綠色食品與食品添加劑

1、催化劑2013級(jí)應(yīng)用化學(xué)一班 盧國(guó)福1.催化劑的定義在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)速率（提高或者降低）而不改變化學(xué)平衡，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有90%以上的工業(yè)過(guò)程中使用催化劑，如化工、石化、生化、環(huán)保等。2.催化作用催化劑能加速化學(xué)反應(yīng)速度是因?yàn)樗慕槿虢档土朔磻?yīng)所需的活化能。催化劑與反應(yīng)底物作用形成中間產(chǎn)物，在該中間產(chǎn)物中底物已被活化，反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)的位能結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而使反應(yīng)有可能以活化能低的途徑進(jìn)行。3.催化劑的類型3.1生物催化在生物體內(nèi)發(fā)生的復(fù)雜生化過(guò)程是由酶來(lái)完成的。在該過(guò)程中，酶與作用物生成中間產(chǎn)物，然后分解出新物質(zhì)和酶。酶

2、使生化反應(yīng)活化能降低，反應(yīng)速度加快，酶就是催化劑，這種催化稱為酶催化。3.2化學(xué)催化化學(xué)催化以催化劑與反應(yīng)物所處的狀態(tài)不同，可分為均相催化和多相催化兩大類。如果催化反應(yīng)在某一均相物相內(nèi)進(jìn)行，就稱為均相催化。如果催化劑和反應(yīng)物被相介面分開，催化反應(yīng)在不同物相界面上進(jìn)行，為多相催化。4.催化劑的基本性能4.1催化活性催化劑的活性是評(píng)價(jià)催化劑的一種量度，是指催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速度的性能，實(shí)際是指催化反應(yīng)速度與非催化反應(yīng)速度之差。（1）TOF:轉(zhuǎn)化數(shù)，催化劑單位時(shí)間里每個(gè)活性中心生成目標(biāo)產(chǎn)物的個(gè)數(shù)（單位為h-1或min-1)TOF目標(biāo)產(chǎn)物（mol）催化劑（mol）時(shí)間（h）2.時(shí)空率工業(yè)上為了生產(chǎn)的需

3、要，用時(shí)空率來(lái)度量催化劑的活性，即單位時(shí)間內(nèi)單位體積或重量的催化劑生成目標(biāo)產(chǎn)物的量（g,kg,mol).時(shí)空率=目標(biāo)產(chǎn)物量催化劑體積（重量）時(shí)間 如果反應(yīng)原料有氣體，常以空速表示出對(duì)應(yīng)的進(jìn)料速度。以單位時(shí)間通過(guò)催化劑單位體積或單位重量的氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）v0（空速）=vt / vt3.轉(zhuǎn)化率催化劑活性最方便的表示是用轉(zhuǎn)化百分率，即主要反應(yīng)物在一定條件下轉(zhuǎn)化的百分?jǐn)?shù)。如甲苯的催化氧化反應(yīng)：甲苯的轉(zhuǎn)化率x為：X=已轉(zhuǎn)化的甲苯摩爾數(shù)/甲苯的總摩爾數(shù)*%轉(zhuǎn)化率表示催化活性，從代表的意義上講不確切，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在考察或篩選催化劑中，是最常用的。二、酶催化劑酶是生物催化劑的俗稱，酶的研究是催化反應(yīng)綠色化的

4、重要組成部分。1.酶及其分類酶結(jié)合型氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶游離型水解酶裂解酶異構(gòu)酶連接酶2.酶及其催化反應(yīng)的特點(diǎn)在催化反應(yīng)過(guò)程中，酶的多肽鏈對(duì)分子起定位作用，活性中心起催化作用，酶的活性中心錨定在多肽鏈上。（1）催化活性高（2）選擇性好（3）反應(yīng)條件溫和（4）自動(dòng)調(diào)節(jié)活性（5）兼并均相和多相催化的特點(diǎn)1高效性：酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑更高，使得反應(yīng)速率更快；2專一性：一種酶只能催化一種或一類底物，如蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解成多肽；因此在食用酵素當(dāng)今在功能上，主要有四種：高濃縮SOD酵素如，復(fù)方天然酵素主要用于乳腺瘤、子宮肌瘤、卵巢囊腫等腫瘤方面；長(zhǎng)生酵素直接補(bǔ)脾補(bǔ)腎補(bǔ)氣血，全面調(diào)理；纖體酵素專門轉(zhuǎn)化

5、脂肪減肥；腸毒清酵素則專門清理腸皺褶的毒素。3多樣性：酶的種類很多，大約有5000多種，其中可以通過(guò)食用補(bǔ)充的酵素達(dá)2000多種；形態(tài)上主要有三種：專業(yè)級(jí)酵素為酵素膠囊，其次為酵素粉，而液體酵素含量低、效價(jià)低、易腐敗而安全性較差一些，食用風(fēng)險(xiǎn)較高。4溫和性：是指酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在較溫和的條件下進(jìn)行的，因此，純正酵素是中性的，溫和的，不存在副作用，或好轉(zhuǎn)反應(yīng)”。對(duì)于有刺激性而必然存的“好轉(zhuǎn)反應(yīng)”，除了本身腐敗以外，也有可能有藥品的添加。5活性可調(diào)節(jié)性：包括抑制劑和激活劑調(diào)節(jié)、反饋抑制調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)和變構(gòu)調(diào)節(jié)等。6.易變性：大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，因而會(huì)被高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等破壞；3.催化機(jī)制

