第七章酶和生物代谢ja

第七章酶和生物代谢（简介）*

学习重点

1.淀粉酶、蛋白酶在烹饪中应用；

2.鲜活植物原料的成熟作用；

3.肉的后熟现象及对食品的影响。

2学时

学习内容

第一节酶

一、概述

酶是由生物体活细胞产生的，在细胞内、外均能起催化作用的一种功能蛋白质。生物体内一切代谢反应几乎都是由酶来催化完成的。

（一）酶的化学组成

有些酶是简单蛋白质，这类酶本身就是具有催化活性的单纯蛋白质分子，如脲酶、胰蛋白酶等都属于单纯蛋白质酶。有些酶是结合蛋白质,简称结合蛋白酶,这类酶的组成中，除蛋白质外还含有非蛋白质部分。蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅助因子。酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活性，只有在全酶（全酶=酶蛋白+辅助因子）状态才有活力。

（二）酶促反应的类型和酶的分类

根据酶催化反应的类型，酶可以分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类等六大类。与食品和烹饪有关的主要是氧化还原酶类和水解酶类。

氧化还原酶类催化氧化还原反应。如乳酿脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。

水解酶类催化水解反应。如唾液淀粉酶、胃蛋白酶、核酸酶、脂酶等。

（三）酶特点

与一般的非酶催化剂相比，酶作为催化剂有它特有的一些性质。

1. 酶的催化具高效性

酶的催化效率比一般无机催化剂高105～1013倍。极少量的酶就可使大量的物质很快地发生化学反应。在相同的条件下，无机化剂需要数月甚至一年才能完成的反应，酶只要数秒钟就可以成。

2. 酶的催化作用具专一性

所谓酶作用的专一性，是指酶对反应底物、反应类型及生成产物的选择性。一种酶仅能催化一种或某一类物质发生一定的化学反应，生成一种产物。例如，L-氨基酸氧化酶，只对L-型氨基酸起氧化作用，对D-型氨基酸无作用。又例如，蛋白酶只能催化蛋白质的肽键水解产生小肽或氨基酸，但不能催化淀粉的水解。无机催化剂则没有这么严格的专一性，所以酶的催化反应产物比较单一，副产物少。

3．酶的反应条件温和及催化活性可调控

酶本身是蛋白质，一切能使蛋白质变性的因素，如高压、高温或强酸强碱等剧烈条件都能使酶活力下降甚至失活。所以，一般酶的催化反应都是在常温、常压和近中性pH值条件下进行的。而且生物体内的酶促作用可受多种因素的调节和控制。影响酶作用的因素主要有：

（1）温度

温度的升高能使反应速率增加；但酶蛋白的热变性导致酶变性失活，使得反应速率下降。所以在一定的温度范围内，温度升高，酶促反应速率增大。当升到某一温度时，反应速率达到最大，这一温度称为酶促反应的最适温度。植物体内的酶，最适温度一般在45～50℃；动物体内的酶，最适温度一般在37～40℃。烹饪加热就是利用高温使生原料内的酶或微生物酶受热变性，从而达到加工的目的。

低温也使酶的活性降低，但不破坏酶。当温度回升时，酶的催化活性又可随之恢复，这称酶的冷钝化。

（2）pH值

绝大多数酶的反应速率随着pH值的变化往往呈钟罩形曲线，曲线的最高峰是酶促反应速率最大时的pH值，称为最适pH值。一般酶的最适pH值在4～8之间。植物和微生物体内的酶，其最适pH 值多在4.5～6.5之间；动物体内大多数酶，其最适pH值接近中性，一般为6.5～8.0之间。个别酶的最适pH值可在较强的酸性或碱性区域，如胃蛋白酶的最适pH值为1.5，精氨酸酶的最适pH值为9.7。

（3）浓度

所有的酶促反应，如果条件恒定，则反应速率决定于酶浓度和底物浓度。当底物足够过量，其他条件固定，酶促反应的速度和酶浓度成正比。如果酶浓度保持不变，当底物浓度[S]增加时，反应的速率V随之增加。

（4）激活剂和抑制剂

凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。激活剂多为无机离子如K+、Na+、、Mg+、Zn2+、Fe2+、Ca2+、Cl-、I-、Br-、N03-等或简单有机化合物如抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽等。如氯离子能使唾液淀粉酶的活力增强，它是唾液淀粉酶的激活剂。

