食品化学进展及水产化学.ppt

第十二章 食品化学进展及水产化学,第一节 食品化学进展所介绍的内容,食品营养化学、食品生物化学、食品工艺化学、食品风味化学（林洪教授主讲）、食品毒物化学（汪 东风教授已在上一章有所介绍）、食品分析化学、碳 水化合物化学、油脂化学、蛋白质化学、食品酶学、食品添加剂、谷物化学、乳品化学、水产品化学、调味品化学、食用天然产物的分离提取、食品加工和贮运的新工艺技术研究，生物技术在食品工业中的运用研究，功能食品的加工和食品工程的技术原理等。,美拉德反应、焦糖化反应、自动氧化 反应、酶促褐变、淀粉的糊化与老化、多糖水解反应、蛋白质水解反应、蛋 白质变性反应、色素变色与褪色反应、维生素降解反应、脂肪水解与交换反 应、脂肪热氧化分解和聚合反应,风 味物的变化反应等研究进展。,第二节 果蔬加工贮藏中化学研究进展,化学去皮、护色,质构控制,维 生素保留,脱涩脱苦,打蜡涂膜,化 学保鲜,气调贮藏,活性包装,酶促 榨汁,过滤和澄清及化学防腐等,第三节肉品加工贮藏中化学研究进展,护色和发色,保汁和嫩化,提高肉糜乳化力,凝胶性和粘弹性,超市鲜肉包装,冷却肉、发酵肉制品,第四节 饮料工业中化学研究进展,速溶,克服上浮下沉,稳定蛋白 饮料,水质处理,控制澄明度,提高 风味,白酒降度,啤酒泡沫和苦味改 善,防止啤酒馊味,果酒脱涩,大豆 饮料脱腥等。,第五节 乳品工业、食用油脂工业及调味品工 业化学研究进展,稳定酸乳和果汁乳,开发凝乳酶代用品 及再制乳酪等 精炼,冬化,调温,脂肪改性,食用乳化剂,抗氧化剂,减少油炸食品吸油量 肉味汤料、核苷酸鲜味剂,碘盐和有机硒盐等,第六节 食品中多酚氧化酶研究 进展,一引言 1 多酚氧化酶的性质 2 酶促褐变的生理作用 二酚氧化酶的生物化学和分子生物学性质 三褐变控制 1 物理处理 2 抑制剂,引 言,食品的外观，风味，质地和营养价值是消费者 选择食品时的四个因素。重要的是颜色，也是 消费者评价食品质量的首要因素之一。通过酶 促反应或非酶促反应形成的颜色，影响着许多 水果、蔬菜和海洋食品。尤其是甲壳类食品的 最重要的颜色反应之一酶促褐变反应，是多 酚氧化酶引起的，这种酶曾经被称为酚氧化酶，酚酶，一元酚和二元酚氧化酶和酪氨酸酶。,1 问题,1.1黑变病 酚氧化酶能导致甲壳类，如龙虾和蟹变黑，被称为黑变病。1.2多酚氧化酶的性质 多酚氧化酶能催化两种基本的反应。用苯酚和氧 气作底物，该反应能在与羟基相连的位置催化羟基化 反应。第二步反应是二元酚被氧化为邻位苯醌，苯醌 常通过非酶反应机理进一步氧化成黑色素（褐色产物）。,一元酚氧化酶 一元酚氧化酶催化一元酚羟基化成为二元酚。种酶被称为酪氨酸酶，因为L-酪氨酸是主要的一元酚底物。二元酚氧化酶 第二步反应即二元酚被氧化成醌，被称为二元 酚氧化酶活力或儿茶酚氧化酶活力。进一步反应是儿茶酚被氧 化成为邻位-苯醌。虫漆酶 虫漆酶（对-二元酚氧化酶，）（DPO）是另外一种类型的含铜的多元酚氧化酶。对于其酚底物具有明显的非特异性。底物被虫漆酶氧化是由于单一电子反应生成自由基。氧化被还原成水的同时酚类底物也被氧化。,2 酶促褐变的生理作用,抗病能力被认为是多酚氧化酶在动物体内的功 能之一，主要存在于昆虫和甲壳类动物中。该 酶在动物体内常以酶原或多酚氧化酶前体形式 存在。它对甲壳类动物中的骨化过程起到重要的作用。黑色素和部分聚合酚醛塑料具有抗微生物的性 质。