苷鍵14第14頁/共50頁

B.作用開始階段，迅速地將淀粉分子切斷成短鏈的寡糖，使淀粉液的黏度迅速下降，碘反應(yīng)由藍(lán)變紫，再轉(zhuǎn)變成紅色、棕色以至無色，這種作用稱為液化作用，故又稱之為液化型淀粉酶。水解產(chǎn)物：麥芽糖、葡萄糖和糊精熱穩(wěn)定性(因?yàn)橛幸粋€(gè)Ca2+)α-淀粉酶細(xì)菌＞谷物酶＞曲霉酶15第15頁/共50頁

表不同來源α-淀粉酶的最適pH值

來源最適pH來源最適pH人類唾液6.0～7.0嗜熱脂肪芽孢桿菌3.0左右小麥4.5左右（超過5活性緩慢下降）高粱芽4.8（5.0以上時(shí)失活速度較低）枯草桿菌5.0～7.0大麥芽4.8～5.4豬胰6.0～7.016高濃度淀粉提高耐熱性，在適量的鈣鹽和食鹽，pH值為5.3～7.0時(shí)，93～95℃仍保持足夠高的活性。為便于保藏，常加入適量的碳酸鈣等作為抗結(jié)劑防止結(jié)塊第16頁/共50頁（2）糖化酶(amyloglucosidase)亦稱糖化淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)和糖化型淀粉酶。（TAKA淀粉酶）水解特點(diǎn)：

A.非還原性末端α-1,4-糖苷鍵（速度快）

B.分支點(diǎn)α-1,6-糖苷鍵（速度慢）水解產(chǎn)物：葡萄糖17《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中無糖化酶，為淀粉葡萄糖苷酶、葡萄糖淀粉酶第17頁/共50頁轉(zhuǎn)糖基（縮合）特點(diǎn)：葡萄糖基的可逆轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將一個(gè)葡葡糖分子轉(zhuǎn)移到另一葡萄糖分子的α-1,4-糖苷鍵或α-1,6-糖苷鍵上，縮合產(chǎn)物：麥芽糖、異麥芽糖、低聚糖等多種寡糖最適條件：黑曲霉pH4.0～4.5，60℃

根霉pH4.0～5，55℃18第18頁/共50頁(3)β-淀粉酶(β-amylase)

又稱淀粉-1,4麥芽糖苷酶作用特點(diǎn)：從非還原性末端水解相隔的α-1,4糖苷鍵，但不能越過分支點(diǎn)的α-1,6-糖苷鍵，在達(dá)到分支點(diǎn)前2～3個(gè)葡萄糖殘基時(shí)就停止。水解產(chǎn)物：麥芽糖，大分子糊精最適條件：pH5～7，50℃～60℃19第19頁/共50頁β-淀粉酶(β-amylase)水解特點(diǎn)20第20頁/共50頁

表不同來源β-淀粉酶的最適條件

β-淀粉酶的活性中心都含有巰基(-SH)，重金屬、巰基試劑能使之失活，半胱氨酸可使之復(fù)活。最適pH值最適溫度植物β-淀粉酶5.0～6.050～60℃細(xì)菌β-淀粉酶6～750℃21第21頁/共50頁（4）切枝酶(debranchingenzyme)

又稱普魯蘭酶、支鏈淀粉酶、異淀粉酶作用特點(diǎn)：專一性地水解支鏈淀粉分枝點(diǎn)α-1,6-糖苷鍵，將整個(gè)側(cè)鏈切下。產(chǎn)物特點(diǎn)：大小不同的直鏈淀粉最適條件：pH4.5～5.5，60℃22第22頁/共50頁（5）環(huán)麥芽糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶

環(huán)糊精結(jié)構(gòu)23第23頁/共50頁作用機(jī)理：分子內(nèi)轉(zhuǎn)葡萄糖基反應(yīng)可轉(zhuǎn)化淀粉成為環(huán)糊精(CD)在淀粉與蔗糖共存時(shí)，通過葡萄糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)將分子內(nèi)葡萄糖基從α-1,4-葡聚糖或CD轉(zhuǎn)移到受體分子上(偶聯(lián)反應(yīng)或歧化反應(yīng))水解α-1,4-葡聚糖成CD產(chǎn)物：環(huán)糊精與偶聯(lián)糖24第24頁/共50頁8.2.2果膠酶(pectinase)

25α-(1→4)-D-吡喃半乳糖醛酸單位組成的聚合物OCH3第25頁/共50頁果膠酶種類與作用特點(diǎn)果膠裂解酶、果膠酯酶和聚半乳糖醛酸酶、原果膠酶26第26頁/共50頁（1）果膠酯酶也稱為果膠甲酯酶（pectinesterase）,果膠酶(pectase),脫甲氧基果膠酶(pectindemethoxylase)27第27頁/共50頁（2）聚半乳糖醛酸酶水解果膠物質(zhì)分子中脫水半乳糖醛酸單位的α-1,4-糖苷鍵。外切型是從聚合物的末端糖苷鍵開始水解，而內(nèi)切型是作用于分子內(nèi)部28第28頁/共50頁（3）果膠酸裂解酶

在無水條件下能裂解果膠和果膠酸之間的糖苷鍵

存在于微生物中，而在高等植物中沒有發(fā)現(xiàn)有內(nèi)切酶和外切酶。及作用于果膠或果膠酸的果膠裂解酶。29第29頁/共50頁（4）原果膠酶（Protopectinase）第4種類型的果膠降解酶，僅存在于少數(shù)幾種微生物中。原果膠酶水解原果膠生成果膠。植物中原果膠酶的活力是來源于果膠甲酯酶和聚半乳糖醛酸酶二者共同作用的結(jié)果，是否是真實(shí)的原果膠酶作用，尚不清楚。我國果膠酶中無此酶。30第30頁/共50頁8.2.3葡萄糖異構(gòu)酶(glucoseisomerase)

