吉林大学食品化学第6章 酶
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能与水互溶的溶剂，在浓度超过5%～10%时， 一般能使酶失活
6.3 酶在食品加工和保鲜中的应用
酶,从早期的酿造、发酵食品开始,至今已广泛应用到各种食品 上。 随着生物科技进展,不断研究、开发出新的酶制剂,已成为当今 新的食品原料开发、品质改良、工艺改造的重要环节。 在食品工业中广泛采用酶来改善食品的品质以及制造工艺,酶 作为一类食品添加剂,其品种不断增多。 与以前的化学催化剂相比,酶反应显得特别温和,这对避免食品 营养的损失是很有利的。
6.2.1底物浓度对催化能力的影响
Vmax/2 Sa Sb
vmax 底物浓度
米氏方程
E S k1 ES k2 E P
v
k2 1
E总
k 1
k1 S
k2 E总S S km
k2
ES
假设条件：[S] ＞＞[E] [P] →0 k2＜ ＜k-1
结论： vmax k2 E 总
v
v max S S km
同功酶
在同一个生物品种或组织中，可能存在着能催化 相同反应的不同的酶的形式
差别在于氨基酸顺序、三维结构、共价改性等 多酶体系
具有两种以上催化活力的那些酶，在分类中具有 多个位置
6.2 影响酶活力的因素
①底物浓度 ②酶的浓度 ③酸度 ④温度 ⑤水分活度 ⑥酶的激活剂 ⑦酶的抑制剂 ⑧其它因素：HEFP、高压
脂肪氧合酶：必需脂肪酸含量降低、产生自由基 抗坏血酸氧化酶、硫胺素酶等 一般水解酶类有益 超氧化物歧化酶（SOD）
食品中天然存在的抑制剂
蛋白酶抑制剂 α-淀粉酶抑制剂 转化酶抑制剂 化学法制作的抑制剂
酶作为加工助剂和配料
利用酶的作用可以使食品和功能性质产生关键的变 化，除去毒物和产生新的配料
酶的高度特异性，能在低温下（25-45℃）作用和 不产生副反应
较粗的酶制剂成本较低 P414;E p501 table 7.15,7.16,7.17,-7.22
6.5食品加工中的固定化酶
优点 使酶能重复使用，在反应结束时得到不含酶的产 物 降低成本
方法 共价结合 物理截留在凝胶中 吸附 分子间交联 半透膜（微胶囊）
补： 食品废料处理中的酶
淀粉酶 纤维素酶 半纤维素酶和戊聚糖酶 蛋白酶 脂肪酶
补 食品分析中的酶
酶具有高度灵敏性和专一性 通常采用的方法
测定酶度物浓度的变化 食品分析中的固定化酶
可反复作用，简便快速 充分热烫和巴氏杀菌的指示剂（E-book: p519
table 30) 充分热烫果蔬中：过氧化物酶
6.2.3 温度对酶催化反应的影响
Q10值： 2～3
热变性导致 酶的失活
6.2.4 水分活度对酶活力的影响
水分活度对酶有两方面的影响： ①影响稳定性 低水分活度，酶制剂保藏过程中能保持最高的 稳定性； 在较低水分活度下酶蛋白变性速度会显着地减 缓，而且能有效地防止微生物的生长． ②影响催化活性 低水分活度下，酶的催化活性较低。因此，在 加工中改变食品的水分活度可以控制不期望的 酶的活力．
确定酶的活性部位及靠近酶活性部位的反应基团
• 氰化物、硫化物和CO 与酶中金属离子形成稳定的络合物
如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧化酶结合
• 青霉素（penicillin） 与细菌糖肽转肽酶Ser-OH活性， 影响细胞壁合成。
可逆抑制
竞争性
ES不与I结合、EI也不与S结合
最大速度不受I的影响
增加底物浓度可克服抑制剂的影响
144页，表6-2
6.3.1 氧化还原酶
葡萄糖氧化酶 减少褐变、除去氧气、护色增香，延长货架期
过氧化氢酶 分解过氧化物
脂肪氧化酶：漂白和改善面团的流变性 醛脱氢酶：除豆腥味（已醛→羧酸） 丁二醇脱氢酶：
