第一節概述第二節酶的命名和分類第三節酶催化反應的機理第四節影響酶促反應速率的因素——酶促反應動力學第五節酶的活力測定第六節食品工業中重要的酶及其應用食品生物化學第六章酶化學

食品生物化學學習目標1.掌握酶的化學本質及作用特點。2.了解酶的命名及分類。3.掌握酶催化反應的機理。4.掌握溫度、pH、酶濃度、底物濃度、競爭性抑制、非競性抑制物及激活劑對酶促反應速率的影響。5.掌握酶活力的概念及測定酶活力的方法。6.熟悉食品工業中重要的酶及其應用，了解固定化酶。食品生物化學第一節概述一、酶的概念酶是由生物體活細胞產生的具有催化功能的蛋白質。

由細胞內產生并在細胞內部起作用的酶稱為胞內酶，由細胞內產生后分泌到細胞外面起作用的酶稱為胞外酶。在生物化學中，由酶催化進行的反應稱為酶促反應。在酶的催化下，發生化學變化的物質稱為底物，反應后生成的物質稱為產物。二、酶的催化特點1．高效性

食品生物化學2．高度專一性3．反應條件溫和4．酶活性的可調控性三、酶的化學本質與組成1．酶的化學本質酶的化學本質是蛋白質。不能說所有蛋白質都是酶，只是具有催化作用的蛋白質，才稱為酶。一些核糖核酸物質也表現有一定的催化活性。如果僅僅把酶定義為生物催化劑，則有催化活性的核糖核酸也應看成是酶。絕大多數酶是蛋白質,少數是核酶。

食品生物化學2．單純蛋白酶和結合蛋白酶單純蛋白酶類，除蛋白質外不含其他物質。如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核糖核酸酶等。結合蛋白酶類是由蛋白質與輔助因子組成的,如乳酸脫氫酶、轉氨酶、碳酸酐酶及其它氧化還原酶類等。輔助因子部分叫做輔酶或輔基。輔酶和輔基與蛋白質部分結合的牢固程度不同。把那些與酶蛋白結合得比較松的、用透析法可以除去的小分子有機物叫做輔酶,把那些與酶蛋白結合得比較緊的、用透析法不容易除去的小分子物質叫做輔基。酶蛋白和輔助因子單獨存在時,都沒有催化活力,只有兩者結合在一起,才能起到酶的催化作用。這種完整的酶分子叫做全酶。即全酶＝酶蛋白+輔助因子。食品生物化學在全酶的催化反應中，酶蛋白與輔助因子所起的作用不同，酶蛋白本身決定酶反應的專一性及高效性，而輔助因子直接作為電子、原子或某些化學基團的載體起傳遞作用，參與反應并促進整個催化過程。通常一種酶蛋白只能與一種輔酶結合，組成一個酶，作用一種底物，向著一個方向進行化學反應。而一種輔酶，則可以與若干種酶蛋白結合，組成為若干個酶，催化若干種底物發生同一類型的化學反應。酶蛋白決定了反應底物的種類，即決定該酶的專一性，而輔酶（基）決定底物的反應類型。3．單體酶、寡聚酶和多酶復合體系根據蛋白質結構上的特點，酶可分為三類

。食品生物化學（1）單體酶只有一條多肽鏈的酶稱為單體酶，它們不能解離為更小的單位。其分子量為13,000～35,000。屬于這類酶的為數不多，而且大多是促進底物發生水解反應的酶，即水解酶，如溶菌酶、蛋白酶及核糖核酸酶等。（2）寡聚酶由幾個或多個亞基組成的酶稱為寡聚酶。寡聚酶中的亞基可以是相同的，也可以是不同的。亞基間以非共價鍵結合，容易為酸、堿、高濃度的鹽或其它的變性劑分離。寡聚酶的分子量從35,000到幾百萬。如3-磷酸甘油醛脫氫酶等。（3）多酶復合體系由幾個酶彼此嵌合形成的復合體稱為多酶復合體系。多酶復合體有利于細胞中一系列反應的連續進行，以提高酶的催化效率，同時便于機體對酶的調控。多酶復合體的分子量都在幾百萬以上。如丙酮酸脫氫酶系和脂肪酸合成酶復合體都是多酶體系。食品生物化學第二節酶的命名與分類一、酶的分類根據酶所催化的反應類型，可將酶分為六大類。1．氧化還原酶類催化氧化還原反應的酶稱為氧化還原酶。此類酶中包括有脫氫酶、加氧酶、氧化酶、還原酶、過氧化物酶等。催化反應通式為：AH2＋BA＋BH2例如乳酸脫氫酶催化乳酸氧化成丙酮酸。食品生物化學2．轉移酶類催化基團轉移的酶稱為轉移酶。催化反應通式為：A-R＋BA＋B-R例如氨基轉移酶、磷酸基轉移酶等。3．水解酶類催化水解反應的酶稱為水解酶。催化反應通式示為：A-B＋H2OAH＋BOH例如淀粉酶、麥芽糖酶、蛋白酶、脂酶及磷酸酯酶等。食品生物化學4．裂解酶類催化底物分子中C-C（或C-O、C-N等）化學鍵斷裂，斷裂后一分子底物轉變為兩分子產物的酶稱為裂解酶。催化反應通式為：A-BA＋B這類酶催化的反應多數是可逆的，從左向右進行的反應是裂解反應，由右向左是合成反應，所以又稱為裂合酶。例如醛縮酶催化1,6-二磷酸果糖裂解為磷酸甘油醛與磷酸二羥丙酮。5．異構酶類食品生物化學催化各種同分異構體之間的相互轉變，即分子內部基團的重新排列的酶稱為異構酶類。催化反應通式為：AB例如葡萄糖-6-磷酸異構酶可催化葡萄糖-6-磷酸轉變成果糖-6-磷酸。6．合成酶類催化兩個分子連接成一個分子的酶稱為合成酶（也稱連接酶）。這類反應要消耗ATP等高能磷酸鍵。反應通式為：A＋B＋ATPA-B＋ADP＋Pi或A＋B＋ATPA-B＋AMP＋PPi例如丙酮酸羧化酶、谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。食品生物化學二、酶的命名1．系統命名法國際酶學委員會規定了一套系統的命名規則，使每一種酶都有一個名稱，包括酶的系統名稱及四個數字的分類編號。系統名稱中應包括底物的名稱及反應的類型，若有兩種底物，它們的名稱均應列出，并用冒號“：”隔開；若底物之一為水則可略去。例如催化下述乳酸脫氫反應中的乳酸脫氫酶的系統命名為L-乳酸：NAD氧化還原酶，分類編號為EC1.1.1.27，其中EC為國際酶學委員會的縮寫，前三個數字分別表示所屬大類、亞類、亞亞類，根據這三個標碼可判斷酶的催化類型和催化性質，第四個數值則表示該酶在亞亞類中占有的位置，根據這四個數字可以確定具體的酶。食品生物化學L-乳酸＋

