食品酶学内容

1. 酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程。如金属离子交换法、大分子修饰法

例如钢丝铠装电缆，Bender和Kosland成功地利用化学修饰法将枯草杆菌蛋白酶活性中心的丝氨酸转换为半胱氨酸，修饰后，该酶失去对蛋白质和多肽的水解能力，却出现了催化硝基苯酯等底物水解的活性。

2. 酶分子的修饰方法：

化学法又可分为：金属离子置换法、大分子修饰法、肽链有限水解法、蛋白侧链基团的小分子修饰法等。生物法是通过基因工程的手段改变蛋白质，即基于核酸水平对蛋白质进行改造，利用基因操作技术对DNA或mRNA进行改造和修饰以期获得化学结构更为合理的蛋白质。物理修饰法的特点是不改变酶的组成和基团，酶分子的共价键不发生变化。

3. 酶原：

酶是在活细胞中合成的，但不是所有新合成的酶都具有催化活力，这种新合成酶的前体 (无催化活力) 称为酶原 (Proenzyme) 。就生命现象而言，酶原是酶结构一种潜在的存在形式，

如果没有这种形式，生命就会停止。例如，哺乳动物的胰脏分泌到消化系绕中的胰蛋白酶原和胰凝乳蛋白酶原，每种酶原都是由二硫键交联的单一多肽链组成，它们在到达十二指肠以前，一直是十分稳定的，而到达十二指肠后则被另一种蛋白质水解酶所活化，这种活化过程是从无活力酶原转变成有活力酶的过程。该种酶原往往由该种酶所激活，称为酶原的自我激活。

4. 酶的多形性与同工酶

1975年H. Harris提出酶的多形性概念，认为很多酶可催化相同的反应，但其结构和物理化学性质有所不同，这种现象称为酶的多形性。根据其来源可分为异源同工酶和同工酶 (Isoenzyme) ，前者是不同来源的同工酶.。来自同一生物体同一生活细胞的酶，能催化同一反应，但由于结构基因不同，因而酶的一级结构、物理化学性质以及其它性质有所差别，称为同工酶

5. 固定化酶的优点：

（1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用；

（2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程，同时也省去了热处理使酶失活的步骤；

（3）稳定性显著提高；

（4）可长期使用，并可预测衰变的速度；

（5）提供了研究酶动力学的良好模型。

6. 蛋白酶

蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶。在干酪生产、肉类嫩化和植物蛋白质改性中都大量使用蛋白酶。人体消化道中存在的胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶使人体摄入的蛋白质水解成小分子肽和氨基酸。

（1）R1和R2基团的性质：

胰凝乳蛋白酶仅能水解R1是酪氨酸、苯丙氨酸或氨酸残基的侧链的肽键；胰蛋白酶仅能水解R1是精氨酸或赖氨酸残基的侧链的肽键。

胃蛋白酶和羧肽酶对R2基团具有特异性要求，如R2是苯丙氨酸残基的侧链，那么这两种酶能以最高速度水解肽键。

（2）氨基酸构型：必须是L型的，天然蛋白质均属L型。

（3）底物分子大小：对于胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶，底物分子大小不重要，如前述。

