氧化还原酶.

氧化还原酶1主要内容1多酚氧化酶2葡萄糖氧化酶3过氧化物酶4脂肪氧合酶5超氧化物歧化酶21多酚氧化酶多酚氧化酶广泛存在于各种植物中，是一种含铜的酶；其简称PPO，能作用于羟基处在邻位的二酚和三酚类化合物，生成相应的醌，它也能作用于单酚，将其转变为邻-二酚；是引起食品酶促褐变的主要酶类。3一、多酚氧化酶的分类和自然界的分布多酚氧化酶的共同特征是能够通过分子氧氧化酚或多酚形成对应的醌。在广义上，多酚氧化酶可分为三大类：单酚氧化酶(酪氨酸酶tyrosinase,EC.1.14.18.1)、双酚氧化酶(儿茶酚氧化酶catecholoxidse,EC.1.10.3.2)和漆酶(对苯二酚氧化酶laccase,EC.1.10.3.1)。在这三大类多酚氧化酶中，儿茶酚酶主要分布在植物中，微生物中的多酚氧化酶主要包括漆酶和酪氨酸酶。1、多酚氧化酶的分类42、植物中多酚氧化酶分布多酚氧化酶在桃,苹果,香蕉,荔枝,马铃薯,莲藕和莴苣中的含量也是相当高,然而它对这些果实起着不需宜的作用,易引起褐变,造成变质和腐烂,对于新鲜果实的保藏带来极大困难；多酚氧化酶是植物中最受注意的一种酶,在葡萄,洋李,无花果,枣,茶叶和咖啡豆中含量很高,它在这些果实中起着人们期望的作用；胡椒中不存在多酚氧化酶；存在:植物、果蔬的叶绿体、线粒体,马铃薯块茎分布广泛5多酚氧化酶在植物中的含量随品种不同而有很大变化，在众多的水果和蔬菜中，橄榄中的多酚氧化酶活力最高。多酚氧化酶的活力分布还取决于果蔬的成熟度。在绿叶中，很大一部分酶活力集中在叶绿体中，在马铃薯块茎中，几乎集中在亚细胞中；在新采收的苹果中，多酚氧化酶几乎全部存在于叶绿体和线粒体中。果蔬中不同的部位的多酚氧化酶含量差别很大，例如葡萄皮中的酶活力比果肉中高。6二、多酚氧化酶催化反应及其作用底物1.催化反应多酚氧化酶可以催化两种不同类型的反应：一元酚羟基化，生成相应的邻二羟基化合物；邻二酚氧化，生成邻醌类物质7羟基化氧化反应8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。9多酚氧化酶的作用下氧化形成不稳定的邻-苯醌类化合物,然后再进一步通过非酶氧化反应,聚合成黑色素(melanin)。多酚氧化酶多酚氧化酶R=H-,Me-,MeO-,HO2C-(CH2)2-,HOCH2-,HO(CH2)2-,PhCONHCH2-H2O有机溶剂维生素C聚合物OHROHROHO2H2OO2H2OOOR10酶促褐变色素的形成2.作用底物水果、蔬菜中底物为：一元酚类邻二酚类（对位二酚也可）（间位二酚不作底物）如：水果中的儿茶酚OHOH土豆中的酪氨酸HOCH2CHCOOHNH211重要的天然底物12三、影响多酚氧化酶的因素1.pH对酶活力的影响(1)适宜pH：4～7(2)不同种类，甚至同一种果蔬中的不同品种得到的多酚氧化酶，也有不同的最适pH(3)果蔬的不同部位得到的多酚氧化酶,最适pH也有差异(4)酶的提取或分离的方法对它的最适pH也有影响(5)测定酶活力时所采用的底物和缓冲液对酶的最适pH也有影响(6)大多数多酚氧化酶只有一个最适pH,在一些情况下,有第二个最适pH132.温度对多酚氧化酶活力影响不同种类、品种、部位的多酚氧化酶有不同的热稳定性，通常最适温度在常温加热易使酶失活低温下多酚氧化酶的活力也有明显的下降，但活性下降比较缓慢14多酚氧化酶的活性形式是含铜的酶单体的寡聚体，激活剂的作用是使酶蛋白以一定的聚合度存在，才有生物活性。SDS、Cu2+、酸、尿素等153.激活剂4.抑制剂金属螯合剂：氰化物、一氧化碳、二巯基丙醇、叠氮化合物、抗坏血酸、柠檬酸等；竞争性抑制剂：芳香族羧酸；与氧化产物醌作用的还原剂：抗坏血酸、二氧化硫、亚硫酸盐等；醌偶合剂：半胱氨酸；与酚类底物作用的化合物：聚乙烯吡咯烷酮。