酶 食品化學(xué) 梁文珍

第八章酶酶的化學(xué)本質(zhì)和作用特點(diǎn)(專一性)酶的命名和分類酶的固定化影響酶促反應(yīng)的因素食品加工中重要的酶酶學(xué)研究歷史四千多年前，我國(guó)已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的結(jié)果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液，實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。20世紀(jì)70年代初興起的酶工程技術(shù)在食品行業(yè)廣泛應(yīng)用酶的化學(xué)本質(zhì)酶（enzyme）是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。新發(fā)現(xiàn)：RNA、DNA的催化作用酶的組成蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）

輔酶

(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基

(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。酶的作用特點(diǎn)催化劑的共同點(diǎn)量少高效；只加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。都是通過(guò)降低反應(yīng)分子的活化能來(lái)加快化學(xué)反應(yīng)的速度。酶的特性高效催化，條件溫和高度專一不穩(wěn)定性活性可調(diào)節(jié)（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率一、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴?酶的特異性(specificity)（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下3種類型：絕對(duì)特異性(absolutespecificity)：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物

。相對(duì)特異性(relativespecificity)：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。立體結(jié)構(gòu)特異性(stereo

specificity)：作用于立體異構(gòu)體中的一種。（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性對(duì)酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶催化效力的調(diào)節(jié)通過(guò)改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。酶的命名和分類習(xí)慣命名法的五個(gè)原則：1.根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)來(lái)命名。2.根據(jù)被作用的底物來(lái)命名。3.將酶作用的底物與催化反應(yīng)的性質(zhì)結(jié)合起來(lái)命名。4.將酶的來(lái)源與作用底物結(jié)合起來(lái)命名。系統(tǒng)命名法按國(guó)際系統(tǒng)命名原則，每一種酶具有一個(gè)系統(tǒng)名稱和一個(gè)習(xí)慣名稱，系統(tǒng)名稱應(yīng)標(biāo)明酶的作用底物和反應(yīng)性質(zhì)。如果有兩種底物，均需標(biāo)出，當(dāng)中用“：”分開(kāi)，若其中一種是水，則可省略。L－丙氨酸：α－酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶，催化反應(yīng)為：L－丙氨酸＋α－酮戊二酸→丙氨酸＋L－谷氨酸。系統(tǒng)分類及編號(hào)國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)根據(jù)酶催化反應(yīng)的類型，把酶分為：氧化還原酶：催化底物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的酶類。轉(zhuǎn)移酶：催化底物之間進(jìn)行某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或交換的酶類水解酶：催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶類。裂合酶：催化一個(gè)底物分解為2個(gè)化合物或2個(gè)化合物合成為一個(gè)化合物的酶類。異構(gòu)酶：催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化的酶類。合成酶(連接酶)：催化2分子底物合成為1分子化合物。酶的固定化1.概念及意義（1）概念將酶與水不溶性載體結(jié)合，或?qū)⒚甘`在一定空間內(nèi)，限制酶的自由流動(dòng)，有不影響其發(fā)揮催化作用，這個(gè)過(guò)程稱為酶的固定化，這種酶被稱為固定化酶。

（2）意義優(yōu)點(diǎn)：反復(fù)利用，降低成本；增加操作的連續(xù)性；連續(xù)進(jìn)行多種反應(yīng)，提高效率；酶固定化后性質(zhì)的改變有利于食品加工缺點(diǎn)：引入有毒的化學(xué)試劑；滋生微生物；酶固定化后活性、穩(wěn)定性等性質(zhì)改變不利于食品加工。2.固定化酶的制備方法制備固定化酶的方法有：吸附法、包埋法、共價(jià)交聯(lián)法（1）吸附法A.利用各種吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面而使酶固定化的方法稱為吸附法。B.常用吸附劑有：氧化鋁、活性炭、硅藻土、纖維素、多孔陶瓷、多孔玻璃、羥基磷灰石、高嶺土等。C.優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，條件溫和，不需特殊化學(xué)試劑，不會(huì)引起酶的變性，載體價(jià)廉易得，可反復(fù)使用。D.缺點(diǎn)：結(jié)合力弱，易脫落，解吸。（2）包埋法A.將酶或含酶菌體包埋在多孔載體中，使酶固定化的方法稱為包埋法。B.包埋法可分為凝膠包埋法和微膠囊包埋法

a.凝膠包埋法是將酶包埋在凝膠內(nèi)部的微孔中，如：聚丙烯酰胺凝膠。

b.微膠囊包埋法是將酶包埋在微膠囊的半透膜中，如：明膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉

