8 食品酶制剂

第八章食品酶制剂化学工业出版社概述糖酶类蛋白酶类酯酶类4123其他酶类5目录酶制剂是由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。食品酶制剂食品酶制剂•食品酶制剂被添加到食物中后，只在加工过程中起作用，不会在食品中产生危害残留。•特性：催化特性专一催化速度快天然环保8.1糖酶类•糖酶类（Glycosylases）是一类水解糖苷键的酶。•分类：淀粉酶类葡萄糖异构酶纤维素酶乳糖酶果胶酶8.1.1淀粉酶类•淀粉酶是能催化淀粉水解转化成葡萄糖、麦芽糖及其他低聚糖的一类酶的总称。•淀粉酶作用于淀粉、糖原和多糖衍生物。•按水解方式分类：α－淀粉酶、β－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶等。系统名称常用名作用键水解产物1,4-α-D-葡聚糖葡萄糖水解酶α-淀粉酶或液化酶α-1，4-糖苷键（内切）以直链淀粉为底物时，产生葡萄糖和麦芽糖。以支链淀粉为底物时，产生葡萄糖、麦芽糖和一系列α-限制糊精1,4,α-D-葡聚糖麦芽糖水解酶β-淀粉酶α-1，4-糖苷键（外切）以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖以支链淀粉为底物时，不完全，有葡萄糖，可能还有β-限制糊精，α-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶葡萄糖淀粉酶，糖化酶α-1，4-糖苷键α-1，6-糖苷键α-1，3-糖苷键葡萄糖支链淀粉6-葡聚糖水解酶普鲁兰酶，脱支酶，支链淀粉酶α-1，6-糖苷键直链淀粉各种淀粉酶的特点及作用机制1、α-淀粉酶（α-Amylase，EC3.2.1.1.）一般在pH5.5～8时稳定，最适pH值为5～6最适温度为70℃主要用于淀粉糖浆、低聚糖、啤酒、烘焙食品、面制品等的生产。各种淀粉酶的特点及作用机制2、β-淀粉酶（β-Amylase,EC3.2.1.2.）•催化淀粉水解生成麦芽糖的淀粉酶，外切型淀粉酶。•植物来源的β-淀粉酶的最适pH为5.0～6.0，微生物来源β-淀粉酶的最适pH为6.5～7.5。•最适温度为40～60℃，微生物来源的耐热性能优于植物。•广泛应用于啤酒、饴糖、高麦芽糖浆、结晶麦芽糖醇等以麦芽糖为产物的制糖；还可用于发酵工业的液化等。各种淀粉酶的特点及作用机制3、葡萄糖淀粉酶（Glucoamylase,EC3.2.1.3）•从底物的非还原性末端将葡萄糖单位水解下来•最适作用温度为50～60℃；最适pH为4～5•大部分重金属，如铜、银、汞、铅等都能对糖化酶产生抑制作用•主要用于生产葡萄糖，高果糖浆，果葡糖浆等各种淀粉酶的特点及作用机制4、脱支酶•高效专一地切开支链淀粉分支点α-1，6-糖苷键，从而剪下整个侧枝，形成直链淀粉的一种酶。•根据底物特异性的差异分为：低聚葡萄糖苷酶淀粉-l，6-葡萄糖苷酶异淀粉酶普鲁兰酶4、脱支酶——普鲁兰酶(Pullulanse,EC3.2.1.41)支链淀粉6-葡聚糖水解酶专一水解淀粉多糖中支链淀粉的α-1,6-糖苷键的糖苷酶，对α-1,4-糖苷键不起作用，使支链淀粉变成为直链作用特点：只作用于α-1,6-糖苷键，把淀粉的分枝切下来，但是对异麦芽糖的α-1,6-糖苷键不起作用，必须要有α-1,4-糖苷键同时存在时才能起作用。各种淀粉酶的特点及作用机制淀粉酶活力的测定测定方法有4类：①测定底物淀粉的消耗量，有粘度法、浊度法和碘-淀粉比色法等；②生糖法，测定产物葡萄糖的生成量；③色原底物分解法；④酶偶联法。8.1.2葡萄糖氧化酶•GlucoseOxidase,EC1.1.3.4，GOD•需氧脱氢酶，系统命名β-D-葡萄糖氧化还原酶•最大光吸收波长为337nm和455nm。在紫外光下无荧光，但是在热、酸或碱处理后具有特殊的绿色•稳定的pH值为3.5~6.5，作用温度为30℃~60℃葡萄糖氧化酶的反应机理•葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶组成一个氧化还原酶系统。