第十二章葡萄糖氧化酶

（3）减少土豆产品的非酶褐变
非酶褐变在许多土豆制品中引起的一个严 重问题就是土豆制品的褐变。
Maillard反应是食品褐变的主要原因，其中 还原糖和氨基酸是重要的参与物。
亚硫酸盐作为抗褐变剂：对人体有害，被 限制使用。
安全的生物酶法：
降低氨基酸的浓度是比较困难的，同时 造成营养损失；而降低葡萄糖的含量， 操作起来比较容易。
解决方法：脱糖。
方法一：接种乳酸菌进行蛋白脱糖。处 理时间长，卫生条件差，产品质量不理 想。
方法二：
应用葡萄糖氧化酶进行脱糖，即将适量的酶添 加到蛋白液中，不断供给适量的氧气，使葡萄 糖完全氧化。
如何提供适量的氧气?如果通入空气和氧气， 容易产生大量的泡沫，使操作无法进行。
方法---分次加入适量的过氧化氢（双氧水）， 加入过氧化氢酶，分解过氧化氢为氧和水。氧 与葡萄糖反应生成葡萄糖酸。
4 葡萄糖氧化酶的抑制剂
抑制剂：Hg2+、Ag+、对氯汞苯甲酸、苯肼等。
腺嘌呤二核苷酸（FAD）对其结构有稳定作用。 一些可溶性的高分子聚合物，如醋酸乙烯酯、 吡咯烷酮乙烯或乙烯醇的共聚物，可明显增强 酶的稳定性。
甘露糖、果糖以及D-阿拉伯糖对葡萄糖氧化酶 有明显的竞争性抑制作用，不宜共同使用。
在啤酒保鲜中的使用方法
一步法：
在啤酒灌装前把葡萄糖氧化酶加到清酒罐 中，根据清酒罐内啤酒的容量计算加量， 建议每升啤酒中加10～70个单位，，亦可 根据本厂产品情况，选择最适加量和适量 添加亚硫酸盐以增强效果。
加入清酒罐的葡萄糖氧化酶要混合均匀， 最好使用输液泵边加入边搅拌。
双效法：
油脂、奶制品、蛋黄酱、食品罐头和饮料的除氧； 鱼、虾、蟹、肉等的保鲜； 蛋品加工、炸制食品的脱糖； 面食品的增筋等等。
1）蛋类制品脱糖
蛋类制品：蛋白片、蛋白粉、全蛋粉等。
问题：在贮藏和加工过程中出现褐变，出 现小黑点，或者溶解度下降等。
原因：蛋的蛋白中含有0.5%-0.6%的葡 萄糖，葡萄糖的羰基与蛋白质的氨基发生 反应，生成黑色或者褐色的黑蛋白的美拉 德反应。
随后Kusai等、Pazur和Swobod-da等 分别从青霉素（P.Variable）和黑曲霉 中提纯葡萄糖氧化酶。
其他霉菌，象米曲霉和点青霉也能产生 葡萄糖氧化酶，然而在高等植物和动物 体内还没有发现葡萄糖氧化酶。
早在二十世纪四十年代就开始有葡萄糖氧化酶 产品出售
五十年代日本获得了结晶葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶催化反应需要氧的参与，反 应温度改变将导致反应体系中氧的浓度发 生改变，从而影响酶活性。温度升高时， 反应体系中氧的溶解度下降，这就抵消了 温度升高对酶反应速度的影响。
①葡萄糖氧化酶催化反应具有较低Q10；
②在一定温度范围内（30～60℃），温 度变化对葡萄糖氧化酶活力影响不显著。 酶最适作用温度和测定酶反应速度的时 间有关。
1升葡萄酒中加入0.5-1毫升葡萄糖氧化酶 （50u/ml）效果较好。
注意：葡萄酒中必须有一定量的葡萄糖， 如果葡萄糖含量少，除氧效果不好，葡萄 糖含量能达到1克/升即可达到要求。
另一个作用：
有效的降低葡萄酒的氧化还原电位， 使酒液的还原能力增强，促进脂化 反应地进行，增加挥发脂，使香气 成分增加。
来源于黑曲霉，分子量为16万左右；点青霉 葡萄糖氧化酶，152000；尼崎青霉葡萄糖 氧化酶154000；黑曲霉葡萄糖氧化酶 186000。
结合在葡萄糖较深处FAD是此氧化反应的 辅助因子，图中红色所指部位，葡萄糖结 合的活性位点在FAD的上面，处于较深的 立体结构中，图中星号位置所示。
葡萄糖氧化酶像很多在细胞外发挥作用的 蛋白质一样，表面被糖链覆盖，图中用绿 色表示糖链。
0.05 0 0
2、pH对葡萄糖氧化酶作用的影响
最适pH值5.6。在pH3.5-6.5，具有很好 的稳定性。大于8或小于2，会导致酶的 迅速失活。
底物葡萄糖对酶活有保护作用。例如，在 pH8.1和不存在葡萄糖的条件下，10分 钟内酶活力损失90%；而在相同pH和存 在葡萄糖的条件下，40分钟内酶活力仅 损失20%。
