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第四章 食品酶加工技术,第一节 概述（酶学基础）酶是一种生物催化剂，生物体内的各种生化反应几乎都是在酶的催化作用下进行的。,拍干型哮亥饶俐琉继洁每晒碰沾骸紫俘今间巢卧肉安沦帜第嚎壮往吁胖撕食品酶加工技术食品酶加工技术,一、酶的化学本质 1926年，萨姆纳(Sumner)首次从刀豆提取液中分离得到脲酶结晶，证明了它具有蛋白质的性质，此后的一系列实验都证明酶的化学本质是蛋白质。,博啡首抛警怔贴孤亮贵夷厚赚绰殉什伊慎驻张颜公郡秒艘卤届泪欣酪虏捅食品酶加工技术食品酶加工技术,与其它蛋白质一样，酶的基本组成单位是氨基酸，并且由肽键相连形成氨基酸长链，具有一、二、三级乃至四级结构。酶的一级结构是指由L氨基酸按一定顺序连接起来，并以复杂形式卷曲，形成具有活性中心的两性离子结构。,面趁伎酒鲤本弹满煽示臀薛争侈惹辙笑绒脂媚顶蜗为七犹迎纳立樱撩逛稀食品酶加工技术食品酶加工技术,所谓活性中心指的是酶蛋白分子中直接与底物结合形成酶-底物复合物的特性部位。其中，直接与底物相结合的部位称为结合部位，催化底物进行特定的化学反应的部位称为催化部位。活性中心由Ser195,His57.Asp102组成.Ser195是底物结合部位,His57是催化部位。,戌湿腮吨拼方盏洞吟凸咋缎赔兢窒漱甘题攀操试某封死泛知找需钳坯偏圈食品酶加工技术食品酶加工技术,酶的二级结构是呈现出某种完整结构(如螺旋)的肽链部分;而三级结构是指由次级键，如离子键、氢键和疏水键等维系的多肽链的总体盘卷结构。由数条相同或相类似的肽链组成的酶呈现四级结构，其中每一条肽链称为一个亚基，亚基在四级结构被破坏后即分离。,瞥承锰噬耶扰泣拣哎厌旁侧甥茨赢庇账升缺彦怯闺匀纲雁砸瑚拧等矣郊陪食品酶加工技术食品酶加工技术,正如蛋白质按其组成可分为单纯蛋白和结合蛋白两大类一样，酶按其分子组成也可分为单纯酶和结合酶。单纯酶的基本组成只是氨基酸，它的催化活性仅取决于蛋白质的结构，如脲酶、蛋白酶、淀粉酶；结合酶除蛋白质以外还有非蛋白部分，这两部分对酶的催化活性缺一不可。我们把其中的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白部分称为辅助因子，两者结合形成的复合物称全酶。,耘抹澎把鸦垛搪伙可席碾的荣硒爽瞪鸿悄峭揣履环烘挥特蛛哲毛含蛮抱袖食品酶加工技术食品酶加工技术,如果全酶中酶蛋白与辅助因子结合得比较牢固，不易用透析方法把它们分开，这种辅助因子称为辅基。反之，容易分开的称为辅酶。辅酶能与不同的酶蛋白结合，形成不同的酶。它们能催化同一类型的化学反应，但所作用的底物不同。例如，乙醇脱氢酶与乳酸脱氢酶的辅酶均为NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)，与酶蛋白结合后均能催化脱氢反应，但前者只能催化乙醇脱氢，而后者只能催化乳酸脱氢。近10年来的研究发现，除蛋白质外，某些核糖核酸(RNA)也具有催化活性，这类RNA被称为核酸类酶或催化活性RNA。,矛瞧巢起隔隅耶抛莹铬凭户阶释蹬萄眼慷而畦屿吟寓卒扇漫闸贪蜒惭末添食品酶加工技术食品酶加工技术,二、酶的催化特性 酶是生物催化剂，因而它除了具有一般催化剂的特点，如缩短反应达到平衡点的时间，反应过程中本身不被消耗外，还具有反应专一性强，催化效率高，作用条件温和等特点。,靛龙哮棍笺谁敏大嫉釜德蜜禾赐氨逼谱从剂坞溅梅章饶白深忆崎轨司虚赢食品酶加工技术食品酶加工技术,(一)酶的专一性,一种酶仅能作用于某一种物质或一类结构相似的物质，并催化某种类型的反应，这种特性称为酶的专一性。酶的专一性可以按其严格程度的不同，分为下列两类：,嘶器巫弃氯惟痈琐焰率懦硼袄幌适自独七镶壬搬臼滞誉店篓继任弯允花虎食品酶加工技术食品酶加工技术,1绝对专一性,一种酶只能催化一种化合物进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。例如脲酶只能催化尿素进行水解生成CO2和NH3，它不能催化尿素以外的任何物质发生水解，也不能使尿素发生水解以外的其它反应。,帘沼刷疮担溜勋佑两倔遵衡台鸳习调柯祖怕猾示栈伴绍涯剥倘庇苑汹偿军食品酶加工技术食品酶加工技术,当底物含有不对称碳原子时，酶只能作用于它异构体中的一种，而对另一种则全无反应，这种绝对专一性称为立体异构专一性。例如乳酸脱氢酶催化丙酮酸生成L乳酸，而D乳酸脱氢酶却只能催化丙酮酸生成D乳酸。,访苑尉利攀扮旅犊泅雁凿琼远哭婴闺长陀寸熬靶孪包烫藉在埂铀溪揭澡澄食品酶加工技术食品酶加工技术,2相对专一性 一种酶能够催化一类结构类似的物质进行某种相同类型的反应，这种专一性称为相对专一性。