（4）X和Y性质：X、Y可以是-H、食品电烤箱-OH，也可以继续衍生出去。

如果是肽链内切酶，在R1、R2能满足特异性要求的前提下，肽链就能裂开，显然X和Y必须继续衍生出去，内切酶活力才表现出最高。X、Y可以是氨基酸残基。

对于肽链端解酶的羧肽酶，要求底物中Y是一个-OH，其特异性对R2有严格要求。在X不是-H时，可表现高活力。

对于肽链端解酶的氨肽酶，要求底物中X是一个-H，优先选择Y不是-OH，特异性表现在R1上。

（5）对肽键的要求：大多数蛋白酶不仅限于水解肽键，尚能作用于酰胺（-NH2）、酯（-

COOR）、硫羟酸酯（-COSR）和异羟污酸（-CONHOH）胃蛋白酶和其它一些酸性蛋白酶对水解键有较高识别能力。如肽键→脂键，即使R2满足要求也不能作为底物。

（6）对底物作用方式：（1）内肽酶：产物为脲、胨、多肽、低肽

（2）外肽酶：羧肽酶：从以羧基末端氨肽酶：从氨基末端

7. 木瓜蛋白酶：

其酶活性部位中含有巯基，属巯基蛋白酶。木瓜蛋白酶存在于木瓜汁液中，分子量23900，至少有3个氨基酸残基存在于酶的活性部位，它们是Cys25（半胱）、His159（组）和Asp158（天冬）。当Cys25被氧化剂氧化或与重金属离子结合时，酶活力被抑制，而还原剂半胱氨酸（或亚硫酸盐）或EDTA能恢复酶的活力。还原剂作用：从-S-S——-SH，EDTA螯合重金属离子。

木瓜蛋白酶在pH5时，有良好稳定性，如pH<3或糖果装>11时酶很快失活，最适pH随底物改变。

木瓜蛋白酶具有较高的耐热性，酶液在pH7和70度下加热30分钟，而使牛乳凝结的活力仅下降20%。

木瓜蛋白酶对酯和酰胺类底物表现出很高的活力。

酸性蛋白酶：（重点介绍凝乳蛋白酶）

酸性蛋白酶是指蛋白酶具有较低的最适pH，而不是指酸性基团存在于酶的活性部位。酶的活性部位含有一个或更多的羧基。

有胃蛋白酶、凝乳酶

凝乳酶是存在于哺乳期小牛第四胃中的蛋白酶，以无活性的酶原形式被分泌出来。随着小牛的长大，由摄取母乳改变成青草和谷物时，凝乳酶的数量下降，而胃蛋白酶的数量增加。

凝乳酶从无活性酶原转变成活性酶时经受了部分水解，分子量从36000下降到31000，pH5时酶原主要通过自身催化作用激活，而在pH2时，激活过程进行得非常快。

凝乳酶在pH5.3~6.3最稳定，在pH3.5~4.5由于自我消化而失活。在中性和碱性范围，无凝乳活力。

凝乳酶催化酪蛋白沉淀是干酪制造中非常重要的一步。

原料乳杀菌——添加发酵剂、凝乳酶、素——凝块形成——排除乳清——切块、搅拌、加热（CaCl20.01%）——成型压榨——腌渍——发酵成熟——上挂蜡——成品

8. 蛋白酶水解蛋白质的苦味来源：

水解蛋白酶的苦味和蛋白质原有的氨基酸组成有关。特别是蛋白质中的疏水性氨基酸是导致蛋白质经水解后产生苦肽的重要原因。当蛋白质处于天然状态时，这些氨基酸埋藏在蛋白质结构的内部，因而对蛋白质的味道不会产生明显的影响。在酶水解过程中，小肽的数量将增加，从而暴露了这些疏水性氨基酸，当它们同味蕾相作用时就产生了苦味。如果采取有控制的酶水解，使蛋白质的水解反应停止在某一个阶段，使肽键具有足够的长度将疏水性氨基酸埋藏在它的结构内部，就能减少水解蛋白质的苦味。

9. 蛋白酶作为食品添加剂的应用：

1、作为肉类嫩化剂多使用木瓜蛋白酶。从宰杀老龄的动物得到的肉类，经烧煮后口感粗糟和坚硬。肉类中存在一定数量的胶原蛋白质，胶原蛋白质中的交联数目和强度随动物年

龄的增加而提高。木瓜蛋白酶作用效果从肉类感官评定和剪切力测定中可以看出。适合于配制肉类嫩化剂的蛋白酶必须具有较高的耐热性。这是因为嫩化剂的作用主要发生在当肉类被烧煮，温度逐渐升高，而酶尚未失活之前的这个阶段。烧煮导致肉类结缔组织中胶原蛋白质和强性蛋白质变性，而蛋白酶较易作用于变性的胶原蛋白质和弹性蛋白质。木瓜蛋白酶在60~65度时使胶原蛋白质增溶的速度最快。

