2 请简述酶的辅助因子分类及在酶促反应中的应用。

酶的辅助因子包括：金属离子和辅酶，辅酶又分为辅基和辅底物。金属离子和酶结合，形成金属酶，例如，细胞内含量最多的K+能激活许多酶，就是通过和酶结合，从而引起酶分子构象变化，使之变为更有活性的形式。辅酶是有机化合物，往往是维生素或维生素的衍生物。在没有酶存在的情况下，它们也能起到催化剂的作用。与酶结合紧密的称为辅基，而结合较为疏松的称为辅底物。常见的辅酶有：辅酶Ⅰ(NAD+)、辅酶Ⅱ(NADP+),是由维生素烟酰胺或烟酸衍生而成，与酶结合疏松;FMN和FAD是氧化/还原反应的辅基;还有参与磷酸转移反应的辅酶ADP;参与共价催化作用的TPP等。

3 请简述酶作为催化剂的特点。

酶与其他催化剂相比具有显著的特性：高催化效率、高专一性和酶活的可调节性。但酶比其他一般催化剂更加脆弱，容易失活，凡使蛋白质变性的因素都能使酶破坏而完全失去活性。在生命体中酶活性是受多方面调控的，如酶浓度的调节，激素的调节，共价修饰调节，抑制剂和激活剂的调节，反馈调节，异构调节，金属离子和其他小分子化合物的调节等。

4 影响酶催化反应的因素。

影响酶催化反应的因素：

①底物浓度的影响：随着底物浓度的增加，酶促反应按照一级反应、混合级反应和零级反应变化。

②pH对酶促反应的影响：每种酶都有一最适pH值范围，食品中酶的最适pH5.5~7.5。

③水分活度对酶活力的影响：水分活度较低时，酶活性被抑制，只有酶的水合作用达到一定程度时才显示出活性。

④温度对酶反应速率的影响：温度与酶反应速率的关系呈钟形曲线，每一种酶有一最适温度范围。

⑤酶浓度对反应速率的影响：在pH、温度和底物浓度一定时，每催化反应速率正比于酶的浓度。

⑥激活剂对酶反应速率的影响：无机离子对酶的构象稳定、底物与酶的结合等有影响;中等大小的有机分子使酶中二硫键还原成硫氢基;具有蛋白质性质的大分子物质起到酶原激活的作用。

⑦抑制剂对酶催化反应速率的影响：酶抑制剂与酶结合后，使酶活力下降，但并不引起酶蛋白变性。

⑧其他因素的影响：高电场脉冲及超高压-适温技术影响酶的活性。

5 pH对酶催化活性影响的主要原因。

①远离酶的最适pH的酸碱环境将影响酶的构象，甚至使酶变性或失活。

②偏离酶的最适pH的酸碱环境酶虽然不变性，但由于改变了酶的活性位点上产生的静电荷数量，从而影响酶活力。

③pH影响酶分子中其他基团的解离。

6 酶的可逆抑制作用与不可逆抑制作用的区别。

不可逆抑制剂和可逆抑制剂的作用机理不同：在不可逆抑制作用中，抑制剂与酶的活性中心发生化学反应，抑制剂共价地连接在酶分子的必需基团上，形成不解离的EI复合物，阻碍了底物的结合或破坏了酶的催化基团，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性。可逆抑制作用是指抑制剂与酶蛋白的结合是可逆的，可用透析或凝胶法除去抑制剂而恢复酶活性。在可逆抑制剂与游离状态的酶之间仅在几毫秒内就能建立一个动态平衡，因此可逆抑制反应非常迅速。

7 请列举常见的水解酶及简述其应用(两种即可)。

水解酶类是食品工业中采用较多的酶之一，利用食品原料中原有的水解酶，或添加水解酶，是食品工业常用的有效方法。

①蛋白酶：食品工业中使用的蛋白水解酶的混合物主要是肽链内切酶，这些酶来源广泛。主要包括木瓜蛋白酶、波萝蛋白酶、无花果蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、凝乳酶等。在生产焙烤食品时往往向小麦面粉中加入蛋白酶以改变生面团的流变学性质，从而改变制成品的硬度。蛋白酶在生面团处理过程中，硬的面筋部分水解后成为软的面筋，蛋白酶可促进面筋的软化，增强延伸性，减少揉面时间与动力，改善发酵效果。

