食品酶学.ppt

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1、食品酶学(Enzymology of Food),学 习 要 求,专业限选课教学理念课堂授课为基础，调动自主学习积极性；强调学习方法和学科素质的提高；理论和实践相结合。,考勤登记考核评价 平时成绩、专题讨论、课程论文,理论课(32学时)第一章 绪 论第二章 糖酶第三章 蛋白酶第四章 酯酶 第五章 氧化还原酶 第六章 溶菌酶第七章 酶工程第八章 酶在食品分析中的应用第九章 酶与食品卫生安全的关系第十章 食品酶学发展前景,食品酶学课程学习内容,实验课(8学时)综合性实验菠萝蛋白酶提取、粗分离及活性测定,课程内容要求,了解酶学的发展历史、现状和前景 掌握酶学的基础理论和学习酶工程知识 重点理解并掌握

2、酶在食品生产、贮藏、加工、分析检测中的 应用技术,教 材,食品酶学主编：刘欣等中国轻工业出版社 2005.12.第一版 北京,参 考 书,郭勇，郑穗平酶在食品工业中的应用中国轻工业出版社1996.12彭志英 食品酶学导论中国轻工业出版社2002.1.第一版何国庆食品酶学化学工业出版社2006.5 王金胜酶工程中国农业出版社2007.8 王璋食品酶学中国轻工出版社 1990.第一版 2005.再版,绪 论,1.1 食品酶学发展史1.2食品酶学的定义、研究内容及酶制剂 的来源1.3酶学基础理论知识复习1.4酶在食品工业中的应用,人们对酶的认识夏禹时代，酿酒技术周朝，制作饴糖和酱春秋战国时期,用麴(

3、曲)治疗疾病酶者，酒母也,酒母,1.1食品酶学的发展史,酶,巴斯德主张：发酵和活细胞有关，酒精发酵是酵母细胞生活的结果。,巴斯德（1822-1895）微生物学的奠基人,提出分子不对称性理论，开创了立体化学研究的途径。创立了发酵的生物学理论，低温消毒技术（巴氏杀菌）免疫学-预防接种，研制出狂犬疫苗,李比希认为：发酵及其他类似过程，是由于化学物质的作用，纯粹是化学过程。,从1901年到1910年最早的十次诺贝尔化学奖获得者中，李比希的学生就有七位。,李比希(18031873)德国化学家 化学教育改革家有机化学创始人农业化学之父,关于发酵本质的长期论战,1897年，布希纳两兄弟从酵母细胞分离出具有发

4、酵作用的物质，能使糖发酵。他们得到的结果:酵母汁液迅速将蔗糖发酵产生了酒精。说明巴斯德和李比希的两种观点实质上是一致的。酶就是在解决发酵本质的著名论战中产生的。说明了发酵是酶作用的化学本质，获得了1911年诺贝尔化学奖。,Hans Buchner（1850-1902）德国细菌学家,Eduard Buchner(1860-1917),19世纪以来 酶学史上的重大研究进展,1.1833年，Payen 和 Persoz发现了第一个酶取名淀粉酶（Diastase）2.1835年，Berzelius提出了酶是催化剂的概念3.1878年德国Kuhne提出使用“酶”（Enzyme）这一概念,4.1894年，

5、德国Emil Fischer发展了酶的特异性（即专一性）概念5.1913年,Michaelis和 Menten提出了酶促动力学原理米氏学说6.1926年Sumner首次从刀豆中提取出脲酶结晶，并证明是一种蛋白质，1946年获诺贝尔奖,Crystals of pyruvate kinase,an enzyme of the glycolytic pathway.The protein in a crystal is generally characterized by a high degree of purity and structural homogeneity,7.1941年，Beadl

6、e和Tatum提出“一个基因一个酶”8.1953年，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型，获诺贝尔奖,9.1963年，测出了第一个酶（牛胰RNA酶A）的一级结构；10.1965年，阐明了第一个酶（鸡卵清溶菌酶）的三维结构；11.1969年，人工化学合成了第一个酶（核糖核酸酶）,1891年，日本人高峰让吉开始了真菌淀粉酶的生产1908年，德国的罗门制得胰酶用于皮革的软化1914年，罗门将酶用于洗涤剂中1911年，美国Wallestein制得木瓜蛋白酶用于除去啤酒中的蛋白质浑浊1917年，法国Boidin制备了枯草杆菌淀粉酶应用于纺织品的退浆。酶的生产和应用逐步发展但难以进行大规模工

