课件：氧化还原酶 (2).ppt

2019/3/6,1,第8章 氧化还原酶,主要内容： 一、过氧化物酶 二、多酚氧化酶 三、 脂肪氧合酶 四、葡萄糖氧化酶 五、超氧化物歧化酶,2019/3/6,2,一、过氧化物酶（POD peroxidase）,过氧化物酶是存在于各种动物、植物和微生物体内的一类氧化酶催化由过氧化氢参与的各种还原剂的氧化反应2019/3/6,3,1过氧化物酶作用方式及分布,1.1过氧化物酶作用方式 过氧化物酶（供体：过氧化氢 氧化还原酶）催化过氧化氢分解时，同时有氢供体参加 H2O2+ AH2 2H2O+A,,,,酚类、胺类化合物、某些杂环化合物和一些无机离子等都可以作为过氧化物酶的供氢体2019/3/6,4,1.2过氧化物酶分类 （1） 含铁过氧化物酶 ①正铁血红素过氧化物酶：含有正铁血红素Ⅲ为辅基，存在于高等植物、动物和微生物中 ②绿过氧化物酶：绿过氧化物酶的辅基也含有一个铁原卟啉基团，这类酶存在于动物器官和乳中（乳过氧化氢酶） （2）黄蛋白过氧化物酶：含有黄素腺嘌呤二核苷酸作为辅基，这类酶存在于微生物和动物组织中2019/3/6,5,1.３分布： 过氧化物酶在植物细胞中以两种形式存在：①以可溶形式存在于细胞浆中 ②以结合形式在细胞中与细胞壁或细胞器相结合,2019/3/6,6,2 过氧化物酶在食品加工中的应用,（1） 过氧化物酶是果蔬成熟和衰老的指标：如苹果气调贮藏中，过氧化物酶出现两个峰值，一个在呼吸转折（成熟），一个在衰老开始。

（2） 过氧化物酶的活力与果蔬产品，特别是非酸性蔬菜在保藏期间形成的不良风味有关 （3）过氧化物酶属于最耐热的酶类，在果蔬加工中常被当作热处理是否充分的指标2019/3/6,7,方法：将已热处理的原料中抽取样品，横切，随即放入愈创木酚或联苯胺溶液中，然后取出，在切面上滴0.3%H2O2，数分钟后，用愈创木酚处理的样品变为褐色，联苯胺变为深蓝色，说明过氧化物酶未被破坏，热处理时间不够，如果均不变色，则表示热处理效果良好POD的测定方法：,2019/3/6,8,3过氧化物酶最适pH和最适温度,3.1最适pH 过氧化物酶一般都含有多种同功酶，因此最适pH范围较宽 酸性状态，过氧化物酶血红素和蛋白质部分分离，酶蛋白从天然状态转变到可逆变性状态，活力下降，且热稳定性低； 在中型和碱性状态，酶处于天然状态，蛋白质结构含α－螺旋结构，稳定，酸化后α－螺旋结构破坏，产生β－结构2019/3/6,9,表8-1一些果蔬中的过氧化物酶的最适pH,2019/3/6,10,,3.２最适温度 差异较大：35-60℃ 不同来源的过氧化物酶在最适作用温度上存在着很大的差别例如，马铃薯和花菜（均浆）中过氧化物酶的最适温度分别为55℃和35～40℃。

2019/3/6,11,4过氧化物酶的热稳定性,4.1. 热失活概念 ①双向性：POD中含有不同的耐热性质部分，不耐热部分在热处理时很快地失活，而耐热部分在同样的温度缓慢地失活2019/3/6,12,在88℃热处理时甜玉米中过氧化物酶的失活 （用邻-苯二胺作为氢体底物测定酶活力）,2019/3/6,13,,②可逆性：经热处理后的酶液在室温或较低温度下保藏，它的活力部分可以再生 例如：辣根过氧化物酶在70 ℃加热1小时后，在30 ℃下再生的酶活力可达到处理前的30-40%，而在50 ℃下不能再生，如再降低到40 ℃时，酶活力又开始提高2019/3/6,14,,4.2. 过氧化物酶冷冻增活效应 果蔬热烫后，有多少残余活力或再生活力被允许留在被保藏的产品中，残余酶活力在冰冻保藏后，质量比酶完全失活时要高2019/3/6,15,,4.3. 非脂肪氧合酶作用 在热失活中过氧化物酶分子聚集成寡聚体，分子量增加一倍，这个过程包括酶分子展开和展开的酶分子进一步堆积，血红素基暴露，增加了血红素蛋白非酶催化脂肪氧化的能力，导致不良风味的产生，这一过程非脂肪氧合酶作用（热烫钝化）2019/3/6,16,5 影响过氧化物酶热失活的因素,5.1. 不同来源的POD具有不同的耐热性。

