內源酶對食品質量的影響及食品中加酶的作用

酶的作用對于食品質量的影響是非常重要的。實際上，沒有酶或許就沒有食品。對于任何一個生物體，酶參與了機體生長發育的每一個過程。食品原料的生長和成熟依賴于酶的作用，而在生物生長期間的環境條件影響著植物性食品原料的成分，其中也包括酶。
農產品的收獲、貯藏和加工條件也影響食品原料中各類酶催化的反應，產生兩類不同的結果，即可加快食品變質的速度，又可提高食品的質量。除了存在于食品原料的內源酶外，因微生物污染而引入的酶也參與催化食品原料中的反應。因此，控制酶的活力對于提高食品質量是至關重要的。本節將討論影響食品顏色、質地、風味和營養質量的酶。
7.5.1 對顏色的影響
食品被消費者接受程度的如何，首先取決于食品的顏色，這是因為食品的內在質量在一般情況下很難判斷。眾所周知，新鮮瘦肉的顏色必須是紅色的，而不是褐色或紫色的。這種紅色是由于其中的氧合肌紅蛋白所致。當氧合肌紅蛋白轉變成肌紅蛋白時瘦肉就呈紫色。當氧合肌紅蛋白和肌紅蛋白中的Fe2+被氧化成Fe3+時，生成高鐵肌紅蛋白時，瘦肉呈褐色。在肉中酶催化的反應與其他反應競爭氧，這些反應的化合物能改變肉組織的氧化——還原狀態和水分含量，因而影響肉的顏色。
綠色是許多新鮮蔬菜和水果的質量指標。有些水果當成熟時綠色減少而代之以紅色、桔色、黃色和黑色。隨著成熟度的提高，青刀豆和其他一些蔬菜中的葉綠素的含量下降。上述食品材料顏色的變化都與酶的作用有關。導致水果和蔬菜中色素變化的3個關鍵性的酶是脂肪氧合酶、葉綠素酶和多酚氧化酶。
7.5.1.1 脂肪氧合酶
脂肪氧合酶對于食品有6個方面的功能，它們中有的是有益的，有的是有害的。兩個有益的是：小麥粉和大豆粉中的漂白；在制作面團中形成二硫鍵。四個有害的是：破壞葉綠素和胡蘿卜素；產生氧化性的不良風味，它們具有特殊的青草味；使食品中的維生素和蛋白質類化合物遭受氧化性破壞；使食品中的必需脂肪酸，如亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸遭受氧化性破壞。這6個方面的功能都與脂肪氧合酶作用于不飽和脂肪酸時產生的自由基有關。
7.5.1.2 葉綠素酶
葉綠素酶存在于植物和含葉綠素的微生物。它水解葉綠素產生植醇和脫植醇基葉綠素；盡管將果蔬失去綠色歸之于這個反應，然而，由于脫植醇基葉綠素呈綠色，因此沒有證據支持該觀點。相反，有證據顯示脫植醇基葉綠素在保持綠色的穩定性上優于葉綠素。
7.5.1.3 多酚氧化酶
多酚氧化酶又稱為酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、兒茶酚氧化酶、甲酚酶和兒茶酚酶。它主要存在于植物、動物和一些微生物（主要是霉菌）中，它催化食品的褐變反應。
7.5.2 對風味的影響
對食品的風味作出貢獻的化合物不知其數，風味成分的分析也是有難度的。正確地鑒定哪些酶在食品風味物質的生物合成和不良風味物質的形成中起重要作用，同樣是非常困難的。
在食品保藏期間由于酶的作用會導致不良風味的形成。例如，有些食品材料，像青刀豆、豌豆、玉米、冬季花椰菜和花椰菜因熱燙處理的條件不適當，在隨后的保藏期間會形成顯著的不良風味。
在討論脂肪氧合酶對食品顏色的影響時也提到它能產生氧化性的不良風味。脂肪氧合酶的作用是青刀豆和玉米產生不良風味的主要原因，而胱氨酸裂解酶（cystinelyase）的作用是冬季花椰菜和花椰菜產生不良風味的主要原因。下面介紹幾種影響食品風味的酶。www.cnenzyme.com
