第十一章-食品加工酶制剂

1第十一章食品酶制剂2什么是酶制剂？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。食品添加剂功能类别从生物中提取的具有生物催化能力的物质，辅以其他成分，用于加速食品加工过程和提高食品质量的物质。311.1食品酶制剂11.1.1食品酶制剂与食品加工制造456711.1.2酶制剂的特点来源：①食品酶制剂多数源于动物的脏器和腺体以及高等植物的种子、果实等。②微生物环境微生物和工程微生物。811.1.3食品酶制剂安全性联合国食品添加剂专家联合委员会(1)凡是在动植物可食部分的组织，或用食品加工传统使用菌种生产的酶制剂，可作为食品对待不需要进行毒理试验，只需建立有关酶化学和微生物学的规格即可。(2)凡是非致病微生物生产的酶，除制定化学规格以外，需要做短期毒理试验，以确保无害，并分别评价，制定ADI。(3)对于非常见微生物制取的酶，不仅要有规格，还要做广泛的毒理试验。98.1.4食品酶制剂管理在《食品添加剂使用卫生标准》中：96版酶制剂设为11.000类。07版取消编号，采用列表制。共有44支酶制剂，来源：104种动物、植物或微生物；或利用19个供体（提供基因片段的动物、植物或微生物），经过生物技术获得。即基因修饰微生物的比例为18%。1011.2食品工业应用酶制剂11.2.1淀粉酶淀粉酶(amylase)是水解淀粉、糖元和它们的降解中间产物的酶类。作用特点：按酶的水解方式分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、环糊精葡萄糖基转移酶、切枝酶以及其他淀粉酶等。11（1）α-淀粉酶(α-amylase)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12B.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热稳定性：α-淀粉酶细菌＞谷物酶＞曲霉酶13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6.0～7.0高浓度淀粉提高耐热性，在适量的钙盐和食盐，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14（2）糖化酶(amyloglucosidase)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15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最适条件：黑曲霉pH4.0～4.5，60℃根霉pH4.0～5，55℃16(3)β-淀粉酶(β-amylase)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最适条件：pH5～7，50℃～60℃17β-淀粉酶(β-amylase)水解特点18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℃19（4）切枝酶(debranchingenzyme)又称普鲁兰酶、支链淀粉酶、异淀粉酶作用特点：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℃20（5）环麦芽糊精葡萄糖基转移酶环糊精结构21作用机理：分子内转葡萄糖基反应可转化淀粉成为环糊精(CD)在淀粉与蔗糖共存时，通过葡萄糖基转移反应将分子内葡萄糖基从α-1,4-葡聚糖或CD转移到受体分子上(偶联反应或歧化反应)水解α-1,4-葡聚糖成CD产物：环糊精与偶联糖2211.2.2果胶酶(pectinase)α-(1→4)-D-吡喃半乳糖醛酸单位组成的聚合物23果胶酶种类与作用特点果胶裂解酶、果胶酯酶和聚半乳糖醛酸酶、原果胶酶24（1）果胶酯酶也称为果胶甲酯酶（pectinesterase）,果胶酶(pectase),脱甲氧基果胶酶(pectindemethoxylase)25（2）聚半乳糖醛酸酶水解果胶物质分子中脱水半乳糖醛酸单位的α-1,4-糖苷键。外切型是从聚合物的末端糖苷键开始水解，而内切型是作用于分子内部26（3）果胶酸裂解酶在无水条件下能裂解果胶和果胶酸之间的糖苷键存在于微生物中，而在高等植物中没有发现有内切酶和外切酶。及作用于果胶或果胶酸的果胶裂解酶。