一般来说，植物的过氧化物酶活力越高，它的耐热性也越高 比如马铃薯和花菜匀浆中的过氧化物酶在95℃加热10min就完全而不可逆地失活 而甘蓝中的过氧化物酶在120℃加热10min仍然有0.3%活力保存下来2019/3/6,17,,5.2. 低水分含量，POD耐热性增加： 例如：水分含量低于40%时，谷类中过氧化物酶的热稳定性与水分含量成反比 对于加工脱水果蔬有重要参考价值2019/3/6,18,,5.3. 外加因素：降低pH，增加NaCl浓度 以辣根中过氧化物酶为例，加入羟高铁血红素能降低酶的热失活速度(pH 7.0、76℃) 而升高温度能提高酶的热失活速度 在pH7时酶热失活的速度最低，在pH 4.0和pH10时酶热失活的速度分别提高到8倍和2倍 酶失活的初速度正比于NaCl的浓度(pH7.0、NaCl浓度低于0.6mo1／L)， 糖能提高苹果和梨中过氧化物酶的热稳定性2019/3/6,19,,5.4. 加热方式：pH确定，T确定，T变长，导致酶失活后可能性变大，HTST易导致酶再生2019/3/6,20,,5.5. 结合处理： 微波和离子照射能降低在热烫过程中使酶失活所需的热处理强度。

马铃薯过氧化物酶的微波处理完全失活所需的时间,2019/3/6,21,辐射处理,在采用结合处理时，先使用辐射处理，再使用热处理辐射时酶分子的聚集和单体的改性而使酶的热稳定性显著降低，且不会出现活力再生（辐射诱导水产生自由基二次进攻的结果）2019/3/6,22,6 化学试剂对过氧化氢酶的影响,6.1. 使POD失活的作用方式： 与酶结合失活 作用于底物或产物,2019/3/6,23,,6.2. 化学试剂种类 2.1 SO2和亚硫酸盐：SO2的作用仅仅是破坏H2O2 SO2+ H2O 2→H2O+SO3 0.1%-0.15%的焦亚硫酸盐能防止豌豆产生不良风味,2019/3/6,24,6.2.2 氰化物、叠氰化物和氟复合物：能与血红素结合，为可逆抑制 6.2.3 表面活性化合物：如单甘脂，卵磷脂等，显著失活 6.2.4 高分子物质： 如果胶在pH5.5时，使POD显著失活；pH低，使POD完全失活果胶的存在还能使POD最适pH从5.5移动至8.0，大多数果胶pH在酸性范围这在食品加工中很重要2019/3/6,25,二、 多酚氧化酶,多酚氧化酶（邻－二酚：氧 氧化还原酶；E1,10,3,1）在植物界乃至动物界分布广泛，由于其检测方便，是被最早研究的几类酶之一。

2019/3/6,26,引起食品酶促褐变的主要酶类,果蔬食品在加工及贮藏过程中存在褐变反应，而褐变的原因有非酶性的和酶性的，多酚氧化酶是引起食品酶促褐变的主要酶类，因此研究多酚氧化酶的特性对制定食品的加工与保藏工艺有非常重要的意义2019/3/6,27,有害：新鲜、冷冻、干制和罐藏产品的褐变 有利：红茶生产，苹果浓缩汁除涩 三要素：底物、O2、酶,2019/3/6,28,1多酚氧化酶在自然界的分布,（1）广泛存在于自然界，植物、微生物及动物器官植物品种不同，含量变化很大果蔬中以橄榄含量最高 （2）PPO在植物细胞中分布取决于品种和年龄，果蔬而言还取决成熟度，如线粒体，叶绿体 （3）PPO在果蔬的不同部分含量存在很大差异大多数水果中PPO以结合状态存在葡萄皮中PPO活力高，葡萄成熟时PPO活力下降幅度最大2019/3/6,29,2多酚氧化酶催化的反应及其作用底物,2.1.催化反应：两类反应都需要有分子氧参加 (1) 一元酚羟基化： (2) 邻－二酚氧化，生成邻－醌2019/3/6,30,,多酚氧化酶催化的氧化反应的最初产物邻－醌将继续变化 ①相互作用生成高分子量聚合物 ②与氨基酸或蛋白质作用生成高分子络合物。

