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食品酶2011.7•一概述•二酶催化反应动力学•三相关概念•四食品加工中常用的酶及其在食品科学与工程中的应用•五食品酶制剂介绍•一概述•1酶的发现•2酶的基本特征•3酶的分类与命名•4酶促反应机理•1酶的发现•2酶的基本特征•2.1酶的化学本质人们已基本达到共识，认为酶是由活生命机体产生的具有催化活性的生物大分子物质。在生物体内，除少数几种酶为核酸（DNA或RNA）分子外，大多数的酶类都是蛋白质。•2.2酶的催化特性酶作用条件温和；酶的催化效率高；酶作用的专一性（specificity）强；酶活性具有可调节性。•2.3酶的分类与命名•2.3.1酶的分类•（1）氧化还原酶类•（2）转移酶类•（3）水解酶类•（4）裂解酶类•（5）异构酶类•（6）连接酶类•2.3.2酶的命名•（1）习惯命名法根据酶作用的性质来命名，例如水解酶、氧化酶、转移酶等；二是根据作用的底物并兼顾作用的性质来命名，例如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等；三是结合以上两种情况并根据酶的来源而命名，例如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。•（2）系统命名法•2.4酶促反应机理•一般认为是因为酶能降低化学反应所需的活化能•二酶催化反应动力学•1酶的基本动力学•为了建立反应的动力学方程，一般先要了解反应的方式和反应的历程。酶促反应的动力学方程一般遵循米氏方程，该方程依据中间产物学说推导而来，适合于酶对单底物的催化作用。][maxSKSm•2酶促反应的影响因素•2.1底物浓度对酶促反应速度的影响•随着底物浓度的增加，酶反应速度并不是直线增加，而是在高浓度时达到一个极限速度。这时所有的酶分子已被底物所饱和，即酶分子与底物结合的部位已被占据，速度不再增加。这与米氏方程相符。•2.2酶浓度的影响•对大多数的酶促反应来说，在适宜的温度、pH值和一定的底物浓度条件下，反应速度至少在初始阶段与酶的浓度成正比•2.3温度的影响•温度对酶反应的影响是双重的：一方面，随着温度的上升，反应速度增加，一般温度每升高10℃，酶反应速度增加1-2倍，直至最大速度为止。另一方面，在酶促反应达到最大速度时再升高温度，反应速度随温度的增高而减小，高温时酶反应速度减小，这是酶本身变性所致。•在一定条件下每一种酶在某一温度下才表现出最大的活力，这个温度称为该酶的最适温度（optimumtemperature）。一般来说，动物酶的最适温度通常在37-50℃，而植物酶的最适温度较高，在50-60℃以上，大部分微生物酶的最适温度在60℃以下。•2.4pH的影响•pH值的变化对酶的反应速度影响较大，即酶的活性随着介质的pH值变化而变化。每一种酶只能在一定pH值范围内表现出它的活性。使酶的活性达到最高时的pH值称为最适pH值（optimumpH）。在最适pH值的两侧酶活性骤然下降，所以一般酶促反应速度的pH值曲线呈钟形。一般酶的最适pH值在4.5-8.0之间。•2.5水分活度的影响•酶在含水量相当低的条件下仍具有活性。例如，脱水蔬菜需于干制前热烫，否则会很快产生干草味，不宜贮藏。干燥的燕麦食品，如未能使酶失活，则经过贮藏后会产生苦味。面粉在低水分（14％以下）时，脂酶能很快使脂肪分解成脂肪酸和醇类。水分活度对酶促反应的影响是不一致的，不同的反应，其影响也不相同。•2.6酶的抑制作用与抑制剂•许多化合物能与一定的酶进行可逆或不可逆的结合，从而使酶的催化作用受到抑制，这种化合物称为抑制剂（inhibitor），如药物、抗生素、毒物、抗代谢物等都是酶的抑制剂。•三相关概念•1酶活力的高低是以酶活力的单位数来表示的。1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定：在特定条件下（温度可采用25℃或其他选用的温度，pH值等条件均采用最适条件），每1min催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位。•在实际生产和研究中，经常需要对酶活力进行测定，以确定酶用量的多少以及贮存变化情况等。酶活力测定是在一定条件下测定酶所催化的反应速度。