7.5.2.1 硫代葡萄糖苷酶（glucosinolase）
在芥菜和辣根中存在著芥子苷（glucosinolates）。在這類硫代葡萄糖苷中，葡萄糖基與糖苷配基之間有一個硫原子，其中R為烯丙基、3-丁烯基、4-戊烯基、苯基或其他的有機基團，烯丙基芥子苷（allylglucosinolate）最為重要。硫代葡萄糖苷在天然存在的硫代葡萄糖苷酶作用下，導致糖苷配基的裂解和分子重排。生成的產物中異硫氰酸酯是含硫的揮發性化合物，它與蔥的風味有關。人們熟悉的芥子油即為異硫氰酸烯內酯，它是由烯丙基芥子苷經硫代葡萄糖苷酶的作用而產生的。
7.5.2. 2 過氧化物酶
過氧化物酶普遍地存在于植物和動物組織中。在植物的過氧化物酶中，對辣根的過氧化物酶（horseradish peroxidase doner ：hydrogen peroxideoxidoreductase EC 1.11.1.7）研究得最為徹底。如果不采取適當的措施使食品原料（例如蔬菜）中的過氧化物酶失活，那么在隨后的加工和保藏過程中，過氧化物酶的活力會損害食品的質量。未經熱燙的冷凍蔬菜所具有的不良風味被認為是與酶的活力有關，這些酶包括過氧化物酶、脂肪氧合酶、過氧化氫酶、α-氧化酶（α-oxidase）和十六烷酸一輔酶A脫氫酶。然而，從線性回歸分析未能發現上述酶中任何兩種酶活力之間的關系或任何一種酶活力與抗環血酸濃度之間的關系。
各種不同來源的過氧化物酶通常含有一個血色素（鐵卟啉Ⅸ）作為輔基。過氧化物酶催化下列反應
ROOH + AH2 → H2O + ROH + A
反應物中的過氧化物（ROOH）可以是過氧化氫或一種有機過氧化物，例如過氧化甲基（CH3OOH）或過氧化乙基（CH3CH2OOH）。在反應中過氧化物被還原，而一種電子給予體（AH2）被氧化。電子給予體可以是抗壞血酸、酚、胺或其他有機化合物。在過氧化物酶催化下，電子給予體被氧化成有色化合物，根據反應的這個特點可以設計分光光度法測定過氧化物酶的活力。
目前對過氧化物酶導致食品不良風味形成的機制還不十分清楚，Whitaker認為應采用導致食品不良風味形成的主要酶作為判斷食品熱處理是否充分的指標。例如，脂肪氧合酶被認為是導致青刀豆和玉米不良風味形成的主要酶，而胱氨酸裂解酶是導致冬花椰菜和花椰菜不良風味形成的主要酶。然而，由于過氧化物酶普遍存在于植物中，并且可以采用簡便的方法較準確地測定它的活力，尤其是熱處理后果蔬中殘存的過氧化物酶的活力，因此它仍然廣泛地被采用為果蔬熱處理是否充分的指標。
過氧化物酶在生物原料中的作用可能還包括下列幾方面：①作為過氧化氫的去除劑；②參與木質素的生物合成；③參與乙烯的生物合成；④作為成熟的促進劑。雖然上述酶的作用如何影響食品質量還不十分清楚，但是過氧化物酶活力的變化與一些果蔬的成熟和衰老有關已經得到證實。
從前面的討論中可以看出，食品原料中的一些內源酶的作用除了影響食品的風味外，同時還影響食品的其他質量，例如脂肪氧合酶的作用就同時影響食品的顏色、風味、質構和營養質量。在一些情況下幾種酶的協同作用對食品的風味會產生顯著的影響。
7.5.3 對質地的影響