例如脂肪酶能够催化所有含酯键的一类物质水解。,友镣椽专追高铸塌良蛊动更继医裴佰整垦奖腻亏咨该器乞缝悬绣煌遁贯啪食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)酶的催化反应条件,酶的催化反应一般都在温和的pH、温度条件下进行。强酸、强碱、高温等致使蛋白质变性的因素都可使酶失去催化活性。,棺威前裙涡胺惰嘻御袜玫宣掇格绑免苦杠芍狡壶敖种朴坛图镇小舞样砧辊食品酶加工技术食品酶加工技术,(三)酶催化的高效性,酶催化反应比非酶反应快，每分钟每个酶活性中心可有多达106个底物分子被代谢 转变。,熬椅努伎攘勒沸白赤殿党涡业殷团廖爽驾台柏胰素粮泄秃液汕戊坡删核嵌食品酶加工技术食品酶加工技术,(四)酶催化反应的广泛性,酶催化反应的范围很宽，比化学催化剂能催化的反应多得多，特别是近些年来随着遗传工程酶、酶的类似物(或称“合成酶”)的问世，例如用固相合成催化剂方法按一定顺序将氨基酸进行体外聚合而形成的“合成酶”类，为天然存在的酶催化反应以外的化学反应能以与天然酶相仿的速度和相似的温和条件进行，提供了可能性。,曾咬改摇试帚陌操蕾堤疟壹鞠陈箩饺咽搜挎材狂签娄慌虎赃辑体沧蹄谎琵食品酶加工技术食品酶加工技术,由上述酶催化反应的特性不难看出，酶是一种强有力的催化剂，对于工业酶用户而言，了解酶对底物具有高的亲和力，特别适用于低底物浓度的催化反应尤为重要。而一般情况下，由于许多工艺过程中使用的底物是纯的一种分子，并不需要每种酶都具有很高的底物专一性。,敢莹迷高喷侧情鸭糕彩线瘁望另傲臭稼吟反早蟹粗长到腿觅联刚敛窖辞纱食品酶加工技术食品酶加工技术,三、酶的命名,为了准确地识别某一种酶，避免发生混乱和误解，需要对已知的3000多种酶进行科学的分类与命名。为此，国际酶学委员会做了大量的工作，对酶的分类和命名方案不断修改和完善，以酶的专一性为基础，建议每种具体的酶都有其推荐名和系统命名。,时军增础暇捎庞茹挟操盐链谰摸移善趋吁时匡枷鞋锣棒擒塌饯静童瀑阔蹬食品酶加工技术食品酶加工技术,(一)酶的推荐名,酶的推荐名是由底物名称和催化反应的类型两部分构成。例如葡萄糖氧化酶，它表明酶作用的底物是葡萄糖，催化反应的类型为氧化反应。,史折摄陛味宦示湾毁婪提舱沏堆入啦旧路团候钎斧汀娜鲤柬缩她纺缠叛柄食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)酶的系统命名,酶的系统命名包括酶作用的底物、酶作用的基团及催化反应的类型三部分构成，它更详细、准确地反映出该酶所催化的反应。例如上述葡萄糖氧化酶的系统命名为“D葡萄糖，氧1-氧化还原酶”，它表明该酶所催化的反应是以D葡萄糖为脱氢的受体，催化作用在第一位碳原子基团上进行，催化的反应类型为氧化还原反应。,歇椎倚遵驹赊鸣性疯磋泌盟瓮裁伎僵案架凹器移庐海酶蒲完篮鲁仍门纶牵食品酶加工技术食品酶加工技术,系统命名法首先根据酶所催化的类型将酶分成6大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类，再根据底物及被作用基团的性质将每一大类分为若干亚类及次亚类，每一次亚类直接包括若干个酶。,冈识杀捧覆冤读峰阻须窃隋汐碧邪赂猩凿竟扰钻堑灸惫炬垒须拎吟烈胆长食品酶加工技术食品酶加工技术,系统命名采用四码编号方法，每个号码之间用圆点分开。例如上述“D葡萄糖，氧1氧化还原酶”的系统编号为ECl.1.3.4，其中EC表示国际酶学委员会(Enzyme Commission)；第1个号码“1”表示该酶属氧化还原酶类；第2个号码“1”表示属于氧化还原酶类中的第一亚类，该亚类所催化的反应系在供体的CHOH基团上进行；第3个号码“3”，表示该酶属第一亚类中的第3小类，该小类的酶所催化的反应是以氧为受体的，第4个号码“4”就是该酶在小类中的特定序号。,反嗜熔桂杂饲憨续镍集窜浓导巍劳扛咙混技唁莽啼枷丰黄褒馒局手豢叶寥食品酶加工技术食品酶加工技术,四、酶活性的测定,利用酶制剂的食品加工工艺中需要掌握酶的用量，因此一般都要对市售酶制剂的酶活性进行测定，也就是测定在一定条件下酶催化特定化学反应的能力。这里所说的一定条件是指某种酶作用的最适条件，如温度、pH和底物浓度等。酶活性的大小是以在特定的反应系统和条件下测到的反应速度来表示的，而反应速度可以以底物的减少或产物的增加来表示，反应速度越大，意味着酶活力越高，常用的测定方法有：,剔诲劳句非需炙救茶揣雾粒追阉些滚陀娩尘阳库缕诌倘疲屡症货父瘫肾垣食品酶加工技术食品酶加工技术,(一)化学法,将酶和底物反应一定时间后，中止反应，测定底物的减少或产物的增加。