16四、酶促褐变的定义酶促褐变:较浅色的水果、蔬菜在受到机械性损伤（削皮、切片、压伤、虫咬、磨浆、捣碎）及处于异常环境变化（受冻、受热等），在酶促（催化）下氧化而呈褐色，称为酶促褐变17多酚氧化酶的作用导致香蕉,苹果,桃,马铃薯,蘑菇,虾发生非需宜的褐变和人的黑斑形成；当邻苯醌与蛋白质中赖氨酸残基的ε-氨基反应,可引起蛋白质的营养价值和溶解度下降,同样由于褐变反应也将会造成食品的质地和风味的变化；18实例：土豆的褐变19褐变防止方法酶促褐变的三个条件，缺一不可。即：酚酶、多酚类物质、氧气除去多酚类物质困难，不现实。∴一般为降低酚酶活性、驱氧20（一）、对酶活的抑制(1)加热钝化酶活性75～95℃、5～7S的加热处理，可使大部分酶活性丧失。常用的方法有：漂烫、巴氏杀菌加工中，必须严格控制时间和温度。加热温度过高，加热时间过长，可抑制酶褐变，但会影响食品品质；加热不足，不能抑制酶褐变。微波加热，热穿透力强，迅速均匀，不影响风味。21(2)加入抑制剂抗坏血酸、SO2或亚硫酸盐金属螯合剂其他抑制剂：CO、高浓度的糖类物质、高浓度的NaCl等22(3)控制pH多数酚酶最适pH＝4～7，pH3失活(高酸性环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来，导致PPO逐渐失活，酶活性趋于最低。)常用的酸有：柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸、混合酸。柠檬酸可降低pH，还可络合酚酶辅基Cu2+，但单独用效果不大。常与抗坏血酸、亚硫酸合用。实践证明：0.5%柠檬酸+0.3%抗坏血酸效果好。抗坏血酸不但能降低体系pH，而且具有还原剂的作用，可将体系中的醌类及其衍生物还原成酚，并通过自身氧化来减少体系的含氧量。23（二）、消除酶作用的底物①隔绝氧气通过沸水烫漂、抽真空（93kPa，5～15min）、高浓度抗坏血酸溶液浸泡、气调包装设计等均可达到驱除食品内氧气的目的，从而抑制酶褐变的发生。②与酚类底物发生作用PVP（聚乙烯吡咯烷酮）与酚强烈缔合，消去底物。24（三）、与酶催化生成的反应产物作用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。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25抗坏血酸抑制酶褐变的机理（图）26五、多酚氧化酶在食品加工的应用——需宜的酶促褐变多酚氧化酶的活性及含量对茶叶颜色的形成的影响茶叶所有化学成分中，儿茶素与多酚氧化酶尤为重要；儿茶素是一种易于被PPO和PER（过氧化物酶）作用的多酚化合物，PPO作用于儿茶素，产生茶黄素，而PER主要产生茶红素；茶的品质受茶黄素/茶红素的比率影响，其比值越大，茶的品质越好；因而，PPO的活性和含量越高的茶叶，更易形成良好的品质。27多酚氧化酶在可可加工中的作用多酚氧化酶主要在可可发酵结束和前期干燥过程中起作用。多酚氧化酶在果酒加工中的作用使红葡萄酒颜色得到改良，也可产生其他理想的风味。多酚氧化酶在果酱、果汁加工中的作用282葡萄糖氧化酶（Glucoseoxidase，GOX）葡萄糖氧化酶(Glucoseoxidase，GOX)的系统名称（β-D-葡萄糖：氧氧化还原酶：EC1.1.3.4）,最先于1928年在黑曲霉和灰绿青霉中发现。能够在氧存在的条件下，催化葡萄糖氧化成δ-D-葡萄糖酸内酯。葡萄糖+O2+H2O葡萄糖酸内酯+H2O229存在：黑曲霉、米曲霉和青霉。高等植物和动物体内还没有发现葡萄糖氧化酶。30一、葡萄糖氧化酶的催化反应及机理31OHOHHHHHOHOHOHOHEFADOOHHHHHOHOHOHO+EFADH2O2EFAD+H2O2H2OOHOHOHHHHHCOOHOHOHOHHδ-D-葡萄糖酸内酯D-葡萄糖酸β-D-葡萄糖二、葡萄糖氧化酶的性质1.底物特异性：对β-D-吡喃葡萄糖表现出很强烈的特异性。322.pH对酶活力的影响葡萄糖氧化酶的活力-pH曲线在pH4.5-pH7之间有一段平坦部分，而在两侧都急剧地下降。