NAD＋

丙酮酸＋

NADH＋H＋食品生物化學2．習慣命名法習慣命名法也根據底物名稱和反應類型來命名，但沒有系統命名法那樣嚴格詳細。如乳酸脫氫酶、谷-丙轉氨酶、葡萄糖異構酶等；對水解酶常省略水解二字只用底物來命名，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等；有時在底物的名稱前面加上酶的來源，如胃蛋白酶、唾液淀粉酶等。習慣命名法比較簡單，應用歷史較長，但缺乏系統性和嚴格性，有時會出現一酶數名或一名數酶的情況。

食品生物化學第三節酶催化反應的機理一、酶的催化作用與活化能酶具有很高的催化效率是因為酶降低了化學反應所需的活化能?；罨苤敢话惴肿映蔀槟軈⒓踊瘜W反應的活化分子所需要的能量。然而在一個化學反應中并不是所有底物分子都能參加反應的，因為它們并不一定都是活化分子。只有具備足夠能量、能夠參加化學反應的分子，才是活化分子。增加活化分子途徑：第一，外加能量，對進行中的化學反應加熱或者光照，增加底物分子的能量，從而達到增加活化分子的目的；第二，降低活化能，使本來不具活化水平的分子成為活化分子，從而增加了反應的活化分子數目。催化劑就是起了降低活化能增加活化分子的作用。

食品生物化學圖6-1催化劑對化學反應的影響食品生物化學二、中間產物學說酶如何使反應的活化能降低而體現出極為強大催化效率的呢?中間產物學說的基本論點是：首先酶（E）與底物（S）結合成一個不穩定的中間產物ES（也稱為中間絡合物），然后中間產物ES再分解為產物（P），同時使酶重新游離出來。S+EES→E+P中間產物學說的關鍵，在于中間產物的形成。酶和底物可以通過共價鍵、氫鍵、離子鍵和配位鍵等結合成中間產物。根據中間產物學說，酶促反應分兩步進行，而每一步的能閾都較低，所需的活化能較少。食品生物化學

圖6-2酶促反應與非酶促反應的活化能

食品生物化學三、酶的活性中心酶是生物大分子，酶作為蛋白質，其分子體積比底物分子體積要大得多。在反應過程中酶與底物接觸結合時，只限于酶分子的少數基團或較小的部位。酶分子中直接與底物結合，并催化底物發生化學反應的部位，稱為酶的活性中心（也稱活性部位）。酶的活性中心包括催化部位和結合部位。前者決定酶的催化能力，一般只由2～3個氨基酸殘基組成。后者決定酶與哪些底物結合，是決定專一性的部位，結合基團的氨基酸殘基數卻因不同的酶而不同，可能是一個，也可能是幾個。食品生物化學圖6-3酶分子活性中心示意圖食品生物化學活性中心的氨基酸殘基在一級結構上可以相距甚遠，但在空間結構上卻十分鄰近。這幾個氨基酸殘基可能位于同一條肽鏈的不同部位，也可能位于不同肽鏈上，但從立體結構上來說，構成活性中心的氨基酸殘基通過肽鏈盤曲折迭而處于相鄰的位置上。當酶蛋白變性時，它的立體結構破壞，肽鏈伸展，活性中心破壞，酶就失去活力。四、“誘導－契合”理論酶活性中心的結構有一定的靈活性，在和底物接觸之前，二者并不是完全契合的，當底物與酶蛋白分子結合時，產生了相互誘導，酶蛋白分子的立體結構發生一定改變，使反應所需的催化部位和結合部位正確地排列和定向，轉入有效的作用位置，這樣，才能使酶和底物完全契合，酶反應才能高速度地進行。這就是1964年由D．E．Koshland提出的“誘導契合學說”。食品生物化學鎖和鑰匙學說模式誘導契合學說圖6-4酶和底物結合模式食品生物化學五、酶原的激活在體內有些酶原來呈不活潑狀態，不具活性，由于另一些酶或酸的激活才變為具有活性的酶，這種不具催化活性的酶稱為酶原，從不具活性的酶原轉變為有活性的酶的過程，稱為活化過程或激活過程。酶原的激活過程是通過去掉分子中的部分肽段，引起酶分子空間結構的變化，從而形成或暴露出活性中心，轉變成為具有活性的酶。在組織細胞中，剛合成的某些酶以酶原的形式存在，具有重要的其生物學意義。因為分泌酶原的組織細胞含有蛋白質，而酶原無催化活性，因此可以保護組織細胞不被水解破壞。食品生物化學