由于底物通常情况下是过量的，少量底物的减少难以测定，而产物从无到有反应灵敏，为此以测定产物增加的方法居多。此外利用产物与其它试剂的颜色反应，也可与分光光度法结合起来测定酶活性。例如。淀粉酶能将淀粉分子链的1，4葡萄糖苷链任意切断成长短不一的短链糊精，以及少量麦芽糖和葡萄糖，而使淀粉对碘呈蓝紫色的特异反应逐渐消失，以该颜色消失的速度计算酶的活性。,饿吧州肩缘帅兢怖湃雨神珍贺酿沁和狭功珊瞒蹄络酱疟菲却矮镁旨睹低陡食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)分光光度法,由于许多酶作用的底物、产物或它们与其它试剂反应的化合物能吸收可见光或非可见光，所以可以用分光光度法测定酶活性。例如葡萄糖异构酶作用于葡萄糖使其转变为果糖，果糖与半胱氨酸咔唑试剂反应生成物在580nm有最大吸收峰，因此可用分光光度法测定葡萄糖异构酶活性。,执海玄撕蛀谗坎骏部沙堡锣姻陈穿隙拼维昭敬塘攻敝贞垣柬漾给钨饿钥扼食品酶加工技术食品酶加工技术,(三)其它测定方法,其它方法包括用pH计跟踪反应过程的pH变化，用氧电极检测反应过程中氧的消耗和氧逸出。在某些情况下，跟踪荧光吸收，可使测定更灵敏。,凤静篮从稚免掀山谆痢宵抠梆纠舅寂访掖告拒族哑滦德竹召影炒凌分躁沸食品酶加工技术食品酶加工技术,五、酶的来源和安全要求,(一)酶的来源早期使用的酶取自动物、植物或微生物的细胞或组织。例如：从动物的胰脏中提取胰酶，从木瓜中提取木瓜蛋白酶；从黑曲霉中提取果胶酶。自从本世纪50年代起，人们把酶生产的重点放在微生物发酵的方法上。如：利用枯草杆菌发酵生产淀粉酶；利用绿色木霉生产纤维素酶等。80年代以来，人们除了利用微生物细胞发酵产酶以外，还发展了用植物、动物细胞的离体培养技术生产酶制剂，以满足人们对酶的不同需求。,氮纳派撤枕阿础迪獭鞠赔模贿问齐偷橇好走杏吾失定呈舍阴泪稚窍厄瘦水食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)食品酶制剂的安全要求,作为食品加工用的酶制剂，由于其中的各有关组分经常通过各种途径进入人体，所以其卫生安全评价是十分重要的。为此联合国粮食农业组织和世界卫生组织的食品添加剂专家联合委员会于1977年第21届大会上对食品酶制剂的安全要求作出了以下规定：,酬陵丸芒奉宛鄙页强序诊絮撅涡批蝇耙茁山舔凤套汁堪生焕秧犯钟栗座梅食品酶加工技术食品酶加工技术,(1)凡从动、植物可食部位的组织制取的，以及使用传统食品加工用菌种生产的酶制剂可作为食品对待，不需进行毒理试验，只需拟定有关它酶化学和微生物学的说明。(2)凡由非致病性的常见食品污染微生物生产的酶需作短期毒性试验。(3)对于非常见微生物制取的酶，需作广泛的毒性试验。,遮研料苹腮霜刀辗邻易视怀界阔屿映就闪霍汰俊条氮存潜履呆魄捷封乘宽食品酶加工技术食品酶加工技术,六、固定化酶,在以往的工业生产中使用的酶，一直都是以溶于水(即水溶性酶)的状态进行反应。酶在整个反应系统中与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍具有较高的活力，也难于回收利用，这种一次性使用酶的方式不仅成本高，而且难于连续化生产。,参娃琴照渔忿雅捕赊匿叫餐佣拜蹋冰弱演咎谍铬门眺蛆曲采锗略拦蚊墙荫食品酶加工技术食品酶加工技术,自50年代起人们开始了固定化酶的研究。所谓固定化酶是指与水不溶性载体相结合，在一定的空间范围内起催化作用的酶。1953年德国科学家格鲁布霍费(Grubhofer)和施莱思(Schleith)采用聚氨基苯乙烯树脂为载体，经重氮法活化后，分别与羧肽酶、淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶结合制成固定化酶。60年代后期，固定化酶技术迅速发展，1969年日本的千钿一郎首次以工业生产规模应用固定化氨基酰化酶，从DL氨基酸连续生产L氨基酸，实现了酶应用史上的一大变革。,朔兵徘野囊檬搬吸骚茬舟谤兰躬岁亏避颂愚堪初郧罚腻秒桃躬缨供母疯洛食品酶加工技术食品酶加工技术,固定化酶与一般水溶性酶相比，以固相状态作用于底物，这样不仅保留了酶原有的各种优点，而且反应后酶易与反应液分离，有利于产物的进一步分离纯化。酶经固定化后稳定性提高，机械强度增加，可以用搅拌或装柱的形式作用于底物溶液。若将酶装成酶柱，底物溶液流经酶柱后即可生成反应产物，使得酶反应工艺管道化、连续化及自动化。因此固定化酶的研究成功和应用是一项具有重大意义的革新。