烹飪化學第六章烹飪食品中的酶

1、2024/3/18,1,烹飪化學,2024/3/18,2,第六章烹飪食品中的酶,吉林農業(yè)科技學院　陳福玉,2024/3/18,3,一、引言二、酶的化學本質和分類三、酶催化反應動力學四、食品原料中的內源酶的作用對食品質量的影響教學重點和難點：酶的化學本質和分類催化反應動力學食品和烹飪中重要的酶及其應用,本章內容,2024/3/18,4,一、概念 酶是由生物活細胞所產生，具有高效的催化活性和高度特異性（專一性）的蛋白質

2、。二、重要性控制著所有重要的生物大分子的合成、分解 食品加工的主要原料是生物材料, 生物材料中含有大量的酶酶的作用 有益的：皺胃酶、蛋白酶 有害的：果膠酶、脂酶 有效地使用和控制內源酶和外源酶,引 言,2024/3/18,5,酶的化學本質與分類,一、酶的化學本質：八十年代以前: 酶是一類由活性細胞產生的具有催化作用和高度專一性的特殊蛋白質。八十年代以后: 酶是一類由活性細胞產生的生物催

3、化劑。 如：核糖核酸分子食品工業(yè)使用的酶都是蛋白質。,2024/3/18,6,說明酶的化學本質是蛋白質的證據(jù)：,1、酶的元素組成與蛋白質相同：C,H,O,N 。2、酶的化學結構、空間構象與蛋白質相同：3、酶的兩性離子的性質與蛋白質相同：4、酶的膠體性質與蛋白質相同：5、酶的其它性質也與蛋白質相同：酸堿性、降解反應、顏色反應、變性反應等。,2024/3/18,7,酶的活性中心,酶為什么會與底物形成中間產物？酶為什么具有高

4、效率、專一性、可調節(jié)等特性？都與酶本身的特殊結構直接相關。由少數(shù)必需基團組成的能與底物分子結合并完成特定催化反應的空間小區(qū)域，稱為酶的活性中心。必需基團有：結合基團、催化基團。酶活性中心出現(xiàn)頻率最高的氨基酸：絲氨酸（-OH），組氨酸（咪唑基），半胱氨（-SH），天冬氨酸（-COOH），谷氨酸（-COOH）和賴氨酸（-NH3）。,結合基團決定酶的專一性。催化基團決定酶所催化反應的性質。,2024/3/18,8,二、酶的催化特性

5、：,共性：加快反應速度；不改變平衡常數(shù)；降低反應的活化能；自身不參與反應。,2024/3/18,9,特性：1、高效性 為一般催化劑的1000萬倍～10萬億倍。2、專一性(specificity) 酶對底物具有高度專一性。（絕對、相對、立體）3、不穩(wěn)定性：易受各種因素的影響，在活細胞內受到精密嚴格的調節(jié)控制。4、條件溫和：常溫、常壓、中性pH。,絕對專一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個反應，而不作用于任何其它物

6、質。 相對專一性：這類酶對結構相近的一類底物都有作用。包括鍵的專一性和基團的專一性。 立體異構專一性：這類酶只對底物的某一種構型起作用，而不催化其他異構體。包括旋光異構專一性和幾何異構專一性。,2024/3/18,10,三、酶催化專一性的學說,酶催化作用的中間產物學說 酶如何降低活化能：酶先與底物結合形成不穩(wěn)定的的—中間產物，這種中間產物具有較高的活性，不僅容易生成，而且容易變成產物，并釋放出酶。,2024/3/

7、18,11,酶催化作用的中間絡合物學說示意圖:,酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間產物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。,2024/3/18,12,四、 酶的命名與分類,酶的分類： 1971年國際生化協(xié)會酶命名委員會根據(jù)酶所催化的反應類型將酶分為六大類。1、氧化還原酶類 即催化生物氧化還原反應的酶，如脫氫酶、氧化

8、酶、過氧化物酶、羥化酶以及加氧酶類。2、轉移酶類 催化不同物質分子間某種基團的交換或轉移的酶，如轉甲基酶、轉氨基酶、已糖激酶、磷酸化酶等。,13,2024/3/18,3、水解酶類 利用水使共價鍵分裂的酶，如淀粉酶、蛋白酶、酯酶等。4、裂解酶類 由其底物移去一個基團而使共價鍵裂解的酶，如脫羧酶、醛縮酶和脫水酶等。5、異構酶類 促進異構體相互轉化的酶，如消旋

9、酶、順反異構酶等如：6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應。6、合成酶類 促進兩分子化合物互相結合，同時使ATP分子中的高能磷酸鍵斷裂的酶，如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。,2024/3/18,14,酶的命名：,1、國際系統(tǒng)命名法 在系統(tǒng)命名法中，一種酶只可能有一個名稱和一個編號。在科技文獻中，一般使用酶的系統(tǒng)名稱。系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構型、反應性質，最后加一個酶字。例如： 系統(tǒng)名稱:丙氨酸：?

