食品百科

6.5 食品内源酶和内源酶的控制

最近更新:2023-03-31

本章的其余部分将讨论食品内源酶的特性及其控制,这是食品科学家遇到的一个持久挑战。本章旨在帮助理解组织中酶的性质和分布、它们作用的复杂性和相互作用,以及如何通过物理或化学方法根据需要强化或弱化内源酶的作用。本章不讨论复杂的、相互关联的生物化学过程,例如成熟、采后和宰后的代谢过程、遗传调控等。 6.5.1 细胞和组织的作用 对与食品质量和加工过程相关的酶的研究通常是对酶进行了纯化或部分纯化后进行的,以便能够了解酶的内在性质和特征。体外研究时,酶浓度一般为10-7~10-12mol/L。可以作一简单快速的推算。假如食品中含有1000种平均分子质量为100kμ的蛋白质,蛋白质的质量分数为10%,则使任一蛋白质的平均浓度为10-6mol/L[113]。当然,一些蛋白质的丰度较大,而另外一些的丰度较小,不同蛋白质的浓度范围会有±3个数量级的波动,即通常为10-3~10-9mol/L。因此,在食品和生物基质中的酶的平均浓度比用于研究它们性质的模拟体系中的浓度高出几个数量级。表6.11所示为一些不同来源食物中浓度较高的酶。表中的数据不能用来说明由于酶在细胞内部区域化分布而导致的局部高浓度(高出平均值一个或多个数量级)。非组织化的食品如鸡蛋和牛奶也表现出结构上的非均一性,在不同相中分布或富集内源性组分。

表6.11 食物和组织中含量较高的酶

来源 含量水平 浓度/(mmol/L) 说明
甘油醛-3- 磷酸-脱氢酶 肌肉 (肉) 大于湿重的1% 0.34 相关代谢酶系:醛缩酶0.15mmol/L、乳 酸脱氢酶0.11mmol/L、多酶复合体
过氧化物酶 辣根 蛋白质含量的20% 0.2 有多种同工酶,存在于细胞质和质体中
酯酰水解酶 马铃薯块茎 约蛋白质 含量的30% 0.2 贮藏蛋白,位于液胞外膜,富含于块茎 芽苞基端
蒜氨酸酶 洋葱鳞茎 约蛋白质 含量的6% 0.02 洋葱液泡
蒜头 约蛋白质 含量的10% 0.2 富含于大蒜束鞘
胰酶(消化性 蛋白酶混合物) 胰腺 约0.04g/g干重 约1.0 总蛋白酶 以酶原和活性酶形式存在的胰蛋白酶、 胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶

酶在细胞内的隔离分布和体内的浓缩从几个方面影响它们的性质。酶的性质与浓度有关,特别是那些稀释时会发生解离的寡聚酶,稀释时与寡聚酶(变构酶)相关的动力学性质将减弱。尽管理论上,像Km等常数与酶浓度无关,但是当酶浓度改变时,酶和底物之间的动力学关系也会随之改变。肌肉中的磷酸果糖激酶(在宰后肌肉转化为肉的过程中会影响糖酵解速率)是一个典型的例子[图6.40(1)][9,83]。磷酸果糖激酶的生理水平浓度为500μg/mL(约10-6mol/L),S0.5为0.5mmol/L。当酶浓度为5μg/mL(约10-8mol/L)时,S0.5几乎增加了10倍,达6.4mmol/L。同时,在低酶浓度时,在存在激活剂果糖-2,6-二磷酸的情况下,ATP(一种共底物)对它具有更强的抑制作用(KI为1.2mmol/L),而在生理水平时KI为10mmol/L,ATP的抑制作用小得多。另一种原位效应是其它组分也会起到调控酶活性的作用。在有果糖二磷酸酶存在时,果糖磷酸激酶动力学双曲线上的S0.5为2.9mmol/L。单独存在时,呈现出变构动力学特征,S0.5升高至9.2mmol/L[图6.40 (2)]。因此,通过结构或代谢效应,果糖二磷酸酶在肌肉中可以原位“激活”果糖磷酸激酶。

图6.40 原位(in situ)刺激对酶功能的影响 (1)磷酸果糖激酶 (2)存在和不存在果糖二磷酸酶(FBPase)时的磷酸果糖激酶 资料来源:Bär, J.,et al.(1990).Biochem.Biophys.Res.Comm.167:1214-1220 andOvádi,J.,et al.(1986).Biochem.Biophys.Res.Comm.135:852-856