许多化合物能与一定的酶进行可逆或不可逆的结合，使酶的催化作用受到抑制。凡是能降低酶活性的物质，称之为抑制剂。

二、食品和烹饪加工中重要的酶及应用

（一）食品中酶的来源

食品和烹饪加工会发生许多酶促化学反应。按来源食品中的酶分为内源酶和外源酶两大类。

（二）种类和应用

食品及烹饪加工中重要的酶主要是水解酶类和氧化还原酶类。其中水解酶是食品中最重要的酶，常见的有淀粉酶、果胶酶、蛋白酶和脂肪酶等。

有关食品及烹饪加工中常见酶可参见表7-1。

表7-1 烹饪加工中常见的酶

1、淀粉酶

淀粉水解酶类，是催化淀粉、糖元和糊精中糖苷键水解的一类酶的统称。几乎所有植物、动物和微生物都含有淀粉酶，被广泛地应用于制糖、食品发酵中。根据对淀粉作用方式的不同，淀粉酶可分为以下4种主要类型：α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶。淀粉酶对天然存在的完整的淀粉粒作用比较困难，对糊化淀粉比较敏感。

(1)α-淀粉酶

α-淀粉酶以随机的方式从淀粉分子内部水解α-1，4-糖苷键，不能水解支链淀粉的α-1，6键。在制造面包等发酵烘烤食品时，面粉本身的单糖或双糖不超过0.5%，不足以让酵母大量发酵。用α-淀粉酶能为酵母提供发酵的糖分以改善产气能力，改善面团结构；但过度水解可造成面食的“糖心”现象。

(2)β-淀粉酶

β-淀粉酶是一种外切酶，也不能水解支链淀粉中的α-l，6键。在水解淀粉分子时，β-淀粉酶从非还原性基开始，每次切下两个葡萄糖单位，即一个麦芽糖分子，并使麦芽糖分子的构型从α变成β型。β-淀粉酶作用于支链淀粉时，其中50％～60％转变成麦芽糖，而其余部分则为大分子β-界限糊精。

2、蛋白酶

蛋白酶催化水解蛋白质肽链中的肽键，使蛋白质成为多肽或氨基酸。它广泛存在于动植物和微生物中。

蛋白酶在实际中有很多重要应用。包括肉类嫩化、控制蛋白质的水解程度以及来改善蛋白质的功能性质等。例如，提高大豆和鱼肉蛋白的可溶蛋白，能够提高它们的含氮化合物的溶解度，从而增大加热风味，同时其乳化、起泡能力也增强；又例如，用蛋白酶使肽键断裂来降低面筋强度，可制作酥性面点如饼干或塑性面点如蛋糕等。

(1)植物蛋白酶

木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和无花果蛋白酶是常见的植物性蛋白酶。从番木瓜胶乳中可得到木瓜蛋白酶。它有较宽的底物专一性，能以大致相同的速度水解含有精氨酸、赖氨酸、甘氨酸和瓜氨酸残基的底物。木瓜蛋白酶在pH5时具有良好的稳定性，在以蛋清蛋白和酪蛋白为底物时，最适pH是7；而以明胶为底物时，最适pH为5。与其他蛋白酶相比，木瓜蛋白酶具有较高的热稳定性。例如，酶液在pH7和70℃下加热30min，活力仅损失20%。木瓜蛋白酶还具有从蛋白质的水解物再合成蛋白质类物质的能力，这种活力有可能被用来改善植物蛋白质的营养价值或功能性质，例如将蛋氨酸并入到大豆蛋白质中去。

菠萝汁中含有很强的蛋白酶，从果汁或粉碎的茎中可以提取得到。它对底物的专一性也较宽，其最适pH值范围为6～8。另外，烹饪常用的生姜中也含有生姜蛋白酶，它在原料特别是肉类原料腌制、码味中对肉的嫩度和风味也会产生影响。几种植物蛋白酶对肉类组织的作用关系，见表7-2。

表7-2 植物蛋白酶对肉类组织的作用

(2)动物组织蛋白酶

组织蛋白酶是存在于动物体各部的细胞内蛋白酶，在肌肉中的含量比在其他组织中的含量低，最适pH值为5.5。组织蛋白酶在动物死后从细胞的溶酶体中释放激活，产生催化作用，由组织蛋白酶的分解作用产生的游离氨基酸是形成肉香和肉味的基础之一。动物尸僵后的组织嫩化与组织蛋白