圖6-5胰蛋白酶原激活示意圖食品生物化學第四節影響酶促反應速率的因素——酶促反應動力學一、酶促反應速率的測定酶促反應速率，可用單位時間內底物濃度的減少量或產物的生成量來表示。在實際測定中，多用產物濃度的增加作為反應速率的量度。酶促反應的速度與反應進行的時間有關。以產物生成量（P）為縱坐標，以時間（t）為橫坐標作圖，可得到酶反應過程曲線圖。食品生物化學圖6-6酶反應過程曲線食品生物化學

從圖中可以看出，在反應初期，產物增加得比較快，酶促反應的速度近似為一個常數。隨著時間延長，酶促反應的速度便逐漸減弱（即曲線斜率下降）。原因是隨著反應的進行，底物濃度減少，產物濃度增加，加速反應逆向進行；產物濃度增加會對酶產生反饋抑制；另外酶促反應系統中pH及溫度等微環境變化會使部分酶變性失活。因此，為了準確表示酶活力都要以初速度表示，酶反應的初速度越大，意味著酶的催化活力越大。二、酶濃度對酶促反應速率的影響

在酶促反應中，酶先要與底物作用，生成活化的中間產物，當反應中體系的溫度、pH不變，底物濃度大大超過酶濃度時，反應速率隨酶濃度增加而增加，兩者成正比關系。食品生物化學圖6-7酶濃度對酶促反應速率的影響食品生物化學三、底物濃度對酶促反應速率的影響1．底物濃度與酶促反應速率的關系圖6-8底物濃度對酶促反應速率的影響食品生物化學在酶濃度、溫度、pH不變的情況下，酶反應速率與底物濃度的關系，如圖6-8中的曲線所示。從圖中可以看出：當底物的濃度很低時，V與[S]呈直線關系（OA段），這時，隨著底物濃度的增加，反應速率按一定比率加快，為一級反應。當底物的濃度增加到一定的程度后，雖然酶促反應速率仍隨底物濃度的增加而不斷地加大，但加大的比率已不是定值，呈逐漸減弱的趨勢（AB段），表現為混合級反應。當底物的濃度增加到足夠大的時候，V值便達到一個極限值，此后，V不再受底物濃度的影響（BC段），表現為零級反應。V的極限值，稱為酶的最大反應速率，以Vmax表示。食品生物化學V-[S]的變化關系，可用中間產物學說進行解釋。在底物濃度較低時，只有一部分酶能與底物作用生成中間產物，溶液中還有多余的酶沒有與底物結合，因此，隨著底物濃度增加，就會有更多的酶與底物結合成中間產物，中間產物濃度大，產物的生成速度也就加快，整個酶反應速率也就增大；但是當底物濃度足夠大時，所有的酶都與底物結合生成中間產物，體系中已經沒有游離態的酶了，雖再增加底物的濃度也不會再有更多的中間產物形成，底物濃度與酶促反應的速度幾乎無關，反應達到最大反應速率。把酶的活性中心都被底物分子結合時的底物濃度稱飽和濃度。各種酶都表現出這種飽和效應，但不同的酶產生飽和效應時所需要底物濃度是不同的。食品生物化學2．米氏方程式稱為米氏常數；Vmax表示最大反應速率；V表示反應速率；[S]表示底物濃度。在底物濃度低時，，米氏方程式中分母中一項可忽略不計。得：即反應速率與底物濃度成正比，符合一級反應。食品生物化學在底物濃度很高時，[S]>>，米氏方程式中，項可忽略不計，得：V=Vmax即反應速率與底物濃度無關，符合零級反應。3．米氏常數的意義當酶促反應處于時，得到：

計算可以得到：[S]=

食品生物化學

Km值的物理意義：Km值是當酶反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度，它的單位是mol/L，與底物濃度的單位一樣。

（1）Km值是酶的特征常數之一

Km一般只與酶的性質有關，而與酶濃度無關。不同的酶，Km值不同，并且Km值還受pH及溫度的影響。因此，Km值作為常數只是對一定的底物、一定的pH、一定的溫度條件而言。測定酶的Km值可以作為鑒別酶的一種手段，但是必須在指定的實驗條件下進行。（2）Km可表示酶對底物的親和力愈大，表明親和力愈大，因為它愈大，Km就愈小，達到最大反應速率一半所需要的底物濃度就愈小，Km值小的底物一般稱為該酶的最適底物或天然底物。食品生物化學（3）Km值與米氏方程的實際用途