另一个影响酶在原位活力的因素是酶、底物、辅助因子的相对含量,其中后两者在多酶中可能会成为竞争对象。例如,糖酵解中间代谢物的浓度为20~540μmol/L,糖酵解酶的浓度为32~1400μmol/L[121]。因此,可用于主要代谢途径和次生代谢途径反应的底物浓度可能不足。在生物体系中,NAD+/NADH的稳态浓度约为540/50μmol/L,许多氧化还原酶对这些共底物的竞争和相对的Km值通常决定哪些酶有活性和哪些酶没有活性(实际上不含有NAD+/NADH)。相反,在体外研究酶活性时常常使用过量的共底物和10-6~10-2mol/L的底物浓度。 现在,我们已经很清楚,区域化分布是食品和生物体系中控制酶作用的关键要素。然而,区域化不只是指通过膜结构、存在于细胞器或通过其它物理障碍的简单隔离。酶还可以通过与其它蛋白质、膜或多糖结合来实现与其它酶或底物的分离。在细胞中,酶可以通过相互作用和相互结合来实现共隔离,这种结合可以通过将它们与细胞中细胞质或扩散代谢池分开,在代谢通路中实现底物和中间产物向终产物的转化。酶也可以通过其它因素实现功能性隔离。这种例子不少,例如局部的pH或离子强度(或梯度)不合适、可逆抑制剂存在、激活剂或辅助因子缺乏、或需要水解作用来激活酶原等。 在一些情况下,破坏食品中酶的隔离分布状态是很容易的。组织捣碎就是其中一种简单的方式。这样做有时会提高食品的品质(例如产生风味),有时会降低食品的品质(例如酶促褐变),这取决于特定的食品材料、特定的质量要求和特定的反应。例如,脂肪氧化酶作用于脂肪,或产生哈喇味,或产生愉快的风味;酶促褐变在茶叶的化学“发酵”中是期望的,但在新切的水果和蔬菜中是不期望的。 6.5.2 影响食品色泽的酶 6.5.2.1 酚氧化酶[119,130,137] 酶促褐变是由酚酶、酚氧化酶、多酚氧化酶、儿茶酚酶、甲酚酶、酪氨酸酶等酶催化的反应引起的。这些酶广泛存在于微生物、植物和动物(包括人类)中。人类皮肤色素的沉淀与该酶有关。这些酶具有相同的Ⅲ型(氧合偶联)双核铜离子活性部位结构,可以催化如下两个反应或后一个反应。