6.3.2 水解酶
蛋白酶：溶解度增加，有利于消化吸收；苦味 焙烤食品、乳品、肉的嫩化、饮料的澄清、 生物活性肽
6.4.4 与营养相关的酶
•酶缺乏 Enzyme Deficiencies •酶的水平被基因构成、年龄和饮食所控制
•婴儿和老年人的特殊食品 •老年人对食品的容耐性增加，可能与酶的生物合成的变化有 关
•毒物与抗营养成分 Toxicans and Antinutrients •过敏物质 allergenic substance 不利的酶
要求酶的构象适应性
酶的 诱导楔合与 专一性
酶的分类
氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶（合成酶）
酶的命名
推荐名： 底物名称+催化反应类型+酶
系统命名： 底物+酶作用基团+催化反应类型 如：葡萄糖氧化酶 β-D-Glu，氧1-氧化还原酶
系统编号 四位编码（enzyme commission，EC) 葡萄糖氧化酶：EC 1.1.3.4
6.4 酶对食品质量的影响
颜色 肉Hale Waihona Puke Baidu红色，蔬菜水果以“绿色”判断质量
质构 果蔬取决于碳水化合物 动物组织和高蛋白植物食品取决于蛋白酶
风味和香气 营养质量
6.4.1 对颜色的影响
脂肪氧合酶：亚油酸：氧 氧化还原酶；EC1.13.11.12 弊：产生自由基、氧化脂类色素、必需脂肪酸含量降低 利：面粉漂白、
米氏方程的LB重排
1 km 1
v vmax[S] vmax
1/v
米氏常数km： 酶与底物的亲 和力，较低的 值，亲和力高
v=vmax/2时， km=[S]
1/vmax
-1/km
1/[S]
6.2.2 酸度对酶活力的影响
每种酶都有其最适pH 范围 影响底物的离子化和 反应的平衡位置 影响酶的活性部位中 质子移变基团的离子 化状态
产物浓度
有激活剂
E1 E2
底物不足或有 抑制剂
时间
6.2.6 激活剂对酶反应速率的影响
①无机离子 阳离子 K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+等 阴离子 Cl -、Br -等
②中等大小的有机分子 ③某些激酶
6.2.7 抑制剂的影响
任何能降低酶催化反应速度的物质 不可逆抑制
能与酶反应生成稳定共价键 E＋I → EI 应用：
第6章 酶
6.1 酶的概述（化学本质、定义、特点） 6.2 影响酶活力的因素 6.3 酶在食品加工及保鲜中的应用 6.4 酶与食品质量的关系 6.5 固定化酶在食品工业中的应用
6.1酶的概述
酶是蛋白质 蛋白部分 非蛋白部分：辅助因子、辅酶
酶是催化剂 以周转数表示催化效率 当酶被饱和时，在1s（1min）内，1mol活性酶能催 化底物为产物的摩尔数 大多数水解酶周转数10～100/s；大多数氧化酶的周 转数为106～107 /s
叶绿素酶 最适温度60～82.2℃
多酚氧化酶 弊：褐变、营养损失、风味变化 利：
6.4.2 对质构的影响
果胶酶 纤维素酶 淀粉酶：水解酶，有三类 表6-4 蛋白酶：如谷氨酰胺转氨酶（154页）、菠萝蛋白
酶、木瓜蛋白酶、组织蛋白酶等
6.4.3 与风味相关的酶
产生食品风味和香气的物质是无数的，难以确定这 些化合物关键性的结合，所以难以鉴定决定食品风 味物质中的酶 过氧化物酶：产生自由基，热稳定性好 如豆腥味、玉米中的不良风味：脂肪氧合酶 柚皮苷及其酶 脂肪酶、葡萄糖苷酶、
酶催化具有特异性
酶的重要性
特点： 催化作用专一性强 催化效率高 反应条件温和
重要性： 食品原料中包含广泛的内源酶
酶工程的主要内容： 酶的发酵生产、酶的分离纯化、固定化酶技术、酶 反应动力学、酶的应用等