Km值不僅可體現酶的性質，而且在酶的研究和實際應用中有著重要作用。如在使用酶制劑時，可由所要求的反應速率(應到達Vmax的百分數)，求出應當加入底物的合理濃度，反過來，也可以根據已知的底物濃度，求出該條件下的反應速率。4．米氏常數的求法

通常采用雙倒數作圖法（Lineweaver-Burk法），將米氏方程式變為其倒數，即為:公式看成是一個直線方程式，直線在縱軸上的截距為，在橫軸上的截距為－，斜率為，據此求出Km和V。

食品生物化學圖6-9雙倒數作圖食品生物化學四、溫度對酶促反應速率的影響

溫度對酶促反應速率有雙重影響：當溫度升高，反應速率加快?；瘜W反應中溫度每增10℃反應速率增加的倍數稱為溫度系數（用Q10表示）。一般化學反應的Q10為2～3，而酶促反應的Q10為1～2，也就是說反應溫度每增高10℃，酶反應速率增加1～2倍。另一方面由于酶是蛋白質，隨著溫度升高而使酶逐步變性而失活，即通過酶活力的減少而降低酶的反應速率。

一定條件下酶反應速率最大時的溫度稱為最適溫度。各種酶在一定條件下都有其最適溫度。食品生物化學圖6-10溫度對酶促反應速率的影響食品生物化學最適溫度是酶的特征之一，但不是固定不變的常數，常受到其他條件（如底物種類、作用時間、pH等）的影響而改變。如最適溫度隨著與酶作用時間的長短而改變，酶可以在短時間內耐受較高的溫度，然而當酶反應時間較長時，最適溫度向溫度降低的方向移動。因此，嚴格地講，僅僅在酶反應時間已經規定了的情況下，才有最適溫度。在實際應用中，將根據酶促反應作用時間的長短，選定不同的最適溫度。如果反應時間比較短暫，反應溫度可選略高一些，這樣，反應可迅速完成；若反應進行的時間很長，反應溫度就要略低一點，低溫下，酶可長時間發揮作用。食品生物化學在使用還應注意酶的穩定溫度范圍。酶的穩定溫度范圍，是指在一定時間和一定條件下，不使酶變性或極少變性的溫度范圍。某些酶的穩定溫度可以因加入某些保護劑而提高。酶的固體狀態比在溶液中對溫度的耐受力要高，這一點已用于指導酶的保藏，例如酶的冷凍干粉置冰箱中可放置幾個月，甚至更長時間。而酶溶液在冰箱中只能保存幾周，甚至幾天就會失活。測定酶的最適溫度和酶的穩定溫度范圍對酶的應用意義重大，如在使用某酶制劑時，測定此酶在一定條件下的最適溫度，就可以知道在什么溫度條件下進行工作，有利于此酶發揮最大作用。其次在對酶的分離、純化和保存過程中，一般都需充分考慮酶的穩定溫度范圍。食品生物化學五、pH對酶促反應速率的影響

在一定pH下，酶反應具有最大速率，高于或低于此值，反應速率下降，通常將酶表現最大活力時的pH稱為酶反應的最適pH。一般制作V-pH變化曲線時，采用使酶全部飽和的底物濃度，在此條件下再測定不同pH時的酶促反應速率。

圖6-11pH對反應速率的影響食品生物化學

各種酶在一定條件下，都有它一定的最適pH，是酶的特征之一。多數酶的最適pH一般在4.0～8.0之間，動物體內的酶最適pH多在6.5～8.0之間，植物及微生物的酶多在4.5～6.5之間，但也有例外，如胃蛋白酶為1.5，精氨酸酶(肝臟中)為9.7。與酶的最適溫度一樣，酶的最適pH也不是一個固定常數，它受到許多因素的影響，如底物種類和濃度不同、緩沖液種類不同等都會影響最適pH的數值，因此最適pH只有在一定條件下才有意義。