（3）化學(xué)鍵結(jié)合法A.共價(jià)鍵結(jié)合法將酶的側(cè)鏈基團(tuán)等共價(jià)結(jié)合在已活化的載體上。載體有：尼龍、纖維素、殼聚糖、聚丙烯酰胺…B.交聯(lián)法雙功能試劑與酶分子連接起來(lái)。例：戊二醛、異氰酸酯作雙功能試劑3.固定化酶的性質(zhì)游離酶經(jīng)固化后，可能引起酶性質(zhì)的改變：酶分子構(gòu)象的改變微環(huán)境的影響底物在載體和溶液間存在分配效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)溫度、pH可影響固定化酶的活力。固定化后，酶的穩(wěn)定性發(fā)生改變，有的變得更穩(wěn)定，有的變得不穩(wěn)定，有的不改變。4.應(yīng)用固定化酶使酶與產(chǎn)物分離，提高產(chǎn)物純度。固定化酶可連續(xù)使用，適合于規(guī)模化工業(yè)化生產(chǎn)。食品工業(yè)應(yīng)用實(shí)例：（1）固定化葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)成果糖，可將玉米淀粉水解成葡萄糖后，再異構(gòu)成高果糖玉米糖漿。（2）固定化木瓜蛋白酶處理啤酒，防止混濁。（3）固定果膠酶用于澄清果汁（4）固定柚苷酶用于柑汁脫苦（5）固定化酶法生產(chǎn)二肽甜味劑（6）固定化磷酸二酯酶與AMP脫氨酶生產(chǎn)5′－肌苷酸。（7）DL－氨基酸的光學(xué)拆分合成氨基酸

(8)面粉中的應(yīng)用（9）食品分析應(yīng)用酶電極測(cè)定氨基酸、乳酸、甲酸、乙醇雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速度降低。1.溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響最適溫度(optimumtemperature)：酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度。酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對(duì)淀粉酶活性的影響

影響酶促反應(yīng)的因素2.pH對(duì)酶促反應(yīng)的影響1.最適pH2.pH穩(wěn)定性表現(xiàn)出酶最大活力的pH值在一定的pH范圍內(nèi)酶是穩(wěn)定的pH對(duì)酶作用的影響機(jī)制：

1.環(huán)境過(guò)酸、過(guò)堿使酶變性失活；

2.影響酶活性基團(tuán)的解離；

3.影響底物的解離。0酶活性pHpH對(duì)某些酶活性的影響胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶2468103.酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響在有足夠底物和其他條件不變的情況下：

v=k[E]底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響1.底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響[S]vVmax酶促反應(yīng)的速度與酶濃度成正比4.抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)的影響——使酶的必需基團(tuán)或活性部位中的基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)改變而降低酶活力甚至使酶失活的物質(zhì)，稱為抑制劑（I）。1.不可逆抑制作用：抑制劑與酶的結(jié)合（共價(jià)鍵）是不可逆的。S+EESE+P

+I↓EIE—SH+ICH2COOH→E—S—CH2COOH+HI（2）可逆抑制作用：抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的。抑制程度是由酶與抑制劑之間的親和力大小、抑制劑的濃度以及底物的濃度決定。[E]v1231.反應(yīng)體系中不加I。2.反應(yīng)體系中加入一定量的不可逆抑制劑。3.反應(yīng)體系中加入一定量的可逆抑制劑。食品加工中重要的酶糖酶蛋白酶脂肪酶葡萄糖氧化酶過(guò)氧化物酶過(guò)氧化氫酶抗壞血酸氧化酶脂肪氧合酶糖酶淀粉酶：催化淀粉和糖原水解的酶類。