2、绿茶饮料浑浊：浑浊物质主要是由蛋白质（15~65%）和多酚类化合物（10~35%），通称茶乳酪（creamy）,是绿茶饮料生产中的关键，添加木瓜蛋白酶除去绿茶浸提液中的蛋白质，对稳定绿茶饮料十分有利。

10. 溶菌酶（略）

11. 糖酶

11. 1淀粉酶

• 淀粉是由葡萄糖通过α-1.4糖苷键构成的直链淀粉和α-1.6糖苷键结合的支链淀粉所组成

• 淀粉----糖原-----电厂余热回收糊精---多糖----α-限制糊精（由4个或更多个葡萄糖基构成的寡糖，含α-1.6糖苷键）----双糖----钢管工艺葡萄糖

• 了解淀粉酶作用位点及其产物

11. 2淀粉酶分类及性质

系统名称	常用名	作用特性	水解产物
α-1.4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶	α-淀粉酶或液化酶	不规则的分解淀粉、糖原类α-1.4键	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
α-1.4葡聚糖 -葡萄糖水解酶	糖化型淀粉酶或葡萄糖淀粉E	从非还原性未端以葡萄糖为单位顺次分解淀粉糖原类的α-1.4键，对α-1.3、α-1.6也有效	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-4 -麦芽糖水解酶	β蒸汽消音器-淀粉酶	从非还原性未端以麦芽糖为单位, 分解淀粉糖原类的α-1.4键	以直链淀粉为底物时，麦芽糖外，还有麦芽三糖和葡萄糖（奇数糖基）。以支链淀粉为底物时，麦芽糖、β-限制糊精
支链淀粉-6-葡聚糖水解酶	异淀粉酶	只有异淀粉酶对α-1.6 键分解速度快,分解支链淀粉、糖原中α-1.6键	直链淀粉

11.3补充：葡萄糖异构E

是催化葡萄糖，生成果糖的异构化反应。镁离子和钴离子对这种酶有激活作用，葡萄糖浓度越高，E反应V越快，这种E随产物果糖浓度的提高，E的活性就降低。

11.4葡萄糖淀粉E

1. 外切酶，商业酶制剂由霉菌产生，作用pH4-5，将C(1) 构型从α转变为β型

2. 以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖

3. 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，如有α-淀粉酶参与可使支链淀粉完全降解。

11.5β-淀粉酶

• 外切酶，作用pH5.0-6.0，将C(1) 构型从α转变为β型

• 以直链淀粉为底物时，当直链淀粉含有偶数葡萄糖基时，终产物为麦芽糖；当直链淀粉含有奇数葡萄糖基时，终产物除麦芽糖外，还有麦芽三糖和葡萄糖。

• 以支链淀粉为底物时，产物为麦芽糖（50-60%）和β-限制糊精

11.6异淀粉酶专一分解支链淀粉型多糖中α-1.6糖苷键形成直链淀粉和糊精

12乳糖酶

乳糖是一种二糖，溶解度低，20℃/15%溶解，甜度低，以蔗糖100，则乳糖16，牛奶中乳糖占固形物30%。炼乳、冰淇淋等乳制品，由于温度变化，常常有乳糖结晶析出，呈颗粒状结构

• 生活在亚洲一些地区的居民，由于体内缺乏乳糖酶而不能代谢乳糖，对牛奶有过敏性反应，出现腹泻。乳糖酶为β-半乳糖苷酶，可使乳糖分解成大致等量的葡萄糖和半乳糖及少量聚半乳糖不同pH介质对乳糖酶活性的影响细菌乳糖酶最适pH在7.0，霉菌乳糖酶最适pH接近于5.0，酵母乳糖酶最适pH在6.0。牛奶、脱脂牛奶、炼乳的pH对酵母乳糖酶很适合；乳清及其浓缩物的pH对霉菌乳糖酶很适合。激活剂硫化物或亚硫酸盐可以提高乳糖分解速度

食品工业应用实例

• 在冰淇淋中应用