第七章-常见酶制剂

第七章常见酶制剂GB2760-2007《食品添加剂使用卫生标准》术语与定义酶制剂是指动物或植物的可食或非可食部分直接提取，或由传统或通过基因修饰的微生物（包括但不限于细菌、放线菌，真菌菌种）发酵、提取制得，用于食品加工，具有特殊催化功能的生物制品。碳水化合物酶蛋白酶脂肪酶其他酶中国发酵工业协会酶制剂分会《工业酶制剂的命名与分类》收录了32种，分为四大类。32种酶制剂，分为四大类：第一节碳水化合物酶（一）碳水化合物酶共13种：α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、异淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、蜜二糖酶、乳糖酶、蔗糖酶、果胶酶、胰酶、β-葡聚糖酶。以淀粉为底物的碳水化合物酶，统称为淀粉酶。淀粉酶：催化淀粉（包括糖原、糊精）分子中糖苷键水解的一类酶。包括：α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶一、α-淀粉酶(α-amylase)1、概念液化型淀粉酶，亦称细菌α-淀粉酶、退浆淀粉酶、糊精化淀粉酶和高温淀粉酶等。作用特点：A.可越过α-1,6键水解α-1,4-糖苷键B.作用开始阶段，迅速地将淀粉分子切断成短链的寡糖，使淀粉液的黏度迅速下降，碘反应由蓝变紫，再转变成红色、棕色以至无色，这种作用称为液化作用，故又称之为液化型淀粉酶。水解产物：麦芽糖、葡萄糖和糊精一、α-淀粉酶(α-amylase)2、性质热稳定性：α-淀粉酶细菌＞谷物酶＞曲霉酶最适pH值：酸性α-淀粉酶≤5、碱性α-淀粉酶≥9最适温度：中温型60℃、高温型90℃属于金属酶，Ca2+存在可增强酶的稳定性表不同来源α-淀粉酶的最适pH值来源最适pH来源最适pH人类唾液6.0～7.0嗜热脂肪芽孢杆菌3.0左右小麦4.5左右（超过5活性缓慢下降）高粱芽4.8（5.0以上时失活速度较低）枯草杆菌5.0～7.0大麦芽4.8～5.4猪胰6.0～7.09高浓度淀粉提高耐热性，在加入适量的钙盐和食盐，pH值为5.3～7.0时，93～95℃仍保持足够高的活性。为便于保藏，常加入适量的碳酸钙等作为抗结剂防止结块。3、发酵生产米曲霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌等固体发酵液体深层发酵法4、用途轻工业：发酵原料淀粉液化、制造葡萄糖、饴糖、果葡糖浆、纺织品退浆等医药：治疗消化不良、食欲不振、疾病诊断等二、糖化酶(amyloglucosidase)1、概念亦称糖化淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)和糖化型淀粉酶。水解特点：A.非还原性末端α-1,4-糖苷键（速度快）B.分支点α-1,6-糖苷键（速度慢）水解产物：葡萄糖转糖基（缩合）特点：葡萄糖基的可逆转移反应，将一个葡葡糖分子转移到另一葡萄糖分子的α-1,4-糖苷键或α-1,6-糖苷键上缩合产物：麦芽糖、异麦芽糖、低聚糖等多种寡糖二、糖化酶(amyloglucosidase)2、性质外切型淀粉酶，能水解α-1，4糖苷键、α-1，3糖苷键、α-1，6糖苷键来源不同最适反应条件也不同：曲霉糖化酶55℃～６0℃，pH3.5～５.0；根霉50℃～55℃，pH5.4～５.53、生产根霉、黑曲霉、内孢霉、红曲霉等黑曲霉液体深层培养法产的糖化酶，耐热、耐酸培养液单位含量高种子制备发酵提取（固体、液体）4、用途发酵原料淀粉的糖化，制造葡萄糖、果葡糖，医疗方面治疗消化不良三、β-淀粉酶(β-amylase)1、概念又称淀粉-1,4麦芽糖苷酶作用特点：从非还原性末端水解相隔的α-1,4糖苷键，但不能越过分支点的α-1,6-糖苷键，在达到分支点前2～3个葡萄糖残基时就停止。水解产物：麦芽糖，大分子糊精三、β-淀粉酶(β-amylase)2、基本性质Ca2+存在降低其稳定性植物酶最适pH5~6,微生物酶6~7，最适温度50℃～60℃表不同来源β-淀粉酶的最适条件β-淀粉酶的活性中心都含有巯基(-SH)，重金属、巯基试剂能使之失活，半胱氨酸可使之复活。