第七章 食品工業(yè)用酶

第七章食品工業(yè)用酶第七章食品工業(yè)用酶酶的作用條件溫和，是最適合于食品加工的催化劑。如蛋白酶是食品工業(yè)中最重要的一類酶；糖酶中的淀粉酶是用途最廣、產(chǎn)量最大的一種酶制劑。第一節(jié)糖酶

糖酶的作用是裂解多糖中將單糖結(jié)合在一起的化學(xué)鍵，使多糖降解成較小的分子。糖酶還能催化糖單位結(jié)構(gòu)上的重排，形成新的糖類化合物，這類反應(yīng)被稱為轉(zhuǎn)糖苷作用。一、淀粉酶淀粉酶是能夠作用于淀粉、糖原和多糖衍生物，能催化其轉(zhuǎn)化成葡萄糖、麥芽糖及其他低聚糖的一類酶。一、淀粉酶根據(jù)淀粉酶對(duì)淀粉的水解方式不同，可將淀粉酶分成三類：

α－淀粉酶，從底物分子內(nèi)部將糖苷鍵裂開；

β－淀粉酶，從底物的非還原性末端將麥芽糖單位水解下來；

葡萄糖淀粉酶，從底物的非還原性末端將葡萄糖單位水解下來。1.α－淀粉酶

α－淀粉酶，又稱液化酶。存在于植物、哺乳類動(dòng)物組織和微生物中。 α－淀粉酶以隨機(jī)的方式作用于淀粉產(chǎn)生還原糖，其作用模式、性質(zhì)和降解產(chǎn)物因酶的來源不同而稍有差別。α－淀粉酶的作用機(jī)制典型的α－淀粉酶是內(nèi)切酶，隨機(jī)作用于淀粉、糖原的α－1，4糖苷鍵，不能水解α－1，6糖苷鍵。α－淀粉酶的作用機(jī)制水解直鏈淀粉時(shí)，先切開淀粉分子中間部分的α－1，4糖苷鍵使長鏈淀粉分解成短鏈糊精，糊精繼續(xù)水解，最后產(chǎn)物為α－麥芽糖和少量葡萄糖。在水解支鏈淀粉時(shí)，由于它不能水解分支點(diǎn)的α－1，6糖苷鍵，因此作用的產(chǎn)物中不僅有麥芽糖和葡萄糖，還有異麥芽糖。1.α－淀粉酶α－淀粉酶以直鏈淀粉為底物時(shí)，反應(yīng)一般按兩個(gè)階段進(jìn)行:第一階段直鏈淀粉快速降解，產(chǎn)生寡糖。第二階段的反應(yīng)包括寡糖緩慢水解生成最終產(chǎn)物葡萄糖和麥芽糖。1.α－淀粉酶α－淀粉酶作用于支鏈淀粉時(shí)產(chǎn)生葡萄糖、麥芽糖和一系列α－限制糊精（由4個(gè)或更多個(gè)葡萄糖基構(gòu)成的寡糖）。（1）分子量多數(shù)α－淀粉酶的分子量在50000左右，每一個(gè)分子中含有一個(gè)Ca2+。當(dāng)鋅存在時(shí)，形成的二聚體中含有一個(gè)鋅原子，鋅原子的作用是在酶的兩個(gè)單體之間形成交聯(lián)。底物絡(luò)合物，但它起著維持酶的最和脲等變性因素的穩(wěn)定性降低。（2）鈣的作用α－淀粉酶分子中存在鈣，鈣