酶能降低反应的活化能
酶的催化反应
酶催化反应的“锁匙模型”
酶的诱导楔合模型
补 ： 重组DNA技术和基因工程
食品原材料 富含赖氨酶的谷类
控制内源酶 抑制聚半乳糖醛酸酶的基因表达，
食品中的特制酶 可以通过基因工程而改变的酶性质： 提高纯度、减少副反应 稳定性、最适pH值、底物特异性、效率、易 于固定化
非竞争性
同时生成ESI和EI 反竞争性
仅生成ESI
• 氰化物、硫化物和CO 与酶中金属离子形成稳定的络合物
如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧 化酶结合
• 青霉素（penicillin） 与细菌糖肽转肽酶Ser-OH活性， 影响细胞壁合成。
6.2.8 影响酶活力的其他因素
高压 HEFP 黏度 剪切 超声能量 离子辐射作用 溶剂
淀粉酶（α-、β-）、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶 啤酒、糕点
维素酶和半纤维素酶 葡萄糖硫苷酶：芥末油 果胶酶：提高果汁得率及澄清果汁 脂肪酶：增强风味 溶菌酶：水解细菌细胞壁肽聚糖的β-1,4糖苷键
6.3.3 异构酶
葡萄糖异构酶 葡萄糖→果糖
6.3.4 转移酶
谷氨酸-γ-谷氨酰转移酶（TGase） 主要功能是参与体内蛋白质代谢，来源广泛 使蛋白质分子内和分子间发生交联，分子量变大， 生成网络状的超大蛋白质分子，能有效改善蛋白 质胶凝性质，从而改善食品的品质、口味、提高 食品的强度和稳定性。 用于动物性食品的加工
水分活度对酶的热稳定性的影响
在磨碎的燕麦粒中 的脂酶，在水分含 量为23％和30℃ 的条件下开始失活；
而当水分含量降为 10%时， 直至温度提高到 60℃时，脂酶才开 始失活
6.2.5 酶浓度对催化速度的影响
酶活力的测定方法
在一定条件下，酶与底物反应一段时间后，测定 反应液中产物和底物的变化量
6.3 酶在食品加工和保鲜中的应用
酶,从早期的酿造、发酵食品开始,至今已广泛应用到各种食品 上。 随着生物科技进展,不断研究、开发出新的酶制剂,已成为当今 新的食品原料开发、品质改良、工艺改造的重要环节。 在食品工业中广泛采用酶来改善食品的品质以及制造工艺,酶 作为一类食品添加剂,其品种不断增多。 与以前的化学催化剂相比,酶反应显得特别温和,这对避免食品 营养的损失是很有利的。
6.2.1底物浓度对催化能力的影响
Vmax/2 Sa Sb
vmax 底物浓度
米氏方程
E S k1 ES k2 E P
v
k2 1
E总
k 1
k1 S
k2 E总S S km
k2
ES
假设条件：[S] ＞＞[E] [P] →0 k2＜ ＜k-1
结论： vmax k2 E 总
v
v max S S km
同功酶
在同一个生物品种或组织中，可能存在着能催化 相同反应的不同的酶的形式
差别在于氨基酸顺序、三维结构、共价改性等 多酶体系
具有两种以上催化活力的那些酶，在分类中具有 多个位置
6.2 影响酶活力的因素
①底物浓度 ②酶的浓度 ③酸度 ④温度 ⑤水分活度 ⑥酶的激活剂 ⑦酶的抑制剂 ⑧其它因素：HEFP、高压
脂肪氧合酶：必需脂肪酸含量降低、产生自由基 抗坏血酸氧化酶、硫胺素酶等 一般水解酶类有益 超氧化物歧化酶（SOD）
食品中天然存在的抑制剂
蛋白酶抑制剂 α-淀粉酶抑制剂 转化酶抑制剂 化学法制作的抑制剂
酶作为加工助剂和配料
利用酶的作用可以使食品和功能性质产生关键的变 化，除去毒物和产生新的配料
酶的高度特异性，能在低温下（25-45℃）作用和 不产生副反应
较粗的酶制剂成本较低 P414;E p501 table 7.15,7.16,7.17,-7.22