一般认为，在外界条件相同的情况下，反应速度越大，意味着酶的活力越高。•2酶的比活力作为酶纯度的一个指标。所谓酶的比活力是指在特定的条件下，每mg蛋白或RNA所具有的酶活力单位数。即：酶比活力＝酶活力（单位）／mg（蛋白或RNA）比活力愈高表示酶愈纯，即表示单位蛋白质中酶催化反应的能力愈大。•3其他•酶的转换数Kcat是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数，即是每摩尔酶每分钟催化底物转变为产物的摩尔数。一般酶的转换数在103min-1。转换数的倒数称为酶的催化周期。催化周期是指酶进行一次催化所需的时间，单位为毫秒（ms）或微秒（μs）。•四食品加工中常用的酶及其在食品科学与工程中的应用•1食品加工中常用的酶•目前已有几十种酶成功地用于食品工业，如淀粉酶、转化酶、葡聚糖-蔗糖酶、乳糖酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、脂肪酶、磷酸酯酶、核糖核酸酶、过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、脂肪氧合酶、双乙醛还原酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶等等。•2酶在食品科学与工程中的应用•2.1在粮谷类食品加工中的应用•1）制糖工业•（1）酶法生产葡萄糖•（2）果葡糖浆的生产•（3）饴糖、麦芽糖、高麦芽糖浆•（4）麦芽糊精•（5）偶联糖•（6）制糖工业的其他应用•2）烤焙食品加工•面粉中适量添加α-淀粉酶，可调节麦芽糖生成量，使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡。添加β-淀粉酶作用于面粉可防止糕点老化。糕点馅心常用淀粉为填料，添加β-淀粉酶可改善馅心风味。糕点制造加入转化酶，使蔗糖水解为转化糖，防止糖浆中蔗糖析晶。面包制作中也可添加戊聚糖酶，以增加面筋筋力，消除产品中戊聚糖，防止产品干硬，降低纤维素对面包制作的影响。目前国内多有使用木聚糖酶使面包品质改变的实例。美国、加拿大制造白面包时，还广泛使用脂肪氧化酶•3）酒类生产中的应用•影响啤酒口味的一个重要因素是啤酒中氧气的含量，因为啤酒中的一些物质会因为氧化而产生不愉快的味道，如添加葡萄糖氧化酶即可降低啤酒中和瓶颈中的氧气的含量，则对啤酒原有风味的保持、保质期的延长等方面具有显著的效果。此外木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或霉菌酸性蛋白酶都可以降解使啤酒浑浊的蛋白质组分，防止啤酒的冷浑浊，延长啤酒的贮存期；应用糖化酶能够降解啤酒中的残留糊精，这一方面保证了啤酒中最高的乙醇含量，另一方面不必添加浓糖液来增加啤酒的糖度。这种低糖度的啤酒糖尿病患者也可以饮用。•在果酒酿造中，常添加酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶，用以消除浑浊或改善压汁操作。•在白酒、乙醇生产中以糖化酶代替麸曲可提高出酒率（2％-7％），节约粮食，简化设备节省厂房场地。•2.2在动物性食品加工中的应用•1）乳品工业•①凝乳酶—制造干酪。②过氧化氢酶—牛奶消毒。③溶菌酶—添加于婴儿奶粉。④乳糖酶—分解乳糖。⑤脂肪酶—黄油增香。•2）肉类和鱼类加工•酶在该方面的两个主要用途是改善组织、嫩化肉类，及转化废弃蛋白质使其作为饲料的蛋白质浓缩物或其它用途。•用酶嫩化牛肉，过去使用木瓜酶和菠萝蛋白酶•3）蛋品加工•用葡萄糖氧化酶去除禽蛋中的微量葡萄糖，是酶在蛋品加工中的一项重要用途。•蛋白质中残留的卵黄或脂肪影响发泡力，可用固定化脂肪酶处理而去除。•2.3在水果、蔬菜加工中的应用•果胶酶、纤维素酶、葡萄糖氧化酶、柚苷酶、•2.4在油脂加工中的应用•磷脂酶酶法脱胶；酶法酯交换新工艺生产不含反式脂肪酸的人造奶油和起酥油；水酶法提油成为国内外研究的热点。其原理是利用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶、葡聚糖酶、蛋白酶•2.5其他•改善食品风味和颜色•在食品保藏中的应用等五食品酶制剂介绍•1β-葡聚糖酶•2木聚糖酶•3果胶酶•4纤维素酶•5α-淀粉酶•6中性蛋白酶•1β-葡聚糖酶•1.1概述•β-葡聚糖酶LEKenzyme-100是通过高效表达的微生物菌种经液体深层发酵与先进的后提取工艺而制备的液（固）体酶制剂。