如果將酶分子中的鈣完全除去，就能導(dǎo)致酶基本上失活和對(duì)熱、酸與酶分雖子然的鈣結(jié)沒合有非直常接牢參固與。形成酶－適宜構(gòu)象的作用，使酶具有最高力和最高穩(wěn)定性。（3）pH對(duì)α－淀粉酶作用的影響α－淀粉酶的活力－pH圖是典型的鐘型曲線，在pH4.5—7.0之間具有最高活力。對(duì)于不同來源的α－淀粉酶，其活力－pH曲線的形狀和最適pH的位置稍有差別。（3）pH對(duì)α－淀粉酶作用的影響pH對(duì)α－淀粉酶穩(wěn)定性和酶活力的影響具有很重要的實(shí)際意義。例如，黑麥粉中含有過量的α－淀粉酶，如果能在pH3.4-4.0時(shí)快速失活，那么用黑麥粉加工面包時(shí)，就能防止淀粉的過分糊精化和產(chǎn)生膠粘狀的面包瓤。（4）溫度對(duì)α－淀粉酶作用的影響在與鈣相結(jié)合的條件下，α－淀粉酶的熱穩(wěn)定性高于β－淀粉酶。不同來源的α－淀粉酶具有不同的熱穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)α－淀粉酶的熱穩(wěn)定性將它們分成耐熱和不耐熱α－淀粉酶。（5）α－淀粉酶的用途及展望α－淀粉酶的用途極為廣泛，不同來源的α－淀粉酶具有不同的性質(zhì)。黑曲霉酸性α－淀粉酶適用于制造助消化的藥物；米曲霉α－淀粉酶耐熱性較差，用于面包工業(yè)；耐熱性強(qiáng)的細(xì)菌α－淀粉酶，適于淀粉液化及酶法生產(chǎn)葡萄糖。2.β－淀粉酶

β－淀粉酶也稱為糖化淀粉酶。存在于大多數(shù)高等植物和微生物中，不存在于哺乳類動(dòng)物中。（1）β－淀粉酶的作用β－淀粉酶是一種外切酶，從淀粉分子非還原性末端裂開α－1，4－糖苷鍵，依次將單個(gè)麥芽糖單位水解下來，產(chǎn)物的構(gòu)型從α型轉(zhuǎn)變成β型。（1）β－淀粉酶的作用β－淀粉酶不能裂開支鏈淀粉中的α－1，6－糖苷鍵，也不能繞過支鏈淀粉的分支點(diǎn)繼續(xù)作用于α－1，4－糖苷鍵，因此β－淀粉酶對(duì)支鏈淀粉的作用是不完全的。支鏈淀粉經(jīng)β－淀粉酶作用后，50－60℅轉(zhuǎn)變成麥芽糖，其余部分稱為β－限制糊精。（2）β－淀粉酶的性質(zhì)β－淀粉酶作用的最適pH范圍是5.0-6.0，在20℃和pH4－8或9的范圍內(nèi)至少可以穩(wěn)定24h。（2）β－淀粉酶的性質(zhì)β－淀粉酶的熱穩(wěn)定性和它的來源有關(guān)。在鈣離子存在的條件下，70℃加熱α－淀粉酶和β－淀粉酶混合物，可使β－淀粉酶失活。因此鈣離子對(duì)β－淀粉酶有降低穩(wěn)定性的作用。（2）β－淀粉酶的性質(zhì)β－淀粉酶的分子量一般高于α－淀粉酶。例如，甘薯β－淀粉酶的分子量高達(dá)152000。（3）β－淀粉酶作用機(jī)制

酶的活性部位中至少含有三個(gè)特異基團(tuán)X、A和B，它們參與酶同底物的結(jié)合和酶－底物絡(luò)合物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的過程，其中X基團(tuán)能識(shí)別淀粉分子非還原性末端C(4)上的－OH基。（3）β－淀粉酶作用機(jī)制

當(dāng)X基團(tuán)和C(4)上的－OH基發(fā)生相互作用時(shí)，底物分子的第二個(gè)糖苷鍵配置在催化基團(tuán)A和B的鄰近處，形成具有反應(yīng)力的酶－底物絡(luò)合物。當(dāng)X基團(tuán)未能正確的發(fā)揮作用和酶被環(huán)狀糊精抑制時(shí)就生成沒有反應(yīng)力的絡(luò)合物。3.葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶是一種外切酶，從淀粉分子非還原性末端逐個(gè)將葡萄糖單位水解下來。當(dāng)它切開淀粉分子中的α－1，4－糖苷鍵時(shí)，將C(1)的構(gòu)型從α型轉(zhuǎn)變成β型。3.葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶具有較低的特異性，既能作用于α－1，4－糖苷鍵，又能作用于α－1，3和α－1，6－糖苷鍵。但水解這三種糖苷鍵的速度是不同的。3.葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶作用的最適pH范圍是4－5，最適溫度范圍是50－60℃。分子量為70000左右。3.葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶的作用機(jī)制仍然不清楚。這個(gè)酶和β－淀粉酶在某些方面類似，例如葡萄糖淀粉酶的作用也是裂開C(1)-O鍵，生成的葡萄糖的構(gòu)型也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。然而，環(huán)狀糊精并沒有抑制葡萄糖淀粉酶，因此這兩種酶的作用機(jī)制應(yīng)該存在著重大的差別。4.脫支酶脫支酶能催化水解支鏈淀粉、糖原及相關(guān)大分子化合物中的α－1，6－糖苷鍵。根據(jù)其作用方式可以分為：直接脫支酶和間接脫支酶。4.脫支酶直接脫支酶水解未改性的支鏈淀粉和糖原中的α－1，6－糖苷鍵，間接脫支酶只能作用于已由其他酶改性的支鏈淀粉和糖原。5.淀粉酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用目前淀粉酶最重要的應(yīng)用是從淀粉制備糊精糖漿，葡萄糖和麥芽糖。