pH影響酶活力的原因可能有：

第一，pH影響酶分子的構象過高或過低pH都會影響酶分子活性中心的構象，或引起酶的變性失活。食品生物化學第二，pH影響酶分子活力中心上有關基團的解離或底物的解離，這樣就影響了酶與底物結合，從而影響酶活性。一般認為最適pH時，酶分子活性基團的解離狀態最有利于與底物結合，在此pH下酶活力最高，pH偏離最適pH時，就改變了酶分子活性基團的解離狀態，使酶與底物的結合能力降低，于是酶活力也隨之降低。酶在試管反應中的最適pH與它所在正常細胞的生理pH值并不一定完全相同。因為一個細胞內可能會有幾百種酶，不同的酶對此細胞內的生理pH的敏感性不同；也就是說此pH對一些酶是最適pH，而對另一些酶則不是，不同的酶表現出不同的活性。這種不同對于控制細胞內復雜的代謝途徑可能具有很重要的意義。食品生物化學六、激活劑對酶促反應速率的影響凡是能提高酶活性的物質，都稱激活劑。酶的激活劑主要是一些簡單的無機離子和一些小分子有機物。無機離子主要有K+、Cl－、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+等。小分子有機物主要是某些還原劑，如半胱氨酸、還原型谷胱甘肽、抗壞血酸等能激活某些酶，使含巰基酶中被氧化的二硫鍵還原成巰基，從而提高酶活性。在酶的提取或純化過程中，酶會因為金屬離子激活劑丟失或活性基團巰基被氧化而使活性降低，因此要注意補充金屬離子激活劑或加入巰基乙醇等還原劑，使酶恢復活性。激活劑不是酶的組成成分，它只能起提高酶活性的作用，這一點與輔助因子不同。食品生物化學七、抑制劑對酶促反應速率的影響由于酶的活性中心的化學性質發生改變而引起酶活力降低或喪失的作用稱為抑制作用。造成抑制作用的物質稱為抑制劑（用I表示）。抑制作用不同于失活作用，通常把由于酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用稱為失活作用。酶的抑制劑很多，如重金屬離子（Ag＋、Hg2＋、Cu2＋）、一氧化碳、硫化氫、氰化物、碘乙酸、砷化物、氟化物、生物堿、染料、有機磷農藥以及麻醉劑等都是抑制劑。另外某些動物組織（如胰臟、肺）和某些植物（如大麥、燕麥、大豆、蠶豆、綠豆等）都能產生蛋白酶的抑制劑。食品生物化學酶的抑制作用是很重要的。有機體往往只要有一種酶被抑制，就會使代謝不正常，導致疾病，嚴重的甚至使機體死亡。對生物有劇毒的物質大都是酶的抑制劑，如氰化物抑制細胞色素氧化酶，敵百蟲抑制酯酶，毒扁豆堿抑制膽堿酯酶。有很多抑制劑已用于殺蟲、滅菌和臨床治療，因此研究抑制劑和抑制作用，可為新藥設計提供理論依據。抑制劑也是酶活性中心和代謝途徑研究的基本方法。酶的抑制作用可從酶和底物形成中間產物這一過程來認識,抑制劑之所以能抑制酶的活性,是因為它破壞或改變了酶的活性中心,妨礙了中間產物的形成或分解,所以降低了酶的活性。藥物、抗生素、毒物、抗代謝等都是酶的抑制劑。一些動物、植物組織和微生物能產生多種水解酶抑制劑，如加工處理不當，會影響其食用的安全性和營養價值。食品生物化學根據抑制劑與酶的作用方式可將抑制作用分為可逆抑制作用與不可逆抑制作用兩大類。1．不可逆的抑制作用這類抑制作用中抑制劑與酶的結合是不可逆反應。抑制劑與酶的某些基團以較牢固的共價鍵相結合，結合后很難自發分解，不能用透析、超濾等物理方法解除抑制而恢復酶活性，必須通過其它化學反應，才能將抑制劑從酶分子上移去。這類抑制作用隨著抑制劑濃度的增加而逐漸增加，當抑制劑的量達到足以和所有的酶結合時，酶的活性就完全被抑制。農業上，抑制作用常被用于設計開發新型農藥。食品生物化學2．可逆的抑制作用這類抑制劑與酶是非共價的可逆結合，可用透析、過濾等物理方法除去抑制劑而恢復酶的活力。這種抑制作用稱為可逆的抑制作用。根據抑制劑與底物的關系，可逆抑制作用分為三種類型。（1）競爭性抑制作用競爭性抑制劑具有與底物相似的結構，它能與底物競爭，與酶的活性中心結合，形成可逆的酶、抑制劑復合物EI，因而減少了底物與酶的結合，導致酶的催化活性降低。這種抑制可用加入大量底物，提高底物競爭力的辦法來消除。

食品生物化學例如丙二酸和戊二酸的結構與琥珀酸（即丁二酸）很相似，都是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。在這一反應中加入丙二酸后就競爭性地抑制了此酶的活性，當反應中增加琥珀酸濃度后，就可把與丙二酸結合的酶取代出來，解除或減輕抑制作用，從而保證了此酶的正常作用。食品生物化學（2）非競爭性抑制非競爭性抑制劑與底物沒有結構相似的關系，兩者沒有競爭，只是底物與抑制劑同時在酶的不同部位與酶結合，生成抑制劑-酶-底物三者的復合物（IES），這種復合物不能進一步分解為產物，從而降低了酶活性。非競爭性抑制作用，可用如下的反應式表示。底物和非競爭性抑制劑在與酶分子結合時，互不排斥，無競爭性，因而不能用增加底物濃度的方法來消除這種抑制作用。某些金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+等）的抑制作用屬于此類。食品生物化學第五節酶的活力測定一、酶的活力和活力單位1．酶活力通常用單位時間內酶催化某一化學反應的能力來表示酶的催化能力，即用酶活力大小來表示酶的催化能力。酶活力的大小可以用在一定條件下所催化的某一化學反應的反應速率來表示，兩者呈線性關系。酶催化的反應速率愈大，酶的活力愈高；反應速率愈小，酶的活力就愈低。所以測定酶的活力就是測定酶促反應的速率。由于酶催化某一反應的速度受多種因素限制，故一般規定在某一條件下(恒溫、使用緩沖溶液)用反應速率的初速率來表示酶活力。食品生物化學2．酶活力單位酶活力的大小即催化反應速率的能力，用酶活力單位（U）表示(activeunit，U為單位unit的縮寫)，單位數目越大，表示酶的活力越高，即酶制品中酶的含量高，這樣的酶量就可用每毫升或每克酶制劑含有多少單位來表示（U/ml、U/g）。酶活力單位的定義是：在一定條件下，一定時間內將一定量的底物轉化為產物所需的酶量定為一個單位。各種酶的活力單位是不同的，就是同一種酶也有不同的活力單位標準，這種各定義的酶活力單位稱為“習慣單位”。食品生物化學在標準條件下，1分鐘內將l毫摩爾（umol）底物轉變為產物的酶量定為一個國際單位（IU）。如果底物有一個以上可被作用的鍵，則1IU是指l分鐘內使1umol有關基團轉化的酶量。上述“標準條件”是指溫度25℃，以及被測酶的最適條件，如最適溫度、最適pH及最適底物濃度等。Katal（Kat）單位：在最適條件下，1秒內可使l摩爾底物轉化的酶量定為1Kat；同理，可使1umol底物轉化的酶量為uKat單位，兩種國際單位的換算關系如下：1Kat=6×107IU 1IU=1/60uKat=16.67nKat食品生物化學