α－淀粉酶：內(nèi)切酶，從淀粉分子內(nèi)部隨機(jī)水解α－1，4

糖苷鍵，但不水解α－1，6糖苷鍵。

β－淀粉酶：外切酶，只能水解α－1，4糖苷鍵，不能水解

α－1，6糖苷鍵。從淀粉分子的非還原性末端開(kāi)始依次切下一個(gè)個(gè)α－1，4麥芽糖苷鍵，并將切下的α－1，4麥芽糖轉(zhuǎn)變成β－麥芽糖，所以稱為β－淀粉酶。葡萄糖淀粉酶：外切酶，不僅水解α－1，4糖苷鍵，也能水解α－1，6糖苷鍵和α－1，3糖苷鍵。異淀粉酶：產(chǎn)生于動(dòng)植物及微生物中，是一種內(nèi)切酶，從支鏈淀粉分子內(nèi)部水解支點(diǎn)的α－1，6糖苷鍵。一、水解酶

1.α-淀粉酶

也稱液化型淀粉酶，能使淀粉不規(guī)則地水解。它存在于動(dòng)物的唾液、胰臟及植物的麥芽中。此外，霉菌和細(xì)菌也產(chǎn)生此酶。鈣對(duì)其有活化作用，其最適PH為4.5-7.0，最適溫度約60℃，一些細(xì)菌淀粉酶則達(dá)70℃。此酶在啤酒制造及面包品質(zhì)改良上很重要，終產(chǎn)物為麥芽糖、葡萄糖和異麥芽糖。

-淀粉酶

能將淀粉從非還原端起，每次水解下一個(gè)麥芽糖單位。在各種植物組織中均可見(jiàn)，尤以大麥芽中為多，其熱穩(wěn)定性低于α-淀粉酶，外切酶。3.葡萄糖淀粉酶

外切酶，從淀粉的非還原端起，每次水解下一個(gè)葡萄糖單位，終產(chǎn)物為葡萄糖和糊精，用于制糖等。最適PH=4-5，最適溫度50-60℃。

淀粉酶對(duì)天然存在的完整淀粉粒作用較困難，應(yīng)將淀粉粒糊化，破壞其結(jié)構(gòu)后，對(duì)淀粉酶的作用才比較敏感。

4.脫支酶：果膠酶定義：催化果膠酸或果膠降解的酶，根據(jù)作用底物不同可以分為以下三類：1）果膠酯酶果膠聚半乳糖醛酸+甲醇2）聚半乳糖醛酸酶降解底物α－1，4糖苷鍵,存在內(nèi)切和外切兩種酶3）果膠裂解酶（轉(zhuǎn)消酶）內(nèi)切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶的總稱，催化果膠或果膠酸的殘基的C4-C5位上的氫進(jìn)行反式消去作用，使糖苷鍵斷裂，生成不飽和的半乳糖醛酸。蛋白酶定義：催化蛋白質(zhì)肽鍵水解的酶按來(lái)源分為1）動(dòng)物蛋白酶食品工業(yè)中應(yīng)用少2）植物蛋白酶：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶。常用于肉品和啤酒行業(yè)。3）微生物蛋白酶蛋白酶制劑的重要來(lái)源，用于產(chǎn)酶的菌種必須嚴(yán)格選擇。應(yīng)用范圍包括：面包制作、肉品嫩化、啤酒制造、釀造等。脂肪酶脂肪酶將脂肪水解為甘油和脂肪酸。特點(diǎn)

1）催化選擇性強(qiáng)

2）“油脂-水”兩相的界面發(fā)揮作用應(yīng)用牛奶、奶酪、干果的加工中調(diào)控風(fēng)味；皮革、絹紡等。二、氧化還原酶1.葡萄糖氧化酶

使葡萄糖和O2作用生成葡萄糖酸，由霉菌產(chǎn)生，用于除去蛋白中的微量葡萄糖和果汁等中的溶解O2。2.過(guò)氧化氫酶：清除食品中殘留的過(guò)氧化氫3.乙醛脫氫酶：使大豆加工產(chǎn)生的醛轉(zhuǎn)化成酸，從而消除異味。4.抗壞血酸氧化酶

能把抗壞血酸分解為脫氧抗壞血酸。廣泛存在于植物中。5.過(guò)氧化物酶存在：所有高等植物中，也存在牛奶中。特點(diǎn)：過(guò)氧化物酶通常含有一個(gè)血紅素作為輔基，催化以下反應(yīng)：

ROOH＋AH2