烹飪化學(xué)第六章烹飪食品中的酶

1、2024/3/18,1,烹飪化學(xué),2024/3/18,2,第六章烹飪食品中的酶,吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院　陳福玉,2024/3/18,3,一、引言二、酶的化學(xué)本質(zhì)和分類三、酶催化反應(yīng)動力學(xué)四、食品原料中的內(nèi)源酶的作用對食品質(zhì)量的影響教學(xué)重點和難點：酶的化學(xué)本質(zhì)和分類催化反應(yīng)動力學(xué)食品和烹飪中重要的酶及其應(yīng)用,本章內(nèi)容,2024/3/18,4,一、概念 酶是由生物活細(xì)胞所產(chǎn)生，具有高效的催化活性和高度特異性（專一性）的蛋白質(zhì)

2、。二、重要性控制著所有重要的生物大分子的合成、分解 食品加工的主要原料是生物材料, 生物材料中含有大量的酶酶的作用 有益的：皺胃酶、蛋白酶 有害的：果膠酶、脂酶 有效地使用和控制內(nèi)源酶和外源酶,引 言,2024/3/18,5,酶的化學(xué)本質(zhì)與分類,一、酶的化學(xué)本質(zhì)：八十年代以前: 酶是一類由活性細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。八十年代以后: 酶是一類由活性細(xì)胞產(chǎn)生的生物催

3、化劑。 如：核糖核酸分子食品工業(yè)使用的酶都是蛋白質(zhì)。,2024/3/18,6,說明酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)的證據(jù)：,1、酶的元素組成與蛋白質(zhì)相同：C,H,O,N 。2、酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)象與蛋白質(zhì)相同：3、酶的兩性離子的性質(zhì)與蛋白質(zhì)相同：4、酶的膠體性質(zhì)與蛋白質(zhì)相同：5、酶的其它性質(zhì)也與蛋白質(zhì)相同：酸堿性、降解反應(yīng)、顏色反應(yīng)、變性反應(yīng)等。,2024/3/18,7,酶的活性中心,酶為什么會與底物形成中間產(chǎn)物？酶為什么具有高

4、效率、專一性、可調(diào)節(jié)等特性？都與酶本身的特殊結(jié)構(gòu)直接相關(guān)。由少數(shù)必需基團(tuán)組成的能與底物分子結(jié)合并完成特定催化反應(yīng)的空間小區(qū)域，稱為酶的活性中心。必需基團(tuán)有：結(jié)合基團(tuán)、催化基團(tuán)。酶活性中心出現(xiàn)頻率最高的氨基酸：絲氨酸（-OH），組氨酸（咪唑基），半胱氨（-SH），天冬氨酸（-COOH），谷氨酸（-COOH）和賴氨酸（-NH3）。,結(jié)合基團(tuán)決定酶的專一性。催化基團(tuán)決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。,2024/3/18,8,二、酶的催化特性

5、：,共性：加快反應(yīng)速度；不改變平衡常數(shù)；降低反應(yīng)的活化能；自身不參與反應(yīng)。,2024/3/18,9,特性：1、高效性 為一般催化劑的1000萬倍～10萬億倍。2、專一性(specificity) 酶對底物具有高度專一性。（絕對、相對、立體）3、不穩(wěn)定性：易受各種因素的影響，在活細(xì)胞內(nèi)受到精密嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制。4、條件溫和：常溫、常壓、中性pH。,絕對專一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個反應(yīng)，而不作用于任何其它物

6、質(zhì)。 相對專一性：這類酶對結(jié)構(gòu)相近的一類底物都有作用。包括鍵的專一性和基團(tuán)的專一性。 立體異構(gòu)專一性：這類酶只對底物的某一種構(gòu)型起作用，而不催化其他異構(gòu)體。包括旋光異構(gòu)專一性和幾何異構(gòu)專一性。,2024/3/18,10,三、酶催化專一性的學(xué)說,酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說 酶如何降低活化能：酶先與底物結(jié)合形成不穩(wěn)定的的—中間產(chǎn)物，這種中間產(chǎn)物具有較高的活性，不僅容易生成，而且容易變成產(chǎn)物，并釋放出酶。,2024/3/

