过氧化物酶

第七章氧化还原酶（2学时，共6学时）一、过氧化物酶主要内容：二、多酚氧化酶一、过氧化物酶（PODPeroxidase）•过氧化物酶是存在于各种动物、植物和微生物体内的一类氧化酶。催化由过氧化氢参与的各种还原剂的氧化反应。•过氧化物酶是由单一肽链与一个铁卟啉辅基结合构成的血红蛋白。多数植物过氧化物酶与碳水化合物结合成为糖基化蛋白。糖蛋白有避免蛋白酶降解和稳定蛋白构象的作用。1过氧化物酶作用方式及分布•1.1过氧化物酶作用方式过氧化物酶（供体：过氧化氢氧化还原酶）催化过氧化氢分解时，同时有氢供体参加。H2O2+AH22H2O+APOD酚类、胺类化合物、某些杂环化合物和一些无机离子等都可以作为过氧化物酶的供氢体。•1.2过氧化物酶的分类（1）含铁过氧化物酶①正铁血红素过氧化物酶：含有正铁血红素Ⅲ（羟高铁血红素）为辅基，存在于高等植物、动物和微生物中。②绿过氧化物酶：绿过氧化物酶的辅基也含有一个铁原卟啉基团，这类酶存在于动物器官和乳中（乳过氧化氢酶）。（2）黄蛋白过氧化物酶：含有黄素腺嘌呤二核苷酸作为辅基，这类酶存在于微生物和动物组织中。•1.３分布：过氧化物酶在植物细胞中以两种形式存在：①以可溶形式存在于细胞浆中②以结合形式在细胞中与细胞壁或细胞器相结合辣根是过氧化物酶最重要的一个来源。辣根中20%的过氧化物酶（POD）与细胞壁结合，用2mol/LNaCl(高离子强度)才能提取出来。辣根中过氧化物酶活力为569,000单位/g组织（蘑菇仅240单位/g组织）。2过氧化物酶在食品加工中的应用（速冻蔬菜）（2）过氧化物酶的活力与果蔬产品，特别是非酸性蔬菜在保藏期间形成的不良风味有关。（1）过氧化物酶是果蔬成熟和衰老的指标。如苹果气调贮藏中，过氧化物酶出现两个峰值，一个在呼吸转折（成熟），一个在衰老开始。（3）过氧化物酶属于最耐热的酶类，在果蔬加工中常被当作热处理是否充分的指标。方法：将已热处理的原料中抽取样品，横切，随即放入愈创木酚或联苯胺溶液中，然后取出，在切面上滴0.3%H2O2，数分钟后，用愈创木酚处理的样品变为褐色，联苯胺变为深蓝色，说明过氧化物酶未被破坏，热处理时间不够，如果均不变色，则表示热处理效果良好。POD的测定方法：3过氧化物酶最适pH和最适温度3.1最适pH过氧化物酶一般都含有多种同功酶，因此最适pH范围较宽。酸性状态，过氧化物酶血红素和蛋白质部分分离，酶蛋白从天然状态转变到可逆变性状态，活力下降，且热稳定性低；在中性和碱性状态，酶处于天然状态，蛋白质结构含α－螺旋结构，稳定，酸化后α－螺旋结构破坏，产生β－结构。如青刀豆：pH5.0-5.4，有可溶态，离子结合，共价结合。3.2最适温度–差异较大：35-60℃。–不同来源的过氧化物酶在最适作用温度上存在着很大的差别。例如，马铃薯和花菜（匀浆）中过氧化物酶的最适温度分别为55℃和35～40℃。4过氧化物酶的热稳定性•4.1.热失活的特性①双相性：POD中含有不同的耐热性质部分，不耐热部分在热处理时很快地失活，而耐热部分在同样的温度缓慢地失活。在88℃热处理时甜玉米中过氧化物酶的失活（用邻-苯二胺作为氢体底物测定酶活力）②可逆性：经热处理后的酶液在室温或较低温度下保藏，它的活力部分可以再生。例如：辣根过氧化物酶在70℃加热1小时后，在30℃下再生的酶活力可达到处理前的30-40%，而在50℃下不能再生，如再降低到40℃时，酶活力又开始提高。•4.2.过氧化物酶冷冻增活效应果蔬热烫后，有部分残余活力或再生活力被允许留在被保藏的产品中，残余酶活力在冰冻保藏后，比酶完全失活时要高。速冻蔬菜能否永久保藏？•4.3.非脂肪氧合酶作用在热失活中过氧化物酶分子聚集成寡聚体，分子量增加一倍，这个过程包括酶分子展开和展开的酶分子进一步堆积，血红素基暴露，增加了血红素蛋白非酶催化脂肪氧化的能力，导致不良风味的产生，这一过程非脂肪氧合酶作用（热烫钝化）。