10、-酮戊二酸氨基轉移酶， 它所催化的反應: 谷氨酸 + 丙酮酸 ?? ?-酮戊二酸 + 丙氨酸 但因某些系統(tǒng)名稱太長，為方便起見，有時仍用酶的習慣名稱。,2024/3/18,15,2、習慣命名法: A.根據(jù)作用底物來命名，如淀粉酶、蛋白酶等。 B.根據(jù)所催化的反應的類型命名，如脫氫酶、轉移酶等。 C.兩個原則結合起來命名，例如丙酮酸脫羧酶等。 D.根據(jù)酶的來源或其它特點來命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。

11、 這在一定程度上造成很多酶有多種名稱的情況。,2024/3/18,16,五、酶的組成類型,,,,2024/3/18,17,酶催化反應動力學,一、底物濃度的影響,1、在酶濃度，pH，溫度等條件不變的情況下研究底物濃度和反應速度的關系。如右圖所示：,,影響酶促反應速度的因素,18,2024/3/18,2.米氏方程,,,RNase-底物復合物,19,2024/3/18,1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據(jù)中間產物學說

12、對酶促反映的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關系的著名公式，稱為米氏方程。,Km — 米氏常數(shù)Vmax — 最大反應速度,20,2024/3/18,米氏常數(shù)的意義:,由米氏方程可知，當反應速度等于最大反應速度一半時,即V = 1/2 Vmax, Km = [S] 上式表示,米氏常數(shù)是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。不同的酶具有不同Km值，它是

13、酶的一個重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km愈小，E對S的親合力愈大，Km愈大，E對S的親合力愈小。,2024/3/18,21,二、酶濃度的影響,在一定條件下酶反應的速度與酶的濃度成正比。因為酶催化反應時，首先要與底物形成所謂中間產物，即酶底物復[ES]。 當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時，反應達到

14、最大速度Vm，如果此時增加酶的濃度，可增加反應速度，酶反應速度與酶濃度成正比關系。,22,2024/3/18,三、溫度的影響,溫度對酶反應的影響是雙重的：（1）隨著溫度的增加，反應速度也增加，直至最大速度為止。（2）隨溫度升高而使酶逐步變性。 故酶總有一個最適反應溫度，在這個溫度時，酶的活力最高。 在10-80℃常溫范圍內，酶活力隨著反應溫度的變化趨勢一般可表示如右圖。,最適溫度,動物細胞的酶最適溫度為37—50 ℃植物

15、細胞的酶最適溫度為50—60 ℃,23,2024/3/18,四、pH的影響,在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常稱此pH為最適pH。但是需指出，所謂“最適pH”實際上是一個操作參數(shù)。,在不同pH時活性發(fā)生變化的原因主要在于：（1）pH能影響酶分子結構的穩(wěn)定性。（2）pH能影響酶分子的解離狀態(tài) 。,,大多數(shù)酶的最適PH為4—8植物、微生物酶的最適PH4.5—6.5動物酶最適PH為6.5—8特殊：胃蛋白酶為1.5—3

16、 精氨酸酶為10.6,24,2024/3/18,1.抑制劑對酶促反應的影響有些物質能與酶分子上某些必需基團結合（作用),使酶的活性中心的化學性質發(fā)生改變，導致酶活力下降或喪失，這種現(xiàn)象稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。　 酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結構上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復合體或結合

17、物。,五、抑制劑和激活劑的影響,25,2024/3/18,2.激活劑對酶促反應的影響凡是能提高酶活性的物質均稱為激活劑。其中大部分是一些無機離子和小分子有機化合物。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-、抗壞血酸、半胱氨酸、 谷胱甘肽等。,2024/3/18,26,食品和烹飪重要中的酶及其應用,●食品原料中的酶 ? 內源酶 ?外

18、源酶 微生物、酶制劑●產生兩類不同的結果：? 加快食品變質（果蔬儲運） ? 提高食品質量（小麥粉漂白、肉的嫩化）,2024/3/18,27,酶與底物的接近導致食品的變化：,酶與底物接近會導致食品的色澤、質構、風 味、和營養(yǎng)質量上的改變。酶的種類及應用： 烹飪加工中的酶主要有水解酶和氧化還原酶類。 其中水解酶是烹飪加工中最重要的酶，常見的有淀粉酶、果膠酶、蛋白酶和脂肪酶等。,2024/3/18,28,一、顏 色,? 顏色－－

