最新食品酶学课件第4章酯酶幻灯片课件

1972年从土壤中分离筛选出我国第一株碱性脂肪酶产生菌 并首创了维多利亚蓝快速平板鉴别法分离到碱性脂肪酶野生型菌株
维多利亚蓝快速平板鉴别法（初筛）
维多利亚蓝加入培养基，调pH，取各种试样在琼脂平板上 涂布培养，如在其周围产生蓝绿色圈者，表明脂肪被水解 成脂肪酸。
酶活性测定方法（复筛）
橄榄油乳化液，pH9.4，37°C水浴，反应一定时间，用 NaOH进行电位滴定 酶活单位定义：每分钟释放出游离的一微克分子的脂肪酸 所需的酶量为一个活力单位U。
4.4.1 催化合成芳香酯
低分子量芳香酯是一类重要的芳香化合物，多 呈天然水果香味，它们广泛应用于食品、饮料 等食品工业中。 酶法生产被看成很有希望工业化生产芳香酯类 的途径。商业上重要的低分子量酯可以在无水 有机溶剂中或无溶剂环境中经过转酯生产，也 可以由酸与醇直接酯化合成。 固定化脂肪酶现已用于芳香酯的合成。生产多 种脂肪族和芳香族香味酯，如乙酸乙酯、丁酸 异戊酯、癸酸异戊酯、乙酸香叶酯 、月桂酸丁 酯、安息香酸甲酯等。
4.4.5.1 结构化脂质的生产
结构脂质－由于特定结构而具有功能性的三酰 甘油。 如sn-1位和sn-3位上是短中链酰基的三酰酯， 易被胰脂肪酶水解成sn-2甘酰酯和中链脂肪酸， sn-2甘酰酯在肠中可被吸收而短中链脂肪酸可 快速分解供应能量； 具有二个中链（C8~C12）、一个长链的三甘酯， 特别是MLM三甘酯，其长链酰基位于sn－2位 上是近期倍受关注的结构脂质。
食品酶学课件第4章酯 酶
4.1 酯酶的定义、来源及分类
酯酶和脂酶同义吗？
？酶
R－O－R’＋H2O
R－H＋R’－OH
酯
？酶
酸
醇
甘油三酯＋H2O
甘油二酯（或甘油一酯
或甘油）＋脂肪酸
依据酶对底物的特性 分为非特异性和特异性酯水解酶
非特异性酶
羧酸酯水解酶作为以脂肪族和芳香族醇 的羧酸酯为底物的酶可以作用于乙酸乙 酯、丁酸乙酯、甘油三丁酸酯、乙酸苯 酯； 乙酸酯水解酶是以乙酸脂为底物的酶可 以作用于乙酸乙酯和乙酸苯脂
特异性酯酶
分为醇特异性和酸特异性 醇可以是一元醇或多元醇、脂肪族醇或 芳香族醇； 酸可以是有机酸或无机酸。如羧酸酯水 解酶中有磷脂酶、叶绿素酶、乙酰胆碱 酯酶、果胶酯酶等。
特异性脂酶
酰基甘油专一性 优先水解相对分子 质量不同的三酰基甘油。 位置专一性酶 包括1,3位置专一、和 单一位置专一性酶。 脂肪酸专一性 在水解一类脂肪酸形 成的酯键时比另一类脂肪酸形成的酯键 来得快。 立体异构专一性
利用酯酶提高食醋的风味，特别是提高食醋中 乙酸乙酯和乳酸乙酯等酯类的含量，效果较为 明显，一般乙酸乙酯提高5%～10%。乳酸乙酯 提高3%～8%，口感有年利用酯酶增香技术， 已生产出己酸乙酯生物合成酯香液， 合成酯香 液的己酸乙酯含量以 100mL酯香液中酯含量计, 酯化 10d 生酯量为 1080mg，30d 为 2370mg， 60d 为 4180mg，90d 达到 7230mg 水平。 生产的酯香液已用于成品酒（中低档酒）的勾 调，明显好于外购香料。 主要优点是酒体自然感强、绵甜、主体香突出。
4.4.4 催化合成磷脂
溶血磷脂具有重要的生理功能，并被作为良好 的乳化剂广泛用于食品、医药和化妆品中。 溶血磷脂的脂肪酸，可经酶促合成方法转到溶 血磷脂中。一般是利用sn-1、sn-3位置专一性 脂肪酶通过醇解和转酯方式合成溶血磷脂，其 中将长链多不饱和脂肪酸转入溶血磷脂中。 磷脂酶用来将鱼油中的多不饱和脂肪酸掺入磷 脂中，改善其营养价值。
在面条专用粉中，可减少面团上出现斑 点，改善面带压片或通心粉挤出过程中 颜色的稳定性。同时还可以提高面条或 通心粉的咬劲，使面条在水煮过程中不 粘连、不易断，表面光亮滑爽。
这是因为脂肪酶可增加面团晶体结构的 热稳定性。因此若过量使用会使布置变 得太硬，产生相反效果。
4.4.5.2 人造奶油的生产
（3）将PUFA富集于胆甾醇和磷脂中
有人利用选择性脂肪酶将沙丁鱼油和自 由脂肪酸中的DHA、EPA通过酯化反应 富集于胆固醇中。还有人把多种甾醇有 效地与 EPA、g-亚油酸等多种PUFA合成 甾醇酯，促进PUFA的稳定性。