据说特殊的微生物能诱导产生能激活多酚氧化酶的蛋白酶。微生物次级代谢产物例如，葡聚糖，糖蛋白，脂多糖，海带多糖和其它一些产物也能诱导产生能激活多酚氧化酶的蛋白酶。,3酚氧化酶的生物化学和分子生物学性质,PPOs是含铜的蛋白质。在所有PPO顺序中最显著的特征是两个 铜结合位点，被称为CuA 和CuB。PPO的活性位点由两个铜离子构 成，每个铜离子与三个保守的组氨酸残基结合。这一对铜离子是PPO与氧气和酚类底物相互作用的位点。在甲壳类中，PPO体系以无活性的酚氧化酶原（proPO）形式存 在于血淋巴中，因此，PPO来源于血蓝蛋白。血蓝蛋白是在甲壳类 血淋巴的血浆中发现的氧气运输蛋白。血蓝蛋白和PPOs存在由两个 铜离子直接与蛋白质结合而形成的氧结合位点；但是，血蓝蛋白不 起催化作用。,纯的proPO的分子量为76kDa。它是一种等电点在5.4 左右的糖蛋白PPO活性的最适pH值在pH6.0和pH8.0之间。温度对甲壳类PPO的稳定性影响表明这些酶在20-50范 围内具有相似的稳定性。PPOs的稳定性是非常不同的，它依赖于许多因素，如 温度，pH，底物浓度，离子强度，缓冲体系等。,4褐变控制,多酚氧化酶（PPO）催化酚氧化生成邻 位-醌。邻位-醌是活性很强的化合物。它们自发聚合形成高分子量化合物或黑色 素，或与氨基酸和蛋白质反应而加深颜 色。阻止酶促褐变可以通过多种途径来 实现。方法论上是除去一种或多种反应 必需的成分：氧气、酶、铜或底物。,4.1 物理处理,加热 冷藏 冷冻 干燥 辐射 高压和超临界CO2,4.2 抑 制 剂,褐变抑制剂在食品加工中的应用受毒性，对味道，风味，质地和价值的影响因素 的制约，用于防止酶促褐变的抑制剂有5类：1）还原剂；2）螯合剂；3）酸化剂；4）酶抑制剂；5）络合剂；,还原剂/抗氧化剂,亚硫酸盐试剂 硫酸盐是PPO的一种竞争性抑制剂，能使PPO活 性位点的巯基结合。L-抗坏血酸 抗坏血酸抑制的机理基本上被归结为还原-酶促形成 邻位-醌成原来的二元酚，从而阻止色素的形成。异抗坏血酸 异抗坏血酸和它的盐异抗坏血酸钠都是很强的还原 剂。因此能抵抗还原分子中得氧。酚类抗氧化剂 抗氧化剂通过抑制生成自由基的氧化反应过程，螯和金属惰性单线态氧来延缓酸败和变色，从而保藏食品。半胱氨酸半胱氨酸能抑制黑变病被推测是形成了无色的硫醇-临位醌，它甚至直接与PPO上的铜生成稳定的复合物而抑制酶活。,4.2.2 酸化剂,酸化剂的作用是将pH控制在PPO最佳 催化活性所要求的pH之下。酸化剂如，柠檬酸，苹果酸；磷酸能将pH降到3以下，在这个pH下PPO是无活性的。酸化剂经 常与其他抗褐变剂结合使用。柠檬酸和 抗坏血酸一种是食品工业中使用的最广 泛的酸之一。,4.2.3 螯合剂,在它们的活性位点有金属离子，因此 通过螯合剂除去它们的金属离子将使酶 失去活性。螯合剂通过它们能起到络合 或螯合的作用的分子结构中的不共用电 子对与强氧化剂如铜铁离子络合。由于 PPO 是含铜的金属蛋白像辅基一样，它 将被金属螯合剂抑制。在食品中应用的最好的GRAS鳌合剂是柠檬酸和乙二胺环乙酸（EDTA）。,EDTA EDTA与铁、铜、钙通过螯合反应生成非常稳定的络 合物。在羧基完全解离的高pH下，EDTA的螯合效果最好。在阻止酶促褐变中，EDTA通常与其他化合试剂合用。磷酸盐 多磷酸盐，焦磷酸钠，金属磷酸盐都是螯合剂，由 于它们在冷水中是微溶的，因而用在食品中作为抗褐变试剂 时的浓度为0.52%。