由于地衣形芽孢桿菌α－淀粉酶具有特別高的耐熱性，因而被廣泛地應(yīng)用在淀粉的液化工藝中。二、轉(zhuǎn)化酶轉(zhuǎn)化酶催化蔗糖分解為葡萄糖和果糖。在反應(yīng)中組分的旋光度發(fā)生了變化。蔗糖水解成葡萄糖和果糖使得溶液的旋光度凈改變86.25°。因?yàn)樵诜磻?yīng)期間溶液的旋光度發(fā)生了轉(zhuǎn)化，所以催化反應(yīng)的酶被稱為轉(zhuǎn)化酶。二、轉(zhuǎn)化酶轉(zhuǎn)化酶廣泛分布在自然界，植物，動(dòng)物和微生物中都存在。轉(zhuǎn)化酶有兩種，β－呋喃果糖苷酶和α－葡萄糖苷酶。前者催化水解C(2)-O鍵，后者催化水解C(1)-O鍵。二、轉(zhuǎn)化酶轉(zhuǎn)化酶對(duì)于食品工業(yè)的重要性在于：

濃的蔗糖溶液經(jīng)轉(zhuǎn)化酶作用后水解成較甜的糖漿；

蔗糖溶液轉(zhuǎn)化后具有較高的沸點(diǎn)、較低的凝固點(diǎn)和較高的滲透壓；

經(jīng)轉(zhuǎn)化作用生成的單糖具有比蔗糖更高的溶解度。三、乳糖酶β－半乳糖苷酶通常被稱為乳糖酶。乳糖酶能催化β－D－半乳糖苷鍵和α－L-阿拉伯糖苷鍵水解，其中催化乳糖水解是研究的最多的反應(yīng)。三、乳糖酶乳糖水解成半乳糖和葡萄糖后使糖液的甜度提高。乳糖的溶解度較低，在冷凍乳制品中容易析出，使得產(chǎn)品帶有顆粒狀結(jié)構(gòu)。乳糖部分水解后可以防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象。四、纖維素酶

纖維素酶作用于纖維素和從纖維素派生出來的產(chǎn)物。 因?yàn)樗锌赡軐U紙和鋸屑等富含纖維素的廢物轉(zhuǎn)變成食品原料，因此，從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看，纖維素酶是非常重要的。1.纖維素酶的分類和作用模式根據(jù)作用模式不同，可將纖維素酶分成三類：（1）纖維二糖水解酶：對(duì)于纖 維素具有最高的親和力，也能 降解結(jié)晶的纖維素。產(chǎn)物為纖 維二糖，為外切酶。1.纖維素酶的分類和作用模式（2）β－1，4－葡聚糖酶，包括兩 種酶：外切－β－1，4－葡聚糖酶 和內(nèi)切－β－1，4－葡聚糖酶。前 者從纖維素鏈的非還原性末端逐個(gè) 的將葡萄糖水解下來，水解下來的 葡萄糖的構(gòu)型從β型轉(zhuǎn)變成α型。 后者以隨機(jī)方式從纖維素鏈的內(nèi)部 將它裂開，不改變產(chǎn)物的構(gòu)型。1.纖維素酶的分類和作用模式（3）β－葡萄糖苷酶：作用于小 分子量底物時(shí)表現(xiàn)出最高的活力。