•问题：经热烫的罐装或冷冻蔬菜在保藏期间产生的不良风味的原因？5影响过氧化物酶热失活的因素•5.1.不同来源的POD具有不同的耐热性。一般来说，植物的过氧化物酶活力越高，它的耐热性也越高。–比如马铃薯和花菜匀浆中的过氧化物酶在95℃加热10min就完全而不可逆地失活。–而甘蓝中的过氧化物酶在120℃加热10min仍然有0.3%活力保存下来。•5.2.低水分含量，POD耐热性增加：–例如：水分含量低于40%时，谷类中过氧化物酶的热稳定性与水分含量成反比。–对于加工脱水果蔬有重要参考价值。•5.3.外加因素：降低pH，增加NaCl浓度。–以辣根中过氧化物酶为例，加入羟高铁血红素能降低酶的热失活速度(pH7.0、76℃)–而升高温度能提高酶的热失活速度。–在pH7时酶热失活的速度最低，在pH4.0和pH10时酶热失活的速度分别提高到8倍和2倍。–酶失活的初速度正比于NaCl的浓度(pH7.0、NaCl浓度低于0.6mo1／L)，–糖能提高苹果和梨中过氧化物酶的热稳定性。•5.4.加热方式：pH确定，T确定，T变长，导致酶失活后可能性变大，HTST易导致酶再生。•5.5.结合处理：微波和离子照射能降低在热烫过程中使酶失活所需的热处理强度。微波处理沸水处理2min2min1.5min3min1min5min马铃薯过氧化物酶的微波处理完全失活所需的时间辐射处理•在采用结合处理时，先使用辐射处理，再使用热处理。辐射时酶分子的聚集和单体的改性而使酶的热稳定性显著降低，且不会出现活力再生（辐射诱导水产生自由基二次进攻的结果）。6化学试剂对过氧化物酶的影响6.1.使POD失活的作用方式：•与酶结合失活•作用于底物或产物6.2.化学试剂种类6.2.1SO2和亚硫酸盐：SO2的作用仅仅是破坏H2O2SO2+H2O2→H2O+SO3•0.1-0.15%的焦亚硫酸盐能防止豌豆产生不良风味6.2.2氰化物、叠氰化物和氟复合物：能与血红素结合，为可逆抑制。6.2.3表面活性化合物：如单甘脂，卵磷脂等，显著失活。6.2.4高分子物质：如果胶在pH5.5时，使POD显著失活；pH低，使POD完全失活。果胶的存在还能使POD最适pH从5.5移动至8.0，大多数果胶pH在酸性范围。这在食品加工中很重要。二、多酚氧化酶多酚氧化酶（邻－二酚：氧氧化还原酶；E1,10,3,1）在植物界乃至动物界分布广泛，由于其检测方便，是被最早研究的几类酶之一。引起食品酶促褐变的主要酶类•果蔬食品在加工及贮藏过程中存在褐变反应，而褐变的原因有非酶性的和酶性的，多酚氧化酶是引起食品酶促褐变的主要酶类，因此研究多酚氧化酶的特性对制定食品的加工与保藏工艺有非常重要的意义。•有害：新鲜、冷冻、干制和罐藏产品的褐变。•有利：红茶生产，苹果浓缩汁除涩•三要素：底物、O2、酶1多酚氧化酶在自然界的分布•（1）广泛存在于自然界，植物、微生物及动物器官。植物品种不同，含量变化很大。果蔬中以橄榄含量最高。•（2）PPO在植物细胞中分布取决于品种和年龄，果蔬而言还取决成熟度，如线粒体，叶绿体。•（3）PPO在果蔬的不同部分含量存在很大差异。大多数水果中PPO以结合状态存在。葡萄皮中PPO活力高，葡萄成熟时PPO活力下降幅度最大。2多酚氧化酶催化的反应及其作用底物•2.1.催化反应：两类反应都需要有分子氧参加。(1)一元酚羟基化：蘑菇中单酚。(2)邻－二酚氧化，生成邻－醌。多酚氧化酶催化的氧化反应的最初产物邻－醌将继续变化。①相互作用生成高分子量聚合物。②与氨基酸或蛋白质作用生成高分子络合物。③氧化那些氧化－还原电位较低的化合物，生成无色化合物。–其中①②导致褐色素的生成，反应③的产物是无色的。