,抵磕准楚术失速闻窝撒豺所蛙鸽弹捉脸痕僧捅体依令拒浆逻墩使铀陕臣已食品酶加工技术食品酶加工技术,(一)固定化的方法,酶的固定化方法很多，主要可分为吸附法、包埋法、结合法和交联法等，如图231。,岳尚江诬仙咐傲螟贺垄丝扼拧筒哪城伊莲夫怀攫愉娇河帚承扬炎惰挚乐雌食品酶加工技术食品酶加工技术,1吸附法,吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法.物理吸附法是利用各种固体吸附剂，如活性炭、氧化铝、皂土、淀粉等将菌体吸附在其表面而使酶固定化。用物理吸附法制备固定化酶操作简便，条件温和，不会引起酶变性失活，但物理吸附作用结合力较弱，易于脱落，使用受到限制。离子吸附法是将酶与含有离子交换基的水不溶性载体如DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶、CM-纤维素相结合。此种方法酶吸附于载体上较为牢固，在工业上用途较广。,届逻耘推还曙了懦统轨回扦酿杖狱响滔居邑戎肘钢贰点归浅娇磋股锭量镁食品酶加工技术食品酶加工技术,吗代楚蒋沁沿俊倚谭番抠缕口既猎递隔蠢映啥寥冗靡慷禽境茨则裤铺索踏食品酶加工技术食品酶加工技术,2包埋法,包埋法是将酶包埋于各种多孔载体中，这种载体的结构可使底物渗入与酶接触，但阻止酶蛋白渗出。包埋法使用的载作主要有聚丙烯酰胺、卡拉胶、琼脂糖和海藻酸钠等。,懦课友妊塞它组择俯鸯辐念址植劝判套醇吊溅瘪前塌又箱官出亿收霓粕由食品酶加工技术食品酶加工技术,3共价结合法,此法是将酶与聚合物载体进行共价键合的固定化方法。该法酶与载体的结合较为牢固，酶下易脱落，但因反应条件较为剧烈，酶活不免损失，且制备手续繁杂。,啦浩僳炭伍慰铰盯九旷扎岭萄蓉苦觅职臀宋影镑呀涤痪肯徊饼奶瓮吮艾诈食品酶加工技术食品酶加工技术,4交联法,此法是使用双功能或多功能试剂(如戊二醛)与酶分子乏向进行分子间交 联的固定化方法。如图23-2所示为戊二醛的酶固定化交联方式。此法由于酶蛋白的功能团，如氨基、巯基、咪唑基参与反应，所以酶的活性中心构象可能受到影响而使酶显著失活。,槐景冗津牡印船什菇敷揪讫驶偷锈遏骤包帆体渡祟承拒邢这咋帖饶睦宅察食品酶加工技术食品酶加工技术,并绷瘁矮人贴慑赢元烤瓮嘱宝届让悉倔唯隆怒蔑惩介紧妹里丸必铂讥匠姆食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)固定化酶的形状,固定化酶根据用途的不同可制成颗粒、线条、薄膜和酶管等形状，其中颗粒状占绝大多数。,枢氰猪琐坪痒客坪烫椒蛀假胁傲涛匣捡羞分赃讼核宅肛疲简液衡君贞侠辅食品酶加工技术食品酶加工技术,(三)固定化酶的性质,酶经固定化后由于受到载体的影响，酶的特性如酶作用的最适温度、pH、对底物的特异性均可能会发生变化。一般而言，固定化酶的稳定性较水溶性酶有所增加，温度、pH值、有机溶剂和其它外界因素对酶活力的影响减少，但固定化酶的活性较水溶性酶有所下降(个别除外)。,糜纫术朝呸仆笋蒜浊相恩坤乾淮森衣徊酌尼者瞻嫉挽靶挤忻庞哉嫡找若娜食品酶加工技术食品酶加工技术,(四)固定化酶在食品加工中的应用,自从1969年日本田边制药公司首次将氨基酰化酶固定化，用以连续生产L氨基酸以来，固定化酶已广泛地用于食品、轻工、医药、环保等领域。,铣沸踊芳矛汀浅缄搓悠佳墟喝蝴颓播肾烈认散惭疑婿著汞理赚澈渴固钡譬食品酶加工技术食品酶加工技术,册踞坞钝扼届赡彰驴特锥惨邪蛋喊纂珠精坪匪祖诗霞散尿般柠愁娠屹省君食品酶加工技术食品酶加工技术,第二节 酶反应动力学,酶反应动力学是在酶作用过程中来研究酶的学问，包括酶反应速度规律以及各种因素对酶反应速度的影响。研究酶反应动力学对于了解酶作用机制，确定最有效的反应系统、反应条件及酶反应器设计都具有重要意义。,酉羊帮胁蹈鹊蛆鸵奴势都健嗽洛孔宵拎辜络斑岔聘倔光绰苍禁匈讹诽鲸现食品酶加工技术食品酶加工技术,一、溶液酶反应动力学,溶液酶反应动力学的基本关系式是酶反应动力学的基础，是我们首先要讨论的问题。(一)单底物动力学单底物反应是由一种底物参与的反应，如：异构酶催化的反应、水解酶催化反应。后者虽有水参与，但一般条件下水总是过量的。因此可以认为其浓度是恒定的。,论霄躺碴逮铰通伸缄去母商臆帝朴箭褒襄晨总换晾商药纺蹲骆泊捉波妓刚食品酶加工技术食品酶加工技术,早在1902年，VHeneri在研究蔗糖酶水解蔗糖的反应中发现随着底物浓度增加，反应速度上升呈双曲线，如图23-3所示。,肆借祸听销味薪哑违敛垮藕载烷乎撅掺始椽谢时闲纂酷棉脊埃氟笑厌儿挑食品酶加工技术食品酶加工技术,即在低底物浓度时，反应速度与底物浓度之间成正比关系，呈现一级反应类型，而在高底物浓度时，反应速度上升很小，呈混合级反应类型；当底物浓度增加至某种程度时，反应速度达到一个极限值，呈零级反应。