使用效果
葡萄糖氧化酶本身是一类蛋白质，可在消化道内 降解为人体所需的营养成分氨基酸。
在有乙醇和过氧化氢酶存在下，过氧化氢同 时被用于乙醇的氧化作用，此时，每克分子 葡萄糖氧化酶氧化时消耗1mol氧。 C6H12O6 + C2H5OH + O2 → C6H12O7 + CH3CHO + H2O
三、分子组成及其作用机制
以FAD为辅基，每克分子酶含2克分子FAD， 来源不同分子量不同，目前工业酶制剂主要
葡萄糖氧化酶催化反应分子机制：
OH
H
HO HO
HHO
OH
H OH H
EFAD
OH
H HO
HO
HHO
H OH
O+
δ -D-葡萄糖酸内酯
EFADH2 O2
H2O
EFAD
+
H2O2
H OH
HO HO
OH
HH
H
COOH
H
OH OH
D-葡萄糖酸
四、性质
高纯度葡萄糖氧化酶为淡黄色粉末。 易溶于水，完全不溶于乙醚、氯仿、丁
介质
时间（小时）
0
24
48
72
100
可乐饮料
100
90
87
72
55
葡萄饮料
100
93
86
79
66
3 温度对葡萄糖氧化酶作用的影响
葡萄糖氧化酶的作用温度范围较宽，最适 作用温度为30～50℃，
葡萄糖氧化酶在低温下有很好的稳定性。
固体酶制剂低温下（-15℃）可保存8年， 0 ℃可保存2年以上，温度高于40 ℃活力 下降，酶的水溶液在60 ℃保持30min， 酶的活力损失80%以上。
3
3-脱氧-D-葡萄糖
C（3）上OH被H取代
4
D-半乳糖
C（4）上OH的构型
4
4-脱氧-D-葡萄糖
C（4）上OH被H取代
5
5-脱氧-D-葡萄糖
C（5）上OH被H取代
5
L-葡萄糖
C（5）上CH2OH的构型
6
6-脱氧-D-葡萄糖
C（6）上OH被H取代
相对高度
100
0.64 0 3.3
0.98 0 1 0.5 2
在实际工作中的特定环境下，低pH时也可以使 用葡萄糖氧化酶。例如，30℃时的霉菌葡萄糖 氧化酶制剂在pH2.6条件下的可乐饮料和 pH3.2的葡萄饮料中的酶制剂仍具有较高的稳 定性（见表7-15）。尽管在该环境下葡萄糖氧 化酶的反应速度较慢，但它仍能起催化作用。
表7-15 葡萄糖氧化酶的相对稳定性
水果罐头中，防止食品的氧化和容器的 氧化。（桃罐头变色！！）
（1）在啤酒生产中的应用
葡萄糖氧化酶的主要作用是： 除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧； 阻止啤酒的氧化变质过程。 因此，在防止老化味产生，延长啤酒保质期方面
有独特的功效。 经许多啤酒厂试用，啤酒中加入葡萄糖氧化酶后
可将含氧量降到10μg/L以下，啤酒稳定性高、 口味纯正、不产生沉淀、混浊等现象。
氧亦能使含油食品产生恶臭和醛酮气味，加 入葡萄糖氧化酶因消耗氧而保证了产品质量。
在牛奶保鲜中的使用方法
在鲜牛奶生产工艺过程的鲜牛奶经高温 瞬间消毒后，当液体温度降至48℃时，将食 品级过氧化氢按0.8‰添加量缓缓加入到消毒 后的鲜牛奶中，边搅拌边加入，然后继续搅 拌30分钟使其充分作用。
在温度30℃时，将葡萄糖氧化酶按0.8‰添 加量缓缓加入到上述鲜牛奶中，边搅拌边加 入，并继续搅拌20分钟，然后进行灌装。
葡萄糖氧化酶可以有效的降低土豆产品 的葡萄糖含量，减少其非酶褐变。
少量的葡萄糖氧化酶减少从营养的角度 来说不是很重要的。
（4）在牛奶生产中的应用
葡萄糖氧化酶能够除去食品中溶解氧,起到 保鲜、护色、防褐变、保护维生素C、延长 食品保质期的作用。
用于鲜牛奶及乳品可防止脂肪氧化，抑制微 生物生长，延长保质期。
2）食品的除氧保鲜
食品腐败 微生物

氧化变质

源自文库除氧
含油脂食品发生氧化，如花生、奶粉、 饼干、冰淇淋、油炸食品等。
果蔬产品褐变，如马铃薯、苹果、梨、 果酱等。
肉类氧化。
除氧方法
将需要保鲜的食品放到密闭容器中，同 时将葡萄糖氧化酶和葡萄糖一起放入。
吸氧保鲜袋 葡萄糖氧化酶直接加入：果汁、果酒和
二、葡萄糖氧化酶催化的反应