6、酶的催化機(jī)理和一般化學(xué)催化劑基本相同，也是先和反應(yīng)物（酶的底物）結(jié)合成絡(luò)合物，通過(guò)降低反應(yīng)的能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)的速度，在恒定溫度下，化學(xué)反應(yīng)體系中每個(gè)反應(yīng)物分子所含的能量雖然差別較大，但其平均值較低，這是反應(yīng)的初態(tài)。S（底物）P（產(chǎn)物）這個(gè)反應(yīng)之所以能夠進(jìn)行，是因?yàn)橛邢喈?dāng)部分的S分子已被激活成為活化（過(guò)渡態(tài)）分子，活化分子越多，反應(yīng)速度越快。在特定溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的活化能是使1摩爾物質(zhì)的全部分子成為活化分子所需的能量（千卡）。酶（E）的作用是：與S暫時(shí)結(jié)合形成一個(gè)新化合物ES，ES的活化狀態(tài)（過(guò)渡態(tài)）比無(wú)催化劑的該化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物活化分子含有的能量低得多。ES再反應(yīng)產(chǎn)生P，同時(shí)釋放E。E可與另外

7、的S分子結(jié)合，再重復(fù)這個(gè)循環(huán)。降低整個(gè)反應(yīng)所需的活化能，使在單位時(shí)間內(nèi)有更多的分子進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)速度得以加快。4.影響催化的因素（1）酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響從米門公式和酶濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系圖解可以看出：酶促反應(yīng)速度與酶分子的濃度成正比。當(dāng)?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r(shí)，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。但事實(shí)上，當(dāng)酶濃度很高時(shí)，并不保持這種關(guān)系，曲線逐漸趨向平緩。根據(jù)分析，這可能是高濃度的底物夾帶有許多的抑制劑所致。（2）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響在生化反應(yīng)中，若酶的濃度為定值，底物的起始濃度較低時(shí)，酶促反應(yīng)速度與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而增加。當(dāng)所有的酶與底物結(jié)合生成中間產(chǎn)物后，即使

8、在增加底物濃度，中間產(chǎn)物濃度也不會(huì)增加，酶促反應(yīng)速度也不增加。還可以得出，在底物濃度相同條件下，酶促反應(yīng)速度與酶的初始濃度成正比。酶的初始濃度大，其酶促反應(yīng)速度就大。拓?fù)洚悩?gòu)酶在實(shí)際測(cè)定中，即使酶濃度足夠高，隨底物濃度的升高，酶促反應(yīng)速度并沒有因此增加，甚至受到抑制。其原因是：高濃度底物降低了水的有效濃度，降低了分子擴(kuò)散性，從而降低了酶促反應(yīng)速度。過(guò)量的底物聚集在酶分子上，生成無(wú)活性的中間產(chǎn)物，不能釋放出酶分子，從而也會(huì)降低反應(yīng)速度。（3）溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響各種酶在最適溫度范圍內(nèi)，酶活性最強(qiáng)，酶促反應(yīng)速度最大。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10，酶促反應(yīng)速度可以相應(yīng)提高12倍。不同生物體

9、內(nèi)酶的最適溫度不同。如，動(dòng)物織中各種酶的最適溫度為3740；微生物體內(nèi)各種酶的最適溫度為2560，但也有例外，如黑曲糖化酶的最適溫度為6264；巨大芽孢桿菌、短乳酸桿菌、產(chǎn)氣桿菌等體內(nèi)的葡萄糖異構(gòu)酶的最適溫度為80；枯草桿菌的液化型淀粉酶的最適溫度為8594。可見，一些芽孢桿菌的酶的熱穩(wěn)定性較高。過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)降低酶的催化效率，即降低酶促反應(yīng)速度。最適溫度在60以下的酶，當(dāng)溫度達(dá)到6080時(shí)，大部分酶被破壞，發(fā)生不可逆變性；當(dāng)溫度接近100時(shí)，酶的催化作用完全喪失。所以，人在發(fā)燒時(shí)，不想吃東西。（4）pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶在最適pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出活性，大于或小于最適pH，都會(huì)降低酶活性

10、。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：改變底物分子和酶分子的帶電狀態(tài)，從而影響酶和底物的結(jié)合；過(guò)高或過(guò)低的pH都會(huì)影響酶的穩(wěn)定性，進(jìn)而使酶遭受不可逆破壞。人體中的大部分酶所處環(huán)境的pH值越接近7，催化效果越好。但人體中的胃蛋白酶卻適宜在pH值為12的環(huán)境中，胰蛋白酶的最適pH在8左右。（5）激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響能激活酶的物質(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑種類很多，有無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，如鈉離子、鉀離子、銅離子、鈣離子等；無(wú)機(jī)陰離子，如氯離子、溴離子、碘離子、硫酸鹽離子磷酸鹽離子等；有機(jī)化合物，如維生素C、半胱氨酸、還原性谷胱甘肽等。許多酶只有當(dāng)某一種適當(dāng)?shù)募せ顒┐嬖跁r(shí)，才表現(xiàn)出催化活性或強(qiáng)化其催化活性，這稱為對(duì)酶的激活作用。而有些酶被合成后呈現(xiàn)無(wú)活性狀態(tài)，這種酶稱為酶原。它必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募せ顒┘せ詈蟛啪呋钚?。?）抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。它可降低酶促反應(yīng)速度。酶的抑制劑有重金屬離子、一氧化碳、硫化氫、氫氰酸、氟化物、碘化乙酸、生物堿、染料、對(duì)-氯汞苯甲酸、二異丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性劑等。對(duì)酶促反應(yīng)的抑制可分為競(jìng)爭(zhēng)性制和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。與底物結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)爭(zhēng)先與酶的活性中心結(jié)合，從而降低酶促反應(yīng)速度，這種作用稱為競(jìng)