27（4）原果胶酶（Protopectinase）第4种类型的果胶降解酶，仅存在于少数几种微生物中。原果胶酶水解原果胶生成果胶。植物中原果胶酶的活力是来源于果胶甲酯酶和聚半乳糖醛酸酶二者共同作用的结果，是否是真实的原果胶酶作用，尚不清楚。我国果胶酶中无此酶。2811.2.3葡萄糖异构酶(glucoseisomerase)亦称木糖异构酶使D-葡萄糖转化为D-果糖，使木糖转化为木酮糖放线菌葡萄糖异构酶，Mg2+和Co2+激活和稳定，最适pH7.5～8.5。最适温度40～65℃。乳酸短杆菌葡萄糖异构酶，Mn2+、K+保护热活性，最适pH6～7。有Mn2+时最适温度为60℃，无Mn2+时为45℃。2911.2.4乳糖酶(lactase)β-半乳糖苷酶(β-plactosidase)乳糖分子中β-1,4-半乳糖苷键而水解成为半乳糖和葡萄糖的可逆反应在高浓度乳糖存在下，可催化半乳糖分子的转移反应，生成杂低聚乳糖大肠杆菌酶最适pH7.0～7.5，酵母菌酶6.0～7.0，霉菌酶5.0左右。最适温度为37～50℃3011.2.5葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase，COD)主要作用：将β-D-葡萄糖氧化为葡萄糖内酯最适条件：pH4.5～7.5。温度30～60℃应用：用于食品中控制葡萄糖参与美拉德反应引起的风味恶化、除氧、解决半纤维素酶导致的面团变软3111.2.6纤维素酶(cellulase)将纤维素多糖中的β-1,4-葡聚糖水解为β-糊精。最适条件：pH4.5～5.5，温度50～60℃。32主要应用：果蔬汁加工中却常利用纤维素酶改善其品质（将纤维素转化为可溶性葡萄糖）提高果酒的出酒率（能破坏果肉细胞壁和分离果胶质，还能增加原酒的溶解物）提高植物成分提取率注意：植物在成熟和后熟时质地的变化则是由果胶物质发生变化引起的。蔬菜、水果和谷物中的不可消化的碳水化合物是重要的营养成分（膳食纤维）3311.2.7蛋白酶(protease)水解肽键的一类酶。将蛋白质依次被水解成胨、多肽、肽，最后成为蛋白质的组成单位——氨基酸。有些蛋白酶还可水解多肽及氨基酸的酯键或酰胺键。在有机溶剂中有些蛋白酶具有合成肽类和转移肽类的作用。用于肉类嫩化、植物蛋白质改性、蛋白质水解、烘焙食品生产等。34蛋白酶分类按其作用方式分为：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。35蛋白酶分类按酶的来源分类：动物脏器胃蛋白酶、胰蛋白酶植物果实木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶微生物细菌或霉菌蛋白酶等。3637(1)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38(2)木瓜蛋白酶(papain)活性特点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3911.2.8脂酶(lipase)和脂肪氧合酶脂酶也称甘油酯水解酶，脂肪酶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40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应用：脂肪改性，奶酪、焙烤食品生产，奶油香精的生产脂肪氧合酶41应用举例在面包生产中使用，增加体积，提高白度，改善香气。脂肪酶和脂肪氧合酶的混合物4211.2.9谷氨酰胺转胺酶TG作用机理：利用肽链上的谷氨酰胺残基的γ-甲酰胺基为乙酰基供体，受体可以是蛋白质上的或游离氨基酸上的胺基、伯胺基、水，形成的共价健在一般的非酶催化条件下很难断裂。最适条件：pH6.0（5.0～8.0）52℃（42℃～57℃）Gln-CO-NH2+RNH2Gln-CO-NHR+NH3Gln-CO-NH2+NH2-LysGln-CO-NH-Lys+NH3Gln-CO-NH2+H2OGln-CO-OH+NH3ε-(γ-glutanyl)lys共价键43安全性因为广泛存在于动物组织中，人们一直都在食用含有TG催化形成的γ-谷氨酰赖氨酸异肽键的食物，所以对人体是安全的。44表TG在食品中的应用45(1)调节食品质构、提高品质、改善口感(2)保持蛋白质的营养价值(3)形成耐热、耐水性的膜(4)用于包埋脂类或脂溶性物质，(5)催化蛋白质分子去酰胺，从而改变蛋白质功能性质。