最适pH值最适温度植物β-淀粉酶5.0～6.050～60℃细菌β-淀粉酶6～750℃253、β-淀粉酶的生产提取法：从甘薯中提取、从麸皮中提取、从大豆中提取发酵法：生产菌种有，巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、吸水链霉菌等4、β-淀粉酶的用途制造麦芽糖，啤酒酿造、饴糖的生产四、支链淀粉酶（脱枝酶、异淀粉酶）(debranchingenzyme)1、概念又称普鲁兰酶作用特点：属于支链淀粉-1，6-葡聚糖水解酶。专一性地水解支链淀粉分枝点α-1,6-糖苷键，将整个侧链切下。产物特点：大小不同的直链淀粉最适条件：pH4.5～5.5，60℃四、支链淀粉酶（脱枝酶、异淀粉酶）(debranchingenzyme)2、支链淀粉酶的分类与性能分类：水解淀粉和糖原--异淀粉酶、普鲁兰酶来源—酵母异淀粉酶、植物异淀粉酶作用方式—直接脱枝、间接脱枝性质：热稳定性差最适pH高一般不可与β-淀粉酶及糖化酶共同作用2、用途制造直链淀粉、麦芽糖、饴糖的生产3、发酵菌种气杆菌、假单孢杆菌等第二节碳水化合物酶（二）纤维素酶果胶酶溶菌酶乳糖酶蔗糖酶一、纤维素酶纤维素—地表最丰富的有机化合物，占植物碳含量的50%以上。β-D-葡萄糖分子以β（1-4）糖苷键连接而成的直链。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，不是单种酶，而是起协同作用的多酶体系。1、纤维素酶的种类和性质种类：C1酶、Cx酶、Cb酶性质：不同来源的纤维素酶的组成、相对分子质量、等电点、最适pH、最适温度等反应条件不同。2、纤维素酶的发酵生产菌种：绿色木霉、康氏木霉、李氏木霉、绳状木霉、曲霉等固体发酵液体深层发酵3、纤维素酶的用途食品、发酵、饲料加工、医疗发酵原料的处理；加酶洗涤剂；加酶饲料二、果胶酶1、性质果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括：果胶水解酶、裂解酶、果胶脂酶等来源不同性质不同一般最适温度45~50℃多数最适pH3.5~5.541OCH3α-(1→4)-D-吡喃半乳糖醛酸单位组成的聚合物2、生产生产菌种：黑曲霉、米曲霉、盾壳霉、根霉（1）固体培养臭曲霉生产果胶酶（2）利用生产柠檬酸的黑曲霉菌丝体生产果胶酶3、果胶酶的用途果蔬汁的生产，果酒的澄清天然产物的提取纺织品的生物脱胶造纸业的生物制浆三、溶菌酶1、溶菌酶的性质催化水解N-乙酰胞壁酸、N-乙酰葡萄糖胺（肽聚糖）蛋清溶菌酶pI=11，耐热，高pH条件下加热易变性。2、溶菌酶的用途肉类制品的保鲜防腐治疗手术性出血、鼻出血、分解脓液、消炎、镇痛、止痛等和抗生素合用，提高其疗效四、乳糖酶1、乳糖酶的性质乳糖酶学名β-D-半乳糖苷酶最适pH，酵母6.0,霉菌5.0最适温度，酵母37℃,米曲霉50℃巯基酶类2、乳糖酶的生产生产菌种：曲霉、大肠杆菌、酵母3、乳糖酶的用途食品：用乳糖酶水解乳中的乳糖，生产低乳糖奶，1977年后可以用固定化乳糖酶连续生产。用乳糖酶加工乳制品，已成为高档乳制品必备工艺。医药用酶：儿童、老年人常备药物。五、转化酶（蔗糖酶）1、性质：学名β-D-呋喃果糖苷果糖水解酶2、生产：啤酒酵母、假丝酵母3、应用：食品工业人造蜂蜜第三节蛋白酶一、蛋白酶的分类1、根据来源：动物蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶）、植物蛋白酶（木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶）、微生物蛋白酶（细菌或霉菌蛋白酶）2、根据反应pH：酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶3、活性中心：丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶4、按其作用方式分为：内肽酶（氨肽酶）从蛋白质或多肽的内部切开肽键生成分子质量较小的胨和多肽，是真正的蛋白酶。外肽酶（羧肽酶）只能从蛋白质或多肽分子的氨基或羧基末端水解肽键而游离出氨基酸。