②淀粉酶：细菌或酵母能产生淀粉酶，在麦芽制品中也含有淀粉酶。生产啤酒时在麦芽汁中加入α-淀粉酶能加速淀粉的降解。此外，利用淀粉酶能够改善或控制面粉的处理品质和产品质量。

8 固定化酶的评价指标及性质。

固定化酶的评价指标：①固定化酶的活力回收是指固定化后的固定化酶所显示的活力占被固定的等当量游离酶总活力的百分数。②固定化酶的偶联率是指固定化后的固定化酶的蛋白质活力占加入蛋白质的活力的百分率。③固定化酶的半衰期指固定化酶活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间。

固定化酶的性质：①固定化酶活力大多数情况下比天然酶小，其专一性也可能发生变化;而往往固定化酶的稳定性要较天然酶强。②固定化酶的最适条件发生变化，一般要比固定以前提高。③固定化酶的米氏常数发生变化，大多数固定化酶要高于游离酶。

9 请简述淀粉酶的作用机制及在食品工业中的应用?

淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶三种主要类型。

(1)α-淀粉酶：水解淀粉、糖原和环状糊精分子内的α-1，4-糖苷键，水解物中异头碳的α-构型保持不变。它对食品的主要影响是降低黏度，也影响其稳定稳定性，如布丁和奶油沙司。

(2)β-淀粉酶：从淀粉的非还原末端水解α-1，4-糖苷键，生成β-麦芽糖。它能够完全水解直链淀粉为β-麦芽糖，有限水解支链淀粉，应用在酿造工业中。

(3)葡萄糖淀粉酶：从淀粉的非还原末端水解α-1，4-糖苷键生成葡萄糖。它在食品和酿造工业上应用广泛，如生产果葡糖浆。

10 举例说明酶的分类。

酶通常由几百个氨基酸组成，相对分子量一般在104~106。酶中的蛋白质有的是简单蛋白，有的是结合蛋白，后者为酶蛋白与辅助因子结合后形成的复合物。根据酶蛋白分子的特点可分为：单体酶，只有一条具有活性部位的多肽链，相对分子质量为13~35K，例如溶菌酶、胰蛋白酶等。寡聚酶，由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽链，相对分子量为35K至几百万，例如3-磷酸甘油醛脱氢酶等。多酶体系，是由几种酶彼此嵌合形成的复合体，相对分子量一般在几百万以上，例如脂肪酸合成酶复合体。

五、论述题

1 试述谷氨酰胺转氨酶的催化机制及在食品工业中的应用?

谷氨酰胺转氨酶可以催化蛋白质分子内的交联、分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺基团的水解。在谷氨酰胺转氨酶的作用过程中，以γ-羧酸酰氨基作为酰基供体，而其酰基受体有伯氨基、多肽链中赖氨酸残基的ε-氨基和水。

食品工业中的应用：

(1)改善蛋白质凝胶的特性：由于引入了新的共价键，蛋白质分子内或分子间的网络结构增强，会使通常条件下不能形成凝胶的乳蛋白形成凝胶，或使蛋白质凝胶性能发生改变。如，利用盐和谷氨酰胺转氨酶可改善鱼香肠的质构。

(2)提高蛋白质的乳化稳定性：β-酪蛋白经谷氨酰胺转氨酶作用后β-酪蛋白可形成二聚物、三聚物或多聚物，所形成的乳化体系的稳定性明显提高。

(3)提高蛋白质的热稳定性：在奶粉生产中，加入谷氨酰胺转氨酶。酪蛋白经谷氨酰胺转氨酶催化形成网络结构后，其玻璃化温度可明显提高。经谷氨酰胺转氨酶催化交联的乳球蛋白也表现出较高的热稳定性。

(4)提高蛋白质的营养价值：通过谷氨酰胺转氨酶作用所形成的富赖氨酸蛋白质比直接添加的游离赖氨酸，不仅可提高赖氨酸的稳定性，还可避免游离赖氨酸更易发生的美拉德反应。

2 酶在食品加工及保鲜中的作用，并以某种酶为例详细论述。

酶对于食品的质量有着非常重要的作用，目前已有几十种酶成功地在食品工业中应用，例如，酒的生产、果蔬加工、食品保鲜及改善食品品质和风味等方面的应用。应用的酶制剂主要有：糖化酶、蛋白酶、果胶酶、葡萄糖异构酶、脂肪酶、纤维素酶等，这些酶主要来自于可食的或无毒的植物、动物，以及非致病、非产毒的微生物。