7、18,11,酶催化作用的中間絡(luò)合物學(xué)說示意圖:,酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。,2024/3/18,12,四、 酶的命名與分類,酶的分類： 1971年國際生化協(xié)會酶命名委員會根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型將酶分為六大類。1、氧化還原酶類 即催化生物氧化還原反應(yīng)的酶，如脫氫酶、氧化

8、酶、過氧化物酶、羥化酶以及加氧酶類。2、轉(zhuǎn)移酶類 催化不同物質(zhì)分子間某種基團(tuán)的交換或轉(zhuǎn)移的酶，如轉(zhuǎn)甲基酶、轉(zhuǎn)氨基酶、已糖激酶、磷酸化酶等。,13,2024/3/18,3、水解酶類 利用水使共價鍵分裂的酶，如淀粉酶、蛋白酶、酯酶等。4、裂解酶類 由其底物移去一個基團(tuán)而使共價鍵裂解的酶，如脫羧酶、醛縮酶和脫水酶等。5、異構(gòu)酶類 促進(jìn)異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶，如消旋

9、酶、順反異構(gòu)酶等如：6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。6、合成酶類 促進(jìn)兩分子化合物互相結(jié)合，同時使ATP分子中的高能磷酸鍵斷裂的酶，如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。,2024/3/18,14,酶的命名：,1、國際系統(tǒng)命名法 在系統(tǒng)命名法中，一種酶只可能有一個名稱和一個編號。在科技文獻(xiàn)中，一般使用酶的系統(tǒng)名稱。系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一個酶字。例如： 系統(tǒng)名稱:丙氨酸：?

10、-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶， 它所催化的反應(yīng): 谷氨酸 + 丙酮酸 ?? ?-酮戊二酸 + 丙氨酸 但因某些系統(tǒng)名稱太長，為方便起見，有時仍用酶的習(xí)慣名稱。,2024/3/18,15,2、習(xí)慣命名法: A.根據(jù)作用底物來命名，如淀粉酶、蛋白酶等。 B.根據(jù)所催化的反應(yīng)的類型命名，如脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶等。 C.兩個原則結(jié)合起來命名，例如丙酮酸脫羧酶等。 D.根據(jù)酶的來源或其它特點來命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。

11、 這在一定程度上造成很多酶有多種名稱的情況。,2024/3/18,16,五、酶的組成類型,,,,2024/3/18,17,酶催化反應(yīng)動力學(xué),一、底物濃度的影響,1、在酶濃度，pH，溫度等條件不變的情況下研究底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系。如右圖所示：,,影響酶促反應(yīng)速度的因素,18,2024/3/18,2.米氏方程,,,RNase-底物復(fù)合物,19,2024/3/18,1913年，德國化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說

12、對酶促反映的動力學(xué)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了表示整個反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的著名公式，稱為米氏方程。,Km — 米氏常數(shù)Vmax — 最大反應(yīng)速度,20,2024/3/18,米氏常數(shù)的意義:,由米氏方程可知，當(dāng)反應(yīng)速度等于最大反應(yīng)速度一半時,即V = 1/2 Vmax, Km = [S] 上式表示,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。不同的酶具有不同Km值，它是

13、酶的一個重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km愈小，E對S的親合力愈大，Km愈大，E對S的親合力愈小。,2024/3/18,21,二、酶濃度的影響,在一定條件下酶反應(yīng)的速度與酶的濃度成正比。因為酶催化反應(yīng)時，首先要與底物形成所謂中間產(chǎn)物，即酶底物復(fù)[ES]。 當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時，反應(yīng)達(dá)到

14、最大速度Vm，如果此時增加酶的濃度，可增加反應(yīng)速度，酶反應(yīng)速度與酶濃度成正比關(guān)系。,22,2024/3/18,三、溫度的影響,溫度對酶反應(yīng)的影響是雙重的：（1）隨著溫度的增加，反應(yīng)速度也增加，直至最大速度為止。（2）隨溫度升高而使酶逐步變性。 故酶總有一個最適反應(yīng)溫度，在這個溫度時，酶的活力最高。 在10-80℃常溫范圍內(nèi)，酶活力隨著反應(yīng)溫度的變化趨勢一般可表示如右圖。,最適溫度,動物細(xì)胞的酶最適溫度為37—50 ℃植物