亦稱木糖異構(gòu)酶使D-葡萄糖轉(zhuǎn)化為D-果糖，使木糖轉(zhuǎn)化為木酮糖放線菌葡萄糖異構(gòu)酶，Mg2+和Co2+激活和穩(wěn)定，最適pH7.5～8.5。最適溫度40～65℃。乳酸短桿菌葡萄糖異構(gòu)酶，Mn2+、K+保護(hù)熱活性，最適pH6～7。有Mn2+時(shí)最適溫度為60℃，無Mn2+時(shí)為45℃。31第31頁/共50頁8.2.4乳糖酶(lactase)

β-半乳糖苷酶(β-plactosidase)

乳糖分子中β-1,4-半乳糖苷鍵而水解成為半乳糖和葡萄糖的可逆反應(yīng)在高濃度乳糖存在下，可催化半乳糖分子的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成雜低聚乳糖大腸桿菌酶最適pH7.0～7.5，酵母菌酶6.0～7.0，霉菌酶5.0左右。最適溫度為37～50℃32第32頁/共50頁8.2.5葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase，COD)

主要作用：將β-D-葡萄糖氧化為葡萄糖內(nèi)酯最適條件：pH4.5～7.5。溫度30～60℃應(yīng)用：用于食品中控制葡萄糖參與美拉德反應(yīng)引起的風(fēng)味惡化、除氧、解決半纖維素酶導(dǎo)致的面團(tuán)變軟33第33頁/共50頁8.2.6纖維素酶(cellulase)

將纖維素多糖中的β-1,4-葡聚糖水解為β-糊精。最適條件：pH4.5～5.5，溫度50～60℃。34第34頁/共50頁

主要應(yīng)用：果蔬汁加工中卻常利用纖維素酶改善其品質(zhì)（將纖維素轉(zhuǎn)化為可溶性葡萄糖）提高果酒的出酒率（能破壞果肉細(xì)胞壁和分離果膠質(zhì)，還能增加原酒的溶解物）提高植物成分提取率

注意：植物在成熟和后熟時(shí)質(zhì)地的變化則是由果膠物質(zhì)發(fā)生變化引起的。蔬菜、水果和谷物中的不可消化的碳水化合物是重要的營養(yǎng)成分（膳食纖維）35第35頁/共50頁8.2.7蛋白酶(protease)

水解肽鍵的一類酶。將蛋白質(zhì)依次被水解成胨、多肽、肽，最后成為蛋白質(zhì)的組成單位——氨基酸。有些蛋白酶還可水解多肽及氨基酸的酯鍵或酰胺鍵。在有機(jī)溶劑中有些蛋白酶具有合成肽類和轉(zhuǎn)移肽類的作用。用于肉類嫩化、植物蛋白質(zhì)改性、蛋白質(zhì)水解、烘焙食品生產(chǎn)等。36第36頁/共50頁蛋白酶分類

按其作用方式分為：內(nèi)肽酶（氨肽酶）從蛋白質(zhì)或多肽的內(nèi)部切開肽鍵生成分子質(zhì)量較小的胨和多肽，是真正的蛋白酶。外肽酶（羧肽酶）只能從蛋白質(zhì)或多肽分子的氨基或羧基末端水解肽鍵而游離出氨基酸。37第37頁/共50頁蛋白酶分類按酶的來源分類：動(dòng)物臟器胃蛋白酶、胰蛋白酶植物果實(shí)木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶微生物細(xì)菌或霉菌蛋白酶等。38第38頁/共50頁第39頁/共50頁(1)凝乳酶(rennin)

亦稱皺胃酶，哺乳期小牛第四胃中分泌凝乳酶使牛乳形成凝塊或凝膠結(jié)構(gòu)的過程：第一階段是酶作用增加含氮組分第二階段包括經(jīng)酶作用而改變的酪蛋白膠粒聚集成凝膠結(jié)構(gòu)pH5.3～6.3間最穩(wěn)定提高溫度和增加鈣離子濃度可加快凝膠形成的速度40第40頁/共50頁(2)木瓜蛋白酶(papain)

活性特點(diǎn)最適條件：pH5～7，65℃酶的活力被抑制氧化劑或重金屬離子影響作用特點(diǎn)水解蛋白質(zhì)對酯和酰胺類底物也表現(xiàn)出很高的活力具有從蛋白質(zhì)水解物再合成蛋白質(zhì)類物質(zhì)的能力41第41頁/共50頁8.2.8脂酶(lipase)和脂肪氧合酶

脂酶也稱甘油酯水解酶，脂肪酶作用特點(diǎn)：水解位：α-位（1位）、α′-位（3位）的速度快，β-位（2位）的速度較慢胰脂酶水解特點(diǎn)：僅水解1,3位的酯鍵42第42頁/共50頁最適條件：pH7～9，一般脂肪酸的鏈越長則pH值越高。增香作用最適溫度為20℃。工業(yè)產(chǎn)酶菌有酵母、曲霉等應(yīng)用：脂肪改性，奶酪、焙烤食品生產(chǎn)，奶油香精的生產(chǎn)脂肪氧合酶43第43頁/共50頁應(yīng)用舉例在面包生產(chǎn)中使用，增加體積，提高白度，改善香氣。44脂肪酶和脂肪氧合酶的混合物？第44頁/共50頁8.2.9谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶TG

作用機(jī)理：利用肽鏈上的谷氨酰胺殘基的γ-甲酰胺