19、食品重要的品質指標之一。 ? 導致水果和蔬菜中色素變化的2個關鍵性的酶是：,?脂肪氧合酶?多酚氧化酶,2024/3/18,29,（一）脂肪氧合酶,1.名稱: 脂肪氧合酶 亞油酸：氧 氧化還原酶,2.催化的反應 （最適PH7-8）? 底物：具有順，順－1，4－戊二烯結構 亞油酸，亞麻酸、花生四烯酸 必需脂肪酸3. 脂肪氧合酶對食品加工的影響 ?有益的功能： ① 小麥粉和大豆粉的漂白?？梢悦饧踊瘜W氧化劑、例如碘酸

20、鉀。 ② 在制作面團過程中形成二硫鍵。,,2024/3/18,30,? 有害的功能： ① 破壞葉綠素和胡蘿卜素。② 產生氧化性的不良風味，如青草味。③ 使維生素和蛋白質類化合物遭受氧化性破壞。 ④ 使必需脂肪酸遭受氧化性破壞。,2024/3/18,31,（三） 多酚氧化酶,1. 命名 ? 多酚氧化酶,又被稱為酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、兒茶酚氧化酶、甲酚酶和兒茶酚酶。 ? 1,2-苯二酚：氧 氧化還原酶 2. 分布 ?存在

21、于植物、動物和一些微生物 （主要是霉菌）中。3. 特點 最適PH4-7，最適溫度20-35℃。,2024/3/18,32,3．催化的反應,? 羥基化反應 ? 氧化反應 ● 一元酚羥基化形成的鄰-二酚可以在酶的作用下進一 步被氧化生成鄰-苯醌類化合物。,2024/3/18,33,鄰-苯醌的進一步 變化,氧化和聚合形成黑色素。非酶反應。 黑色素的形成是導致香蕉、蘋果、桃、馬鈴 薯、蘑菇、蝦和人類（雀斑）產生不

22、期望的褐變的原因；它也是導致茶葉、咖啡、葡萄干和梅干形成期望的褐色和黑色的原因。與蛋白質中賴氨酸殘基的ε-氨基反應， 導致蛋白質的營養(yǎng)質量和溶解度下降。 與其它氧化電位比較低的物質反應生成無色物質。,,,,2024/3/18,34,防止多酚氧化酶酶促褐變的方法：,? 消除O2和酚類的化合物。 ? 添加抗壞血酸、亞硫酸鹽和巰基化合物等還原性物質。作用是將鄰-苯醌還原成底物，從而防止黑色素的形成。 ? 添加EDTA （乙二胺四乙酸

23、）、抗壞血酸、亞硫酸鈉和巰基化合物使酶失活?？箟难崮芷茐亩喾友趸傅幕钚圆课恢械慕M氨酸殘基，EDTA、亞硫酸鈉和巰基化合物能除去酶的活性部位中的Cu2+ 。 ? 加入競爭抑制劑：4-己基間苯二酚、苯甲酸和其他一些非底物的酚類化合物。 ?加熱使酶失活:70-90℃下短時加熱失活。,2024/3/18,35,二、質 構（texture),水果和蔬菜的質構主要取決于所含的一些復雜的碳水化合物：果膠物質淀粉蛋白質（動物組織和高蛋

24、白質植物食品）,2024/3/18,36,（一）果膠酶 （pectic enzymes),? 果膠酯酶 ? 聚半乳糖醛酸酶 ? 果膠酸裂解酶,2024/3/18,37,1．果膠甲酯酶（Methylesterase）,命名：果膠 果膠基水解酶（EC 3.1.1.11）， 也被稱為果膠酯酶（Pectinesterase，PE） 存在：高等植物和微生物中 有二

25、價離子Ca 2+ 存在時，Ca 2+ 和果膠酸分子中的羧基形成交聯(lián)，從而提高果蔬的質構強度。,2024/3/18,38,2.聚半乳糖醛酸酶(Po1ygalacturonase),? 命名：聚-α-1,4-半乳糖醛酸苷糖基-水解? 存在: 高等植物和微生物中。 ? 催化的反應: 水解α-1,4 糖苷鍵 使一些食品原料（例如番茄）的質構顯著變弱。 有內切（endo-）和端解（exo-）兩種。,2024/3/18,3

26、9,3.果膠酸裂解酶（Pectate lyases）,命名：聚（α-1,4-半乳糖醛酸苷）裂解酶, EC 4.2.2.2 存在：微生物，非高等植物。 催化作用：裂開果膠和果膠酸分子中的α-1,4 糖苷鍵。遵循β-消去機制，水不參與反應。生成一個含還原基團 的產物和一個含雙鍵（235 nm 有特征吸收）的產物。,? 有內切和端解兩種類型,2024/3/18,40,（二）淀粉酶 （ Amylases）,包括： α-淀粉酶、β

