食品化学第六章 酶

第二节
（二）非竞争性抑制（比较少见）
❖ 抑制剂同时与E和S反应 ❖ S+E 不影响 E+I ❖ Km没有影响，vmax↓ ❖ 增加[S]不能消除
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第二节
（三）反竞争性抑制
I不与E反应，I同ES反应 Km 、vmax都同步减小 很少见
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七、其他环境条件
（一）粘度 ❖ 冷冻中，90%以上的自由水被冻结 ❖ 未冻结相的粘度会显著提高 ❖ 酶和底物分子的移动性降低 ❖ 酶活力下降
➢化学试剂和载体（聚丙烯酰胺、葡聚糖、纤维素、
硅胶等）通过化学反应使酶分子上游离的羧基或 氨基共价结合到载体上。
➢双官能试剂（如戊二醛）将酶分子连接起来。酶
分子通过双官能试剂彼此相连接，形成了共价键， 同时酶的以部分起着载体的作用。
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第三节
优点： 共价键牢固，酶不易泄漏 缺点：一部分酶起着载体的作用而失去了催化
✓ 相反，与酶蛋白结合比较紧、用透析法不易 除去的小分子物质称为辅基。
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第一节引论
五、在生物体中的酶
酶在原料的生长和成熟中起重要的作用 由于细胞结构的解体常使酶活力提高 ➢果胶酶使番茄组织软化 ➢多酚氧化酶使果蔬褐变
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（一）酶的分布
不均匀的，定位化，区域化分布 特定的器官含有特定种类的酶
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第三节
一、酶的固定方法
（一）吸附
将酶吸附在氧化铝、有机聚合物、玻璃、无机 盐或硅胶等材料上
优点：
无需特殊化学试剂，简便、价廉 。
缺点：
结合力是弱键作用，当温度、pH和离子强度
改变，或者当底物存在时，结合的酶可能会解
吸。
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（二）共价连接
第三节
两种处理方法：
❖ 以一底物讨论酶反应
k1
E+S
ES k2
E+P
k-1
E :游离状态酶
S: 底物
ES : 酶-底物络合物 P : 反应产物
k : 反应速度常数
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第二节
v m ax[S ]
❖ V=
[S ] Km
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第二节
❖ Km =K-1/K1 Michaelis 常数，米氏常数
能力，固定的酶活力较低；对于价格昂贵的 酶，不经济。
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（三）载体截留
第三节
凝胶（聚丙烯酰胺）包埋将酶分子截留。 特点： ➢低MW底物可通过扩散自由进入凝胶颗粒，酶
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二、酶浓度
❖ 当[E]＜＜[S]， ❖ 反应速度∝酶浓度 ❖ 长时间范围内 初速度保持不变，然后下降 初速度保持的时间与酶的种
类有关 ❖ 酶活下降的原因 产物的抑制作用 酶失活 2020/9/22
第二节
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反应动力学
❖ 反应早期 ➢[S]是一个常数 ➢酶反应是零级反应 ❖ 反应进行 ➢[S]下降 ➢反应遵循一级动力学
部位上去 酶的专一性或特异性可扩展到键的类型上。
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第一节引论
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第一节引论
三、酶的命名
习惯命名 商品名称 系统命名 4位数字组成的酶委员会编号（EC number）
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第一节引论
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第一节引论
➢ 食品加工中常用的酶是水解酶，其次是氧化 还原酶及异构酶。
❖ Vmax：最大反应速度，所有的酶都以ES形式 存在，及酶被底物饱和
❖ Km的测定方法：Lineweaver-Burk提出的双 倒数法
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第二节
1 Km 1 V V max[ S ] V max
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第二节
❖ 截距=1/Vmax 斜率=Km/ Vmax ❖ Vmax的意义 ➢在最适条件和被底物饱和时的理论上的最高
第六章 酶
Enzyme
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教学目的与要求
了解酶的化学本质、分类、酶催化的机理和酶 的反应动力学；酶的固定化方法。
掌握影响酶活力的因素；固定化酶的特点。
掌握各种酶的作用特点，包括脂肪氧合酶、多 酚氧化酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素 酶、过氧化物酶等；哪些酶可作为食品质量的 指示剂。
不同食品原料所含酶的种类和数量不同. 同一种酶在同一种食品原料中的含量还取决于
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第二节 影响酶活力的因素
内在因素： 酶的浓度 底物的浓度 环境条件： pH 温度 水分活度 抑制剂