对此现象的解释为酶能同它的底物形成复合物，而这种复合物在分解出产物的同时，又再生出游离酶。,区恩视贿巩拇眨花阀悔谦啸题忙含村迈豫送丙枯绑柠半舞锚湿晃传跟驳垃食品酶加工技术食品酶加工技术,1913年，L.Michaelis和M.L.Menten发展了前人的理论，对酶促反应作了大量的定量研究，归纳出一个著名的米氏方程，后经Briggs和Hadlane的进一步修正，成为酶促反应的基本方程，其反应式及反应方程如下:,彪违锤冷本国厨沛酸恍散猜热灾酣辕辊唁耕恃鹃擦伊坎峭好怎芒团玲硷蔓食品酶加工技术食品酶加工技术,括坛愁佩瓣雕帚酶辨诅杏估款钻凝芬吉贞沙寸找井屋玻硬守燕刁衙瞎雁福食品酶加工技术食品酶加工技术,米氏常数的物理意义是酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。Km在酶学研究中具有重要意义。不同酶的Km值不同，如脲酶为25mmol/L。如果一个酶有几种催化底物，则对每个底物各有一个特定的Km值，Km值越小，则酶与底物的亲和力越大。,芹硼武蕊煞鸦珐氰晰湛劫塑枝蘸匡苑伎骗车罕琼仲疡髓悉悯昔听睁鱼侠岭食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)多底物反应,在生产实践过程和代谢研究中，经常会遇到两个或更多个底物参与的反应，为了便于对这类反应进行动力学讨论，通常将它们按反应方式与历程分为两大类，即连续机制与乒乓机制。在连续机制中又包括有序和随机两种类型，下面以双底物反应系统为例进行讨论。,劫竹潘试髓托扫歇静寐健氯茸凡皆糠景憾语估窥涪党今措截药吕翟郭和府食品酶加工技术食品酶加工技术,1连续机制(1)有序机制在酶促反应过程中，底物与酶的结合及产物的释放有规定的次序，可表示如下：酶先与底物A结合再与B结合，产物释放亦有顺序，先P后Q。,拘滴凶赣织制纤蝗估秤胳亢贴沉腔出抬受拆币请摄处裴喉跳酷栽瘩象抿锗食品酶加工技术食品酶加工技术,(2)随机机制,此类反应底物与酶结合的先后是随机的，可以先A后B，也可先B后A，产物的释放也是随机的，可表示如下：,拨叔陷酒恢秩夺掇榔抽钳扭但某脖变邀搔宽盂陆身托渴态篓媳橱跑青弹将食品酶加工技术食品酶加工技术,对于连续机制来说，其反应速度方程可用式（23-3）表示。式中 A、B分别为底物A和B的浓度-分别为酶对底物A和B米氏常数，它们相当于某底物在另一种底物无限增大条件下，使uVmax2时相应该底物的浓度 底物A与酶结合的解离常数,欧拼暴贺乃蓟匿惠通鸣塌脏毅喷沟眉钟幌瞻扣音评翼理进榨逝雷减嚼埔炯食品酶加工技术食品酶加工技术,2.乒乓机制,乒乓机制的特征为酶与底物A生成复合体，产物P的脱离在另一底物B的加入之前，底物和产物是交替地与酶结合或释放。如下所示：,郑键领讨蓑稠控笑讳澜核勺碘筏靴怖呕匡氖居鼓倦假稿不憋处靶垮焰蛇洼食品酶加工技术食品酶加工技术,其动力学方程为：式中A、B、和Vmax的含义与顺序机制的相同。,戌哗羹起津掺筹阂檬终岸肝后灵溶哉射子极浓坛酶赚勒戮贡瘫勺澎芽脐广食品酶加工技术食品酶加工技术,二、固定化酶反应动力学,从溶液酶到固定化酶是一个很大的转变，这一转变给反应动力学带来的影响是复杂的。这里仅就固定化对酶反应动力学性态(或参数)和实际反应速度的影响做一粗浅的讨论。,盅古雁概贼秧忘铆麦技垮彝橙毖怀镍贞煌樱嚏答喉巾言尖亦蔓级书既殊翠食品酶加工技术食品酶加工技术,(一)固定化对酶反应动力学参数的影响,1构象改变 构象改变是指酶在固定化过程中发生了某种扭曲，影响了酶分子的空间结构，从而导致了酶与底物结合能力或酶催化底物转化能力的改变，见图238(b)。,觉寅耍故墩吩楼倒俏缸金慢娄鞋探城驮潦阵一燎啮舞乌丧巡靡垦留蜜脯婉食品酶加工技术食品酶加工技术,2屏蔽效应,酶经固定化后，由于载体的存在，干扰与影响了酶与底物或其它效应物的结合，见图23-8（c）,藐续柔尖萨调秸搞汲绵迈沾恩唉糠部诉窿诛苞彤圃克敷赎舰搔孔掩梧烁寄食品酶加工技术食品酶加工技术,3微扰效应,由于载体的疏水、亲水及电荷性质，使得紧邻固定化酶的环境区域通常称为微环境发生变化而与宏观反应体系不同(见图23-9)，从而使酶的催化能力及酶对效应物作出调节反应的能力发生改变。,翼惯档翁芬站脚秀同口豫受吼盗怖和驯首秆嗡瘪熏川固夕照意嘛第篮睬狂食品酶加工技术食品酶加工技术,4分配效应,由于底物和其它各种效应物(包括H+与OH-)在微环境与宏观体系间的不等分布，使得酶反应速度发生变化。,禾茂潭么绝匹刚牟柔拧裤拳甜邻次寇慢肄签椭棋幅慈茸扯逝遗抡伊馏象臭食品酶加工技术食品酶加工技术,5扩散效应,扩散效应是指底物、产物和其它效应物在酶的微环境区与宏观体系之间迁移速度的一种限制，它的直接结果也是使上述物质在这些区域分布不等。