3．比活力比活力是指每毫克酶蛋白所含酶的活力單位數，即比活力是在酶學研究和提純酶時常用到的表示酶制劑純度的一個指標。在純化酶時，不僅要得到一定量的酶，而且要求得到不含或盡量少含其它雜蛋白的酶制品。在一步步純化的過程中，除了要測定一定體積或一定質量的酶制劑中含有多少活力單位外，往往還需要測定酶制劑的純度如何，這時就需要在測定酶活力時，同時測定其中所含蛋白質濃度，然后算出比活力，顯然比活力越高，表示酶的純度愈高。食品生物化學二、測定酶活力的兩種方式1．測定完成一定量反應所需要的時間測定酶活力時，用時間作為指標。在一定條件下，在待測的酶液中加入一定量的底物，測定此底物全部作用完或部分作用所需的時間來計算酶活力。一般所需時間愈短，活力愈高，所需時間長則活力低，活力大小與作用時間成反比。用這種方式測定活力的酶并不多。淀粉酶活力測定時，可以測定其達到無色點所需要的時間（淀粉與碘呈藍色反應，當一定量的淀粉全部被淀粉酶分解成為與碘不起藍色反應的小分子糊精時，稱無色點，或稱消色點），因此，從淀粉的用量、達到無色點所需要的時間和樣品稀釋倍數就可以計算出酶的活力單位數。食品生物化學例如：今有1克淀粉酶制劑，溶解在1000毫升水中，從中取出0.5毫升，與20毫升2%的淀粉溶液在30℃,pH6的條件下一起作用，10分鐘后就與碘不起顏色反應，該酶制劑的活力單位按每1小時分解1克淀粉為1個單位(g/hr＝u)來計算，應為：2．測定一定時間內所起的化學反應量這是酶活力測定的主要方式，用測定反應量來計算酶活力。主要是根據在一定條件下，酶反應速率與酶濃度成正比，測定反應速率就可求出酶的濃度。食品生物化學測定結果的正確與否，即能否真實地反映酶活力，是和酶反應的條件是否適宜密切有關。適宜的條件是使所有的酶分子都能正常地發揮作用，反應條件中應使酶濃度是影響反應速率的唯一因素，而其他條件如pH和溫度應保持最適水平。此外測定用的底物應當使用足夠高的濃度，使酶催化的反應速率不受底物濃度的限制。為了測定簡便，選用的底物最好在物理或化學性質上和產物有所區別。以蛋白酶活力測定為例說明。此酶的單位規定為在30℃和pH7.0條件下，每分鐘分解酪蛋白產生酪氨酸的微克數即為此酶的活力單位數。食品生物化學具體操作時，先取一定量的酶粉稀釋液（稀釋一定倍數），加入一定量的底物酪蛋白溶液，在30℃水浴中保溫10分鐘后，立即加入蛋白變性劑三氯醋酸，使酶變性失活，中止酶的活動。由于蛋白酶作用于酪蛋白后，有酪氨酸分解出來，酪氨酸和福林試劑作用后生成藍色物質，根據顏色的深淺，通過比色測定后，知道有多少微克酪氨酸分解出來，從而計算出每克酶制劑在每一分鐘內可分解出多少微克的酪氨酸，即為含多少單位。酶活力測定常用的具體方法有化學分析法、滴定法、比色法、吸收光譜法、熒光法、電化學法和量氣法等，采用哪一種方法根據產物的物理、化學特征來決定。食品生物化學第六節食品工業中重要的酶及其應用一、水解酶類水解酶有苷鍵水解酶、酯水解酶和肽鍵水解酶三類。在食品工業中應用都很廣泛。1．淀粉酶淀粉酶常指水解淀粉分子的α-1，4糖苷鍵和α-1，6糖苷鍵的酶。在食品加工中主要用于淀粉的液化和糖化，釀造、發酵制淀粉糖，也用于面包工業以改進面包質量。食品生物化學（1）α-淀粉酶

