脂肪氧合酶及其对小麦品质的影响

脂肪氧合酶及其对小麦品质的影响

摘要：小麦脂肪氧化酶活性及其对品质改良的作用是当前国内外关注的课题之一。本文综述了脂肪氧化酶类型及性质、其影响因素和测定方法、脂肪氧化酶对小麦加工品质和储藏品质的影响等。

关键词:小麦；脂肪氧化酶；储藏品质；加工品质

Abstract：Activity of lipoxygenase and its effect towheat quality was one of the programs concerned with some scholar at home and abroad．The types and characteristics as well as the influencing factors and testing methods of lipoxygenase, effect of lipoxygenase on wheatmilling and storing qualities etc. were reviewed.

Keywords：wheat；lipoxygenase；storage quality；processing quality

脂肪氧合酶(Lipoxygenase, LOX, EC1.13.11.12)属于氧化还原酶，是一类含非血红素铁的蛋白质,能专一催化具有顺，顺-戊二烯结构的多不饱和脂肪酸及酯，通过分子内加氧，形成具有共轭双键的氢过氧化衍生物[1]（脂肪氧合酶的酶学特性及其活性抑制机理的研究进展）。LOX广泛地存在于动植物界中，最普通的天然底物是亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。1932年Andre和Hou首先发现大豆蛋白制品产生豆腥味是因为其中多元不饱和脂肪酸发生酶促反应的结果，其中关键的酶就是脂肪氧合酶。1947年Theoren等首次从大豆中获得了脂肪氧合酶的结晶，相对分子质量为10.2万[2]。（植物中脂肪氧合酶的研究进展）LOX催化多不饱和脂肪酸的氧化,产生氢过氧化合物,氢过氧化合物通过均裂或β-裂变分解，就形成了醛、酮等二级氧化产物,氢过氧化合物进一步裂解成不饱和的醛类、酮类和醇类化合物，形成类似苹果、香瓜、芒果等水果风味以及鲜鱼味、牡蛎味、文蛤味和海藻香、青草香等挥发性风味物质（小球藻脂肪氧合酶酶学性质研究）[3]。另一方面，产生的的氢过氧化物也可以进一步氧化可以转化为环氧酸。这些氧化产物导致果蔬加工制品产生不良的风味,比如说大豆及其制品的豆腥味,以及油脂和含油食品在贮藏和加工过程中的色、香、味发生劣变等。

除此之外，脂质降解是小麦等粮食储藏期间变质,产生陈味劣变主要内在原因，而脂肪氧化酶活性是影响小麦储藏特性的重要因素之一[4]（脂肪氧化酶及其在小麦品质改良中的研究与应用）。

1 脂肪氧化酶的结构与作用机制

1.1 脂肪氧合酶活性中心结构

LOX的来源不同,其氨基酸的组成不同。目前已研究发现2种大豆脂肪氧合酶同工酶和1种鼠网织红细胞中的脂肪氧合酶的晶体结构,其中大豆脂肪氧合酶(LOX-1)具有839个氨基酸残基[4]。虽然植物脂肪氧合酶的氨基酸残基数目和动物脂肪氧合酶的有所不同,但它们的氨基酸序列在某些区域内有很大的相似性,因而其催化反应的机理基本相同。

脂肪氧合酶活性部位的结构尚不完全清楚,其活性部位的基团可能含有铁、芳香族氨基酸残基和蛋氨酸残基等。大豆LOX-1模型中[6],铁离子中心含有5个内源配体和1个外源配体。内源配体包括三种组氨酸残基(His499,His504,His690),一个Ile839残基以及一个Asn694，外源配体为水分子。

1.2 脂肪氧化酶的作用机制

1.2.1自由基学说

尽管脂肪氧合酶具体反应机制仍在重点探讨，但其中游离自由基学说取得一致认可。脂肪氧合酶反应包括三个连续阶段：(l)从双等位亚甲基中立体选择性移去氢原子；(2)在与Z，E一二烯烃结合中，游离自由基发生重排；(3)立体特异性接入氧，氢过氧化自由基还原为相应阴离子。从立体化学角度考虑每个阶段可通过不同途径进行[5]。