应用实例
猪油的脂肪酸结构与人乳脂有一点相似，即棕 榈酸主要分布在sn-2位，但猪油的硬脂酸含量 过高，影响其熔点和婴儿的吸收；必需脂肪酸 含量过低，特别是亚麻酸，且不符合亚油酸与 亚麻酸之间的平衡比(5～15)；不含DHA等。 采用1,3位催化专一性脂肪酶作催化剂，以适当 配比的游离脂肪酸为酰基供体，改变猪油的1,3 位脂肪酸组成来合成结构与人乳脂相似的脂肪。 获得较为满意的结果。
美国 把乳脂或黄油乳化后加酯酶保温催化， 释放出脂肪酸，获得的酯化香味液比黄油的香 味高150倍。
意大利 在利用酯酶使干酪增香获得成功
国外 利用酯酶把乙醇和酪酸进行酯化，获得 具有特殊芳香味的酪酸酯。
日本 利用酯酶合成具有浓郁香味的甘油酯等 酯类
我国 利用酯酶，提高浓香型曲酒中的已酸乙 酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯等四大酯 的含量，应用此技术后，优级率提高10.18%。
乙酰胆碱酯酶的催化特性
乙酰胆碱酯酶（acetylcholine esterase， EC 3.1.1.7）存在于所有动物的神经组织 中，它催化下列反应：
（CH3)3N+CH2CH2OCOCH3＋H2O → (CH3)3N+CH2CH2OH＋CH3COO－＋H+
乙酰胆碱酯酶在将神经脉冲从神经细胞 传递至运动肌神经原后立即发生此反应。
采用对硝基棕榈酸脂(pNPP)法 ：
Experiments were carried out in a volume of 5 ml
containing 10 mM pNPP and 1 M ethanol in n-
heptane, and then 25 μl samples —— lipase for 5 min at 40 °C . Liberation of pNP （硝基苯酚） was detected using a common spectrophotometer and detected at 410 nm after extracting aliquots of sample from the reaction medium with 1 ml of 0.1 M NaOH solution.
4.4.3 催化合成糖酯
用单糖或双糖代替甘油制备类脂分子，酰基化 的糖不仅具有特有的营养特性，并为可作为良 好的表面活性剂。 糖酯可以作煎炸油，也可作为一些产品如冰淇 淋、人造奶油、奶酪和焙烤食品的脂肪代用品， 其无毒、无味、无刺激性、无致癌变作用，因 很难吸收，提供的能量几乎等于零。 谷物中存在半乳糖二酰基甘油占总酯量的25％， 面包的焙烤有用
4.4.5 三酰甘油的改性
天然存在的油脂因具有链长、饱和度不同的脂 肪酸而具有不同的物理、化学性质和营养特性， 产量与储藏稳定性也不尽相同。 为获得具有特定物理和化学性质的油脂，更好 地提高油脂的营养、稳定性，提高产品品质， 需要对天然油脂进行改性以提高其使用价值。 目前油脂改性以化学改性为主，但随着非水介 质脂肪酶催化反应研究的不断深入，脂肪酶催 化的油脂改性已被广泛研究，并在一些生产中 得到应用。
4.2.2 脂酶的催化特性
脂酶的天然底物 是不溶于水的， 脂酶作为水解酶 能作用于乳化的 脂肪球
100ml甘油三油酸酯乳状液中界面面积105㎝2
胰脂酶作用于不溶解的甘油三酯时， 酶活力和乳化液界面面积的关系
B－甘油三丁酯 O－甘油三油酸酯
脂酶活力的测定
最适pH和最适温度随底物、脂酶的纯度、 缓冲液和测定的方法不同而稍有改变。 大多数脂酶的最适pH在碱性范围，即 pH8～9，如胰脂酶的最适pH为8～9，但 是也有一些脂酶具有酸性的最适pH。 不同的微生物脂酶的最适pH存在着很大 的差异，它们的范围为5.6～8.5。
催化果胶脱酯，生成果胶酸，与钙离子桥连，形 成凝胶，提高果实的硬度。
苹果酒生产工艺
4.3 酯酶的应用现状及前景