α-淀粉酶（）廣泛存在于胰液、麥芽、唾液及微生物中，屬內切酶。它能在淀粉分子內部任意切開α-1，4糖苷鍵，但不能切開α-1，6糖苷鍵。它能使淀粉分子迅速降解為麥芽糖和葡萄糖，但在降解支鏈淀粉時，因不能切開α-1，6鍵和在分支點附近的α-1，4鍵而產生小分子糊精。降解結果使淀粉粘度迅速下降而液化，產物對碘的呈色消失，這種作用稱之為“液化”，因此α-淀粉酶也叫“液化酶”。α-淀粉酶分子中有一個結合得很牢固的鈣離子，它對該酶有激活和穩定作用。α－淀粉酶的用途廣泛。如在釀造工業中水解淀粉，為酵母提供可發酵的糖；在食品加工中縮短嬰兒食品的干燥時間；改進面包的體積和結構；除去啤酒中的淀粉混濁；把較低糖度的淀粉轉變成為高度可發酵的糖漿等。食品生物化學圖6-12幾種淀粉酶作用示意圖食品生物化學（2）β－淀粉酶

β－淀粉酶（EC3.2.1.2）作用于淀粉鏈的非還原末端，每隔一個地水解α－1，4糖苷鍵，是一種端切酶。由于每次產生兩個葡萄糖分子，產物是麥芽糖，從而可增加淀粉溶液的甜味，β－淀粉酶不能水解直鏈淀粉中的α－1，6糖苷鍵，因而造成了淀粉的不完全降解，它最多只能水解產生50～60%麥芽糖。剩余的部分稱之為極限糊精。β－淀粉酶主要存在于大豆、小麥、大麥、甘薯等植物的種子中，少數細菌與霉菌中也含有此種酶。植物來源的β－淀粉酶的最適pH為5～6。與α－淀粉酶相比，β－淀粉的熱穩定性較低差。β－淀粉酶主要用于面包、啤酒等工業，也常用于制造麥芽糖等。

食品生物化學（3）葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶（）從非還原端開始水解α－1，4糖苷鍵，也可水解支鏈淀粉α－1，6糖苷鍵，對直鏈和支鏈淀粉均逐次切下一個葡萄糖單位。故工業上稱它為糖化酶。屬外切型酶。葡萄糖淀粉酶是一種糖蛋白，只存在于微生物界，根霉、黑曲霉、擬內孢霉等真菌及其變異株均可產生此種酶。該酶的最適溫度為40～60℃，最適pH為4.0～5.0。它與α－淀粉酶共存水解生淀粉的能力可提高3倍。廣泛用于各種酒的生產，可增加出酒率，節約糧食，降低成本，也用于葡萄糖及果葡糖漿的制造。

食品生物化學（4）異淀粉酶異淀粉酶又稱淀粉－1，6－糊精酶、淀粉解支酶、R－淀粉酶。該酶只作用于α－1，6糖苷鍵，使支鏈淀粉變為直鏈淀粉，存在于馬鈴薯、酵母、某些細菌和霉菌中，生產上用此酶制造糯米紙和飴糖。2．纖維素酶纖維素酶（EC3.2.1.4）主要作用于β－1，4糖苷鍵。它不是一種單一的酶，是由一類水解纖維素生成纖維二糖和葡萄糖的酶的總稱。霉菌、纖維桿菌、纖維放線菌等微生物可產生纖維素酶。所產生的纖維素酶至少包括三種類型，即破壞纖維素晶狀結構的C1酶、水解游離纖維素Cx酶和水解纖維二糖的β－葡萄糖苷酶。

食品生物化學

C1酶、Cx酶和β－葡萄糖苷酶都是糖蛋白，最適溫度為50℃，最適pH為4～5。在一定條件下，它們協同作用，把纖維素水解為葡萄糖。纖維素酶作用于纖維素可使植物性食品原料中的纖維素增溶和糖化，這對食品工業具有重要意義。3．脂肪水解酶（脂酶）脂酶的系統名稱為三?；视王；饷?。脂酶是一種糖蛋白，存在于動物胰腺、牛羊的可食前胃組織、高等植物的種子以及米曲霉、黑曲霉中，最適溫度為30～40℃，最適pH偏堿性。該酶只能在油－水界面上進行催化，即催化乳化狀態的脂肪水解，不能催化未乳化的脂肪。任何一種促進脂肪乳化的措施，都可增強脂酶的活力。食品生物化學脂酶主要用于催化油脂的水解和改善油脂的性質。在奶酪、奶油加工中，添加脂酶可將乳脂分解釋放出風味前體和風味化合物，改善產品風味。但含脂食品如牛奶、奶油、干果等發生水解酸敗，產生的不良風味，也來自脂肪酶的水解。4．果膠酯酶果膠酯酶（EC3.1.1.11果膠∶果膠酰水解酶）的作用是降解果膠物質。它有三種類型，催化三類不同的反應，即果膠酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果膠裂解酶。果膠酯酶存在于霉菌、細菌和植物中，它催化果膠脫去甲酯基，生成聚半乳糖醛酸苷鏈和甲醇。霉菌果膠酯酶的最適pH在酸性范圍，細菌果膠酯酶的最適pH在堿性范圍，植物果膠酯酶的最適pH在中性范圍。柑橘類水果和番茄中果膠酯酶含量較高。食品生物化學聚半乳糖醛酸酶存在于植物、霉菌和酵母菌中，最適pH為4.5～6.0。作用是使果膠分子中的α－1，4糖苷鍵斷裂，使果膠的黏度降低，分子量減少，還原性基團增加，水解產物為單體的半乳糖醛酸，該產物不再有凝膠的作用。果膠裂解酶能催化果膠半乳糖醛酸殘基的C－4和C－5位上發生氫的反式消去完成糖苷鍵的裂解。生產上使用的果膠酶主要來自霉菌，是幾種果膠酶特別是果膠脂酶和半乳糖醛酸酶的混合物。在果汁加工工藝過程中，添加果膠酶制劑可提高出汁率，加速果汁澄清，使成品果汁有較好的穩定性；在果酒制備過程中使用果膠酶制劑，不僅酒易于壓榨、澄清和過濾，而且酒的收率和成品酒的穩定性均有提高。果膠酶還可用于橘子脫囊衣、蓮子去內皮、大蒜去內膜、麻料脫膠等生產中。食品生物化學5．蛋白酶（1）植物蛋白酶植物體內存在有多種蛋白酶。食品工業中應用較多的有木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和無花果蛋白酶。都屬于內切酶。木瓜蛋白酶主要從鮮木瓜綠色果實的膠乳中提取，屬于堿性蛋白質(PI=8.75)。該酶專一性較寬，最適pH因底物而異，一般在5.0～8.0，耐熱性較強，最適溫度60～65℃。菠蘿蛋白酶和無花果蛋白酶分別來自菠蘿的汁液和無花果膠乳中，主要水解多肽和蛋白質，屬堿性蛋白質，最適pH在7左右。食品生物化學三種植物蛋白酶在食品加工中主要用作肉類嫩化劑，對禽畜的肌肉纖維和結締組織進行適度水解。用于啤酒澄清，可使啤酒不會因低溫生成蛋白質與丹寧的復合物產生渾濁。在醫藥上，作助消化劑等。這些酶對底物的專一性較寬，人的皮膚也易受腐蝕，加工時應注意人手的防護。

