食品酶學(xué)-糖酶

第5章糖酶

主要內(nèi)容5.1淀粉酶5.2乳糖酶5.3纖微素酶5.4果膠酶糖酶的作用：

裂解多糖中將單糖結(jié)合在一起的化學(xué)鍵，使多糖降解成為較小的分子；

催化糖單位結(jié)構(gòu)上的重排，形成新的糖類化合物。糖酶種類淀粉酶乳糖酶纖維素酶果膠酶等

重要底物：淀粉、糖原和多糖衍生物分布：動物、植物、微生物分類：a-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、異淀粉酶5.1淀粉酶5.1.1α-淀粉酶1、存在

動物---唾液、胰臟

植物---發(fā)芽大麥、玉米、稻米、高粱、谷子微生物---枯草桿菌、芽孢桿菌、米曲霉、黑曲霉、擴(kuò)展青霉2、作用方式

以隨機(jī)的方式作用于淀粉而產(chǎn)生還原糖。以直鏈淀粉為底物時，反應(yīng)一般按兩個階段進(jìn)行：首先，直鏈淀粉快速分解，產(chǎn)生寡糖，粘度及與碘返生呈色反應(yīng)的能力很快下降；第二階段，寡糖緩慢水解生成最終產(chǎn)物葡萄糖和麥芽糖。以支鏈淀粉為底物時，產(chǎn)生葡萄糖、麥芽糖和一系列α-限制糊精（由4個或更多葡萄糖基構(gòu)成的寡糖，含α-1.6糖苷鍵）3、α-淀粉酶的性質(zhì)分子量范圍是15600～139300，通常為45000～60000，其分子中的巰基往往是酶催化活性的必需基團(tuán)。所有α-淀粉酶都是金屬酶，每個酶分子至少含有一個鈣離子，它是α-淀粉酶的激活劑，鈣與酶分子的結(jié)合非常牢固。如果將酶分子中的鈣完全除去，會導(dǎo)致酶基本上失活和對熱、酸或脲等變性因素的穩(wěn)定性降低。4、α-淀粉酶的作用機(jī)制α-淀粉酶是內(nèi)切酶型，隨機(jī)作用于淀粉、糖原的α-1,4-糖苷鍵，對α-1,6-糖苷鍵則不能水解。水解直鏈淀粉時，先切開淀粉分子中間部分的α-1,4-糖苷鍵，使長鏈淀粉很快地分解成短鏈的糊精，糊精再繼續(xù)水解，最后產(chǎn)物為α-麥芽糖和少量的葡萄糖。4、α-淀粉酶的作用機(jī)制

水解支鏈淀粉時，由于不能水解分支點的α-1,6-糖苷鍵，因此產(chǎn)物中不僅有α-麥芽糖和少量的葡萄糖，還產(chǎn)生異麥芽糖。異麥芽糖是支鏈淀粉分子的分支點，是由兩個葡萄糖以α-1,6-糖苷鍵相連的雙糖。(1)pH對α-淀粉酶作用的影響一般α-淀粉酶在pH5.5～8比較穩(wěn)定，當(dāng)pH4以下時易失活，酶的最適pH在5～6。不同來源的α-淀粉酶---pH圖形狀和最適pH不同來自：人的唾液和豬的胰臟：6.0～7.0

枯草桿菌：5.0～7.0

嗜熱脂肪芽孢桿菌：3.0左右大麥芽：4.8～5.4

高粱芽：4.8

小麥：4.5(低于4.0迅速下降)實際意義：面包制作---“黑面包”黑麥粉含有過量的α-淀粉酶，如果能在pH3.4～4.0失活，能防止過分糊精化和膠粘的面包瓤。

谷類中的α-淀粉酶在低pH下失活對于加工高質(zhì)量面包是十分理想的性質(zhì)。(2)溫度對α-淀粉酶作用的影響

純化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但是有鈣離子大量存在的條件下，酶的熱穩(wěn)定性會增加。不同來源的α-淀粉酶具有不同的熱穩(wěn)定性。耐熱程度：細(xì)菌＞絲狀菌＞麥芽＞動物實際意義：面包加工（烘焙面包）