27、-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。 存在于動物、高等植物和微生物中。 作用：降解淀粉，影響食品的粘度和質構和利 用淀粉生產淀粉糖。,2024/3/18,41,淀粉酶的類型,α-淀粉酶 ?存在于所有的生物。 ?內切酶，水解α-1,4- 糖苷鍵，水解“干”。 ?產物：糊精、葡萄糖。 特點：最適PH4.5-7,最適溫度55-70℃.?顯著影響粘度。 ?高溫下才失活。,2024/3/18,42,β-淀粉酶 ?存在于高等植物中 ?端解

28、酶，水解α-1,4- 糖苷鍵，水解“支”。 ?產物：麥芽糖。 ?巰基（半胱氨酸）酶,2024/3/18,43,葡萄糖淀粉酶（糖化酶）存在于微生物的根酶、曲霉中 ?端解酶，不僅能水解α-1,4- 糖苷鍵， 還可以水解α-1,6- 糖苷鍵、 α-1,3- 糖苷鍵水解“支”。 ?產物：葡萄糖。,2024/3/18,44,（三）蛋白酶,對于動物性食品原料，決定其質構的主要是蛋白質。1．組織蛋白酶（Cathepsins） ●

29、存在于動物組織的細胞內。位于細胞的溶菌體內。 ● 在酸性pH具有活性。在pH2.5 ～ 4.5范圍內具有最高 的活力。 ● 五種組織蛋白酶，分別用字母A、B、C、D和E表 示。此外，還分離出一種組織羧肽酶。 ● 參與肉成熟期間的變化。 當動物宰殺后，pH下降，這些酶從肌肉細胞的溶菌體 粒 子中釋放出來，作用肌肉細胞中的肌原纖維以及胞外結 締組織例如膠原分解。,,,2024/3/18,45,2．消化道

30、蛋白酶,都可以將蛋白質水解成蛋白胨或蛋白示。胃蛋白酶：最適PH1~4胰蛋白酶：最適PH7~9胰糜蛋白酶：最適PH7~93.微生物蛋白酶：分布：細菌、酵母菌、霉菌等微生物中都含有各種蛋白酶，是蛋白酶制劑的重要來源。用途：多數(shù)用于肉的嫩化上代替價格較貴的木瓜蛋白酶。,2024/3/18,46,4．植物蛋白酶,種類：木瓜蛋白酶：對底物有較寬的專一性，在PH=5時具有良好的穩(wěn)定性。底物不同，最適PH不同，對熱穩(wěn)定。菠蘿蛋白酶：對

31、底物的專一性也較寬，最適PH=6~8.生姜蛋白酶：在肉腌制、碼味中對肉的嫩度、風味產生影響。用途：多用做肉類的嫩化劑。（見P159表7-2）,2024/3/18,47,三、風 味,過氧化物酶、脂肪氧合酶等許多酶會影響食品的風味。,1．脂肪酶,特點：把脂肪水解成脂肪酸和甘油。 最適合溫度為30~40℃（個別-29 ℃仍有活力），最適合PH=8~9。 只有在甘油酯和水構成的乳狀液中才有較大活性。 作用產生游離脂肪酸，促進脂肪氧合

32、酶的作用，從而使食品產生不良風味（水解酸?。Ｓ猛荆杭Z油加工及體內脂肪的消化。,2024/3/18,48,2. 過氧化物酶（POD),（1）對食品的影響 ● 普遍地存在于植物和動物組織中。 ● 會損害食品的質量，未經熱燙的冷凍蔬菜所 具有的不良風味與酶的活力有關。 ● 各種不同來源的POD通常含有一個血色素 （鐵卟琳）作為輔基。,（2） POD催化下列反應 ROOH ＋ AH 2

33、 H 2 0 ＋ ROH ＋ A? ROOH： H2O2 或一種有機過氧化物，CH3OOH或 CH3CH2OOH。 ? AH 2 被氧化，是電子給予體。 ? 抗壞血酸、酚，胺或其他有機化合物 ? 被氧化成有色化合物 ? 分光光度法測定過氧化物酶的活力,,2024/3/18,49,(3)作為果蔬熱處理是否充分的指標 (4)其它作用作為過氧化氫的去除劑 參與木質素的生物合成 參與乙烯的生物

34、合成 作為成熟的促進劑，與果蔬的成熟有關,,2024/3/18,50,四、營養(yǎng)質量,● 脂肪氧合酶 ?必需脂肪酸含量的下降。 ? 產生的自由基降低類胡蘿卜素、生育酚、維生素C和葉酸在食品中的含量，破壞蛋白質中半胱氨酸 、酪氨酸、色氨酸 和組氨酸殘基。● 抗壞血酸氧化酶 導致抗壞血酸的破壞。 ● 硫胺素酶 會破壞硫胺素（氨基酸代謝中必需的輔助因子）。 ● 核黃素水解酶 ● 多酚氧化酶 ? 引起褐變