以葡萄糖氧化酶为例进行说明：

该酶催化葡萄糖通过消耗空气中的氧而氧化，因此，该酶可用来除去葡萄糖或氧气。实际应用中，用葡萄糖氧化酶去除蛋奶粉生产过程中的葡萄糖可以避免美拉德反应的发生。同样，葡萄糖氧化酶用于肉和蛋白质有助于金黄色泽的产生。另外，该酶的氧化可以防止氧化反应过程导致的香气变差，从而延长桔橘类果汁、啤酒和葡萄酒的货架期。还有，此酶的最大作用是可除去食品保鲜及包装中的氧气，如在啤酒加工过程中加入此酶可以除去啤酒中的溶解氧和瓶颈氧，阻止啤酒氧化变质。

3 论述蛋白酶在食品工业中的应用现状，举例详加说明。

食品工业中使用的蛋白水解酶的混合物主要是肽链内切酶，这些酶的来源有动物器官、高等植物或微生物。在食品加工中应用的蛋白酶主要有中性和酸性蛋白酶，这些酶包括木瓜蛋白酶、波萝蛋白酶、无花果蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、凝乳酶、枯草杆菌蛋白酶等，蛋白酶催化蛋白质水解后生成小肽和氨基酸，有利于人体消化和吸收。例如凝乳酶可导致酪蛋白凝块的形成。凝乳酶不含其他不需宜蛋白酶，特别适合干酪的制造。又如，木瓜蛋白酶能分解肌肉结缔组织的胶原蛋白，可用于催熟及肉的嫩化;木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或霉菌酸性蛋白酶水解蛋白，防止啤酒浑浊，延长啤酒的货价期。

4 论述酶与食品色泽的关系。

任何食品都具有代表自身特色和本质的色泽，多种原因乃至环境条件的改变，即可导致颜色的变化，其中酶是一个敏感的因素。食品颜色的改变往往与食品的内源酶有关：脂肪氧化酶、叶绿素酶、多酚氧化酶。

(1)脂肪氧化酶：对食品影响，有些是需宜的，有些是不需宜的。如用于小麦粉和大豆粉的漂白，制作面团时在面筋中形成二硫键等作用是需宜的。然而，脂肪氧化酶还可能破坏叶绿素和胡萝卜素，从而使色素降解而发生褪色。

(2)叶绿素酶：存在于植物和含有叶绿素的微生物中。它能催化叶绿素脱镁和叶绿素脱植醇，分别生成脱植基叶绿素和脱镁脱植基叶绿素。在蔬菜中的最适反应温度为60～82.2℃，因此，在加工处理过程中，极易使酶活增强，发生反应，影响食品的品质。

(3)多酚氧化酶：主要存在于植物、动物和一些微生物中，它可催化两类完全不同的反应。一类是羟基化反应，即形成不稳定的邻-苯醌类化合物，再进一步通过非酶催化的氧化反应，聚合成为黑色素，导致香蕉、苹果、桃、马铃薯等非需宜的褐变。另一类是氧化反应，同样可引起食品的褐变。据统计，热带水果50%以上的损失是由于食品的酶促褐变引起的。

因此，在食品加工、包装及运输的过程中，应注意此三类酶的作用，尽量采取措施，防止由于食品色泽的变化而造成的不必要的损失。

5 论述固定化酶与游离酶的优缺点，说明固定化酶在食品工业中的应用情况。

固定化酶是指一定空间内呈闭锁状态的酶，能连续进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。

与游离酶相比，固定化酶具有优点：①酶的稳定性得到改进。②具有专一选择性③酶可以再生利用。④连续化操作可以实现。⑤反应所需空间小。⑥反应的最优化控制成为可能。⑦可得到高纯度、高质量的产品。⑧资源方便，减少污染。

缺点：①固定化时酶的活力有损失。②增加了生产成本，工厂初始投资大。③只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物。④不适于多酶反应。

由上可见，固定化酶还是具有非常独特的特点的，因此愈加应用广泛。例如将葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶固定在柱状反应器上，对淀粉进行水解和异构化催化反应，是十分有利的，可以避免淀粉颗粒由于加热而破坏等。虽然固定化酶在食品、医药、化工和生物传感器制造都有成功的应用实例，但真正投入工业化应用的固定化酶并不多，原因是使用的试剂和载体成本高、固定化效率低、稳定性差、连续使用的设备比较复杂，因此真正用于食品加工中的固定化酶很少，而在食品分析中应用较多。

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