淀粉糖的加工：糊化溫度以上保持酶活性，有利于食品加工。(3)鈣離子對α-淀粉酶的影響鈣離子使α-淀粉酶分子保持適當(dāng)?shù)臉?gòu)象，從而維持其最大的活性和穩(wěn)定性。鈣離子和酶的結(jié)合牢度：霉菌＞細(xì)菌＞哺乳動物＞植物（1）酶法生產(chǎn)葡萄糖（2）飴糖與淀粉糖漿的生產(chǎn)

（3）酒精生產(chǎn)（4）其它發(fā)酵工業(yè)

（5）其它用途

5、α-淀粉酶的用途α-1,4-葡聚糖麥芽糖水解酶，EC3.2.1.2，又稱糖化酶。1、存在：

存在于大多數(shù)的高等植物和微生物中不存在于哺乳動物中5.1.2β-淀粉酶2、作用外切酶，從淀粉分子的非還原性末端裂解α-1，4-糖苷鍵，依次將麥芽糖單位水解下來，產(chǎn)物構(gòu)型從α型轉(zhuǎn)變成β型。不能裂解支鏈淀粉中的α-1，6-糖苷鍵，也不能繞過分支點繼續(xù)作用于α-1，4-糖苷鍵→對支鏈淀粉的作用是不完全的。主要產(chǎn)物：麥芽糖和β-限制糊精。

支鏈淀粉：50-60%為麥芽糖。

直鏈淀粉：70-90%為麥芽糖。不能完全水解的原因是：制備過程中因氧化等因素被改性。3、性質(zhì)最適pH值范圍是5.0-6.0。pH4.0-9.0在20℃可以穩(wěn)定24h鈣離子對β-淀粉酶有降低穩(wěn)定性作用?；钚灾行挠袔€基存在，巰基試劑對-氯汞苯甲酸和N-乙基蘋果酰胺處理酶或者氧化作用會使酶失活。環(huán)狀糊精和麥芽糖是競爭性抑制劑。酸性環(huán)境，大豆比小麥、大麥的穩(wěn)定。熱穩(wěn)定性：甘薯最好。外切酶，商業(yè)酶制劑由霉菌產(chǎn)生。作用于淀粉時，從非還原性末端逐次切下一個葡萄糖單位，并將C(1)構(gòu)型從α轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦?。底物專一性低，不僅分解α-1，4-糖苷鍵，也能分解α-1，6-糖苷鍵，只是速度很慢。以直鏈淀粉為底物時，產(chǎn)物葡萄糖。以支鏈淀粉為底物時，不完全，有葡萄糖，可能還有β-限制糊精，如有α-淀粉酶參與可使支鏈淀粉完全降解。5.1.3葡萄糖淀粉酶

pH：3.0-5.5，最適4.0-4.5T：50-60℃，最適58-60℃抑制劑：大部分重金屬5.1.4脫支酶

α-1.6-葡聚糖水解酶（EC3.2.1.9），水解支鏈淀粉、糖原以及相關(guān)的大分子碳水化合物中的α-1，6-糖苷鍵。分類

支鏈淀粉酶

異淀粉酶直接脫支酶間接脫支酶異淀粉酶只能水解構(gòu)成分支點的α-1.6-糖苷鍵；不能水解直鏈分子中的α-1.6-糖苷鍵。性質(zhì)1）對底物作用的專一性

不同來源對底物專一性不同，主要表現(xiàn)在對于各種支鏈低聚糖以及茁霉多糖的分解能力上。2）pH、溫度和金屬離子的作用金屬離子對脫支酶活性有影響，Mg2+與Ca2+略有激活作用，Hg2+

、Cu2+

、Fe3+

、Al3+等有強(qiáng)烈抑制作用。異淀粉酶的應(yīng)用（1）改性淀粉（2）異淀粉酶與β-淀粉酶配合使用生產(chǎn)麥芽糖（3）用于啤酒外加酶糖化（4）與其它淀粉酶配合，使淀粉糖化完全