第一个反应为羟基化反应,催化反应的酶称为单酚单(加)氧酶。第二个反应为氧化反应,催化反应的酶称为1,2-苯二酚:氧氧化还原酶(EC 1.10.3.1)。前一个反应是甲酚酶活力的基础。对-甲酚通常作为单酚的代表,经常用作单酚羟基化反应的底物(形成的产物会进一步氧化)。儿茶酚是1,2-苯二酚(邻-苯二酚)的俗名。因此,分别用甲酚酶和儿茶酚酶活性来表示羟基化和二酚氧化两个步骤。酪氨酸酶一词用来表示能同时具有催化羟基化和二酚氧化反应活性的酶。酪氨酸酶的名称源自一种常见的富含此酶的蘑菇(双孢蘑菇),该酶作用于内源性底物酪氨酸。酶反应并不直接生成褐色产物,但是酶反应生成的邻-苯醌会通过化学缩合反应(可能有胺和蛋白质参与),形成各种不同的多聚共轭产物——黑色素,通常呈现红褐色。 每个双核铜离子都紧密地结合在三个HIS残基上(甜马铃薯儿茶酚酶为HIS88、109、118和HIS240、244、274),而且这个特征在酚氧化酶和相关双核铜离子酶中是高度保守的[38,119]。高等植物的酚氧化酶通常为单体酶或由相同亚基构成的寡聚酶(亚基相对分子质量为30 ~45kμ)。酪氨酸酶通常是糖基化的,并存在多种异构体,对底物有不同的选择性。酪氨酸酶的作用机制包括2e步骤的氧化还原反应(图6.41)[38,119]。组织中酶的存在形式为约85%的MET(Cu2+-Cu2+-OH)和10%~15%的OXY(Cu2+-Cu2+-O2-2)。酶的任何形式都可以轻易地催化二酚的氧化,快速完成图6.41所示的循环,但通常以MET的形式分离出来。在一个完整的循环中,1mol O2和来自于底物的4e用于生成1mol H2O。在DEOXY形式酶循环的开始阶段,O2在二酚之前与酶结合,形成过氧桥(OXY形式),从Cu+-Cu+接受2e。 羟基化反应常常表现出一个迟滞期。原因是该反应要求较少的OXY形式的酶,而且底物苯环上的取代基会对酶在底物苯环邻位上的羟基化产生空间位阻作用,降低酶的作用[119]。羟基化过程见图6.41的内循环,每个循环消耗1mol O2,生成1mol H2O。单酚可以在一个催化中先发生羟基化反应,接着发生氧化反应。二酚是作用于单酚的酶的激活剂,能降低反应迟滞期,使酶迅速由MET形式转化成OXY形式[这一特征常用反应式(6.47)表示,需要H原子供体,即用BH2替代2H+]。单酚对邻-苯二酚氧化和邻-苯二酚对单酚羟基化的相竞争性抑制与它们共享但又有一部分分岔的循环途径相一致。低浓度的H2O2通过将MET形式酶转化成OXY形形式来激活酪氨酸酶。过量的H2O2会使酪氨酸酶失活。可能的原因是双核Cu2过氧化物复合物产生了氧自由基,破坏了稳定活性部位铜离子的HIS残基。尽管早期的研究报告称有只具有甲酚酶活性的酶,但是现在看来,所有具有甲酚酶活性的酶都具有儿茶酚酶活性,两者间典型的酶活比率为1:10~1:40[149]。大多数具有儿茶酚酶活性的酶也具有甲酚酶活性。 在虾和其它甲壳类动物中会发生酶促褐变,导致褐斑缺陷。血蓝蛋白是一种在甲壳类动物中负责O2传输Cu蛋白,与酪氨酸酶密切相关,也可能与褐斑的形成有关联。漆酶EC 1.10.3.2)是一类具有氧化二酚活性但没有甲酚酶活性的酶,广泛存在于植物和真菌中。它们对食品中的酶促褐变会有贡献,其功能类似于邻-苯二酚氧化酶,但存在抑制剂敏感性方面的差异。

图6.41 多酚氧化酶催化反应机制 自然界中占主导的、自然形成的酶形式加方框标注 OXY形式酶同2mol原子氧结合。MET形式酶同OH结合。有些形式的酶的活性部位结合二酚(D)或单酚(T) 资料来源:Eicken,C.,et al.(1999).Curr.Opin.Struct.Biol.9:677-683 and Solomon,E.I.,et al.(1996).Chem.Rev.96: 2563-2605

植物中的酚氧化酶可以用于抵御害虫和病原菌[137]。植物组织中的二酚氧化酶的作用代表了一类典型的去隔离活化机制。大多数酚氧化酶存在于色素体(叶绿体和色质体)中,95%~99%都是潜在的,可能与抑制剂(如草酸盐)形成复合物,与底物隔离分布(在液泡或其它细胞内),或以前体形式存在。组织结构破坏时,潜在的二酚氧化酶活性会被酸和与底物(来自液泡)的接触,酶原的水解,各种化学激活剂、特别是表面活性剂所激活。酶反应产生的邻-苯醌具有反应能力,能使入侵微生物所分泌的酶失活。同时,邻-苯醌聚合形成的黑色素也起到防止感染的物理屏障作用。 酚氧化酶是导致食品酶促褐变的原因。酶促褐变有助于提高葡萄干、西梅干、可可豆、茶、咖啡、苹果汁等产品的品质。酚氧化酶也能导致双酪氨酸分子的交联,这对蛋白质的“质构化”有利,例如形成期望的凝胶和面包面团(面筋)结构。在体内,酪氨酸酶参与了甜菜红色素的合成。然而,在大多数水果和蔬菜中,特别是轻度加工的产品中,酶促褐变与颜色质量损失有关。谷物(例如小麦)中存在的酚氧化酶会降低面条的“白度”,引起质量下降。 水果和蔬菜组织中的酚氧化酶的最适pH一般在4.0~7.0范围,但一些底物会影响其最适pH。由单一的可离子化基团引起的pH效应只会影响酶与底物的结合(KM步骤),而不影响催化(vmax)步骤,也不影响酶的构象。酚氧化酶最适温度一般为30~50℃,温度稳定性相对较高,在55~80℃时的半衰期达到数分钟,这与来源有关。在热处理过程中,酚氧化酶很可能被激活,原因是大约60~65℃的温度处理会使细胞发生渗漏(去隔离),使酶和底物的混合、接触。 底物的选择性取决于酶的来源和同工酶类型。最常见的天然或内源性底物有咖啡酰奎宁酸、咖啡酰酒石酸、咖啡酰莽草酸衍生物以及儿茶酚,如图6.42所示,KM范围一般为0.5~20mmol/L。一些底物浓度足够高时会起抑制作用。