•葡萄糖氧化酶在分子氧存在下能氧化葡萄糖生成D-葡萄糖酸内酯，同时消耗氧生成过氧化氢。•过氧化氢酶能够将过氧化氢分解生成水和1/2氧，而后水又与葡萄糖酸内酯结合产生葡萄糖酸。测定葡萄糖氧化酶活性的方法•根据反应过程中氧气和葡萄糖的消耗速度或葡萄糖酸和过氧化氢生成的速度来计算。•测定酶活的方法主要有：量压法、分光光度法、氧电极法等应用杀菌在鲜奶生产中，采用保鲜剂对鲜奶进行消毒，延长鲜牛乳的保质期去葡萄糖把脱水制品中残留的葡萄糖氧化，避免发生褐变，保持产品的色泽和溶解性测葡萄糖含量葡萄糖氧化酶能专一地氧化葡萄糖，可用于定量测定各种食品和各种混合物中的葡萄糖含量脱氧有效去除氧气，保护食品中的还原性物质葡萄糖氧化酶在食品工业的应用8.1.3葡萄糖异构酶•D–glucoseisomerase，EC5.3.1.5，GI•木糖异构酶或D一木糖酮基异构酶能将D-葡萄糖、D-木糖和D-核糖等醛糖转化为相应的酮糖•最适pH决定于酶的来源。通常微偏碱性，在7.0～9.0之间•最适反应的温度一般在70～80℃甜度大溶解度大保湿性好、渗透压高制备高果糖浆应用葡萄糖异构酶在食品工业中的应用8.1.4纤维素酶类•根据催化功能的不同分为:①内切葡萄糖苷酶：随机地在纤维素分子内部降解β-1,4糖苷键；②外切葡萄糖苷酶：从纤维素分子的还原或非还原端切割糖苷键，生成纤维二糖；③纤维二糖酶：把纤维二糖降解成单个的葡萄糖分子。CBDLinkerCD里氏木霉的外切型葡聚糖酶结构模型纤维素酶的结构和功能纤维素酶类作用位点纤维素酶类的作用机理避免果蔬的香味和维生素损失，同时可使植物组织软化膨松，从而提高其可消化性并改良口感。应用于果蔬榨汁、花粉饮料中提高汁液的提取率，促进汁液澄清，还可以提高其可溶性固体物含量。使细胞中的蛋白质和碳水化合物释放，可提高产品浓度，改善产品质量，又可缩短生产周期，提高产率。果蔬加工饮料业酿造业8.1.5乳糖酶•Lactase，EC3.2.1.23•β-D-半乳糖苷半乳糖水解酶•水解乳糖中的β-半乳糖苷键的酶•包括β-半乳糖苷酶、酸性β-半乳糖苷酶和异β-半乳糖苷酶。来源相关性质嗜热乳酸细菌保加利亚乳杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌大肠杆菌脆壁酵母乳酸酵母黑曲霉米曲霉最适pH6.2～7.57.06.0～6.47.26.66.9～7.33.0～4.05.0最适温度℃55～5742～456540373555～6050～55相对分子质量KD530—21554020113512490活化金属离子***Na+、K+Mn2+、K+Mn2+、Na+——乳糖酶类催化反应的类型和机制催化两类反应：①水解反应：将一分子的乳糖水解成一分子的半乳糖和葡萄糖；②是转移反应：将一分子的乳糖与1～4个的半乳糖反应生成低聚半乳糖。乳糖酶类在食品工业中的应用通过转苷作用生成低聚半乳糖增加甜度，改善口质口感，可防止乳制品冷冻时容易出现结晶的现象生产低乳糖冰淇淋，提供新型产品，解决返砂现象，生产低热量的冰淇淋乳制品冰淇淋和其他酶联合使用可以分析冰淇淋、干酪和含牛乳的干制品中的乳糖含量分析食品中的乳糖含量生产低聚半乳糖乳糖酶类在食品工业中应用8.1.6果胶酶类•Pectinolyticenzyme/Pectinase，E.C.3.2.1.15•是一类能够分解果胶物质的多酶复合体系•作用方式的不同分为：酯酶和解聚酶，解聚酶又包括水解酶和裂解酶。•果胶酯酶可随机切除甲酯化果胶中的甲基产生甲醇和游离羧基。•果胶水解酶是通过加入一个水分子使α-1,4-糖苷键断裂，释放出单体的半乳糖醛酸。果胶裂解酶(PL)又叫转移消除酶，通过除去一个分子使α-1,4-糖苷键断裂，释放出含双键的产物。铁、铜、锌离子有明显抑制作用作用温度为15-55℃左右。最适作用温度为50℃作用PH为2.5-6.0，最适作用PH为3.5最佳贮藏条件为4-15℃，一般为室温贮藏，避免阳光直射与纤维素酶存在协同作用，同时添加效果优于2种单酶单独添加酶学性质8.2蛋白酶类•是一类水解肽键的酶（peptidehydrolases）。