能將纖維二糖水解成葡萄糖分子。2.影響纖維素酶作用的因素

纖維素酶的最適pH一般為4.5-6.5。從黑曲霉生產(chǎn)的商業(yè)纖維素酶制劑的最適pH范圍是pH4.5-5.5，酶制劑的最適pH也隨著底物的改變而變化。2.影響纖維素酶作用的因素大多數(shù)纖維素酶具有很高的熱穩(wěn)定性。2.影響纖維素酶作用的因素葡萄糖酸內(nèi)酯能有效的抑制纖維素酶；重金屬離子也能抑制纖維素酶。半胱氨酸能消除他們的抑制作用，甚至進(jìn)一步激活纖維素酶。2.影響纖維素酶作用的因素植物組織中含有天然的纖維素酶抑制劑，能保護(hù)植物免遭霉菌的腐爛作用，這些抑制劑是酚類化合物。植物組織中存在著高的氧化酶的活力，能將酚類化合物氧化成醌類化合物，后者能抑制纖維素酶。4.纖維素酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用盡管使植物性食品中的纖維素增溶和糖化是很有吸引力的研究課題，但是纖維素酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用仍然很少。主要原因是目前還不能提供快速降解不溶性底物的纖維素酶制劑。五、果膠酶1.果膠物質(zhì)

果膠物質(zhì)是指植物中呈膠態(tài)的聚合碳水化合物，它的主要成份是脫水半乳糖醛酸。果膠物質(zhì)存在于所有的高等植物中，沉積于細(xì)胞壁和細(xì)胞間層中。1.果膠物質(zhì)果膠物質(zhì)可以分類如下：原果膠果膠酯酸果膠酸1.果膠物質(zhì)原果膠以化學(xué)和物理方式同細(xì)胞的其它成份混合在一起，不溶于水。原果膠的結(jié)構(gòu)以及它在果蔬成熟期間轉(zhuǎn)變成可溶性果膠的機(jī)制都沒有完全搞清楚。1.果膠物質(zhì)果膠酸果膠酸分子中脫水半乳糖醛酸單位上的羥基基本上是游離的。1.果膠物質(zhì)果膠酯酸果膠酯酸分子中含有一定數(shù)量的甲酯集團(tuán)，果膠酯酸包括果膠。果膠分子中75％左右的羥基是甲酯化的，其溶液在加適量糖和酸時(shí)形成凝膠。2.果膠酶的分類果膠酶包括兩類，一類能催化果膠解聚，另一類能催化果膠分子中的酯水解。2.果膠酶的分類

酶分類

作用于果膠的酶作用于果膠酸的酶 果膠酯酶

酶名稱

聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG）聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL） 或果膠裂解酶 聚半乳糖醛酸酶（PG） 聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL） 或果膠酸裂解酶 果膠、果膠?；饷福≒E）

作用方式

作用于果膠，水解 作用于果膠，裂解作用于果膠酸，水解作用于果膠酸，裂解作用于果膠中的酯， 水解3.果膠酶的分布

高等植物中一般不含裂解酶；霉菌中存在各種果膠酶；只有個(gè)別種類的酵母含有果膠酶的活力；細(xì)菌中果膠酶主要是聚半乳糖醛酸裂解酶，也有一些細(xì)菌含有聚半乳糖醛酸酶。4.果膠酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用果膠物質(zhì)存在于水果和蔬菜中，它的變化對(duì)于水果和蔬菜的結(jié)構(gòu)有重要的影響。果膠酶能降解果膠物質(zhì)，因而在食品加工和保藏中起重要作用，主要用于果汁的萃取和澄清。蛋白酶是食品工業(yè)中最重要的一類酶。在干酪生產(chǎn)、肉類嫩化和植物蛋白質(zhì)改性中都大量的使用蛋白酶。

蛋白酶催化的最普通的反應(yīng)是水解蛋白質(zhì)中的肽鍵。HOR2HOR2

︱‖︱H2O︱‖︱x—N—C—C—N—C—C—y→x—N—C—C—OH+H2N—C—C—y

︱︱︱︱‖︱︱︱‖HR1HHOHR1HO

最早的蛋白酶分類方法是根據(jù)酶的來源。木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶和菠蘿蛋白酶都是來自植物；胰蛋白酶來自胰臟；胃蛋白酶和凝乳酶來自胃。第二種分類方法是根據(jù)鏈端解酶和肽鏈內(nèi)切酶。肽鏈端解酶從肽鏈的一個(gè)末端開始將水解下來。它還可以再分成氨基酸作用模式，將蛋白酶分為肽羧肽酶和胺肽酶，前者的作用是從肽鏈的羧基末端開始，后者是從氨基末端開始。肽鏈內(nèi)切酶從