7、业化生产,酶的应用历史 走向商业生产,1949年,用液体深层培养法进行细菌淀粉酶的发酵生产,开启近代酶工业时代。50年代以后,大多数酶制剂的生产已转向微生物深层发酵的方法。50年代，开始了酶固定化研究。1953年德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等结合,制成了固定化酶。60年代，固定化酶技术迅速发展1969年,日本的千畑一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸。出现了“酶工程”学科领域。,1971年第一届国际酶工程学术会议召开,主题是固定化酶。1973年，千畑一郎首次利用固定化的大肠杆菌细胞生产L-天冬氨酸。1978年，日本的铃木等固

8、定化细胞生产-淀粉酶80年代又发展了固定化原生质体技术,酶固定化技术的发展也引起了食品、发酵工业一场大变革。美国在20世纪70年代初开始采用这一新技术，使玉米淀粉经酶法液化、糖化、异构化和固定化后，成功地工业化生产第一代、第二代和第三代高果糖浆，代替蔗糖作为可口可乐和百事可乐等饮料食品的甜味剂，提高了饮料质量。,酶分子修饰技术60年代，用小分子化合物修饰酶分子侧链基团,使酶性质发生改变。70年代,修饰剂的选用、修饰方法上又有了新的发展。此外,对突变酶、克隆酶、抗体酶、人工酶、模拟酶等方面,以及酶的生产和应用技术研究，取得了较大进展酶工程不断向广度和深度发展,显示出广阔而诱人的前景。,目前,在自

9、然界中鉴定的酶超过4000种生产的酶制剂有100多种其中有经济价值的有60多种工业化生产的酶制剂仅20多种，占0.8%左右。在酶制剂的总产量中，55%是水解酶，主要用于焙烤、食品、酿酒、淀粉加工、酒精等工业、纺织。其中35%是蛋白酶，主要用于食品、洗涤剂、动植物蛋白、制革、乳品行业。,集中垄断，市场全球化,规模企业由20世纪80年代初的80多家减少至20多家，占市场90%丹麦诺和诺得公司（诺维信novozymes）1978年进入中国诺维信公司，占50%市场（天津）；美国杰能科公司（Genencor）98年进入中国，与无锡合资，控股80%（无锡），两家公司销售额占全球2/3；（2005年杰能科国

10、际公司被丹尼斯克公司收购）；公司网站：http:/芬兰科特公司和丹麦丹尼斯克公司酶制剂业务合并，Pfizer，Rhone，SKW,Biosystems，日本天野酶制品株式会社,品种、规模不断扩大,我国2015年酶制剂产量为100万吨，100家，市场份额仅占5%。国内糖化酶、-淀粉酶、蛋白酶三大类占了97%，配制不合理。重要产品普鲁兰酶、真菌淀粉酶、系列果胶酶、低温碱性蛋白酶，国内尚未投入生产;我国有7家上市公司介入酶制剂开发生产。,东莞泛亚太生物科技有限公司,广州博仕奥集团,应用领域不断扩大,1998年全世界工业酶制剂销售额高达16亿美元，世界市场酶制剂的销售量大约以78%的速度增长，2010

11、年，销售额达到40亿美元，2015年，销售额达到50亿美元。范围已遍及工业、医药、农业、化学分析、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面。,国际市场酶制剂销售额比例,1.2 食品酶学的定义、研究内容及酶制剂的来源,酶（enzyme）的定义专一性催化功能生物大分子蛋白质（P-酶）核酸（R-酶）,食品酶学（Enzymology of Food）研究食品中的酶对食品的影响，研究酶在食品的应用的学科。食品酶学研究内容 是以普通酶学为基础，重点研究可应用在食品中的新酶源，研究酶在食品生产、加工及保藏中的应用，研究酶法制造新型食品及食品添加剂，研究酶与食品质量的监控及安全卫生等内容。,食品工业用酶

12、的来源,动物、植物和微生物早期，大多数的酶是从动物或植物原料中提取的例如从动物的胰脏、胃等组织，从植物中的木瓜、菠萝等中提取各种酶。动物和植物生长周期长，成本高，又受地理、气候、季节等因素的影响不适宜于大规模生产,工业用酶的微生物发酵法生产,微生物生产酶的优点产酶的微生物多，一种微生物可产生多种酶；微生物繁殖快、生产周期短、产量高、成本低，便于大规模生产；便于选育菌株和改良发酵条件，易于提高产率等。现代酶技术的发展,食品酶制剂的要求粗酶制剂、复合酶制剂毒性（食品级酶制剂通用质量标准）,食品用酶的常用类型,-淀粉酶EC 3.2.1.1-淀粉酶EC 3.2.1.2葡萄糖淀粉酶EC 3.2.1.3花