•水解蛋白质或多肽中肽键的反应式如下：丝氨酸蛋白酶金属蛋白酶天门冬氨酸蛋白酶半胱氨酸蛋白酶来源动物胰脏、细菌和霉菌细菌、霉菌霉菌原核生物和真核生物活性中心含丝氨酸残基含Zn2+等二价金属含天门冬氨酸含Cys-His分子量kDa15~3030~45最适pH9.5~10.57~82~5抑制剂二异丙基氟磷酸(DFP)、苯甲基磺酰氟(PMSF)和蛋白酶抑制剂(PI)，有些可被巯基试剂（PCMB）所抑制EDTA或OPDAN和EPNPPCMB8.2.2凝乳酶类•一种天门冬氨酸蛋白酶，其主要的生物学功能是专一性地剪切Phe105-Met106连接的k-酪蛋白。•等电点pI为4.5。最适温度为37～43℃，在15℃以下、55℃以上时不呈活性。几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。•导致牛奶凝结，因此被广泛用于乳酪制造业。8.2.3肽酶类•肽酶（peptidase）是水解肽键一类酶。•根据作用模式分为端肽酶和内肽酶。端肽酶从肽链内的一个末端开始将氨基酸水解下来，可分为氨肽酶和羧肽酶；内肽酶从肽链的内部将肽链裂开。•在干酪生产、肉类嫩化和植物蛋白质改性中都大量地使用肽酶。蛋白酶类在食品工业上的应用(1)在乳制品生产中：使干酪产生特有的香味。(2)在调料制品生产中：用肽酶水解蛋白质成具有风味调料的氨基酸、肽类、核苷酸和糖分等物质。(3)在焙烤制品生产中：可使面团变软，改善面团的粘弹性、延伸性、流动性等性能，从而改善其机械特性和烘焙品质。(4)在肉制品生产中：木瓜蛋白酶可提高肉的嫩度，还可以改进肉品的风味和营养。蛋白酶类在食品工业上的应用(5)在茶饮料生产中：蛋白酶可提高茶叶浸提率，增强茶叶滋味。(6)在豆制品生产中：利用大豆内肽酶生产豆奶，可同时达到去除豆腥味、颗粒感、增加浓厚滑润口感和产生香味的效果。(7)在酿造工业中：蛋白酶用于以谷物为原料的酒精发酵，可分解谷物中的蛋白质，增加酵母营养，促进酵母生长和发酵，从而有助于缩短发酵时间，提高原料出酒率。(8)在活性肽产品中：端肽酶可以用于营养食品、保健食品、蛋白饮料等大豆肽产品的研制。水解酶类羧酸酯键磷酸酯键硫酸酯键脂肪酶triacylglycerollipaseEC3.1.1.3定义一种特殊的酯键水解酶活性中心丝氨酸、天冬氨酸、组氨酸组成的三联体作用机制在油水界面上，脂肪酶催化三酰甘油的酯键水解，释放含更少酯键的甘油酯或甘油及脂肪酸。相对分子质量20000~60000最适温度30～60℃最适温度中性或碱性范围影响因子重金属盐（Fe2+、Zn2+、Hg2+、Fe3+）强烈抑制脂肪酶活性中心：催化三元体图典型α/β水解酶二级结构示意图“盖子”活性中心a：盖子关闭时，酶处于无活性状态b：盖子打开时，酶处于活性状态脂肪酶在食品工业中的应用分解油脂释放出的短链脂肪酸增加或改进食品的风味、香味与质构，生产代可可脂，这是脂肪酶最早、最广泛的应用。(1)乳品工业：在乳品生产中会产生双重影响，一方面，使乳脂肪分解，造成乳粉在保存过程中质量劣化，会使干酪制品产生不愉快的风味。另一方面，使乳酯水解，可进一步增强干酪、奶粉、奶油的风味，促进干酪的成熟，改善乳制品的品质。脂肪酶在食品工业中的应用(2)食用油脂加工：可催化脂肪生成脂肪酸和甘油，发生油脂水解反应，在脂肪酸与肥皂工业上广泛应用。(3)面类食品加工：可有效的改善面类产品的质量及弹性(4)食品废料处理：油脂加工过程中产生的含脂废物以及废餐饮油，主要成分为脂肪酸三甘油酯。不仅游离脂肪酸含量高，而且含有醛、酮和聚合物等氧化产品。磷脂酶是一类能水解磷脂酯键的水解酶。不同磷脂酶作用的磷脂部位示意图油脂精炼肉类加工蛋制品加工•使蛋黄中的卵磷脂使其转变为溶血卵磷脂•具有更强的乳化性能，同时其热稳定性大大提高•高强度的杀菌条件下还能保持较好的感官指标•应用于脱胶过程•反应条件温和、速度快、副产物少•用水量少和废水排放少•磷脂是肉类风味成分最重要的脂类物质前体一类催化水解含羧酸酯基的脂族和芳族有机化合物的酶羧酸酯酶和脂肪酶同属于酯酶，二者的区别？阿魏酸酯酶是羧酸水解酶的一个亚类，也是胞外酶；主要生物功能是水解植物细胞壁中的多糖与阿魏酸连结的酯键，