質地是決定食品質量的一個非常重要的指標。水果和蔬菜的質地主要取決于所含有的一些復雜的碳水化合物：果膠物質、纖維素、半纖維素、淀粉和木質素。自然界存在著能作用于這些碳水化合物的酶，酶的作用顯然會影響果蔬的質地。對于動物組織和高蛋白質植物性食品，蛋白酶作用會導致質地的軟化。
7.5.3.1 果膠酶（見7.5.5.1水解酶類⑧）
7.5.3.2 纖維素酶
水果和蔬菜中含有少量纖維素，它們的存在影響著細胞的結構。纖維素酶是否在植物性食品原料（例如青刀豆）軟化過程中起著重要作用仍然有著爭議。在微生物纖維素酶方面已做了很多的研究工作，這顯然是由于它在轉化不溶性纖維素成葡萄糖方面潛在的重要性。
7.5.3.3 戊聚糖酶
半纖維素是木糖、阿拉伯糖或木糖和阿拉伯糖（還含有少量其他的戊糖和己糖）的聚合物，它存在于高等植物中。戊聚糖酶存在于微生物和一些高等植物中，它水解木聚糖、阿拉伯聚糖和阿拉伯木聚糖，產生相對分子質量較低的化合物。
小麥中存在著濃度很低的戊聚糖酶，然而對它的性質了解甚少。目前在微生物戊聚糖酶方面做了較多的研究工作，已能提供商品微生物戊聚糖酶制劑。
7.5.3.4 淀粉酶
水解淀粉的淀粉酶存在于動物、高等植物和微生物中。因此，在一些食品原料的成熟、保藏和加工過程中淀粉被降解就不足為奇了。由于淀粉是決定食品的粘度和質構的一個主要成分，因此，在食品保藏和加工期間它的水解是一個重要的變化。淀粉酶包括3個主要類型：α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。
α-淀粉酶存在于所有的生物，它從淀粉（直鏈和支鏈淀粉）、糖原和環糊精分子的內部水解α-1，4-糖苷鍵，水解產物中異頭碳的構型保持不變。由于α-淀粉酶是內切酶，因此它的作用能顯著地影響含淀粉食品的粘度，這些食品包括布丁和奶油醬等。唾液和胰α-淀粉酶對于消化食品中的淀粉是非常重要的。一些微生物含有高濃度的α-淀粉酶。一些微生物α-淀粉酶在高溫下才會失活，它們對于以淀粉為基料的食品的穩定性會產生不良的影響。
β-淀粉酶存在于高等植物，它從淀粉分子的非還原性末端水解α-1，4-糖苷鍵，產生β-麥芽糖。由于β-淀粉酶是端解酶，因此僅當淀粉中許多糖苷鍵被水解時，淀粉糊的粘度才會發生顯著的改變。β-淀粉酶作用于支鏈淀粉時不能越過所遭遇的第一個α-1，6-糖苷鍵，而作用于直鏈淀粉時能將它完全水解。如果直鏈淀粉分子含偶數葡萄糖基，產物中都是麥芽糖；如果淀粉分子含奇數葡萄糖基，產物中除麥芽糖外，還含有葡萄糖。因此β-淀粉酶單獨作用于支鏈淀粉時，它被水解的程度是有限的。聚合度10左右的麥芽糖漿在食品工業中是一種很重要的配料。人體中的淀粉酶是一種巰基酶，它能被許多巰基試劑抑制。在麥芽中，β-淀粉酶常通過二硫鍵以共價方式連接至其他巰基上；因此，用一種巰基化合物（例如半胱氨酸）處理麥芽能提高它所含的β-淀粉酶的活力。
7.5.3.5 蛋白酶
對于動物性食品原料，決定其質構的生物大分子主要是蛋白質。蛋白質在天然存在的蛋白酶作用下所產生的結構上的改變會導致這些食品原料質構上的變化；如果這些變化是適度的，食品會具有理想的質構。
（1）組織蛋白酶（cathepsins） 組織蛋白酶存在于動物組織的細胞內，在酸性pH具有活性。這類酶位于細胞的溶菌體內，它們區別于由細胞分泌出來的蛋白酶（胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶），已經發現五種組織蛋白酶，它們分別用字母A、B、C、D和E表示。此外，還分離出一種組織羧肽酶（Catheptic carboxypeptidase）。