61二、蛋白酶的性质1、酸性蛋白酶最适pH2~4；最适温度40℃；pI3~5；酶蛋白中酸性氨基酸含量高，碱性氨基酸含量低如：胃蛋白酶、霉菌酸性蛋白酶2、中性蛋白酶大多数中性蛋白酶是金属酶；等电点pI为8~9；热稳定性差，钙离子可以增加酶的稳定性3、碱性蛋白酶最适pH7~11；一般热稳定性差；钙离子可以增加酶的稳定性如：胰蛋白酶、凝血酶、木瓜蛋白酶、透明质酸酶、菠萝酶三、蛋白酶的生产1、发酵法细菌蛋白酶：枯草杆菌、地衣芽孢杆菌、链球菌、热解蛋白芽孢杆菌霉菌蛋白酶：米曲霉、酱油曲霉酸性蛋白酶：黑曲霉、根霉、担子菌、青霉2、提取法植物蛋白酶：木瓜、无花果、菠萝、猕猴桃动物蛋白酶：胃、胰脏等器官；血液、尿液等木瓜蛋白酶(papain)最适条件：pH5～7，65℃酶的活力被抑制氧化剂或重金属离子影响作用特点水解蛋白质对酯和酰胺类底物也表现出很高的活力具有从蛋白质水解物再合成蛋白质类物质的能力凝乳酶(rennin)亦称皱胃酶，哺乳期小牛第四胃中分泌凝乳酶使牛乳形成凝块或凝胶结构的过程：第一阶段是酶作用增加含氮组分第二阶段包括经酶作用而改变的酪蛋白胶粒聚集成凝胶结构pH5.3～6.3间最稳定提高温度和增加钙离子浓度可加快凝胶形成的速度70五、蛋白酶的用途1、制造蛋白水解物2、用作除蛋白剂3、轻工业产品工艺革新、提高产品质量4、医药5、饲料添加剂6、生化试剂轻工食品：洗涤剂、皮革加工、丝绸脱胶、啤酒澄清、水解蛋白医药：治疗消化不良、食欲不振、消炎、消肿、除坏死组织、促进创伤愈合、降低血压、疾病诊断第四节脂肪酶脂肪酶粗酶脂肪酶也称甘油酯水解酶，脂酶作用特点：水解位：α-位（1位）、α´-位（3位）的速度快，β-位（2位）的速度较慢胰脂酶水解特点：仅水解1,3位的酯键最适条件：pH7～9，一般脂肪酸的链越长则pH值越高。增香作用最适温度为20℃。工业产酶菌有酵母、曲霉等78一、脂肪酶的性质学名：三酰甘油酯水解酶脂肪酶的油-水界面反应只在异相系统中作用，不对均匀分散或水溶底物作用脂肪酶的底物特异性底物：甘油三酯甘油三酯脂类的消化：脂肪刺激十二指肠分泌促胰酶素和胆囊收缩素胰脏的脂肪酶：三酰甘油脂肪酶、胆固醇酯酶、磷脂酶A2组织中三中脂肪酶：脂肪酶、甘油二酯脂肪酶、单脂酰甘油酯脂肪酶二、脂肪酶的发酵生产生产菌种：黑曲霉、根霉、地霉、米曲霉、小球菌、假丝酵母等。1、菌种活化及扩大培养2、发酵3、提取与精制工艺流程：浓缩液回流浓缩液回流至原料箱↓↑原料液箱→袋式过滤器→精密过滤器→改性PS中空超滤膜→透过液排放每批料液为30T/H2小时内浓缩完所有料液，浓缩倍数为15倍三、脂肪酶的应用工业原料的去脂食品加工中提高产品质量（见下图）脂肪酸、甘油酯的生产转酯或新酯的合成医药提高细胞膜通透性应用举例在面包生产中使用，增加体积，提高白度，改善香气。86脂肪酶和脂肪氧合酶的混合物原料皮革的软化：酸性蛋白酶和脂肪酶羊毛的除垢加酶洗涤剂加酶牙膏加酶饲料加酶护肤品医药：治疗消化不良，食欲不振第五节其它酶一、葡萄糖异构酶1、性质大多是木糖异构酶最适pH6.5~8.0；最适温度25℃~75℃Co2+、Mg2+起诱导作用2、葡萄糖异构酶的生产菌种：密苏里放线菌、凝结芽孢杆菌、橄榄色链球菌、产橄榄色素链球菌、锈棕色链球菌、新链球菌、乔木黄杆菌固定化酶和固定化细胞3、葡萄糖异构酶的应用生产果葡糖浆：α-淀粉酶液化糖化酶糖化葡萄糖异构酶异构化果葡糖浆（HFS高果糖浆，不易结晶、高甜度、易发酵、保湿性好、低黏度、无色）二、葡萄糖氧化酶1、性质β-D-葡萄糖：氧氧化还原酶有氧条件下催化葡萄糖转化为葡萄糖酸2、生产菌种：黑曲霉、青霉3、应用食品：蛋白加工、食品保藏医药：测定血糖含量、诊断糖尿病三、环状糊精酶环状糊精生成酶---环麦芽糊精葡萄糖基转移酶底物淀粉，产物环状糊精（CD）偶联糖生产菌种：软化芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌生物、食品工业用CD来包接或分离一些易挥发的且不溶于水的呈香味物质。保护脂溶性物质改变香料、色素等的理化性质生产偶联糖，用于食品工业四、氨基酸酰化酶氨基酸酰化酶—酰化氨基酸水解酶拆分酰化-DL-氨基酸D-氨基酸氨基酸酰化酶酰化D-氨基酸L-氨基酸L-氨基酸酰化-DL-氨基酸酰化消