1.2.2过氧化机制

关于脂肪氧合酶过氧化催化机制人们提出不少假设，在这些假设中，包括两种不同途径：好氧反应和厌氧反应，它们可能同时发生。氢过氧化物产生包括三个步骤：(l)天然酶激活；(2)从活化亚甲基中移去一个氢原子；(3)将氧接入底物分子中产生氢过氧化物。每分子脂肪氧合酶都含有一个非血红素铁原子，在大豆脂肪氧合酶中这个铁是高自旋的，常以两种氧化态：Fe2+(非活性形式)和

Fe3+(活性形式)中一种状态存在。在绝大多数脂肪氧合酶接触催化反应中，铁在Fe2+和Fe3+之间变动，但铁原子很难离开大豆脂肪氧合酶[6]。

脂肪氧合酶作用机制可用大豆脂肪氧合酶同工酶LOX-l作用于底物亚油酸(ROOH)来解释。脂肪氧合酶处于未活化状态时，酶分子中Fe以还原态存在；酶与微量13-L-ROOH(13-L-亚油酸的氢过氧化物)作用即转变成活化态，此时酶分子中Fe以氧化态形式存在。活化态脂肪氧合酶作用于亚油酸第一步是以C-11立体有选择取走一个氢。LOX-1作用机制中，酶取走H-LOX，产生黄色亚油酸自

由基—酶络合物自由基—酶络合物，有可能伴随发生O

2被活化成O

2

-过程。O

2

通

过“反面”机制接到亚油酸分子上被取走的H-LOX相反一侧，氢过氧化亚油酸游离基从酶分子中Fe取走一个电子和从介质中得到一个质子形成13-L-亚油酸氢过氧化物(13-L-氢过氧化-18-顺-9，反-11-二烯酸)时，双键从C-12移动到C-11，构型从顺式转变成反式。在pH=9时，大豆脂肪氧合酶同工酶LOX-1以亚油酸为底物的主要产物是13-L-ROOH。除外，还可能产生其它三种异构

体:13-D-ROOH(13-D-氢过氧化-18-顺-9，反-11-二烯酸)，9-D-ROOH(9-D-氢过氧化-18-反-9，反-10-顺-12-二烯酸)和9-L-ROOH(9-L-氢过氧化-18-反-10，反

-12-二烯酸)[7]（大豆脂肪氧合酶研究进展）。

1.3 脂肪氧合酶的底物特异性

LOX对它作用的底物具有结构特异性的要求。含有顺，顺-戊二烯结构的不饱和脂肪酸、脂肪酸酯都可以作为LOX的底物。在植物中其天然底物主要是亚油酸(Linoleic acid)和亚麻酸(Lionlenic acid),在动物体内其天然底物主要是花生四烯(Arachidonic acid)。

LOX的来源不同,底物的不同，都会导致其加氧的位置有所不同，因而产物也就有所不同。LOX-1的底物为不饱和脂肪酸,生成13-氢过氧化合物,LOX-2的底物为酯化底物,生成9-或13-氢过氧化合物。

2 脂肪氧化酶对小麦品质的影响

2.1 脂肪氧化酶对加工品质的影响

TrufanovV A等研究表明，LOX活性与面团强度呈显著负相关；LOX活性与形成时间、稳定时间呈显著负相关，与粗面筋含量、吸水率和延伸性呈负相关，与弹延比呈正相关；适当的LOX活性有利于氧化小麦粉的色素，使小麦粉变白,提高其商品性，但过高的LOX活性则氧化了小麦粉中的类胡萝卜素及维生素A 等,造成小麦粉过白，而失去了许多营养成分。因此,较低的LOX活性有利于保存小麦粉及其制品的营养成分。

LOX对面筋品质的作用机理：面筋品质与二硫键的含量密切相关，二硫键是贮藏蛋白质中面筋蛋白质大分子团得以稳定的分子结构。在小麦贮藏蛋白质中,