葡萄糖氧化酶的催化反应，按条件不 同有如下三种形式：
在没有过氧化氢酶存在下，每克分子葡 萄糖氧化酶氧化时消耗1mol氧。
C6H12O6 + O2 → C6H12O7 + H2O2
在有过氧化氢酶存在下，每克分子葡萄糖氧 化酶氧化时消耗0.5mol氧。 C6H12O6 + 1/2O2 → C6H12O7
表7-14 葡萄糖氧化酶的底物特异性
葡萄糖改性的位置
化合物
同β-D-葡萄糖的差别
β-D-葡萄糖
1
α-D-葡萄糖
C（1）上OH的构型
1
1,5-脱水-D-葡萄糖醇 C（1）上OH被H取代
2
2-脱氧-D-葡萄糖
C（2）上OH被H取代
2
D-甘露糖
C（2）上OH的构型
2
2-O-甲基-D-葡萄糖 C（2）上OH的H被甲基取代
第十二章 葡萄糖氧化酶
2011年5月4日 高丽萍
Glucose oxidase
GOD
氧化还原酶
系统命名为β-D-葡萄糖：氧1-氧化还原 酶，编号：[EC1.1.3.4]
催化葡萄糖与氧反应，生成葡萄糖酸和过 氧化氢。
C6H12O6+O2
C6H12O7 +H2O2
一、发现与历史
1928年由Muller首先从黑曲霉 （Aspergillus niger）的无细胞提取液 中发现葡萄糖氧化酶。
葡萄糖酸内酯， 同时铂电极检测到 过氧化氢的形成，被检测样品中的 葡萄糖越多形成的过氧化物就越多， 电极的信号就越强。
六、葡萄糖氧化酶应用
葡萄糖氧化酶的作用： 一、去葡萄糖， 二、脱氧， 三、杀菌， 四、测定葡萄糖含量。
食品工业中的应用 、检测分析中的应用
1、食品工业中的应用
葡萄糖氧化酶在食品工业上有广泛： ①除氧保鲜 ②去葡萄糖。 适用于食品工业中许多的产品，例如啤酒、果汁、
葡萄皮、葡萄埂和葡萄籽中含有 较高的多酚氧化酶和酚类物质， 会使白葡萄酒发生严重的褐变， 尤其是使用原料成熟度差或者霉 变的葡萄为原料酿制葡萄酒，问 题更严重。
如果在生产白葡萄酒时加入葡萄糖氧化 酶——过氧化氢酶，就能防止白葡萄酒的 褐变和口感、味觉的变化，还可以防止色 素的沉淀，延长保存期。。
醇、吡啶、甘油、乙二醇等有机溶剂。 50％丙酮、66％的甲醇能使其沉淀。
1. 葡萄糖氧化酶的催化特异性
它对β-D-吡喃葡萄糖表现出高度的专一性。 羟基处在β-位时酶的活力比处在α-位时高约160倍。
底物分子中的任何一点改变都会显著降低其氧化速率。
OH
H HO
HO
HHO
OH
H
OH H
EFAD
氰化物、一氧化碳对酶没有抑制作用。
五、葡萄糖氧化酶的活力测定
常用方法： 气压法 化学滴定法 电极法
1、气压测定法
原理 葡萄糖氧化酶催化葡萄糖和氧气反应生
成葡萄糖酸和过氧化氢，在反应中消耗 了一部分氧气，通过测定在一定时间内 的耗氧量，即可计算酶活力。
仪器设备：瓦（华）勃氏呼吸仪
在硅藻土过滤工序中将亚硫酸盐加到硅 藻土罐中，加量为每吨啤酒10-15克，充 分混均后进行过滤。
在滤液进入清酒罐前（或同时）将葡萄 糖氧化酶加到清酒罐中，建议加量为每 吨啤酒40ml，待葡萄糖氧化酶与啤酒充 分混匀后进行灌装。
（2）在葡萄酒生产中的应用
白葡萄酒生产时，氧是大敌，所 以除氧是一项非常必要的工作。
六十年代日本长赖工业公司也开始有葡萄糖氧 化酶商品出售。
七十年代葡萄糖氧化酶在国外应用已很广泛。 在国内，1960年以后有些单位也做过不少工 作，主要用于蛋白片脱糖工序中。
80年代，河北省微生物研究所在葡萄糖氧化酶 的制备和应用方面作了许多深入地研究，取得 了突破性的进展，先后制备了诊断用的葡萄糖 氧化酶、食品用葡萄糖氧化酶等多种剂型，目 前已成为葡萄糖氧化酶专业化生产基地。
2、化学滴定法
原理：
催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和过氧化 氢。生成的葡萄糖酸用过量的氢氧化钠 滴定中和，在用标准盐酸反滴定，从而 测定得到生成的葡萄糖酸的量，再计算 酶活力。
3、氧电极测定法
采用氧电极测定酶促反应的耗氧量， 再计算酶活力。
此方法具有简单快速的特点。 葡萄糖和葡萄糖氧化酶反应转化成