酶

一、概述
酶的重要性: 酶是生物催化剂
酶的催化作用具有专一性
酶是生物体的一个重要组成成分
酶促反应与食品的品质具有重要的相关性
酶是食品加工的一种重要工具
酶的化学本质: 酶是一种蛋白质，相对分子量为12000－1000000
化学上，酶由蛋白质和辅助因子构成，两者共同承担酶的活性
酶活力或活性是指酶催化一定反应的能力，可用在一定条件下催化某化学反应的速率表示。

根据催化反应的性质，酶分为六大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶。

酶的失活通常遵循一级反应动力学模式
酶的活性：
底物浓度与酶活性酶浓度与酶活性
温度与酶活性pH 与酶活性
二、内源酶对食品品质的影响
内源酶(endogenous enzyme)是指存在于食品原料中的固有酶类。

完整细胞中的酶类由于细胞器的控制、酶的结合状态及与底物的分离，酶促反应不能正常进行。

一旦组织受损，酶将会与底物接触，催化底物变化，导致食品的色泽、质构、风味和营养价值发生较大的改变。

1、酶对色泽的影响
导致食品，特别是果蔬果泽变化的主要有三种酶：
脂肪氧合酶(Lipoxygenase, LOX)
叶绿素酶(Chlorophyllase)
多酚氧化酶(Polyphenol oxidase, PPO
脂肪氧合酶Lipoxygenase)
脂肪氧合酶（亚油酸：氧氧化还原酶；EC1.13.1.13）催化含顺，顺－1，4－戊二烯不饱和脂肪酸生成氢过氧化物。

脂肪氧合酶广泛分布于各种植物中，特别是大豆中的活性最高。

脂肪氧合酶对食品色泽的影响是由于氢过氧化物或自由基的漂白效果。

叶绿素酶(Chlorophyllase)
叶绿素酶（叶绿素：脱植基叶绿素水解酶；EC3.1.1.4）将叶绿素分子中的植基水解，产生植醇和脱植基叶绿素。

叶绿素酶存在于所有植物及含叶绿素的微生物组织中。

叶绿素的作用影响蔬菜加工前的绿色稳定性。

多酚氧化酶(polyphenol oxidase)
多酚氧化酶（邻二酚：氧氧化还原酶；EC1.10.3.1）催化一元酚羟基化生成邻二酚或催化邻二酚氧化生成邻醌。

根据作用底物的不同，多酚氧化酶有多种名称。

多酚氧化酶广泛存在于各种植物中，在大多数人们熟悉的水果和蔬菜中都已检出多酚氧化酶的活性。

多酚氧化酶对于果蔬加工和贮藏非常重要，涉及到果蔬的褐变(enzymatic browning)。

多酚氧化酶以Cu2+为辅助因子
酶促褐变的三个条件：酶、氧、底物
酶促褐变的控制，只需消除三个条件之一即可。

改变或钝化酶的活性
加热
酸化
螯合
改变或消除底物
还原
加成
降低氧含量
抑制剂的分类
食品加工中使用褐变抑制剂受到相应的毒性、有效性以及对滋味、风味、质构和价格的影响等考虑的限制。

根据主要作用作用模式将褐变抑制剂进行分类。

在防止酶促褐变国常使用六类抑制剂。

1还原剂(reducing agents) 半胱氨酸和谷胱甘肽抑制酶促褐变——加成反应
2酸化剂(acidulants)：柠檬酸、磷酸
大多数果蔬多酚氧化酶的最适pH在5—7之间。

使用酸化剂将pH降至最适范围以下，导致多酚氧化酶活性降低。

3螯合剂(chelating agents):有机酸、磷酸盐、EDTA
PPO是以铜为辅助因子的金属蛋白质。

当螯合剂与PPO的辅助因子铜离子螯合后，则PPO将失活。

4络合剂(complexing agents)：环糊精
5酶抑制剂(enzyme inhibitors):芳香族羧酸、脂肪醇、阴离子、多肽、取代间苯二酚PPO作用的的最重要底物是儿茶素(catechins)、3,4-二羟基肉桂酸酯、3,4-二羟基苯丙氨酸和酪氨酸。

但当一些与酶促褐变的底物相似的物质添加到果蔬中后，会通过这些底物类似物自身的氧化而抑制褐变反应的进行。

这类物质主要有肉桂酸系列(肉桂酸、p-香豆酸、阿魏酸)及p-烷基苯甲酸。

1、肉桂酸和阿魏酸相对于绿原酸是土豆多酚氧化酶的竞争性抑制剂，它们的Ki值分别为2×10−5 和5×10−6M, 而绿原酸的Ki值为8·68×10−5M。

2、p-烷基苯甲酸对土豆多酚氧化酶有较强的抑制作用，该系列中的6种酸（p-丙基苯甲酸、p-丁基苯甲酸、p-戊基苯甲酸、p-己基苯甲酸、p-庚基苯甲酸和p-辛基苯甲酸）对土豆PPO的IC50值分别为0.213, 0.180, 0.152, 0.106, 0.075 and 0.047 mM。