15、細(xì)胞的酶最適溫度為50—60 ℃,23,2024/3/18,四、pH的影響,在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常稱此pH為最適pH。但是需指出，所謂“最適pH”實際上是一個操作參數(shù)。,在不同pH時活性發(fā)生變化的原因主要在于：（1）pH能影響酶分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（2）pH能影響酶分子的解離狀態(tài) 。,,大多數(shù)酶的最適PH為4—8植物、微生物酶的最適PH4.5—6.5動物酶最適PH為6.5—8特殊：胃蛋白酶為1.5—3

16、 精氨酸酶為10.6,24,2024/3/18,1.抑制劑對酶促反應(yīng)的影響有些物質(zhì)能與酶分子上某些必需基團(tuán)結(jié)合（作用),使酶的活性中心的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活力下降或喪失，這種現(xiàn)象稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。　 酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合

17、物。,五、抑制劑和激活劑的影響,25,2024/3/18,2.激活劑對酶促反應(yīng)的影響凡是能提高酶活性的物質(zhì)均稱為激活劑。其中大部分是一些無機(jī)離子和小分子有機(jī)化合物。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-、抗壞血酸、半胱氨酸、 谷胱甘肽等。,2024/3/18,26,食品和烹飪重要中的酶及其應(yīng)用,●食品原料中的酶 ? 內(nèi)源酶 ?外

18、源酶 微生物、酶制劑●產(chǎn)生兩類不同的結(jié)果：? 加快食品變質(zhì)（果蔬儲運） ? 提高食品質(zhì)量（小麥粉漂白、肉的嫩化）,2024/3/18,27,酶與底物的接近導(dǎo)致食品的變化：,酶與底物接近會導(dǎo)致食品的色澤、質(zhì)構(gòu)、風(fēng) 味、和營養(yǎng)質(zhì)量上的改變。酶的種類及應(yīng)用： 烹飪加工中的酶主要有水解酶和氧化還原酶類。 其中水解酶是烹飪加工中最重要的酶，常見的有淀粉酶、果膠酶、蛋白酶和脂肪酶等。,2024/3/18,28,一、顏 色,? 顏色－－

19、食品重要的品質(zhì)指標(biāo)之一。 ? 導(dǎo)致水果和蔬菜中色素變化的2個關(guān)鍵性的酶是：,?脂肪氧合酶?多酚氧化酶,2024/3/18,29,（一）脂肪氧合酶,1.名稱: 脂肪氧合酶 亞油酸：氧 氧化還原酶,2.催化的反應(yīng) （最適PH7-8）? 底物：具有順，順－1，4－戊二烯結(jié)構(gòu) 亞油酸，亞麻酸、花生四烯酸 必需脂肪酸3. 脂肪氧合酶對食品加工的影響 ?有益的功能： ① 小麥粉和大豆粉的漂白?？梢悦饧踊瘜W(xué)氧化劑、例如碘酸

20、鉀。 ② 在制作面團(tuán)過程中形成二硫鍵。,,2024/3/18,30,? 有害的功能： ① 破壞葉綠素和胡蘿卜素。② 產(chǎn)生氧化性的不良風(fēng)味，如青草味。③ 使維生素和蛋白質(zhì)類化合物遭受氧化性破壞。 ④ 使必需脂肪酸遭受氧化性破壞。,2024/3/18,31,（三） 多酚氧化酶,1. 命名 ? 多酚氧化酶,又被稱為酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、兒茶酚氧化酶、甲酚酶和兒茶酚酶。 ? 1,2-苯二酚：氧 氧化還原酶 2. 分布 ?存在

21、于植物、動物和一些微生物 （主要是霉菌）中。3. 特點 最適PH4-7，最適溫度20-35℃。,2024/3/18,32,3．催化的反應(yīng),? 羥基化反應(yīng) ? 氧化反應(yīng) ● 一元酚羥基化形成的鄰-二酚可以在酶的作用下進(jìn)一 步被氧化生成鄰-苯醌類化合物。,2024/3/18,33,鄰-苯醌的進(jìn)一步 變化,氧化和聚合形成黑色素。非酶反應(yīng)。 黑色素的形成是導(dǎo)致香蕉、蘋果、桃、馬鈴 薯、蘑菇、蝦和人類（雀斑）產(chǎn)生不