2.2.作用底物2.2.1果蔬中主要有四类①儿茶素②3,4－二羟基肉桂酸酯③3,4－二羟基苯丙氨酸④酪氨酸2.2.2特点①PPO的最佳底物并非和酶同时存在于同一植物中。②PPO只能催化在对位上有一个大于－CH2的取代基的一元酚羟基化，即PPO对底物具有特异性要求。③不同的品种果蔬，同一品种不同部位中PPO具有不同的底物特性。④多酚氧化酶在植株幼嫩阶段及生长旺盛期活性最高。甜菜中PPO能催化3,4－二羟基苯丙氨酸的氧化，却不能作用于酪氨酸，但却含有大量的酪氨酸却无前者。3pH对多酚氧化酶活力的影响①PPO的最适pH4-7之间波动。②不同种类，同一种果蔬不同品种的PPO，具不同最适pH。③不同部位，pH也有差异。④酶的提取或分离方法对最适pH也有影响。⑤测定酶活力时，采用的底物和缓冲液对酶最适pH有影响。⑥可能存在同工酶，PPO具有一个最适pH外，可能有第二个最适pH。4温度对多酚氧化酶活力的影响①酶活力随温度逐步提高，然后降低，如桃中PPO，从3℃开始随温度升高，至37℃最高，后下降。②不同底物表现出不同的PPO酶活力最适温度：如马铃薯，底物为儿茶素，最适温度22℃。底物为焦醅酚，最适温度15－35℃，线性上升。③热失活温度70-90℃/短时间。④低温状态酶失活是可逆的。微量的多酚氧化酶也能导致果蔬褐变，冷冻食品生产中热处理是必要的。5多酚氧化酶抑制效应酶促褐变三因素：酶，底物，O2。为什么柑桔榨汁后不会发生褐变？（1）对酶的抑制：•PPO以铜为辅基的金属蛋白，金属螯合物，如抗坏血酸、柠檬酸、EDTA、果胶、氰化物。（2）与酶催化生成的反应产物作用①同邻－二酚氧化产物醌作用的还原剂，如抗坏血酸、SO2、偏重亚硫酸盐。②醌偶合剂：与醌作用，生成稳定的无色化合物，如半胱氨酸、谷胱甘肽、SO2、偏重亚硫酸盐。（3）清除酶作用的底物•与酚类底物作用的化合物：–PVPP（聚乙烯吡咯烷酮）与酚强烈缔合，消去底物。（无甲醛啤酒的生产）•隔氧（4）热烫处理（灭酶）6光照强度与多酚氧化酶活性•多酚氧化酶属于植物体内的末端氧化酶系统，光照明显促进了此酶的活性。不同光照条件下海带体内酚类化合物含量的结果表明，在0－1200Lx(勒克斯)间，PPO随光照强度增加而呈上升趋势。在对玫瑰组织培养的研究中，采用不同的遮光处理(对照、单层膜、双层膜)，其结果也同样证明在一定的光照强度变化幅度内，PPO活性和接种后的褐变率均随光强增加而上升。另外在茶叶研究中也有与此相一致的报道。7多酚氧化酶的激活剂•多酚氧化酶的作用会导致食品褐变。长期以来，防止食品的酶促褐变是一个重要的研究课题。食品界在多酚氧化酶的抑制剂方面作了很多的研究工作，而对于它的激活剂相对地了解较少。•阴离子洗涤剂，例如SDS(十二烷基磺酸钠)，能有效激活多酚氧化酶。若苹果经PVP(聚乙烯毗咯烷酮)处理，其果皮的多酚氧化酶便会失活，但用SDS处理后又能将已失活的酶激活。SDS能激活以潜在的形式存在于粗提取液中的多酚氧化酶。•若用酸或脲素短时间地处理葡萄中的多酚氧化酶，能使酶可逆地激活；如果用酸处理作用时间较长，会导致酶不可逆地激活。另外Cu2+和底物3，4－二羟基苯丙氨酸对一些果蔬来源的多酚氧化酶也有激活作用。8多酚氧化酶在果品和蔬菜中的生理作用•（1）起氧的缓冲剂作用；•（2）为抵抗病原菌提供一定程度的保护作用（因为PPO反应产物的反应能力大）；•（3）酚类物质氧化产物与细胞成份的相互作用，使组织不易受病虫害侵噬；•（4）酶活性的降低标志果实达成熟阶段，适口性增加，种子积累开始。本节重点：•1、过氧化物酶作用机理及其在食品工业中的应用？经热烫的罐装或冷冻蔬菜在保藏期间产生不良风味的原因？•2、多酚氧化酶作用的底物有哪些？如何利用和控制酶促褐变？谢谢