麦芽酚 麦芽酚（3-羟基-2-甲基-4氢-吡喃-4-one），一种Y吡喃酮的衍生物，麦芽酚不能直接抑制PPO，但它能通过与临位-醌的结合使其重新生成临位-二羟基醌或使PPO不可逆灭活来抑制褐变。曲酸 曲酸（5-羟基-2-羟甲基-4H-吡喃-4-one）是一种Y吡喃酮衍生物，是许多曲霉菌和青霉菌的代谢产物。酪氨酸酶被曲酸的抑制可能是由于它能和酶活性位点的铜结合，因为曲酸是非常好的过度金属如铁（）和铜（）的鳌合剂,4.2.4 络合剂,甲壳胺 甲壳胺来源于有壳的水生动物，甲壳 质为（1，4）-D-胺基葡萄糖的多聚体。甲壳胺无毒，生物可降解，有抗微生物作用。作 用机理还不清楚，可能是带正电荷的多聚体能 吸收悬浮的PPO的底物或产物的原故。环状糊精 环状糊精是一类由液化淀粉在葡聚 糖转移酶作用下经环状麦押糊精而生成的环状寡糖。CD抑制褐变的机理主要是它们能与PPO的底物结合。-CD的中央空穴有较弱的非极性与PPOs酚类形成包含络合物，因而嫩能够阻止醌的氧化和随后的聚合，从而组织黑色素的生成。,4.2.5 酶抑制剂,4-已基间苯二酚 被取代的间苯二酚，它们的结构与酚类 底物相关，被认为是PPO的抑制剂。间苯二酚衍生物与 酚类底物的结构相类似，通过对PPO的竞争性抑制来阻 止褐变反应。4-已基间苯二酚（4-HR）能抑制酪氨酸的 一元酚氧化酶和二元酚氧化酶活性。卤化盐 无机卤化盐是很有名的PPO抑制剂。NaF是最强 的抑制剂，其它依次是NaCl，NaBr，和NaI。蜂蜜 蜂蜜可以抑制酶促褐变。蜂蜜对PPO起抑制作用的 化合物是分子量为600的小肽。因为蛋白质、肽和氨基酸 通过鳌合PPO活性中心的Cu2+形成稳定络合物来抑制 PPO的活性，这可能就是蜂蜜肽的抑制机理。,芳香族羧酸 苯甲酸和肉桂系列的芳香族羧酸是PPO的抑制剂，同时它们的结构与底物a的结构相类似。肉桂酸和它的类似物，对位-对羟基桂皮酸，阿魏酸和芥子酸被发现是植物PPO的强烈抑制剂。,氨基酸，肽和蛋白质 氨基酸，肽和蛋白质通过直接抑制酶或通 过与PPO催化产物醌反应来抑制PPO催化的褐变。它们也能通过 与催化各酚底物螯合PPO的活性位点的铜来抑制PPO活性。蛋白 质，肽和-氨基酸能和铜离子形成稳定的络合物。组氨酸和半胱 氨酸对铜离子有特别高的亲和力，因为组氨酸有咪唑环，半胱氨酸有巯基，二者都能连接金属离子。,4.2.6 其他,杀手酶 有些酶可以用来阻止那些产生令人不快的酶的活性。有三种途径：1）用目标酶以外的酶修饰底物和/或产物；2）用其它酶直接钝化目标酶；3）用高活性的二次反应产物钝化酶。可食包膜 用可食包膜来减少令人不快的变化。包膜可以携带抗氧化剂和防腐剂。,第七节 对虾黑变新机理的研究 及其启示,日本进口的鱼贝类的主要品种,1引起虾类黑变真正原因是什么？2血蓝蛋白是怎样被激活的？3血蓝蛋白在对虾中的存在位置？4血蓝蛋白仅仅氧化酪氨酸吗？5是否还有其它因素能引起虾类的黑变？,研究内容:,1引起虾类黑变真正原因是什么？