22、期望的褐變的原因；它也是導(dǎo)致茶葉、咖啡、葡萄干和梅干形成期望的褐色和黑色的原因。與蛋白質(zhì)中賴氨酸殘基的ε-氨基反應(yīng)， 導(dǎo)致蛋白質(zhì)的營養(yǎng)質(zhì)量和溶解度下降。 與其它氧化電位比較低的物質(zhì)反應(yīng)生成無色物質(zhì)。,,,,2024/3/18,34,防止多酚氧化酶酶促褐變的方法：,? 消除O2和酚類的化合物。 ? 添加抗壞血酸、亞硫酸鹽和巰基化合物等還原性物質(zhì)。作用是將鄰-苯醌還原成底物，從而防止黑色素的形成。 ? 添加EDTA （乙二胺四乙酸

23、）、抗壞血酸、亞硫酸鈉和巰基化合物使酶失活。抗壞血酸能破壞多酚氧化酶的活性部位中的組氨酸殘基，EDTA、亞硫酸鈉和巰基化合物能除去酶的活性部位中的Cu2+ 。 ? 加入競爭抑制劑：4-己基間苯二酚、苯甲酸和其他一些非底物的酚類化合物。 ?加熱使酶失活:70-90℃下短時加熱失活。,2024/3/18,35,二、質(zhì) 構(gòu)（texture),水果和蔬菜的質(zhì)構(gòu)主要取決于所含的一些復(fù)雜的碳水化合物：果膠物質(zhì)淀粉蛋白質(zhì)（動物組織和高蛋

24、白質(zhì)植物食品）,2024/3/18,36,（一）果膠酶 （pectic enzymes),? 果膠酯酶 ? 聚半乳糖醛酸酶 ? 果膠酸裂解酶,2024/3/18,37,1．果膠甲酯酶（Methylesterase）,命名：果膠 果膠基水解酶（EC 3.1.1.11）， 也被稱為果膠酯酶（Pectinesterase，PE） 存在：高等植物和微生物中 有二

25、價離子Ca 2+ 存在時，Ca 2+ 和果膠酸分子中的羧基形成交聯(lián)，從而提高果蔬的質(zhì)構(gòu)強(qiáng)度。,2024/3/18,38,2.聚半乳糖醛酸酶(Po1ygalacturonase),? 命名：聚-α-1,4-半乳糖醛酸苷糖基-水解? 存在: 高等植物和微生物中。 ? 催化的反應(yīng): 水解α-1,4 糖苷鍵 使一些食品原料（例如番茄）的質(zhì)構(gòu)顯著變?nèi)酢?有內(nèi)切（endo-）和端解（exo-）兩種。,2024/3/18,3

26、9,3.果膠酸裂解酶（Pectate lyases）,命名：聚（α-1,4-半乳糖醛酸苷）裂解酶, EC 4.2.2.2 存在：微生物，非高等植物。 催化作用：裂開果膠和果膠酸分子中的α-1,4 糖苷鍵。遵循β-消去機(jī)制，水不參與反應(yīng)。生成一個含還原基團(tuán) 的產(chǎn)物和一個含雙鍵（235 nm 有特征吸收）的產(chǎn)物。,? 有內(nèi)切和端解兩種類型,2024/3/18,40,（二）淀粉酶 （ Amylases）,包括： α-淀粉酶、β

27、-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。 存在于動物、高等植物和微生物中。 作用：降解淀粉，影響食品的粘度和質(zhì)構(gòu)和利 用淀粉生產(chǎn)淀粉糖。,2024/3/18,41,淀粉酶的類型,α-淀粉酶 ?存在于所有的生物。 ?內(nèi)切酶，水解α-1,4- 糖苷鍵，水解“干”。 ?產(chǎn)物：糊精、葡萄糖。 特點：最適PH4.5-7,最適溫度55-70℃.?顯著影響粘度。 ?高溫下才失活。,2024/3/18,42,β-淀粉酶 ?存在于高等植物中 ?端解

28、酶，水解α-1,4- 糖苷鍵，水解“支”。 ?產(chǎn)物：麥芽糖。 ?巰基（半胱氨酸）酶,2024/3/18,43,葡萄糖淀粉酶（糖化酶）存在于微生物的根酶、曲霉中 ?端解酶，不僅能水解α-1,4- 糖苷鍵， 還可以水解α-1,6- 糖苷鍵、 α-1,3- 糖苷鍵水解“支”。 ?產(chǎn)物：葡萄糖。,2024/3/18,44,（三）蛋白酶,對于動物性食品原料，決定其質(zhì)構(gòu)的主要是蛋白質(zhì)。1．組織蛋白酶（Cathepsins） ●