組織蛋白酶參與了肉成熟期間的變化。當動物組織的pH在宰后下降時，這些酶從肌肉細胞的溶菌體粒子中釋放出來。據推測，這些蛋白酶透過組織，導致肌肉細胞中的肌原纖維以及胞外結締組織例如膠原分解；它們在pH 2.5~4.5范圍內具有最高的活力。
（2）鈣活化中性蛋白酶（calsium-activated neutral proteinases CANPs） 鈣化中性蛋白酶或許是已被鑒定的最重要的蛋白酶。已經證實存在著兩種鈣活化中性蛋白酶，即CANPⅠ和CANPⅡ，它們都是二聚體。兩種酶含有相同的較小的亞基，相對分子質量約為30 000，及都含有不同的較大的亞基，相對分子質量約為80 000，在免疫特性方面有所不同，它們在結構上相符的程度約50％。盡管鈣離子對于酶的作用是必需的，然而酶的活性部位中含有半胱氨酸殘基的巰基，因此它歸屬于半胱氨酸（巰基）蛋白酶。
50~100 pmol／L Ca2+可使純的CANPI完全激活，而CANPⅡ的激活需要1~2 mmol／L Ca2+，在CANPI被完全激活的條件下，CANPⅡ實際上是處在失活的狀態。肌肉CANP以低濃度存在，它在pH低至約6時還具有作用。肌肉CANP可能通過分裂特定的肌原纖維蛋白質而影響肉的嫩化。這些酶很有可能是在宰后的肌肉組織中被激活，它們可能在肌肉改變成肉的過程中同溶菌體蛋白酶協同作用。
與其他組織相比，肌肉組織中蛋白酶的活力是很低的，兔的心臟、肺、肝和胃組織蛋白酶活力分別是腰肌的13、60、64和76倍。正是由于肌肉組織中的低蛋白酶活力才會導致成熟期間死后僵直體肌肉以緩慢地有節制和有控制的方式松弛，這樣產生的肉具有良好的質構。如果在成熟期間肌肉中存在激烈的蛋白酶作用，那么不可能產生理想的肉的質構。
（3）乳蛋白酶 牛乳中主要的蛋白酶是一種堿性絲氨酸蛋白酶，它的專一性類似于胰蛋白酶。此酶水解β-酪蛋白產生疏水性更強的γ-酪蛋白，也能水解αs-酪蛋白．但不能水解κ-酷蛋白。在奶酪成熟過程中乳蛋白酶參與蛋白質的水解作用。由于乳蛋白酶對熱較穩定，因此，它的作用對于經超高溫處理的乳的凝膠作用也有貢獻。乳蛋白酶將β-酪蛋白轉變成γ-酪蛋白這一過程對于各種食品中乳蛋白質的物理性質有著重要的影響。
在牛乳中還存在著一種最適pH在4左右的酸性蛋白酶；然而，此酶較易熱失活。
7.5.4 對營養價值的影響
有關酶對食品營養質量的影響的研究結果的報道相對來說較少見。前面已提及的脂肪氧合酶氧化不飽和脂肪酸確實會導致食品中亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸這些必需脂肪酸含量的下降。脂肪氧合酶催化多不飽和脂肪酸氧化過程中產生的自由基能降低類胡蘿卜素（維生素A的前體）、生育酚（維生素E）、維生素C和葉酸在食品中的含量。自由基也會破壞蛋白質中半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和組氨酸殘基。在一些蔬菜中抗壞血酸氧化酶會導致抗壞血酸的破壞。硫胺素酶會破壞硫胺素，后者是氨基酸代謝中必需的輔助因子。存在于一些維生素中的核黃素水解酶能降解核黃素。多酚氧化酶引起褐變的同時也降低了蛋白質中有效的賴氨酸量。