13、青素酶纤维二糖酶EC 3.2.1.21纤维素酶EC 3.2.1.4葡萄糖酶EC 3.2.1.11-葡萄糖苷酶EC 3.2.1.22-葡萄糖苷酶EC 3.2.1.23-葡聚糖酶EC 3.2.1.6半纤维素酶EC 3.2.1.78 EC 3.2.1.55 EC 3.2.1.72 菊糖酶支链淀粉酶EC 3.2.1.4 木聚糖酶EC 3.2.1.32果胶酶EC 3.2.1.15,三酰甘油水解酶EC 3.1.1.3脂肪酸酯酶EC 3.1.1.1柚苷酶EC 3.1.1.40,胰凝乳蛋白酶EC 3.4.21.1胰蛋白酶EC 3.4.21.4枯草杆菌蛋白酶EC 3.4.21.14木瓜蛋白酶EC 3.4.22.

14、2无花果蛋白酶EC 3.4.22.3菠萝蛋白酶EC 3.4.22.4胃蛋白酶EC 3.4.23.1凝乳酶EC 3.4.23.4单宁酶EC 3.1.1.20溶菌酶EC 3.2.1.7蛋白酶EC 3.4.24.4 EC 3.4.23.6,双乙酰还原酶过氧化氢酶EC 1.11.1.6葡萄糖氧化酶EC 1.1.3.4果糖转移酶-葡萄糖基转移酶葡萄糖异构酶EC 5.3.1.5,1.3酶的基础知识复习,酶的本质酶的分类和命名酶的催化特性 酶催化反应具有高效性 酶催化反应对底物高度的专一性酶的组成和结构酶的活性中心的本质酶的作用机制影响酶促反应的因素酶活力,酶的数字编号系统系统,酶的数字编号系统系统根据酶所

15、催化反应的类型将酶分为6大类，并以4个阿拉伯数字来对每一种酶进行编号。例如乙醇脱氢酶，编号为EC 1.1.1.1。EC是指酶学委员会（Enzyme Commission）。第一个数字代表酶的6个大分类，以1，2，3，4，5，6来分别代表如下6大酶类：,（1）氧化还原酶（Oxidoreductases）催化氧化还原反应；（2）转移酶（Transferases）催化分子间基团转移的反应；（3）水解酶（Hydrolases）催化水解反应；（4）裂合酶（Lyases）催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应；（5）异构酶（Isomerases）催化分子的异构反应；（6）连接酶（Ligases）（也称

16、为合成酶）催化两分子连接的反应，反应中酶与ATP的一个焦磷酸键相偶联。,命名 通俗名常用，EC码识别,习惯命名法（如：蛋白酶；水解酶；乳酸脱氢酶；木瓜蛋白酶）国际系统命名法（L-乳酸：NAD+氧化还原酶；E.C.1.1.1.27）,影响酶促反应的因素,底物浓度,米氏方程：底物浓度和反应速度之间的定量关系米氏常数：当反应速度等于最大反应速度一半时的底物浓度，单位：mol/L。,酶浓度底物/浓度 pH值 温度 激活剂 抑制剂,1.4 食品酶学对食品科学的重要性,1.4.1酶对食品加工和保藏的重要性,（1）控制动植物原料中的酶（2）利用酶的催化活性进行生产,（1）控制动植物原料中的酶,动植物和微生物

17、生长发育的过程中，伴随着许多重要的酶催化反应的发生和作用。植物采摘或动物屠宰后，体内的酶催化作用仍然在继续进行，直至酶系的底物耗尽或pH不再适合反应进行时才终止。利用酶的性质，人们可以通过控制食品原料中的酶活力有效改善食品原料的风味和质地结构。,控制方法,控制酶活力的方法：热处理法、冷冻法、调pH和化学方法荔枝的储藏保鲜,（2）利用酶的催化活性,酶是生物催化剂首先，它不会有有害残留物质；其次，酶有高度的专一性和高效性，酶制剂用量小，经济合算；第三，酶催化反应条件温和，食品营养成分损失少，易于操作且能耗较低。因此，酶制剂在食品工业中的应用开始得很早，且成效显著，研究也相当活跃。,例葡萄糖氧化酶应