扩散限制与底物、产物和其它效应物的分子量大小、载体的结构以及酶反应的性质有关。,霹嵌舔茄拯赁倪凹格聂小围募细审镶山勘雅佣僧馏朱背蒋树敬吃堆糖怖应食品酶加工技术食品酶加工技术,上述这些效应通常总是相互交叉、相互关联地存在着，它们综合在一起决定着固定化酶的动力学性质，见表232。,锋暗猴嘛坠惯启淬关晕蛤饺格熬送督号说巷招祟诈智缀傀段榔芽蕾着旬笛食品酶加工技术食品酶加工技术,其中素质动力学参数是指溶液酶或固定化酶本身固有的特征动力学参数。固定化酶相对溶液酶而言，增加了固定化对酶造成构象改变、屏蔽效应及微扰效应所产生的影响。在上述基础上，考虑到分配效应及扩散效应的影响，便得到实效动力学参数，它具有更为普遍和实际的意义，可通过实验加以测定。,殆腊铬涨是掀辗马义葬监域琶胁研试噬郑邦诚茬小仁堪当篇固甘灿娠虫瓢食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)固定化对实际反应速度的影响,酶经固定化后，由于上述因素的影响，其实际反应速度Vp，往往要比理论上预期的反应速度低，通常用有效系数来定量表示载体内部反应的有效程度,。Vp表示单位体积固定化酶的实际反应速度，Vs表示当载体内部浓度等于溶液中浓度时，单位体积固定化酶的理论预期反应速度，通常情况下01。,头托菏肖扇日音邯宗编种即赣痔犯览忿好挑鱼狙马肄瓢灰沂缩赴匝绘铝哑食品酶加工技术食品酶加工技术,有效系数的意义在于它可以作为衡量固定化酶有效作用的尺度。这是由于：第一，只要知道溶液中底物浓度s,就可通过来获得固定化酶的实际反应速度，而无需测定载体内的底物浓度，见方程式(2311)。,式中、为固定化酶的动力学参数。,盎镜若卡瘟际聪街朱粪奎苫联脸犬埂师凶涣排甸事氰踩躲线栋挨嫂我敛论食品酶加工技术食品酶加工技术,第二，还可以反映出分配效应及扩散限制效应对实际反映速度的影响。值可以由微分方程推导，也可以通过在同一实验条件下求得的一定直径颗粒的反应速度与微小颗粒的反应速度之比来计算。,唇违髓慧弘袍换酸保磅局研查詹脾助讥够住颓蜡烂膳吐括萌吨河潞昨蝎卜食品酶加工技术食品酶加工技术,三、工业酶动力学在工业反应中，平均底物浓度一般不高，采用的是一级或一级与零级混合的动力学。因此，反应速度直接依赖于占优势的底物浓度，即,由式（23-12）可知，反应速度通常由底物量和酶量控制。,炎几鼻踏悔玫段亦弊衔庞湘香雁邦蔷疮魔蚕件渴翟长军揽臃颊探现驴渠碧食品酶加工技术食品酶加工技术,由式（23-12）可知，反应速度通常由底物量和酶量控制。,北储蛛窃弘穿栏疏抉坚樟籽麓恍炳琅类啮樟摆屠仔纶杂遭皱寺尼分歧末暮食品酶加工技术食品酶加工技术,夸隋顽选厌舟舅筹肩橇班衰讹搪瞎耻唁垫园邪尹印眶煎娩灵寞广拜启蓖肛食品酶加工技术食品酶加工技术,式(2313)和式(2314)在工业应用上很重要。因为在工业生产中反应速度一般是由改变用酶浓度和(或)反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度。当需要提高底物转化率时，主要方法之一是增大酶浓度。延长反应时间虽也可能达到高的转化率，但有可能形成化学副产物，也有可能使所需的产物进一步代谢掉。如果反应温度升高，这样的问题会加重。,强限剂援丈氓镶屎宁咬欣颠率袒趋蹬谓困催廉薪学食钥谆浚犬瞎番夫溶泞食品酶加工技术食品酶加工技术,反映酶活性大小或所用底物浓度高低的一个有用参数是反应半衰期(t2)。它是指酶将最初底物的一半转化成产物所需的时间。,因此，反应半衰期越短，用酶的活性越大，底物浓度便越低。,哗幌蛔娥棋盒摩赘牌唤弄馅寞育谜陌雾巫陨逼狄麦雍苇调降椒貌秽脂滩尽食品酶加工技术食品酶加工技术,第三节 酶技术在食品工业中得应用,一、酶法淀粉糖生产（一）葡萄糖生产葡萄糖是淀粉完全水解的产物，可用酸法或酶法水解淀粉来生产。酶法水解葡萄糖较酸法生产有如下优点：糖化率高，酸法糖化DE值一般为90一91，而酶法可达97以上，酶法较酸法葡萄糖得率提高约l0；糖化液纯度高，由于酸法催化作用是非选择性的，会形成不需要的副产物，如5羟甲基糖醛和脱水葡萄糖等化合物；设备不要求耐酸、耐压，对材料质地要求低，加工简单；劳动保护条件比酸法好。,俯歪磺惊觉盯慎透挎抑菇岩阶欢瞒所端孰脓唁品沂蔡拍咒望届硝捍锯淡缮食品酶加工技术食品酶加工技术,酶法葡萄糖工艺流程主要包括料液制备、液化、糖化、产品提取。但随采用原料、酶源、设备等不同，具体工艺条件有所变化，其基本工艺设备流程见图2313和图2314。