6.5食品加工中的固定化酶
优点 使酶能重复使用，在反应结束时得到不含酶的产 物 降低成本
方法 共价结合 物理截留在凝胶中 吸附 分子间交联 半透膜（微胶囊）
补： 食品废料处理中的酶
淀粉酶 纤维素酶 半纤维素酶和戊聚糖酶 蛋白酶 脂肪酶
补 食品分析中的酶
酶具有高度灵敏性和专一性 通常采用的方法
测定酶度物浓度的变化 食品分析中的固定化酶
可反复作用，简便快速 充分热烫和巴氏杀菌的指示剂（E-book: p519
table 30) 充分热烫果蔬中：过氧化物酶
6.2.3 温度对酶催化反应的影响
Q10值： 2～3
热变性导致 酶的失活
6.2.4 水分活度对酶活力的影响
水分活度对酶有两方面的影响： ①影响稳定性 低水分活度，酶制剂保藏过程中能保持最高的 稳定性； 在较低水分活度下酶蛋白变性速度会显着地减 缓，而且能有效地防止微生物的生长． ②影响催化活性 低水分活度下，酶的催化活性较低。因此，在 加工中改变食品的水分活度可以控制不期望的 酶的活力．
确定酶的活性部位及靠近酶活性部位的反应基团
• 氰化物、硫化物和CO 与酶中金属离子形成稳定的络合物
如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧化酶结合
• 青霉素（penicillin） 与细菌糖肽转肽酶Ser-OH活性， 影响细胞壁合成。
可逆抑制
竞争性
ES不与I结合、EI也不与S结合
最大速度不受I的影响
增加底物浓度可克服抑制剂的影响
144页，表6-2
6.3.1 氧化还原酶
葡萄糖氧化酶 减少褐变、除去氧气、护色增香，延长货架期
过氧化氢酶 分解过氧化物
脂肪氧化酶：漂白和改善面团的流变性 醛脱氢酶：除豆腥味（已醛→羧酸） 丁二醇脱氢酶：
6.3.2 水解酶
蛋白酶：溶解度增加，有利于消化吸收；苦味 焙烤食品、乳品、肉的嫩化、饮料的澄清、 生物活性肽
6.4.4 与营养相关的酶
•酶缺乏 Enzyme Deficiencies •酶的水平被基因构成、年龄和饮食所控制
•婴儿和老年人的特殊食品 •老年人对食品的容耐性增加，可能与酶的生物合成的变化有 关
•毒物与抗营养成分 Toxicans and Antinutrients •过敏物质 allergenic substance 不利的酶
要求酶的构象适应性
酶的 诱导楔合与 专一性
酶的分类
氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶（合成酶）
酶的命名
推荐名： 底物名称+催化反应类型+酶
系统命名： 底物+酶作用基团+催化反应类型 如：葡萄糖氧化酶 β-D-Glu，氧1-氧化还原酶
系统编号 四位编码（enzyme commission，EC) 葡萄糖氧化酶：EC 1.1.3.4
6.4 酶对食品质量的影响
颜色 肉Hale Waihona Puke Baidu红色，蔬菜水果以“绿色”判断质量
质构 果蔬取决于碳水化合物 动物组织和高蛋白植物食品取决于蛋白酶
风味和香气 营养质量
6.4.1 对颜色的影响
脂肪氧合酶：亚油酸：氧 氧化还原酶；EC1.13.11.12 弊：产生自由基、氧化脂类色素、必需脂肪酸含量降低 利：面粉漂白、
米氏方程的LB重排
1 km 1
v vmax[S] vmax
1/v
米氏常数km： 酶与底物的亲 和力，较低的 值，亲和力高
v=vmax/2时， km=[S]
1/vmax
-1/km
1/[S]
6.2.2 酸度对酶活力的影响
每种酶都有其最适pH 范围 影响底物的离子化和 反应的平衡位置 影响酶的活性部位中 质子移变基团的离子 化状态
产物浓度
有激活剂
E1 E2
底物不足或有 抑制剂