,日本对虾(Penaeus japonicus),虾类黑色素的形成-目前普遍被接受的形成机理,Melanin,DOPA chrome,DOPA quinone,DOPA,Tyrosine,5,6-dihydroxyindole(DHI),Phenoloxidase(PO),多酚氧化酶酶原的激活机理,Prophenoloxidase(ProPO),Phenoloxidase(PO),Beta-1,3 glucan,LPS,Peptidoglycan,p-APMSF,1,3葡聚糖，脂多糖，肽聚糖,ProPO System,prophenoloxidase activating factor,多酚氧化酶原的cDNA序列及由cDNA序列推导出的氨基酸序列,不同来源的多酚氧化酶原氨基酸序列的同源性比较,2、血蓝蛋白是怎样被激活的？,血蓝蛋白(Hc):,由肝胰腺分泌 在血清中作为氧的运输载体 可作为渗透压调节剂、蜕皮激素载体、抗菌肽前体 从基因序列看，与多酚氧化酶有较大的同源性 被激活后，具有多酚氧化酶活性,血细胞组分在激活血蓝蛋白的 过程中起重要作用,血蓝蛋白的激活,A and C:ActivatedHemocyanin B and D:Native Hemocyanin,血蓝蛋白的激活机理,3血蓝蛋白在对虾中的存在部位？,在虾的表皮会发生明显的黑变,血蓝蛋白存在于虾类的表皮?,表皮中的血蓝蛋白,Stained with(A)Antibody,(B)Toluidine blue,(C)Negative Control,(D)Secondary antibody,Dorsal,Ventral,A,B,C,D,Epicuticle,Exocuticle,Endocuticle,100nm,4血蓝蛋白仅仅氧化酪氨酸吗？,血蓝蛋白引起的虾类黑色素的形成过程,Melanin,DOPA chrome,DOPA quinone,DOPA,Tyrosine,5,6-dihydroxyindole(DHI),Hemocyanin,？,？,DHI and DHICA,5,6-Dihydroxyindole-2-carboxylic acid(DHICA),5,6-Dihydroxyindole(DHI),血蓝蛋白引起的虾类黑色素的形成过程,Melanin,DOPA chrome,DOPA quinone,DOPA,Tyrosine,5,6-dihydroxyindole(DHI),Hemocyanin,？,5是否还有其它因素能引起虾类的黑变？,其它因子在虾类黑变过程中的协同作用？,Melanin,DOPA chrome,DOPA quinone,DOPA,Tyrosine,5,6-dihydroxyindole(DHI),Hemocyanin,？,黑变协同因子（MCF）在虾类黑变过程中是必需的,Action time 5 10 25 15 30 20 50 35 60 45 40 55 60 Min.,A：HemocyaninMCF B：Hemocyanin C：MCF,A,B,C,MCF活性在对虾冻结贮藏过程中的变化,MCF与血蓝蛋白的协同作用,Melanin,DOPA chrome,DOPA quinone,DOPA,Tyrosine,5,6-dihydroxyindole(DHI),Hemocyanin,MCF,结 论,血蓝蛋白能引起虾类的黑变；血细胞组分能打断血蓝蛋白中的二硫键，从而活化血蓝蛋白；血蓝蛋白存在于虾类外表皮和内表皮；在血蓝蛋白的作用下，5,6-二羟基吲哚（DHI)转变成黑色素类物质；在黑变协同因子（MCF）的作用下，多吧色素（DOPA chrome）变成DHI。,第八节 水产品化学概述,一 水产品中营养成分 二 水产品中功能成分,本章结束,谢 谢,