食品加工中重要的酶.docx

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食品加工中重要的酶

第二节食品加工中重要的酶

一、淀粉酶

凡催化淀粉水解的酶，称为淀粉酶。

淀粉酶是糖苷水解酶中最重要的一类酶。

因水解淀粉的方式不同，可将淀粉酶分为四类：

α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和脱支酶。

（一）α-淀粉酶

α-淀粉酶广泛存在于动物、植物和微生物中。

在发芽的种子、人的唾液、动物的胰脏内含量甚多。

现在工业上已经能利用枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉等微生物制备高纯度的α-淀粉酶。

天然的α-淀粉酶分子中都含有一个结合得很牢固的Ca2＋，Ca2＋起着维持酶蛋白最适宜构象的作用，从而使酶具有高的稳定性和最大的活力。

α-淀粉酶是一种内切酶，以随机方式在淀粉分子内部水解α-1,4糖苷键，但不能水解α-1,6糖苷键。

在作用于淀粉时有两种情况：

第一种情况是水解直链淀粉，首先将直链淀粉随机迅速降解成低聚糖，然后把低聚糖分解成终产物麦芽糖和葡萄糖。

第二种情况是水解支链淀粉，作用于这类淀粉时终产物是葡萄糖、麦芽糖和一系列含有α-1,6糖苷键的极限糊精或异麦芽糖。

由于α-淀粉酶能快速地降低淀粉溶液的黏度，使其流动性加强，故又称为液化酶。

不同来源的α-淀粉酶有不同的最适温度和最适pH。

最适温度一般在55～70℃，但也有少数细菌α-淀粉酶最适温度很高，达80℃以上。

最适pH一般在4.5～7.0之间，细菌中α-淀粉酶的最适pH略低。

（二）β-淀粉酶

β-淀粉酶主要存在于高等植物的种子中，大麦芽内尤为丰富。

少数细菌和霉菌中也含有此种酶，但哺乳动物中还尚未发现。

β-淀粉酶是一种外切酶，它只能水解淀粉分子中的α-1,4糖苷键，不能水解α-1,6糖苷键。

β-淀粉酶在催化淀粉水解时，是从淀粉分子的非还原性末端开始，依次切下一个个麦芽糖单位，并将切下的α-麦芽糖转变成β-麦芽糖。

β-淀粉酶在催化支链淀粉水解时，因为它不能断裂α-1,6糖苷键，也不能绕过支点继续作用于α-1,4糖苷键，因此，β-淀粉酶分解淀粉是不完全的。

β-淀粉酶作用的终产物是β-麦芽糖和分解不完全的极限糊精。

β-淀粉酶的热稳定性普遍低于α-淀粉酶，但比较耐酸。

（三）葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶主要由微生物的根霉、曲霉等产生。

最适pH为4～5，最适温度在50～60℃范围。

葡萄糖淀粉酶是一种外切酶，它不仅能水解淀粉分子的α-1，4糖苷键，而且能水解α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键，但对后两种键的水解速度较慢。

葡萄糖淀粉酶水解淀粉时，是从非还原性末端开始逐次切下一个个葡萄糖单位，当作用于淀粉支点时，速度减慢，但可切割支点。

因此，葡萄糖淀粉酶作用于直链淀粉或支链淀粉时，终产物均是葡萄糖。

工业上用葡萄糖淀粉酶来生产葡萄糖。

所以也称此酶为糖化酶。

（四）脱支酶

脱支酶在许多动植物和微生物中都有分布，是水解淀粉和糖原分子中α-1,6糖苷键的一类酶，有普鲁兰酶和异淀粉酶之分。

（五）淀粉酶在食品工业中的应用

淀粉酶在食品工业上应用很广泛。

淀粉酶制剂是最早实现工业化生产和产量最大的酶制剂品种，约占整个酶制剂总产量的50%以上，被广泛应用于食品、发酵及其他工业中。

如：

淀粉酶用于酿酒、味精等发酵工业中水解淀粉；在面包制造中为酵母提供发酵糖，改进面包的质构；用于啤酒除去其中的淀粉浑浊；利用葡萄糖淀粉酶可直接将低黏度麦芽糊精转化成葡萄糖，然后再用葡萄糖异构酶将其转变成果糖，提高甜度等。

目前商品淀粉酶制剂最重要的应用是用淀粉制备麦芽糊精、淀粉糖浆和果葡糖浆等。

二、蛋白酶

蛋白酶从动物、植物和微生物中都可以提取得到，也是食品工业中重要的一类酶。

生物体内蛋白酶种类很多，以来源分类，可将其分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶三大类。

根据它们的作用方式，可分为内肽酶和外肽酶两大类。

还可根据最适pH的不同，分为酸性蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶。

也有根据其活性中心的化学性质不同，分为丝氨酸蛋白酶（酶活性中心含有丝氨酸残基）、巯基蛋白酶（酶活性中心含有巯基）、金属蛋白酶（酶活性中心含金属离子）和酸性蛋白酶（酶活性中心含羧基）。

（一）动物蛋白酶

在人和哺乳动物的消化道中存在有各种蛋白酶。

如胃黏膜细胞分泌的胃蛋白酶，可将各种水溶性蛋白质分解成多肽；胰腺分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和羧肽酶等内肽酶和外肽酶，可将多肽链水解成寡肽和氨基酸；小肠黏膜能分泌氨肽酶、羧肽酶和二肽酶等，将小分子肽分解成氨基酸。

人体摄取的蛋白质就是在消化道中这些酶的综合作用下被消化吸收的。

胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等先都分别以无活性前体的酶原形式存在，在消化道需经激活后才具有活性。

在动物组织细胞的溶酶体中有组织蛋白酶，最适pH为5.5左右。

当动物死亡之后，随组织的破坏和pH的降低，组织蛋白酶被激活，可将肌肉蛋白质水解成游离氨基酸，使肌肉产生优良的肉香风味。

但从活细胞中提取和分离组织蛋白酶很困难，限制了它的应用。

在哺乳期小牛的第四胃中还存在一种凝乳酶，是由凝乳酶原激活而成，pH5时可由已有活性的凝乳酶催化而激活，在pH2时主要由H＋（胃酸）激活。

随小牛长大，由摄取母乳改变成青草和谷物时，凝乳酶逐渐减少，而胃蛋白酶增加。

凝乳酶也是内肽酶，能使牛奶中的酪蛋白凝聚，形成凝乳，用来制作奶酪等。

动物蛋白酶由于来源少，价格昂贵，所以在食品工业中的应用不甚广泛。

胰蛋白酶主要应用于医药上。

（二）植物蛋白酶

蛋白酶在植物中存在比较广泛。

最主要的3种植物蛋白酶，即木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶已被大量应用于食品工业。

这3种酶都属巯基蛋白酶，也都为内肽酶，对底物的特异性都较宽。

木瓜蛋白酶是番木瓜胶乳中的一种蛋白酶，在pH5时稳定性最好，低于pH3和高于pH11时，酶会很快失活。

该酶的最适pH虽因底物不同而有不同，但一般在5～7之间。

与其他蛋白酶相比，其热稳定性较高。

无花果蛋白酶存在于无花果胶乳中，新鲜的无花果中含量可高达1%左右。

无花果蛋白酶在pH6～8时最稳定，但最适pH在很大程度上取决于底物。

若以酪蛋白为底物，活力曲线在pH6.7和9.5两处有峰值；以弹性蛋白为底物时，最适pH为5.5；而对于明胶，最适pH则为7.5。

菠萝汁中含有很强的菠萝蛋白酶，从果汁或粉碎的茎中都可提取得到，其最适pH值范围在6～8。

以上3种植物蛋白酶在食品工业上常用于肉的嫩化和啤酒的澄清。

特别是木瓜蛋白酶的应用，很久以前民间就有用木瓜叶包肉，使肉更鲜嫩、更香的经验。

现在这些植物蛋白酶除用于食品工业外，还用于医药上作助消化剂。

（三）微生物蛋白酶

细菌、酵母菌、霉菌等微生物中都含有多种蛋白酶，是生产蛋白酶制剂的重要来源。

生产用于食品和药物的微生物蛋白酶的菌种主要是枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉三种。

随着酶科学和食品科学研究的深入发展，微生物蛋白酶在食品工业中的用途将越来越广泛。

在肉类的嫩化，尤其是牛肉的嫩化上应用微生物蛋白酶代替价格较贵的木瓜蛋白酶，可达到更好的效果。

微生物蛋白酶还被运用于啤酒制造以节约麦芽用量。

但啤酒的澄清仍以木瓜蛋白酶较好，因为它有很高的耐热性，经巴氏杀菌后，酶活力仍还存在，可以继续作用于杀菌后形成的沉淀物，以保证啤酒的澄清。

在酱油的酿制中添加微生物蛋白酶，既能提高产量，又可改善质量。

除此之外，还常用微生物蛋白酶制造水解蛋白胨用于医药，以及制造蛋白胨、酵母浸膏、牛肉膏等。

细菌性蛋白酶还常用于日化工业，添加到洗涤剂中，以增强去污效果，这种加酶洗涤剂对去除衣物上的奶斑、血斑等蛋白质类污迹的效果很好。

三、果胶酶

果胶酶是能水解果胶类物质的一类酶的总称。

它存在于高等植物和微生物中，在高等动物中不存在，但蜗牛是例外。

（一）果胶酶的分类及作用

果胶酶根据其作用底物的不同，可分为果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶3种类型。

1．果胶酯酶果胶酯酶存在于植物及部分微生物种类里。

果胶酯酶催化果胶脱去甲酯基生成聚半乳糖醛酸链和甲醇的反应。