29、存在于動物組織的細(xì)胞內(nèi)。位于細(xì)胞的溶菌體內(nèi)。 ● 在酸性pH具有活性。在pH2.5 ～ 4.5范圍內(nèi)具有最高 的活力。 ● 五種組織蛋白酶，分別用字母A、B、C、D和E表 示。此外，還分離出一種組織羧肽酶。 ● 參與肉成熟期間的變化。 當(dāng)動物宰殺后，pH下降，這些酶從肌肉細(xì)胞的溶菌體 粒 子中釋放出來，作用肌肉細(xì)胞中的肌原纖維以及胞外結(jié) 締組織例如膠原分解。,,,2024/3/18,45,2．消化道

30、蛋白酶,都可以將蛋白質(zhì)水解成蛋白胨或蛋白示。胃蛋白酶：最適PH1~4胰蛋白酶：最適PH7~9胰糜蛋白酶：最適PH7~93.微生物蛋白酶：分布：細(xì)菌、酵母菌、霉菌等微生物中都含有各種蛋白酶，是蛋白酶制劑的重要來源。用途：多數(shù)用于肉的嫩化上代替價格較貴的木瓜蛋白酶。,2024/3/18,46,4．植物蛋白酶,種類：木瓜蛋白酶：對底物有較寬的專一性，在PH=5時具有良好的穩(wěn)定性。底物不同，最適PH不同，對熱穩(wěn)定。菠蘿蛋白酶：對

31、底物的專一性也較寬，最適PH=6~8.生姜蛋白酶：在肉腌制、碼味中對肉的嫩度、風(fēng)味產(chǎn)生影響。用途：多用做肉類的嫩化劑。（見P159表7-2）,2024/3/18,47,三、風(fēng) 味,過氧化物酶、脂肪氧合酶等許多酶會影響食品的風(fēng)味。,1．脂肪酶,特點：把脂肪水解成脂肪酸和甘油。 最適合溫度為30~40℃（個別-29 ℃仍有活力），最適合PH=8~9。 只有在甘油酯和水構(gòu)成的乳狀液中才有較大活性。 作用產(chǎn)生游離脂肪酸，促進(jìn)脂肪氧合

32、酶的作用，從而使食品產(chǎn)生不良風(fēng)味（水解酸敗）。用途：糧油加工及體內(nèi)脂肪的消化。,2024/3/18,48,2. 過氧化物酶（POD),（1）對食品的影響 ● 普遍地存在于植物和動物組織中。 ● 會損害食品的質(zhì)量，未經(jīng)熱燙的冷凍蔬菜所 具有的不良風(fēng)味與酶的活力有關(guān)。 ● 各種不同來源的POD通常含有一個血色素 （鐵卟琳）作為輔基。,（2） POD催化下列反應(yīng) ROOH ＋ AH 2

33、 H 2 0 ＋ ROH ＋ A? ROOH： H2O2 或一種有機(jī)過氧化物，CH3OOH或 CH3CH2OOH。 ? AH 2 被氧化，是電子給予體。 ? 抗壞血酸、酚，胺或其他有機(jī)化合物 ? 被氧化成有色化合物 ? 分光光度法測定過氧化物酶的活力,,2024/3/18,49,(3)作為果蔬熱處理是否充分的指標(biāo) (4)其它作用作為過氧化氫的去除劑 參與木質(zhì)素的生物合成 參與乙烯的生物

34、合成 作為成熟的促進(jìn)劑，與果蔬的成熟有關(guān),,2024/3/18,50,四、營養(yǎng)質(zhì)量,● 脂肪氧合酶 ?必需脂肪酸含量的下降。 ? 產(chǎn)生的自由基降低類胡蘿卜素、生育酚、維生素C和葉酸在食品中的含量，破壞蛋白質(zhì)中半胱氨酸 、酪氨酸、色氨酸 和組氨酸殘基?！?抗壞血酸氧化酶 導(dǎo)致抗壞血酸的破壞。 ● 硫胺素酶 會破壞硫胺素（氨基酸代謝中必需的輔助因子）。 ● 核黃素水解酶 ● 多酚氧化酶 ? 引起褐變