系統(tǒng)名稱常用名作用特性水解產(chǎn)物α-1.4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶α-淀粉酶或液化酶不規(guī)則的分解淀粉、糖原類α-1.4鍵以直鏈淀粉為底物時，產(chǎn)生葡萄糖和麥芽糖。以支鏈淀粉為底物時，產(chǎn)生葡萄糖、麥芽糖和一系列α-限制糊精α-1.4葡聚糖-葡萄糖水解酶糖化型淀粉酶或葡萄糖淀粉酶從非還原性未端以葡萄糖為單位順次分解淀粉糖原類的α-1.4鍵，對α-1.3、α-1.6也有效以直鏈淀粉為底物時，產(chǎn)物葡萄糖以支鏈淀粉為底物時，不完全，有葡萄糖，可能還有β-限制糊精，α-1.4葡聚糖-4-麥芽糖水解酶β-淀粉酶從非還原性未端以麥芽糖為單位,分解淀粉糖原類的α-1.4鍵以直鏈淀粉為底物時，麥芽糖外，還有麥芽三糖和葡萄糖（奇數(shù)糖基）。以支鏈淀粉為底物時，麥芽糖、β-限制糊精支鏈淀粉-6-葡聚糖水解酶異淀粉酶對α-1.6鍵分解速度快,分解支鏈淀粉、糖原中α-1.6鍵

直鏈淀粉淀粉酶的分類及特性

重要補充：葡萄糖異構(gòu)酶（E）

催化葡萄糖，生成果糖的異構(gòu)化反應(yīng)。鎂離子和鈷離子對這種酶有激活作用，葡萄糖濃度越高，E反應(yīng)V越快，這種E隨產(chǎn)物果糖濃度的提高，E的活性就降低。5.1.5淀粉酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用從淀粉制備糊精糖漿、葡萄糖和麥芽糖。1、酶法制備葡萄糖生產(chǎn)酶法水解葡萄糖優(yōu)點：①糖化率高，酸法糖化DE值一般為90%-91%，而酶法可達(dá)97%以上；②糖化液純度高，甜味純正，不易褐變；③設(shè)備不要求耐酸、耐壓，對材料質(zhì)地要求低，加工簡單；④勞動保護(hù)條件比酸法好。酶法葡萄糖工藝流程主要包括：料液制備、液化、糖化、產(chǎn)品提取。?但隨采用原料、酶源、設(shè)備等不同，具體工藝條件有所變化，其基本工藝設(shè)備流程見圖1和圖2。酶法葡萄糖生產(chǎn)主要使用α-淀粉酶和糖化酶。首先α-淀粉酶在pH6.0～6.5，溫度85～90℃時，作用45min左右將淀粉漿液化成糊精。當(dāng)采用高溫α-淀粉酶時，液化溫度可提高至105～115℃，可大大縮短液化時間，提高液化效率。液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55～60℃，調(diào)pH至4.5～5.0，加入糖化酶保溫，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?淀粉酶法糖化技術(shù)除了用于制造葡萄糖外，還可以用來生產(chǎn)淀粉糖作為微生物的生產(chǎn)培養(yǎng)基進(jìn)行氨基酸、酒精等的發(fā)酵生產(chǎn)。5.2乳糖酶β-半乳糖苷酶（β-

D-半乳糖苷半乳糖水解酶，EC3.2.1.23）。用于降解乳糖為半乳糖和葡萄糖，也具有半乳糖苷的轉(zhuǎn)移作用。植物：扁桃、杏、刀豆動物：幼小哺乳動物的小腸微生物：細(xì)菌、霉菌、酵母食品工業(yè)中使用的乳糖化酶主要由酵母和霉菌生產(chǎn)。1、來源

細(xì)菌乳糖酶最適pH在7.0，霉菌乳糖酶最適pH接近于5.0，酵母乳糖酶最適pH在6.0。牛奶、脫脂牛奶、煉乳的pH對酵母乳糖酶很適合；乳清及其濃縮物的pH對霉菌乳糖酶很適合。2、性質(zhì)

溫度℃乳糖化酶相對活力米曲霉乳糖化酶酵母菌乳糖化酶大腸桿菌乳糖化酶1026303437501.516.018.027.033.066.04.012.012.013.014.04.02.09.010.09.011.04.0溫度對酵母、霉菌和細(xì)菌乳糖化酶活力的影響

激活劑

硫化物或亞硫酸鹽可以提高乳糖分解速度3、反應(yīng)機(jī)制

受體為水，則表現(xiàn)為水解，生成半乳糖和葡萄糖；若受體為糖，則表現(xiàn)為轉(zhuǎn)移，生成低聚半乳糖。（1）生產(chǎn)低乳糖食品解決乳糖不耐癥。