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第二节
一、底物浓度
反应速度V和底物浓度[S]的关系非线性
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第二节
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第二节
❖ Arrnenius方程 k=Ae-Ea/RT ➢Ea：酶热变性的活化能 ➢R：通用气体常数 ➢ log残余百分酶活～时间 呈线性关系 ➢ 直线的斜率为Ea/2.3R
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第二节
（二）酶催化反应的活化能
❖ 酶降低活化能，产生两个效果 ➢低温下，使高比例的反应物转变成产物 ➢升高温度对酶反应速度造成的影响相对较
v～pH曲线确定最适pH ❖ 采用酶反应的初速度 ❖ 酶的pH 稳定范围 见表6-6
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第二节
❖ 确定酶的pH稳定性测定方法 ➢与测定初速度时采用相同的温度、缓冲液、
酶浓度 ➢不同的pH下保温 极端的pH一般会使酶失活 ❖ 大多数酶的最适pH在4.5～8.0 ❖ 特殊情况 ➢胃蛋白酶～1.8 ➢精氨酸酶～10
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一底物酶催化反应的可逆抑制反应：
第二节
❖E KE1
❖ EI
KEs
K2
ES
KES1
E+P
Biblioteka Baidu
ESI
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第二节
❖ 动力学方程式 为：
[S]
V V max
KES
1 [S] [I ] [S][I ]
KES KEI KESIKES
❖ 倒数形式为：
1 1 [1 [I ] ] KES [1 [I ] ] 1 v v max KESI V max KEI [S ]
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鳕鱼组织中的 磷脂酶在-4℃ 的活力相当于
-2.5℃的活力 的5倍。
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第二节
五、水分活度
❖ 食品原料中的水分含量必须低于1%～2%，才 能抑制酶活力。
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❖ 有机溶剂（甘油）和水混合。 水分体积分数减少，酶活力下降。
第二节
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❖ 不同pH下保温时的失活速度
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第二节
四、温度
（一）酶的热稳定性 ❖ 测定方法：酶液置于不同温度下（25℃）保温
一定时间后测定酶活。 ❖ 酶失活动力学 ❖ 遵循一级动力学：酶的残余活力百分数的对数
与保温时间呈线性关系（图6-11）。
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第一节引论
酶被反复使用 酶的周转率（Turnover）
在酶被完全饱和条件下，单位时间内底物 被每个酶分子转变成产物的分子数。
大多数酶，1×104s-1 少量的酶（昂贵）～大量的生物转化
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第一节引论
酶具有专一性或特异性（specificity）
酶作为催化剂的机制不完全清楚
按照Emil Fischer提出的“锁和钥匙”模式
➢酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位～
与底物精确地立体互补
➢大多数酶与底物是高度专一的 ➢许多酶催化反应不符合此模式
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第一节引论
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第一节引论
Koshland的“诱导楔合” 模型 要点:
➢底物诱导酶蛋白几何形状的改变 ➢催化基团能精确地定向和底物结合到酶的活性
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第二节
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第二节
（二）压力
一般压力不致于高到使酶失活 几种处理方式相结合时，导致酶失活 ➢压力-高温处理 ➢压力-高剪切处理 高压灭酶
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第二节
（三）剪切
混合、管道输送、挤压，使酶失活 在作用停止后，酶活再生
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第二节
（四）超声能量
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第二节
（一）竞争性抑制（常见）
❖ 抑制剂同E反应 ❖ ES不和抑制剂结合，EI不和底物结合 ❖ 竞争性抑制剂的结构和底物相似，这两种分子
与酶结合的部位相同 ❖ S+E 与 I+E竞争 ❖ Vmax没有影响，Km ↑ ❖ 底物[S]足够高，可以消除竞争性抑制
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酶活力
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第二节
对于一底物催化反应，还有Briggs Haldane模型
❖ 以稳定态假设取代平衡态假设
❖ 稳定态假设是指在酶反应中[ES]保持不变。
❖ 推导的公式为：