4.3.1 催化合成芳香酯 4.3.2催化合成单甘酯 4.3.3催化合成糖酯 4.3.4催化合成磷脂 4.3.5三酰甘油的改性 4.3.6在提取维生素E中的应用 4.3.7在食用油脂精炼中的应用 4.3.8在功能性油脂分离和纯化中的应用 4.3.9在面制品中的应用
结构酯质的生产
如多不饱和脂肪酸（PUFA）对心血管疾病有 较好的疗效，降低糖尿病、高血压和癌症的发 病率，增加免疫力，促进儿童神经发育。而长 链PUBA的吸收有一定困难，且二十二碳六烯 酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）对消化道 有一定的刺激作用，以天然脂类化合物形式富 集PUFA，促进PUFA的吸收具有应用意义。强 化PUFA的方法很多，非水相脂肪酶催化的方 法包括以下几种：
工业人造奶油的生产主要是在碱性催化剂 作用下，通过酯交换，部分增加饱和脂肪 酸的量，从而使油脂具有特定的熔融特性。 但化学方法反应温度高于100℃，需要真空 或充氮以防止脂肪氧化， 脂肪酶可在相对温和的条件下催化油脂间 的转酯或酯交换，从而获得质量较好的人 造奶油。
4.4.5.3 类可可脂的生产
可可脂是最贵重的油脂之一，具有入口 即化的熔融特性，是加工巧克力的重要 原料，价格十分昂贵。 运用酯交换技术可以生产出可可脂的类 似物，传统酯交换工艺采用的是化学方 法，常用的催化剂是金属钠或氢氧化钠、 无机酸等，会造成反应体系中酰基间的 交换与分布的随机性，致使副产品增多。
一些有机磷化合物、氨基甲酸酯和许多 其他化合物对乙酰胆碱酯酶具有不可逆 的抑制作用，因此，这些化合物是有毒 的，这也是它们杀灭昆虫的机制。
果胶酯酶的催化特性
果胶酯酶（Pectinesterase，PE, EC3.1.1.11）存 在于高等植物组织中，真菌、酵母、细菌中也 产生。 对半乳糖醛酸甲酯具有高度专一性
4.2 酯酶的催化特性
4.2.1 酯化作用中酯酶的催化特性
非极性溶剂适合于酯化合成，控制酯化系统中 的水含量，有利于向合成方向进行。 及时移出反应产物可促进酯化反应继续进行 酶的非水相催化 酶的固定化 例如，在甘油单酯的生产过程中，利用固定化 酶膜反应器技术和吸附柱回收体系中的单酰基 甘油，产率可达90%以上，膜反应器若连续生 产，每克酶可生产15kg的甘油单酯。
4.4.2 催化合成单甘酯
单甘酯是世界上用量最大的食品乳化剂 工业上主要使用碱催化法 将油脂甘油水解（200℃~260℃， 30min），由于高温对不饱和成分是不适 合的，酶法生产单甘酯或双甘酯已被广 泛研究。
酶法生产单甘酯的方法
甘油与酸、烷基酯相互作用发生直接酯化或转 酯化。 利用甘油和油酸或油酸乙酯生产单油酸甘油酯； 三酰甘油部分醇解和甘油解；利用三棕榈酰甘 油酯生产单棕榈酰甘油酯。 利用单甘酯较其他甘油酯熔点高，选择适宜的 反应温度，使单甘酯从反应体系中析出而大大 提高产量；在动物脂、棕榈油、大豆油、菜子 油、等均有报道。
催化合成糖酯的方法
特异的脂肪酶可通过催化糖或糖醇与脂肪酸或 酯反应生产糖酯。 如利用甲基葡萄糖苷及烷基葡萄糖苷与油酰甲 酯之间的酯化反应生产葡萄糖酯时，为得到乳 化效果最好的单酰糖酯，利用脂肪酶的位置选 择性阻断叔羟基而使伯羟基与脂肪酸反应生成 蔗糖单酯。针对糖在有机溶剂中溶解度低、产 率低等缺点，固体反应底物可大大提高糖酯合 成比例；
（1）脂肪酶催化酯化反应
脂肪酶催化PUFA与甘油之间发生酯化反 应，生成单甘酯（14%，含27%EPA和 50%DHA），双甘酯（43%，含25%EPA 和50%DHA）和三甘酯（37%，含 25%EPA和50%DHA）。
（2）脂肪酶催化转酯反应
植物油、鱼油和其他油与富含PUFA的脂肪酸、 酰基酯发生转酯反应，将EPA或DHA、g-亚油 酸等整合到几种植物油（低介酸菜子油、花生 油、高油酸向日葵油、大豆油，玻璃苣油）， 三辛酰甘酯和三癸酰甘酯等中，也可部分水解 后再酰化来提高天然鱼油中PUFA含量。利用 1,3位置专一性酶，可将EPA整合到短链和中链 三甘酰中，催化生产富含PUFA的结构化脂质。