（2）冷凍煉乳、濃縮乳清乳糖結(jié)晶析出，會促使酪蛋白凝聚，不合食用。

4.乳糖酶的應(yīng)用

（3）在冰淇淋中應(yīng)用如果冰淇淋中脫脂奶粉量超過12%，在其貯藏和銷售期間經(jīng)過較大的溫度變化，便有乳糖析出。使50%乳糖分解，在冰箱中保存4個月，也不會結(jié)晶。方法：乳糖酶先分解脫脂牛奶，再制造冰淇淋。直接將乳糖酶加到冰淇淋配料中。5.3纖微素酶

β-1,4-葡聚糖4-葡聚糖水解酶EC3.2.1.4;作用于纖維素和從纖維素派生出來的產(chǎn)物。5.3.1.分類1)纖維二糖水解酶：對纖維素具有最高親和力，能降解結(jié)晶纖維素2)β-1，4葡聚糖酶：外切和內(nèi)切，以葡萄糖為單位3)β-葡萄糖苷酶：作用于小分子量底物時表現(xiàn)出最高活力5.3.2.性質(zhì)最適pH4.5-6.5，隨底物變化高的熱穩(wěn)定性：顯著優(yōu)于果膠酶抑制劑：葡萄糖酸內(nèi)酯，重金屬離子（Cu,Hg），天然抑制劑酚類物質(zhì)（免受霉菌腐爛作用）激活劑：半胱氨酸1在食品工業(yè)上的應(yīng)用（1）改變細(xì)胞的通透性，提高細(xì)胞內(nèi)含物（如蛋白質(zhì)、淀粉、油脂、糖）的提取率，改善品質(zhì)，簡化加工工藝。（2）用于淀粉制造。（3）用于柑桔汁加工。（4）用于瓊脂制造。（5）用于提取芳香油和香料。（6）用于制備速溶茶。（7）便于蔬菜果品的貯藏和運輸。5.3.3.應(yīng)用2在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用（1）用于醬油釀造。（2）用于酒精工業(yè)。3纖維素轉(zhuǎn)變成葡萄糖和單細(xì)胞蛋白4提高粗飼料營養(yǎng)價值5處理紙漿6油井壓裂中的應(yīng)用果膠物質(zhì)是指植物中呈膠態(tài)的聚合碳水化合物，果膠物質(zhì)存在于所有的高等植物中，沉積于細(xì)胞壁和細(xì)胞間層中。主要成分是脫水半乳糖醛酸。5.4果膠酶5.4.1.果膠物質(zhì)果膠物質(zhì)的種類1.原果膠：未成熟果蔬中，不溶于水。2.果膠酸：分子中羧基基本上是游離的脫水半乳糖醛酸，不含甲酯基團(tuán)（OCH3）。

3.果膠酯酸：含一定數(shù)量甲酯基團(tuán)，果膠酯酸包括果膠，果膠分子中75%左右的羧基是甲酯化的。果膠酶包括兩類:一類能催化果膠解聚，一類能催化果膠分子中的酯水解。5.4.2.果膠酶

重要

1、催化果膠物質(zhì)解聚的酶（1）作用于果膠的酶A、聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG）（a）內(nèi)切-PMG（EC3,2,1,41）；（b）外切-PMGB、聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL）或果膠裂解酶（a）內(nèi)切-PMGL（EC4,2,2,10）；（b）外切-PMGL

重要（2）作用于果膠酸的酶A、聚半乳糖醛酸酶（PG）（a）內(nèi)切-PG（EC3,2,1,67）；（b）外切-PG（EC3,2,1,67）。B、聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）或果膠酸裂解酶（a）內(nèi)切-PGL（EC4,2,2,2）；（b）外切-PGL（EC4,2,2,9）。2、果膠酯酶（PE）果膠、果膠?；饷福‥C3,1,1,11）。

重要

果膠酶分布霉菌中含各種果膠酶、裂解酶；細(xì)菌中主要為聚半乳糖醛酸裂解酶；高等植物中主要是果膠酯酶和聚半乳糖醛酸酶，不含果膠裂解酶。

（1）聚半乳糖醛酸酶（PG）此類能水解半乳糖醛酸中α-1,4鍵（優(yōu)先對甲酯含量低的水溶性果膠酸作用）。

a.內(nèi)切PG（endo-PG）：從分子內(nèi)部無規(guī)則的切斷α-1，4鍵，可使果膠或果膠酸的粘度迅速下降。b.外切（exo-PG）：從分子末端逐個切斷α-1，4鍵，生成半乳糖醛酸，粘度下降不明顯。pH5.0，鈣激活。

(2)聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMG