酶与食品加工

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 酶与食品加工,第二章 酶与食品加工 学时数：6,教学目的：,1.理解酶的定义、作用特点及影响酶促反应的因素；,2.了解食品加工中内源酶和外源酶的作用；,3.理解不同淀粉酶的作用特点、产物特点及应用；,4.了解蛋白酶的分类、来源、在食品加工中的应用；,5.了解果胶酶、多酚氧化酶及其它氧化还原酶类及其在食品工业中的应用。,6.了解固定化酶的特点，制备方法及其在食品工业中的应用。,教学重点：,淀粉酶、蛋白酶,-,淀粉酶和,-,淀粉酶的作用特点；植物蛋白酶及其在食品工业中的应用。,教学难点：,酶的固定化。,教学方法：,注意知识应用：,发酵工业中液化酶、糖化酶的应用，肉类的嫩化与啤酒澄清中酶的应用。,作业布置：,教材习题三（1-5）,教学过程：,270分钟,概 述,酶的定义:,酶是生物活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质。(1982年，在生物体内发现了一种具有催化功能的核酸分子即核酸酶,RIBOENZYME）。,酶催化的特点：,催化效率高，具有很高的专一性，需比较温和的条件（如温度在2550 范围内，,pH,为中性左右）。因此，酶在食品科学中相当重要，通过酶的作用能引起食品原料的品质发生变化，也能在比较温和的条件下加工和改良食品。,酶催化作用的影响因素：,温度、,pH、,酶浓度、底物浓度,；水分活度、一些离子，酶的抑制剂等因素对酶的催化活力也有很大的影响。（最适值）,酶的分类：,国际酶学委员会（,ENZYME COMMISSION）,将酶按功能性质分为,氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类,等六大类，食品加工中比较重要的酶类是氧化还原酶类和水解酶类。（大类、亚类、亚亚类、编号）,与食品加工有关的酶，根据其来源可分为内源酶和外源酶两大类。,补充,Specificity(bond specificity,group specificity,absolute specificity,stereochemical,specificity).,Oxidoreductases,;,Transferases,;,Hydrolases,Lyases,;,Isomerases,;,Ligases,Enzyme activity,就是酶催化一定反应的能力,也就是酶催化反应的速度。可通过测定单位时间内反应底物的减少量或产物生成量而得。一定数量的酶制剂催化特定反应的能力大小就表明其含酶量的多少，因此酶单位都是以酶的活力为根据而定义的。国际生化委员会酶学委员会1964年规定：在特定条件下，在分钟内1微摩尔的底物转化为产物的酶量为1个酶活动单位，称为酶的国际单位。特定条件是指：25度、最适条件下。（不便）,在酶制剂生产上根据不同的产品制定各自的酶活力单位，如：蛋白酶以1分钟内能水解酪蛋白产生1微克酪氨酸的酶量为1个蛋白酶单位；液化型淀粉酶以1小时内能液化1克淀粉为1克液化型淀粉的酶量为1个酶单位。,酶活力单位并不直接表示酶的绝对数量，它只不过是一种相对比较的依据。在实际应用中，除了使用每克（或每毫升）酶制剂含有多少活力单位来表示酶活力的大小外，有时还以每毫克酶蛋白含有多少酶活力单位来表示活力大小，称为比活力，有时也采用每（毫）升酶液或每克酶制剂的活力单位数表示酶的比活力。,第一章 食品加工中酶的作用,一、,内源酶的作用,含义：,特点：,内源酶是指作为食品加工原料的动植物体内所含有的各种酶类。,内源酶是使这些食品原料在屠宰或采收后成熟或变质的重要原因，对食品的贮藏和加工都有着重要的影响。,有些是有利的影响，可通过适当的条件来加强这些酶的作用；有些是不利的影响，需设法对酶的作用进行抑制或消除。,（一）动物性食物原料中内源酶的主要作用,畜禽在屠宰后的成熟过程就是体内很多酶作用的结果（磷酸化酶、乳酸脱氢酶、,ATP,酶、磷酸肌酸激酶和腺苷酸脱氨酶、组织蛋白酶）,。糖原分解成为乳酸，使其,pH,下降、肌肉中,ATP,含量迅速下降，产生具有强烈鲜味的,IMP。,动物死后随着,pH,的降低和组织破坏，组织蛋白酶被释出而发生了对肌肉蛋白质的分解作用，生成肽和游离氨基酸。这些肽和氨基酸使其在加工中形成肉的香气和鲜味。,（二）植物性食物原料中内源酶的影响,植物的后熟,就是果实离开母株后进行的成熟现象。果实的后熟作用是在各种酶的参与下进行的极其复杂的生理生化过程。酶的活动方向趋向于水解反应，各种成分都在进行着变化。如淀粉分解为糖，果实变甜；可溶性单宁凝固，果实涩味消失；原果胶水解为果胶，果实变软；同时果实色泽加深，香味增加。在这个过程中，还由于果实呼吸作用产生了酒精、乙醛和乙烯等产物，促进了后熟过程，这虽然影响了原料的贮存，但对加工来讲还是很重要的。,在加工中由于组织内多酚氧化酶的作用，会发生酶促褐变，严重影响产品的外观和品质。所以，这类水果蔬菜在去皮切开后，必须尽快将其放入沸水或蒸汽中进行短时间的加热处理，以破坏酶的活力。或将其浸入稀酸中，以低,pH,抑制多酚氧化酶活力，也可以将其浸入亚硫酸盐溶液中抑制多酚氧化酶活力。,综上所述，可以看出食品原料中的内源酶对其贮藏和加工性能都有着很大的影响。,二、外源酶的作用,外源酶并非存在于作为食品加工原料的动植物体内。外源酶有两个来源：一是来源于食品中存在的微生物；二是来源于人为添加的酶制剂。,（一）微生物产生的外源酶,有些微生物分泌的各种酶可将食品中蛋白质水解成多肽和氨基酸，并能进一步将氨基酸分解生成氨、酮酸、胺、吲哚和硫化氢等物质，而引起食品的腐败变质。但是也有些微生物在食品或食品原料中生长繁殖，通过它们分泌的各种酶的作用以及代谢产物可以改善原有的营养成分、风味和质构。如发酵食品中所用的微生物。,发酵时利用的微生物为有益微生物。它们可以来自于大自然（自然发酵），也可以来自于人工培养的纯菌种（接种发酵）。发酵不仅为人类提供品种繁多的食品，还提高了食品的耐藏性。不少食品的最终发酵产物，特别是酸和酒精，有利于阻止腐败变质菌的生长，同时还能抑制混杂在食品中的一些病原菌的生长活动。,与未发酵食品相比，发酵食品可提高食品原有的营养价值。有控制地进行的发酵，仍能保持大部分的能量，以供人体需要。在发酵中，微生物将复杂的物质分解为简单成分，把封闭在不易消化的物质结构和细胞内的营养素释放出来，从而增加了食品的营养价值。同时还合成了不少人体必需的维生素。发酵食品还能将人体不能消化的纤维素、半纤维素和类似聚合物在微生物分泌的酶作用下，分解形成简单的糖类和糖的衍生物供人体利用。,（二）酶制剂,含义：,采用适当的理化方法将酶从生物组织或细胞以及微生物发酵物中提取出来，加工成为具有一定纯度及活力标准的生化制剂，称为酶制剂。,来源：,早期从动物脏器和高等植物种子、果实中提取。随着酶制剂应用范围的日益扩大，逐步转向以微生物开辟酶制剂的来源。微生物种类繁多，酶的品种齐全。现已知一切动植物细胞中存在的酶几乎都能够从微生物细胞中找到。微生物具有生长繁殖快，生活周期短，产量高，不受季节、地区的限制；微生物培养简单易行、生产规模可大可小；微生物容易变异，可采取遗传工程、细胞工程、基因工程等技术进行菌种选育和代谢控制，来提高产酶量、培育新酶种等优点，目前已成为酶制剂的主要来源。,1,酶制剂应用于食品加工的特点,酶的催化效率高，很少量的酶制剂就可以完成其他方法很难实现的加工要求。,酶促反应有专一性，很少有副反应，不会引起食品成分发生不需要的变化。酶促反应可以在常温常压和接近中性的,pH,条件下完成，因而加工设备简单，节省能源而又有利于保存食品的营养成分和色香味。,酶促反应的速度可以很容易地通过调节,pH,、,温度和酶制剂加入量等条件加以调节。,酶本质上是天然产生的蛋白质，作为食品加工材料，理论上是安全的。,在酶制剂反应后，可以通过酶变性的简单处理方法使其失去活力而消除其影响。,由于以上这些优越性，,使酶制剂在食品加工中的应用越来越广，并逐步取代了一些原有的加工方法。如葡萄糖生产，过去一直沿用酸水解淀粉的方法。自从酶法制葡萄糖研究获得成功，投入工业生产后，使设备投资大大降低，工序简化，产品杂质含量低，得糖率接近100%，并可以直接利用喷雾干燥法来制葡萄糖粉。,2酶制剂的安全和卫生,酶制剂来源于生物，一般要比化学合成物质安全。但是酶制剂通常不是纯净的化学物质，常混有残存的原材料、无机盐、稀释剂、防腐剂等物质。用微生物发酵的酶可能伴随带来某些生物毒素或残留抗生素。因此，生产食品加工用的酶制剂，应注意原料和提取工艺的选择，防止有害物质的污染。,联合国粮食与农业组织和世界卫生组织的食品添加剂专家联合委员会在1977年第21届大会上作出如下规定：,凡从动植物可食部分的组织，或用食品加工传统使用菌种生产的酶制剂，可作为食品对待，不需进行毒理试验，只需建立有关酶化学和微生物学的说明。,凡由非致病性一般食品污染微生物生产的酶，需作短期毒性试验。,对于非常见微生物制取的酶，要作广泛的毒性试验。,用于生产食品酶制剂的工业菌种，必须是非致病性的，不产生毒素、抗生素和激素等生理活性物质，并经过各种安全性试验，证明安全可靠后，才能批准使用。,第二节,食品加工中重要的酶,一、淀粉酶,定义：,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。,分类：,按作用方式的不同，将淀粉酶分为四类：,-淀粉酶、,-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和脱支酶。,（一）,-,淀粉酶,存在：,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,-淀粉酶。,结构特点：,天然的,-,淀粉酶分子中都含有一个结合得很牢固的,Ca,2,，Ca,2,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。,作用特点：,-,淀粉酶是一种内切酶，随机水解,-1,4糖苷键，不能水解,-1,6糖苷键。水解直链淀粉时迅速使其降解成低聚糖，然后把低聚糖分解成终产物麦芽糖和葡萄糖。水解支链淀粉时终产物是葡萄糖、麦芽糖和一系列含有,-1,6糖苷键的极限糊精或异麦芽糖。由于,-,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,。,适宜条件：,不同来源的,-淀粉酶有不同的最适温度和最适,pH。,最适温度一般在5570，但也有少数细菌,-,淀粉酶最适温度很高，达80 以上。最适,pH,一般在4.57.0之间，细菌中,-,淀粉酶的最适,pH,略低。,（二）,-淀粉酶,存在：,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。,作用特点：,外切酶，只能水解,-,1,4糖苷键。作用时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,-,麦芽糖转变成,-麦芽糖。,-,淀粉酶在催化支链淀粉水解时，因为它不能断裂,-,1,6糖苷键，,也不能绕过支点继续作用于,-,1,4糖苷键,，因此，,-淀粉酶分解淀粉是不完全的。,-淀粉酶作用的终产物是,-,麦芽糖和分解不完全的极限糊精。,适宜条件：,-淀粉酶的热稳定性普遍低于,-淀粉酶，但比较耐酸。,（三）葡萄糖淀粉酶,来源：,微生物的根霉、曲霉等产生。,作用特点：,外切酶，水解的,-1，4糖苷键，,-1,6糖苷键和,-1,3糖苷键，但对后两种键的水解速度较慢。作用时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,。,适宜条件：,最适,pH,为45，最适温度在5060 范围。,（四）脱支酶,存在：,许多动植物和微生物中都有分布,作用特点：,水解淀粉和糖原分子中,-,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