不同来源的果胶酯酶的最适pH不同，霉菌来源的果胶酯酶的最适pH在酸性范围，细菌来源的果胶酯酶在偏碱性范围，植物来源的果胶酯酶在中性附近。

不同来源的果胶酯酶对热的稳定性也有差异，例如霉菌果胶酯酶在pH3.5时，50℃加热0.5h，酶活力无损失，当温度提高到62℃时，酶基本上全部失活。

而蕃茄和柑橘果胶酯酶在pH6.1时，70℃加热1h，酶活力也只有50%的损失。

在一些果蔬的加工中，若果胶酯酶在环境因素下被激活，将导致大量的果胶脱去甲酯基，从而影响果蔬的质构。

生成的甲醇也是一种对人体有毒害作用的物质，尤其对视神经特别敏感。

在葡萄酒、苹果酒等果酒的酿造中，由于果胶酯酶的作用，可能会引起酒中甲醇的含量超标，因此，果酒的酿造，应先对水果进行预热处理，使果胶酯酶失活以控制酒中甲醇的含量。

2．聚半乳糖醛酸酶聚半乳糖醛酸酶是降解果胶酸的酶，根据对底物作用方式不同可分两类：

一类是随机地水解果胶酸（聚半乳糖醛酸）的苷键，这是聚半乳糖醛酸内切酶；另一类是从果胶酸链的末端开始逐个切断苷键，这是聚半乳糖醛酸外切酶。

聚半乳糖醛酸内切酶多存在于高等植物、霉菌、细菌和一些酵母中，聚半乳糖醛酸外切酶多存在于高等植物和霉菌中，在某些细菌和昆虫中也有发现。

聚半乳糖醛酸酶来源不同，它们的最适pH也稍有不同，大多数内切酶的最适pH在4.0～5.0范围以内，大多数外切酶最适pH在5.0左右。

聚半乳糖醛酸酶的外切酶与内切酶，由于作用方式不同，所以它们作用时对果蔬质构影响或果汁处理效果也有差别。

例如同一浓度果胶液，内切酶作用时，只要3%～5%的果胶酸苷键断裂，黏度就下降；而外切酶作用时，则要10%～15%的苷键断裂才使黏度下降50%。

3．果胶裂解酶果胶裂解酶是内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶和内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶的总称。

果胶裂解酶主要存在于霉菌中，在植物中尚无发现。

果胶裂解酶是催化果胶或果胶酸的半乳糖醛酸残基的C4～C5位上的氢进行反式消去作用，使糖苷键断裂，生成含不饱和键的半乳糖醛酸。

以上3种酶的作用方式如图2-1所示。

图2-1果胶酶的作用方式

（二）果胶酶在食品工业上的应用

果胶酶在食品工业中具有很重要作用，尤其在果汁的提取和澄清中应用最广。

如在苹果汁的提取中，应用果胶酶处理方法生产的汁液具有澄清和淡棕色外观，如果用直接压榨法生产的苹果汁不经果胶酶处理，则表现为浑浊，感官性状差，商品价值受到较大影响；经果胶酶处理生产葡萄汁，不但感官质量好，而且能大大提高葡萄的出汁率；柑橘汁的色泽和风味依赖于果汁中的混浊成分，混浊是由果胶、蛋白质构成的胶态不沉降的微小粒子的作用，若橘汁中果胶酶不失活，其作用结果会导致柑橘汁中的果胶分解，橘汁沉淀、分层、从而成为不受欢迎的饮料，因此，柑橘汁加工时必须先经热处理，使果胶酶失活。

在蕃茄的生产中，用热打浆法可以很快破坏果胶酶的活性，有利于保持产品质地均匀。

在水果罐头加工中，切开的果块先经热烫是一种钝酶措施，其中包括钝化果胶酶以防止果肉在罐藏中过度软化。

另外，在提取植物蛋白时，常使用果胶酶处理原料，以提高蛋白质的得率。

总之，果胶酶在食品贮藏加工中的应用是越来越广。

四、多酚氧化酶

多酚氧化酶广泛存在于各种植物和微生物中。

在果蔬食物中，多酚氧化酶分布于叶绿体和线粒体中，但也有少数植物，如马铃薯块茎，几乎所有的细胞结构中都有分布。

多酚氧化酶的最适pH常随酶的来源不同或底物之不同而有差别，但一般在pH4～7范围之内。

同样，不同来源的多酚氧化酶的最适温度也有不同，一般多在20～35℃之间。

在大多数情况下从细胞中提取的多酚氧化酶在70～90℃下热处理短时就可发生不可逆变性。

低温也影响多酚氧化酶活性。

较低温度可使酶失活，但这种酶的失活是可逆的。

阳离子洗涤剂、Ca2＋等能活化多酚氧化酶。

抗坏血酸、二氧化硫、亚硫酸盐、柠檬酸等都对多酚氧化酶有抑制作用，苯甲酸、肉桂酸等有竞争性抑制作用。

多酚氧化酶是一种含铜的酶，主要在有氧的情况下催化酚类底物反应形成黑色素类物质。

在果蔬加工中