（2）動物蛋白酶人與動物的消化系統中存在有多種蛋白酶。主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶和凝乳酶。胃蛋白酶存在于哺乳動物的胃液中，前體為胃蛋白酶原，在氫離子或胃蛋白酶作用下激活，最適pH為1～4，溫度高于70℃即失活。胃蛋白酶主要水解蛋白質中由芳香族氨基酸形成的肽鍵。食品生物化學胰蛋白酶由胰臟分泌，最適pH為7～9，它只能水解賴氨酸和精氨酸的羧基參與生成的肽鍵。生物界中有一些天然的胰蛋白酶抑制劑，其中最常見的是大豆胰蛋白酶抑制劑，故大豆煮熟后才能食用。凝乳酶主要存在于幼小的哺乳動物的胃液中，屬內切酶，用于干酪制作。動物蛋白酶由于來源少，價格昂貴，在食品工業中應用不多。（3）微生物蛋白酶微生物是蛋白酶的重要來源，細菌、酵母菌和霉菌都含有多種蛋白酶，已大量應用于食品工業。常用于薄脆餅干的制作；在肉類的嫩化，尤其是牛肉的嫩化上運用微生物蛋白酶代替價格較貴的木瓜蛋白酶，可達到較好的效果等。食品生物化學二、氧化還原酶類1．酚氧化酶（酚酶）酚酶系統命名是鄰二酚∶氧-氧化還原酶（）以銅為輔基，必需以氧為受氫體，是一種末端氧化酶，酚酶可以一元酚或二元酚為底物。輔酚氧化酶將底物氧化成不穩定的醌，進而聚合產生棕黑色素。新切開的蘋果、土豆、芹菜、蘆筍的表面，以及新榨出的葡萄汁等水果汁的褐變反應均由此酶作用所致，這種褐變影響食品外觀。多酚酶在茶葉生長與加工過程中對茶葉品種和品質，也起著極為重要的作用。在食品加工中為防止酶促褐變，從酶方面著手，可采取加熱、用酚酶的抑制劑二氧化硫或亞硫酸鈉處理、調節pH等措施，使酶失活或活性降低來解決。食品生物化學2．葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶（EC1.1.3.4β-D–葡萄糖∶氧-氧化還原酶）是一種需氧脫氫酶，它使萄萄糖氧化成δ–D–葡萄糖酸內酯，而自身所含的FAD則轉變為FADH2。葡萄糖氧化酶的專一性很強，氧化β－型葡萄糖的反應速率幾乎是γ－型的160倍。葡萄糖氧化酶的主要用途是脫氧、脫糖生產葡萄糖酸，在食品加工和生產生化材料時用作檢測葡萄糖的試劑等。工業上使用的葡萄糖氧化酶主要來源于金黃色青霉和點青霉，最適溫度30℃~50℃，最適pH為4.8~6.2。食品生物化學3．過氧化氫酶一種含鐵的結合酶，催化2H2O2

→2H2O＋O2

反應，在麩皮、大豆及牛乳中均含有。主要用于去除乳和蛋白低溫消毒后的殘余過氧化氫，除去葡萄糖氧化酶作用而產生的過氧化氫，也可作為測定糧食食品質量的一項指標。4．脂氧合酶脂氧合酶（亞油酸∶氧-氧化還原酶）使不飽和脂肪發生酸敗，最適pH為6.5左右，耐低溫，廣泛存在于大豆、綠豆、菜豆、花生等豆類和小麥、玉米等谷類中。在梨、蘋果等水果中以及動物體內也有存在。由于它的