时间
6.2.6 激活剂对酶反应速率的影响
①无机离子 阳离子 K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+等 阴离子 Cl -、Br -等
②中等大小的有机分子 ③某些激酶
6.2.7 抑制剂的影响
任何能降低酶催化反应速度的物质 不可逆抑制
能与酶反应生成稳定共价键 E＋I → EI 应用：
第6章 酶
6.1 酶的概述（化学本质、定义、特点） 6.2 影响酶活力的因素 6.3 酶在食品加工及保鲜中的应用 6.4 酶与食品质量的关系 6.5 固定化酶在食品工业中的应用
6.1酶的概述
酶是蛋白质 蛋白部分 非蛋白部分：辅助因子、辅酶
酶是催化剂 以周转数表示催化效率 当酶被饱和时，在1s（1min）内，1mol活性酶能催 化底物为产物的摩尔数 大多数水解酶周转数10～100/s；大多数氧化酶的周 转数为106～107 /s
叶绿素酶 最适温度60～82.2℃
多酚氧化酶 弊：褐变、营养损失、风味变化 利：
6.4.2 对质构的影响
果胶酶 纤维素酶 淀粉酶：水解酶，有三类 表6-4 蛋白酶：如谷氨酰胺转氨酶（154页）、菠萝蛋白
酶、木瓜蛋白酶、组织蛋白酶等
6.4.3 与风味相关的酶
产生食品风味和香气的物质是无数的，难以确定这 些化合物关键性的结合，所以难以鉴定决定食品风 味物质中的酶 过氧化物酶：产生自由基，热稳定性好 如豆腥味、玉米中的不良风味：脂肪氧合酶 柚皮苷及其酶 脂肪酶、葡萄糖苷酶、
酶催化具有特异性
酶的重要性
特点： 催化作用专一性强 催化效率高 反应条件温和
重要性： 食品原料中包含广泛的内源酶
酶工程的主要内容： 酶的发酵生产、酶的分离纯化、固定化酶技术、酶 反应动力学、酶的应用等
酶能降低反应的活化能
酶的催化反应
酶催化反应的“锁匙模型”
酶的诱导楔合模型
补 ： 重组DNA技术和基因工程
食品原材料 富含赖氨酶的谷类
控制内源酶 抑制聚半乳糖醛酸酶的基因表达，
食品中的特制酶 可以通过基因工程而改变的酶性质： 提高纯度、减少副反应 稳定性、最适pH值、底物特异性、效率、易 于固定化
非竞争性
同时生成ESI和EI 反竞争性
仅生成ESI
• 氰化物、硫化物和CO 与酶中金属离子形成稳定的络合物
如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧 化酶结合
• 青霉素（penicillin） 与细菌糖肽转肽酶Ser-OH活性， 影响细胞壁合成。
6.2.8 影响酶活力的其他因素
高压 HEFP 黏度 剪切 超声能量 离子辐射作用 溶剂
淀粉酶（α-、β-）、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶 啤酒、糕点
维素酶和半纤维素酶 葡萄糖硫苷酶：芥末油 果胶酶：提高果汁得率及澄清果汁 脂肪酶：增强风味 溶菌酶：水解细菌细胞壁肽聚糖的β-1,4糖苷键
6.3.3 异构酶
葡萄糖异构酶 葡萄糖→果糖
6.3.4 转移酶
谷氨酸-γ-谷氨酰转移酶（TGase） 主要功能是参与体内蛋白质代谢，来源广泛 使蛋白质分子内和分子间发生交联，分子量变大， 生成网络状的超大蛋白质分子，能有效改善蛋白 质胶凝性质，从而改善食品的品质、口味、提高 食品的强度和稳定性。 用于动物性食品的加工
水分活度对酶的热稳定性的影响
在磨碎的燕麦粒中 的脂酶，在水分含 量为23％和30℃ 的条件下开始失活；
而当水分含量降为 10%时， 直至温度提高到 60℃时，脂酶才开 始失活
6.2.5 酶浓度对催化速度的影响
酶活力的测定方法
在一定条件下，酶与底物反应一段时间后，测定 反应液中产物和底物的变化量