18、用于食品保鲜及包装中，延长食品保质期。,作为除氧剂,溶菌酶能够水解细菌细胞壁肽聚糖的-1，4糖苷键，导致细菌自溶死亡，并且溶菌酶在食盐、蔗糖等溶液中稳定，耐酸耐热性强，因此非常适宜用于各种食品的防腐。溶菌酶是天然安全的食品防腐剂,1.4.2 酶对食品安全的重要性,酶作用会使食品品质特性发生改变，甚至会产生毒素和其他有害物质。有时本身无毒的底物会在酶催化降解下转变成有害物质。例如，木薯含有生氰糖苷，但是在内源糖苷酶的作用下，产生氢氰酸。十字花科植物的种子以及皮和根含有葡萄糖芥苷，在芥苷酶作用下会产生对人和动物体有害的甲状腺肿素。,也可以利用酶的作用去除食品中的毒素例如，利用乳糖酶预先处理乳制品，

19、可以有效缓解或消除人体因消化乳糖困难而引起的胃胀气、腹痛、呕吐或拉肚子等症状。,-葡萄糖基转移酶用于甜叶菊加工，可以脱苦涩味黄曲霉毒素B1经黄曲霉毒素脱毒酶处理后毒性、致畸性将极大降低。酶法解毒是一种安全、高效的解毒方法，对食品无污染、有高度的选择性，且不影响食品的营养物质。,酶制剂工业迅速发展，人们已经能够通过基因工程手段改造部分微生物基因，从而改变酶蛋白的基本结构，达到强化酶在某方面功能特性的目的。然而，这也给食品酶的应用带来很大的安全隐患。作为微生物来源的食品酶制剂，通常除了包括酶蛋白本身以外，还含有微生物的代谢产物，以及添加的保存剂和稳定剂。将加入食品中的酶看作为食品添加剂，就应该考虑

20、到卫生和安全问题。,1.4.3 酶对食品营养的重要性,酶作用有可能导致食品中营养组分的损失例如，脂肪氧合酶催化胡萝卜素降解使面粉漂白，在其他食品如一些蔬菜的加工过程中脂肪氧合酶也参与了胡萝卜素的破坏过程。,食品加工过程中，酶也参与了维生素B的破坏例如，在一些用发酵方法加工的鱼制品中，由于鱼和细菌中的硫胺素酶的作用，使这些食品缺少维生素B。抗坏血酸是最不稳定的维生素，在食品加工和保藏中，Vc常由于酶或非酶的因素而被氧化。,利用酶作用去除食品中的抗营养素，提高食品的营养价值例如，由于植酸以钙、镁、和钾盐的形式存在于豆类和谷类中，易于同膳食中的铁、锌和其他金属离子形成难溶的络合物，植酸还能同蛋白质形

21、成稳定的复合物，从而降低豆类蛋白质的生理价值。植酸酶能催化植酸水解成磷酸和肌醇。动物饲料添加植酸酶近几年植酸酶还用于酿造，以改善原料中磷的利用，以及用于去钾大豆蛋白食物的生产，成为肾脏病人蛋白质的来源。,1.4.4酶对食品分析的重要性,酶法分析特点具有准确、快速、专一性和灵敏性强等,酶的催化专一性强当待测样品中含有结构和性质与待测物十分相似（如同分异构体）的共存物时，要发现待测物特性或要分离纯化待测物往往十分困难。而利用仅作用于待测物的酶，不需要分离就能辩识待测组分，即可对待测物质进行定性和定量分析。酶法分析的样品一般不需要进行很复杂的预处理，尤其适合食品这一复杂体系。,催化的高效性酶法分析的

22、分析速度大多比较快目前酶在食品分析中的应用涉及食品组分的酶法测定、食品质量的酶法评价及食品卫生与安全检测等多个方面。近年来，食品酶法分析由于其的方便快捷和技术的不断发展进步，已逐渐成为食品分析检测中的一个重要分支和一种非常有效的分析手段。,1.4.5 酶与食品生物技术,食品生物技术是生物技术的重要分支学科，主要研究基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程在食品工业上的应用。酶工程的主要研究内容是酶的生产和应用。,酶不仅作为一类重要的研究对象，同时也作为重要的研究工具。例如以内切酶和连接酶作为工具酶将外源DNA或目的基因连接到载体上，获得DNA重组体，以欲改造的动植物作为受体，使重组DNA进入受体细胞，实现外源DNA的转化，从而生产出具有特定优良性状的转基因食品。,绪论结语,食品酶学是食品科学中的一门重要专业课食品酶学与食品贮藏加工、生物工程、新资源利用、食品质量安全、食品营养等密切相关。学习食品酶学除了要充分利用课堂讲授还需要广泛利用课外的资讯。除了要掌握专业知识还要提高专业综合技能。“授之于鱼不如授之于渔”,谢谢！,