动力学分析显示，p-烷基苯甲酸对PPO的抵制是可逆的且为非竞争性的，抵制能力与烷基的烃链长度有关。

3、从酶抑制动力学的研究确认了肉桂酸系列（肉桂酸、p-香豆酸、阿魏酸）为类似竞争性抑制剂。

4、苯环和羧基之间具有双键的酸对PPO会显示出较高的抑制作用，而这种抑制作用会随苯环上的取代基而减弱。

4-hexylresorcinol, 4-HR
4-己基间苯二酚是一种新型的褐变抑制剂。

FAO/WHO JECFA在1995年第44次会议上第一次允许使用4-己基间苯二酚，并列为C类。

在其ADI的说明中指出：“对甲壳类的处理浓度可达50mg/L，使用部分的平均残留量约为1mg/L，可无毒性问题，ADI不作限制性规定”。

4-HR是多酚氧化酶的竞争性抑制剂，通过和邻苯二酚类物质竞争性与多酚氧化酶结合，抑制多酚氧酶活性。

Arias等人认为，4-己基间苯二酚对PPO有双重作用。

当PPO的底物不存在时，4-HR与PPO的脱氧形式反应钝化其活性，当有底物存在时，4-HR对底物形成竞争而抑制褐变反应。

4-己基间苯二酚对蘑菇酪氨酸酶粗提物IC50为5 μM。

4-HR与柠檬酸和/或抗坏血酸组合使用效果更好。

我国《食品添加剂使用标准》（GB 2760-2011）规定：可按生产需要适量用于防止虾类褐变，但其残留量应小于1mg/kg。

6酶处理(enzyme treatments)：加氧酶、O-甲基转移酶、蛋白酶
2、酶对质构的影响:
果胶酶
纤维素酶和戊聚糖酶
淀粉酶
蛋白酶
3、酶对风味的影响
酶对食品风味的影响主要表现在两个方面：一是使原有的风味物质减弱或失去，另一则是产生异味。

与风味相关的酶主要有：
脂肪氧合酶(Lipoxygenase, LOX) ；
硫代葡萄糖苷酶(Glucosinolase)；
过氧化物酶(Peroxidase, POD)。

脂肪氧合酶
脂肪氧合酶是导致豌豆、四季豆和玉米中产生不良风味和不良气味的原因。

脂肪氧合酶作为四季豆产生不良风味催化剂的重要作用如图所示
硫代葡萄糖苷酶
硫代葡萄糖苷在硫代葡萄糖苷酶作用下，导致糖苷配基的裂解和重排，产物中异硫氰酸酯是含硫的挥发性化合物，与葱的风味有关。

过氧化物酶过氧化物酶(供体：过氧化氢氧化还原酶，EC1.11.1.7)广泛存在于植物细胞中：以可溶形式存在于细胞浆中或以结合形式在中与细胞壁或细胞器相结合。

未经热烫的冷冻蔬菜贮藏期间具有的不良风味与过氧化物酶的活性相关，但其机理尚不十分清楚。

过氧化物酶的重要性在于其是非常耐热的酶，尤其是在非酸性蔬菜中具有比其它酶更强的耐热性，且在大多数蔬菜中易于检出，因而常作为热处理条件的指标。

将热烫后的蔬菜切片后，插入1.5%愈创木酚酒精溶液及3% H2O2等量混合液中，若不变色，则表明酶已被钝化。

4、酶对营养价值的影响
不饱和脂肪酸LOX，POD等氧化产物
类胡萝卜素、维生素E、C和叶酸氧化自由基含量降低
Cys, Tyr, Trp, His 氧化自由基破坏或蛋白质交联
抗坏血酸、硫胺素、核黄素相应酶破坏或分解
Lys PPO 含量降低
三、酶在食品加工中的应用
酶在食品加工中的应用主要有两方面：
一是提高加工效率
二是制备新型食品原料
食品加工中常用的酶多来自微生物。

应用的酶制剂多为水解酶，另有几种氧化还原酶和一种异构酶用于食品工业。

一：提高加工效率
水果加工：利用纤维素酶和果胶酶提高果汁出汁率
利用果胶酶澄清果汁
桔子罐头纤维素酶和果胶酶脱
功效成分提取：纤维素酶、果胶酶、淀粉酶提高提取率
提高贮藏性能:溶菌酶抑制微生物作用
增强质构性能:谷胺酰胺转氨酶增强肉制品、豆腐的凝胶强度
谷胺酰胺转氨酶强化面团的面筋网络
二：制备新型原料
淀粉糖加工
肽的制备:蛋白质在蛋白酶的消解下生成肽
脂香风味的形成: 脂类在脂肪酶的限制性消解下生成特定的风味物
四、酶在食品分析中的应用
酶法分析的特点：准确、快速、特异性和灵敏性
酶法分析的类型：终点测定、动力学分析、固定时间分析。