③氧化那些氧化－还原电位较低的化合物，生成无色化合物 其中①②导致褐色素的生成，反应③的产物是无色的2019/3/6,31,2.2.作用底物,①儿茶素 ②3,4－二羟基肉桂酸酯 ③3,4－二羟基苯丙氨酸 ④ 酪氨酸,2019/3/6,32,3 多酚氧化酶抑制效应,酶促褐变三因素：酶，底物，O2 （1）对酶的抑制： PPO以铜为辅基的金属蛋白，金属螯合物，如抗坏血酸、柠檬酸、EDTA、果胶、氰化物2019/3/6,33,（2）与酶催化生成的反应产物作用,① 同邻－二酚氧化产物醌作用的还原剂，如抗坏血酸、SO2、偏重亚硫酸盐 ② 醌偶合剂：与醌作用，生成稳定的无色化合物，如半胱氨酸、谷胱甘肽、SO2、偏重亚硫酸盐2019/3/6,34,（3）清除酶作用的底物,与酚类底物作用的化合物： PVPP（聚乙烯吡咯烷酮）与酚强烈缔合，消去底物 隔氧 （4） 热烫处理（灭酶）,2019/3/6,35,4光照强度与多酚氧化酶活性,多酚氧化酶属于植物体内的末端氧化酶系统，光照明显促进了此酶的活性 不同光照条件下海带体内酚类化合物含量的结果表明，在0－1200 Lx(勒克斯)间，PPO随光照强度增加而呈上升趋势。

在对玫瑰组织培养的研究中，采用不同的遮光处理(对照、单层膜、双层膜)，其结果也同样证明在一定的光照强度变化幅度内，PPO活性和接种后的褐变率均随光强增加而上升另外在茶叶研究中也有与此相一致的报道2019/3/6,36,三、 脂肪氧合酶（lipoxygenase, LOX）,脂肪氧合酶（亚油酸：氧 氧化还原酶；EC 1.13.1.13）是近20年发现的与植物代谢有密切关系的一种酶，它属于氧化还原酶属的范畴，广泛存在于植物体中研究认为，它可能参与植物生长、发育、成熟、衰老的各个过程，特别是成熟衰老过程中自由基的产生以及乙烯的生物合成，都发现有脂氧合酶的参与因此脂肪氧合酶被认为是引起机体衰老的一类重要的酶2019/3/6,37,1 脂肪氧合酶催化的反应,图7-1脂肪氧合酶底物脂肪酸的部分结构,脂肪氧合酶的结构中含有非血红素铁，能专一催化含顺，顺－1，4－戊二烯的多不饱和脂肪酸及酯，通过分子加氢，形成具有共扼双键的氢过氧化衍生物2019/3/6,38,脂肪氧合酶对于它作用的底物具有特异性的要求，含有顺，顺－1，4－戊二烯的直链脂肪酸、脂肪酸酯和醇都有可能作为脂肪氧合酶的底物 最普通的底物是必需脂肪酸： 亚油酸 CH3（CH2）4CH＝CHCH2CH＝CH(CH2)7COOH 亚麻酸 CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH 花生四烯酸 CH3(CH2)4(CH=CH-CH2)4(CH2)2COOH,2019/3/6,39,顺，顺－1，4－戊二烯单位的亚甲基在ω－8位的脂肪酸异构体（亚油酸）是脂肪氧合酶的最佳底物。

脂肪氧合酶作用于亚油酸时，能产生亚油酸的13－L－和9－D－氢过氧化物衍生物2019/3/6,40,,2019/3/6,41,2 脂肪氧合酶作用的初期产物的进一步变化,如果将氢过氧化亚油酸看作为脂肪氧合酶的初期产物，那么它进一步变化的产物将十分复杂的，氢过氧化亚油酸变化的可能途径，它们包括： ①氢过氧化亚油酸的还原，过氧化物酶体系参与这类反应； ②酶催化氢过氧化亚油酸异构化成多羟基衍生物和酮： ③氢过氧化亚油酸的环氧化，这类反应发生在面粉－水悬浊液体系之中；,2019/3/6,42,④马铃薯中的酶催化氢过氧化亚油酸生成乙烯醚； ⑤在无氧条件下，脂肪氧合酶催化氢过氧化亚油酸和亚油酸发生二聚化反应，同时生成戊烷和氧代二烯酸等产物； ⑥氢过氧化亚油酸分解生成挥发性的醛和酮，是否有一种特殊的“裂解酶”参与这类反应还没有确定2019/3/6,43,氢过氧化亚油酸通过上述各种途径可以产生数以百计的不同产物，因此，同一种脂肪氧合酶能同时以合乎需要和不合乎需要的方式影响食品的质量，其中一些产物不会影响食品的感官质量，它们的生成，从某种意义上讲，通过竞争减少了另一些有损于食品感官质量的产物的生成 除了上述六种途径外，氢过氧。