V
V
max[
s]
[s] Km
❖ Km=(k-1+k2)/k1 ❖ 除Km的定义不同外，两者模型完全相同。
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二、酶的本质
第一节引论
定义（1979年） ➢酶是具有催化性质的蛋白质，其催化性质源
自于它特有的激活能力。 目前 ➢并非都是蛋白质
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第一节引论
酶是生物催化剂 ➢不参与反应，反应结束时保持不变 ➢酶在物理和化学状态上的改变是可逆的 酶反应中包含可逆的中间络合物
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有机溶剂对酶反应的影响(两个方面） ❖ 影响酶的稳定性和反应进行的方向 ❖ 有机溶剂与水不互溶 ➢反应从催化水解反应移向催化合成反应 ❖ 有机溶剂与水互溶 ➢反应移向催化水解反应
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第二节
六、酶抑制动力学
❖ 当△G的绝对值很小，逆向反应不能忽视 ❖ 产物的积累产生抑制作用 ❖ 其它物质也会产生抑制作用 ❖ 对酶的抑制可以是不可逆的 ❖ 但可逆抑制更常见
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（六）溶剂
与水不互溶的溶剂稳定酶 互溶的溶剂能使酶失活 ➢温度低时，较稳定
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第二节
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第三节 固定化酶
将酶与不溶解的载体相结合，酶从可溶状态 变成固定化的状态。
优点： ➢酶的稳定性提高 ➢酶能反复多次使用 ➢产物中不含酶，不需要采用热处理灭酶，有
助于提高食品的质量
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小 ❖ 在酶稳定的范围内，尽可能采用高温
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第二节
（三）低温下酶的活力
❖ 食品原料部分冻结（0℃以下）时，酶的活动 并没有完全停止。
❖ 低温使酶活力下降，但应避免稍低于冰点的温 度保藏食品。
➢水冻结后，酶和底物浓缩，促进酶活。 ➢冻结和解冻破坏组织结构，酶容易接近底物。
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第六章 酶
第一节 引论
一、酶对食品科学的重要性
在生物体内，控制着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（内源酶）
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第一节引论
酶的作用 ➢有益的：皱胃酶、蛋白酶（牛乳中） ➢有害的：果胶酶（番茄中）、脂酶 有效地使用和控制内源酶和外源酶
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教学目的与要求
重点掌握酶促褐变的机理、影响因素以及控 制手段；食用酶对食品色泽、质构、风味、 营养价值的影响。
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本章内容
第一节 引论 第二节 影响酶活力的因素 第三节 固定化酶 第四节内源酶对食品品质的影响 第五节 作为食品加工的助剂
和配料而使用的酶
第六节 酶在食品分析中的应用
使酶失活 空化作用（起泡）导致酶的界面变性 酶失活过程不符合一级动力学
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第二节
（五）离子辐射
离子辐射能使酶完全失活所需的剂量比破坏 微生物所需的剂量大10倍。
缺氧和干燥条件下，酶稳定性高 室温下比低温下失活的程度高 采用热-离子辐射结合处理的方法
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第一节引论
四、酶的辅助因子（cofactors）
酶在作用时需要有一个非蛋白质组分存在， 这个组分称为辅助因子。
分类
➢金属离子
羧肽酶～Zn2+ ，激酶～Mg2+ ➢有机化合物——B族维生素
辅酶（coenzyme）
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第一节引论
✓ 通常把与酶蛋白结合比较松、容易脱离酶蛋 白、可用透析法除去的小分子有机物称为辅 酶。
第一节引论
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第一节引论
（二）酶的隔离分布和与底物的接近
在完整的细胞内，酶通过各种方式和底物隔离
组织解体使酶与底物接近会导致食品的色泽、 质构、风味、芳香和营养质量上的改变
热处理、低温保藏和酶抑制剂的使用有助于稳 定产品质量
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（三）酶在食品原料中的含量
第一节引论
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第二节
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三、pH
❖ PH对大多数酶的活力都 有显著的影响。
❖ S形或钟形 ❖ pH影响酶活力的原因 pH影响酶分子上电荷的
分布 取决于酶蛋白质的氨基
酸侧链上可离解基团的 状态
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第二节
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第二节
❖ 可离解基团可能处于酶的活性部位，因此影响 酶与底物的结合和催化作用