本产品属内切水解酶类，专一作用于β-葡聚糖的1,3、1,4-糖苷键，其主要产物为3-5个聚合度的低聚糖。1.2功能•降低麦汁粘度，改善麦汁和啤酒的过滤性能，提高麦汁的清亮度•提高糖化麦芽浸出物量，促进可发酵性产物的提高•提高啤酒的胶体稳定性，消除β-葡聚糖引起的冷混浊•降解β-葡聚糖，提高纯生啤酒生产过程中滤膜的使用效率，延长膜的使用寿命•1.3酶活•β-葡聚糖酶4000IU/g•酶活单位定义（IU）：在50℃、pH4.8条件下，1分钟水解大麦β-葡聚糖产生1μmol还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为1个酶活单位。•1.4用量•啤酒糖化推荐用量为200-500g/吨麦芽干重。•并可根据麦汁中氨基氮的需要，配合中性蛋白酶的使用，使用时可直接将酶粉倒入糖化锅或先用10-60度糖化用水将本制剂溶解10分钟后混入糖化锅中即可。•1.5产品特性•本产品为浅黄色的微粒，适用于pH4.0-6.5，最适pH为5.0，有效作用温度范围为30-70℃，最适温度为60℃。在温度80℃以上保持10min的条件下，各酶组分完全失活。•2木聚糖酶LEKBakenzyme-88•2.1概述•木聚糖酶LEKBakenzyme-88是高效表达的微生物菌种通过液体深层发酵与先进的膜提纯等工艺而制备的食品级固体酶制剂。是一种纯内切木聚糖酶，能将大分子量的水不溶性阿拉伯木聚糖降解为水溶性的阿拉伯木聚糖。•2.2功能•增加面包、馒头的体积，柔软度，改进其组织•提高面团中面筋网络的弹性，改善面团的加工性和稳定性•水解淀粉粘胶质，维持面包松软并延长面包的货架期•在面包加工中可替代乳化剂或配合使用•2.3酶活•木聚糖酶酶活8000IU/g•2.4用量•推荐使用量为2-6g/100kg，最佳用量取决于面粉的质量，其范围应通过烘培或蒸制试验确定，添加过量会导致面团持水性能下降而发粘。•2.5产品特性•木聚糖酶LEKBakenzyme-88为浅黄色、流动性好、无粉尘的微粒，细度为100目，适用于pH4.5-6.5，温度30-50℃。•2.6应用范围•面粉加工、面包粉改良剂与馒头粉改良剂，取代溴酸钾的使用。也可用于终端改善烘培及蒸煮制品的质量。•3果胶酶LEKenzyme-99•3.1概述•果胶酶LEKenzyme-99是高效表达的微生物菌种通过液体深层发酵与先进的后提取工艺而制备的高活力果胶酶制剂。其中含有一定的半纤维素酶、纤维素酶。•3.2功能•能完全降解果汁中的果胶质，使果汁迅速澄清。•能裂解果蔬细胞壁，提高果蔬汁得率•能降低果汁粘度，提高过滤速度•能有效预防产品的后浑浊，延长果汁货架期•3.3酶活•果胶酶酶活30000IU•酶活力单位：1克酶粉在50℃，pH3.5的条件下，每小时分解果胶产生1mg半乳糖醛酸为1个酶活力单位。•3.4用量•添加量应根据水果含果胶质的多少而定,一般为40-150g/吨果汁(浆)，对于果胶含量高的浆果类用量在150-500g/吨果浆,其最佳用量范围应通过实验确定。•3.5产品特性•果胶酶LEKenzyme-99为浅黄色酶粉，细度为100目，适用于pH3.5-5.0,温度30-50℃。•3.6应用范围•适用于果酒、果蔬汁加工。•4真菌α-淀粉酶LEKBakenzyme-90•4.1概述•是高效表达的微生物菌种通过液体深层发酵与先进的膜提纯工艺而制备的食品级固体酶制剂。能作用于破损淀粉颗粒，水解直链和支链淀粉的1，4糖苷键。专用于小麦面粉的品质改良。•4.2功能•加快面团的发酵速度，缩短发酵时间•提高面团的入炉膨胀性•改善面包、馒头组织结构，增加内部组织的柔软度，并增大体积•改善面包表皮的颜色，综合提高面包质量•4.3酶活•真菌α-淀粉酶酶活10000U/g•酶活力单位：在90℃、pH6.0条件下，1分钟液化可溶性淀粉1毫克成为糊精所需的酶量，即为1个酶活力单位。•4.4使用方法•推荐使用量为0.2-1.0g/100kg面粉，最佳用量决定于面粉的质量，其范围应通过烘培或蒸制试验确定。可与其他配料混合后再一起添加到面粉中•4.5应用范围•适用于面粉加工、面包粉改良与馒头改良剂，也可用于终端改善烘培及蒸煮制品的质量。•4.6注意事项•每次开袋或开桶后，若未使用