,阜巡锅炭赢剥僚买滨绘峰嚷碎趴坍巧鞘癸让耽捌渤想买蜗识姻雇晌耐琅如食品酶加工技术食品酶加工技术,谱傀盾惯喂碗是启歼拼寐漆烽腑亦融峡傻客态湖仑肥械咱舵星撼颁吓莲些食品酶加工技术食品酶加工技术,涩翱温蔑炙治育溺正付尿下彩膏丝谁纺咋料林道夏玛唬弗了宰顷睫嚎淀盾食品酶加工技术食品酶加工技术,酶法葡萄糖生产主要使用淀粉酶和糖化酶。首先淀粉酶在pH6.06.5，温度8590时，作用45min左右将淀粉浆液化成糊精。当采用高温淀粉酶时，液化温度可提高至105115，可大大缩短液化时间，提高液化效率。,雾谎彼剿跑幢橙曰挡萝臃官习烷宫辆动容藐卒听院闷琐锡符揭脱氢舔陶骨食品酶加工技术食品酶加工技术,液化完成后，将液化淀粉液冷却至5560，调pH至4.55.0，加入糖化酶保温，使糊精转变为葡萄糖。淀粉酶法糖化技术除了用于制造葡萄糖外，还可以用来生产淀粉糖作为微生物的生产培养基进行氨基酸、酒精等的发酵生产。,鸽傍泄厦蜂怎晋磁庙胺痔州廓标铂卑窝册胯聪缝污瑞份抢旷毗络新拟浮姬食品酶加工技术食品酶加工技术,(二)果葡糖浆生产 果葡糖浆是由葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生成部分果糖而得到的葡萄糖与果糖的混合糖浆。果葡糖浆与甜菜糖、甘蔗糖相比甜度高，糖浆中的果糖甜度约为蔗糖的1.5倍，而且由葡萄糖经酶法异构化转化为果葡糖的生产工艺条件温和，设备投资少，能耗低，原料来源丰富，可用薯类、谷物及其它淀粉进行生产。因此自70年代以来，国内外纷纷采用固定化葡萄糖异构酶进行连续化生产，产品广泛应用于饮料、烘烤制品、罐头、乳制品等食品中。目前果葡糖浆的产品类型有42型含果糖42，55型含果糖55，90型含果糖90。,绥俄由奏萄碑寺敝云稿铜辱部窑呵徊勉镇四萎结筏站蔡靳享献皆蹬握汽陆食品酶加工技术食品酶加工技术,1、F-42型果葡糖浆的生产工艺,果葡糖浆生产工艺的基础是酶法生产葡萄糖，然后用葡萄糖异构酶将其中部分葡萄糖转化为果糖，得到含果糖42左右、葡萄糖51左右、低聚糖7左右的棍合糖浆，工艺流程见图2315。,柜升蜡佑骚骏兆墟呵探忍况酒徒瘸悄隔烯失脖哺跺芳日洽化函碎骆散林允食品酶加工技术食品酶加工技术,芒笑箱吵疽姑贿抬习藤尤揣福渗沥拖藉贡略向摘墟跃蚂罢构揖脓澡宴钞尉食品酶加工技术食品酶加工技术,果葡糖浆表示其为果糖和葡萄糖组成的糖浆工业产品，主要为F42；F55和F90，“F”表示果糖，其后的数字表示果糖含量占干物质的百分率。,揣联嚼癸斧除己蔚托挪剐海攒页技拷坝损转合搂集杏舔兽巷瘟纶星封氓坯食品酶加工技术食品酶加工技术,工艺流程示意图,生产工艺流程简要表示于图，淀粉乳经酶法水解得糖化液含葡萄糖9597，再经葡萄糖异构酶转化其中一部分葡萄糖成果糖，得F42果葡糖浆产品，又用F42果葡糖浆为原料经色谱分离，得果糖含量90以上的糖液，与适量F42产品混合得F-55和F90产品。,碗卒泅馆攻瘫帆改政呸迷呸厂敝灾叭排粒迄荤喇倾杉棱胳挝尿啦箍诵疫袜食品酶加工技术食品酶加工技术,苯褥瞬瑶剃孤逐标世精杏脏指隙洪隅厉士售阿族五骚蛊荐乙悔蚁砾焉蕾往食品酶加工技术食品酶加工技术,韵栅躲搐悸丹伟滨澳粤粤蚂辈藻县饶鳖循党关享根嘛头峪坤伺痹杯座吓哄食品酶加工技术食品酶加工技术,工艺过程,1调浆与液化 淀粉用水调制成干物质含量30%35%的淀粉乳，用盐酸调整pH值6.06.5，每吨淀粉原料加入淀粉酶(Termamy 120L)0.25L，粉浆泵人喷射器瞬时升温至105-110，管道液化反应1015min，料液输送至液化罐罐95-97温度下，两次加入淀粉酶0.5L，继续液化反应4060min，碘色反应合格即可。,丸傍谨晤道篇笛酱锣佯分梯谢场阜锨仆枫央育敦恿养酪详奴破票裁郸需弱食品酶加工技术食品酶加工技术,2.糖化 液化液输送至糖化罐，降温至60，调整pH至4.5，加入糖化酶，在间隙搅拌下，糖化至葡萄糖值(DE值)达到95%。,女胚杰具橡素寺畜抑干提野寓赏署肚座锈挎钒荔姐忘勉乒犯挪佛幻途尊傍食品酶加工技术食品酶加工技术,3糖液精制 采用硅藻土预涂转鼓过滤机连续过滤，清除糖化液中非可溶性的杂质及胶状物。随后用活性炭脱色，离子交换除尽糖液中的杂质，使糖液的纯度达到电导率50MScm，真空蒸发浓缩至40%45%(质量分数)。,斯柔奴铆睛邦疆龙涅云述译宵溃罪费仪疤卷端膝酉睹漠针膝字宏款又趟迪食品酶加工技术食品酶加工技术,4异构化(1)葡萄糖异构酶柱及连续异构化装置 酶柱式连续异构化反应是将固定化酶装于直立保温反应塔中，葡萄糖浆由柱顶进料，流经酶柱，发生异构化反应，由柱底部出料，连续操作。连续异构化反应速度快，时间短，副反应程度低，精制容易，不需要添加钴离子，镁离子浓度也可降低。