曲线在高pH一侧下降是由于酶的不稳定性；在低pH一侧下降是由于pH对酶的反应速度的真实影响底物起稳定酶活性作用333.温度对酶活力的影响葡萄糖氧化酶反应体系含有气体反应物氧，因此，反应温度的改变意味着氧在反应体系中浓度的改变。当温度升高时，反应体系氧的溶解度下降，这就抵消了温度升高对酶反应速度的影响。在较宽的温度范围内(30-60℃)，温度对葡萄糖氧化酶活力的影响是不显著的344.抑制剂铜离子和其他-SH螯合剂能抑制霉菌葡萄糖氧化酶阿拉伯糖是酶的竞争性抑制剂氰化物和一氧化碳对酶没有抑制作用．35三、葡萄糖氧化酶在食品加工中的应用葡萄糖氧化酶在食品加工中的应用是多种多样的，根据其作用有四个方面①形成过氧化氢②形成葡萄糖酸③除去葡萄糖④除去氧葡萄糖氧化酶是经微生物发酵和最先进的提纯技术纯化而得到的绿色生物食品保鲜剂，无毒无副作用。能够除去食品中溶解氧，起到保鲜、护色、防褐变、保护维生素C、延长食品保质期的作用。361、食品工业中的应用葡萄糖氧化酶在食品工业上有广泛：适用于食品工业中许多的产品，例如啤酒、果汁、油脂、奶制品、蛋黄酱、食品罐头和饮料的除氧；鱼、虾、蟹、肉等的保鲜；蛋品加工、炸制食品的脱糖；面食品的增筋等等。371）蛋类制品脱糖蛋类制品：蛋白片、蛋白粉、全蛋粉等。问题：在贮藏和加工过程中出现褐变，出现小黑点，或者溶解度下降等。原因：蛋的蛋白中含有0.5%-0.6%的葡萄糖，葡萄糖的羰基与蛋白质的氨基发生反应，生成黑色或者褐色的黑蛋白的美拉德反应。38解决方法：脱糖。方法一：接种乳酸菌进行蛋白脱糖。处理时间长，卫生条件差，产品质量不理想。39方法二：应用葡萄糖氧化酶进行脱糖，即将适量的酶添加到蛋白液中，不断供给适量的氧气，使葡萄糖完全氧化。如何提供适量的氧气?如果通入空气和氧气，容易产生大量的泡沫，使操作无法进行。方法---分次加入适量的过氧化氢（双氧水），加入过氧化氢酶，分解过氧化氢为氧和水。氧与葡萄糖反应生成葡萄糖酸。402）食品的除氧保鲜食品腐败微生物氧化变质除氧含油脂食品发生氧化，如花生、奶粉、饼干、冰淇淋、油炸食品等。果蔬产品褐变，如马铃薯、苹果、梨、果酱等。肉类氧化。41除氧方法将需要保鲜的食品放到密闭容器中，同时将葡萄糖氧化酶和葡萄糖一起放入。吸氧保鲜袋葡萄糖氧化酶直接加入：果汁、果酒和水果罐头中，防止食品的氧化和容器的氧化。（桃罐头变色！！）42（1）在啤酒生产中的应用葡萄糖氧化酶的主要作用是：除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧；阻止啤酒的氧化变质过程。因此，在防止老化味产生，延长啤酒保质期方面有独特的功效。经许多啤酒厂试用，啤酒中加入葡萄糖氧化酶后可将含氧量降到10μg/L以下，啤酒稳定性高、口味纯正、不产生沉淀、混浊等现象。43在啤酒保鲜中的使用方法一步法：在啤酒灌装前把葡萄糖氧化酶加到清酒罐中，根据清酒罐内啤酒的容量计算加量，建议每升啤酒中加10～70个单位，，亦可根据本厂产品情况，选择最适加量和适量添加亚硫酸盐以增强效果。加入清酒罐的葡萄糖氧化酶要混合均匀，最好使用输液泵边加入边搅拌。44双效法：在硅藻土过滤工序中将亚硫酸盐加到硅藻土罐中，加量为每吨啤酒10-15克，充分混均后进行过滤。在滤液进入清酒罐前（或同时）将葡萄糖氧化酶加到清酒罐中，建议加量为每吨啤酒40ml，待葡萄糖氧化酶与啤酒充分混匀后进行灌装。45（2）在葡萄酒生产中的应用白葡萄酒生产时，氧是大敌，所以除氧是一项非常必要的工作。葡萄皮、葡萄埂和葡萄籽中含有较高的多酚氧化酶和酚类物质，会使白葡萄酒发生严重的褐变，尤其是使用原料成熟度差或者霉变的葡萄为原料酿制葡萄酒，问题更严重。46如果在生产白葡萄酒时加入葡萄糖氧化酶——过氧化氢酶，就能防止白葡萄酒的褐变和口感、味觉的变化，还可以防止色素的沉淀，延长保存期。。1升葡萄酒中加入0.5-1毫升葡萄糖氧化酶（50u/ml）效果较好。注意