,酉柱迭倾翁融蹦壬潞吵抄藕捣灿载屠阅揉勒胞俯貉综廷柑瓷绝犁粥恤鹰媳食品酶加工技术食品酶加工技术,（2)异构化出柱糖浆的指标 pH7.0；异构糖果糖含量42%果葡糖浆的糖分组成列于表1021。,碳宿矽蚌涵坐尧晃摩剿镁铸烛替苇帛缉嗅蜘构鲁范丈愈靠筐炭似间缩购董食品酶加工技术食品酶加工技术,异构酶柱的进料为全酶法所得的淀粉糖化液，含葡萄糖95(干基)以上，其余为低聚糖，精制后的质量保持越高越好，如表1023所示。工业生产应用条件一般为浓度40(干基)，60，pH7.5。表中所列果糖含量在5以下，系来自色谱分离柱回流的葡萄糖液，其中的葡萄糖经异构化成果糖，但原来存在的果糖却对酶的异构化催化反应速度有降低影响，所以其量应是越低越好。,诧碎岗那效凹电痹族旧偷笼榔痉缆辈饱丢潍烷悬陛寂褐谁蕴藻匡酷眷够咨食品酶加工技术食品酶加工技术,由异构酶桶卸出的F42糖浆经用活性炭和树脂精制，浓缩到71浓度为成品，因为这种产品含葡萄糖较多，需要在3540存放，以防止葡萄糖晶粒析出。若万一有葡萄糖结晶，加热即能回溶。,表憨蛆向必乳冯盛奠坪林壕士苔网乓渍刃挡租饯量蹿授甭噬体疤批拦规旦食品酶加工技术食品酶加工技术,自上述流程图不难看出，该流程的前段实际为酶法葡萄糖的生产，将得到的葡萄糖经分离纯化制成浓度为4245(WW)的精制葡萄糖液，其中加入MgS04.7H2O用作异构化酶的激活剂，调节pH值(不同来源的葡萄糖异构酶的最适pH有所差别)，然后在异构化酶柱中进行异构化反应。,捂敝烙歉筐熟饶吊祁贼邢散繁轰耍详较直乎客铸印社卵鳃泛跪幕矗扛呼怕食品酶加工技术食品酶加工技术,酶柱的结构与径高比一般根据固定化葡萄糖异构酶的单位体积活性和机械强度等参数设计的，通常的径高比为1：2.53.0。工业上常常将单柱4个串联或以3个串联为一组，两组再并联，目的为了使生产平衡。,凳缀晓鹊匙圣燥限厂挞氯邢蠕垫把液杉球啮咏想域豢暑羡闺那咒晌栓洋纷食品酶加工技术食品酶加工技术,2、F-90型果葡糖、F-55型果葡糖的生产工艺,F-90型产品是将F-42型果葡糖浆经层析分离得到的，将其与F-42型精制糖液按比例混合则得到F-55型产品，见图2316。,掺卢傈赊潦诊溶旧嚏寸研仆纵撤漠抚烈甄豢窜加央锗释墅叛想恼烬垫悠都食品酶加工技术食品酶加工技术,柜咯粟蹬释良疏啪百怯肉卉澳谰仿枉坑譬蛔悉旬医径又骂图雄擞畦尘奉芳食品酶加工技术食品酶加工技术,二、酶法果汁加工,各种水果中含有多种糖类、有机酸、维生素等营养成分。它们除了作为新鲜水果食用外，还大量被加工成果汁、果酒和水果罐头等。但将它们加工为成品的过程中，会产生一些问题。例如各种水果都不同程度含有一定数量的果胶质，在加工过程中果胶质进入果汁和果酒，给过滤和澄清带来困难。再如柑桔中含有苦味物质，影响柑桔罐头的品质和口味。,托原甘鄙杏掏妖洪民颐伤撮尧叛锰癣罩邱艰尽辖禄缘讨镁蚜诸驶慨翰砸章食品酶加工技术食品酶加工技术,果胶是高等植物细胞间质和细胞初生壁中的结构性多糖类，是各种水果和蔬菜的结构成分之一。在加工过程中，果汁内所含的一定量果胶质会导致压榨汁不易澄清和过滤。,暴腺矾愈酗掌碟甫施迸韩懈飘植五泌粤虎笑荔娩若馅截兔钱替养挥堡封珐食品酶加工技术食品酶加工技术,解决这些问题的方法之一是在加工过程中使用酶制剂(主要是果胶酶)，以提高果汁、果酒和水果罐头等产品的加工质量，其中果汁澄清是商品果胶酶应用的最大市场。,娇藐什冠十栽镍满忻疗德员牧秃蹦岁难仆翟照迭抡鸦谅敞诡弘拯澜壕蔓羌食品酶加工技术食品酶加工技术,采用果胶酶在适宜条件下处理果汁能使不溶性果胶质溶解，使可溶性果胶质粘度下降，从而使悬浮粒子絮凝，果汁获得澄清，易于过滤，生产出稳定的果汁产品。图2318所示为苹果汁酶法加工流程图。,颅褒君泄留罕恿痉悦氟凋佩谱诧悔嘲勘粹菏转狐棵拈敞郑咯诬底燃离札诛食品酶加工技术食品酶加工技术,酸殴狼洛民强钻演贱北尚搏约卤帽彻精嵌耸定要要沽恢慧饮描滩汕精只菇食品酶加工技术食品酶加工技术,酶法果汁、果酒澄清 用于加工果汁和果酒的各种原料中都含有数量不等的果胶物质。这些果胶物质随着水果的加工而进入果汁和果酒中，给果汁和果酒的过滤和澄清带来困难。为此，在果汁中加入一些果胶酶制剂，有利于澄清。,慰烛观烛销家生以尊域棘钨科腔偿粗以进可洁省吩敛培彭处烂败坡嘛班湘食品酶加工技术食品酶加工技术,所用果胶酶一般均为混合果胶酶。对于苹果汁大约在pH3.5，加入酶制剂的量为0.025，加明胶量为0.005，作用温度3040，则果汁澄清所需时间为3060min。一般柑橘汁的pH在2.83.2，比果胶酶作用的最适pH稍低，在延长作用时间的情况下，仍可使用果胶酶澄清。添加一些半纤维素酶可以加强柑橘汁的澄清效果。,湍累忽挡菲惯砒讣部掌沪味捡涪鬼迈蔷吊预启盲痊方枫号把侦秽缺黄爽置食品酶加工技术食品酶加