图6.42 多酚氧化酶的底物

抑制酶促褐变是食品加工的重要的研究内容之一。脱水、冷冻、热处理是抑制酶促褐变的有效方法,但前提是这些处理过程中不会发生过度的与品质保留有关的褐变和质构变化。其它物理方法包括采用气调包装来包装最少加工食品、用糖浆涂裹食品(特别是冷冻食品)、或用可食用膜包装来隔离酶反应的共底物O2。多酚氧化酶对O2的KM约为50μmol/L,对饱和了空气的25℃的水的KM约为260μmol/L,可食用膜包装可有效降低溶氧水平,是实际中抑制酶促褐变的可有效方法。由于厌氧代谢常常会产生异味,因此,在对有呼吸作用的产品的O2进行限制时,不能使O2的浓度下降至会导致厌氧代谢的水平。虽然一些酚氧化酶有反应失活现象(与中间产物邻-苯醌作用),但是这些酶在失活前已经进行了千百次的反应循环,因此实际上不能利用酚氧化酶的这个特点来控制食品中的酶促褐变。 最为常见的是基于抑制或钝化酶,或与天然底物结合形成复合物,或将生成的邻-苯醌还原成邻-苯二酚,和/或将邻-苯醌同其它物质结合以阻止它进一步形成黑色素的化学处理方法。在后一种方法中,仅起着还原剂作用的化学物质只能延迟褐变,当这些还原性物质消耗殆尽后,几乎就不能起作用了。一些还原剂(特别是硫醇)能与邻-苯醌结合形成不能进一步发生聚合反应的复合物。但是,这种效果也有限,因为硫醇会被下述反应所消耗:

控制酶促褐变的长效方法包括添加酸味剂、酶抑制剂、螯合剂、减活化剂等。添加柠檬酸、马来酸和磷酸等酸味剂控制酶促褐变时一般不会产生不良影响。抑制剂会像天然底物一样竞争性地占据酚(底物)的结合位点。此类抑制剂如图6.43所示。

图6.43 多酚氧化酶抑制剂

EDTA、草酸、柠檬酸(包括含这类有机酸的果汁,如柠檬和大黄)等螯合剂能螯合活性部位的铜离子,会导致一部分铜离子失去作用。但是,由于HIS能与铜离子紧密结合(logKassoc为10~18),使得离子螯合剂(EDTA的logKassoc为15~19,草酸的logKassoc为4~9)并不能很有效地去除活性部位的铜离子。其它能与活性部位铜离子作用的抑制剂表现出竞争性抑制作用。这些抑制剂包括卤素盐、氰化物、一氧化碳和一些硫醇试剂。目前有关结合酶的天然底物和限制酶与底物结合或接触的方法研究主要集中在壳聚糖和环糊精处理方面。这些物质在液态产品处理上有一定的应用前景。聚乙烯吡咯烷酮(PVP,不溶解态)是另一种能与酚类物质作用的物质,主要在酚氧化酶的分离研究中用于使分离过程中的褐变反应降低到最小程度。然而,去除底物的方法会降低果汁的营养价值,因为酚类和相关化合物是对人体健康有益的化合物(详见第12章)。 还原性物质,如亚硫酸盐、抗坏血酸、半胱氨酸(以及与之相关的三肽谷胱甘肽)具有抑制酶促褐变的多种效应。它们可以将邻-苯醌还原成二酚或生成化学缀合的邻-苯醌,从而延滞了黑色素形成。由于还原能力会在持续的酶反应过程中被逐渐消耗,因此上述效应的持续时间有限。上述物质的一个更为重要的效应是对酚氧化酶产生可逆、共价的失活作用。在没有底物存在的情况下,将上述物质与酚氧化酶混合保温一段时间,然后进行透析分离出上述物质,酶活不能完全恢复[82]。这些抑制剂似乎同活性部位的铜离子结合,在有氧条件下进行电子传递反应,在活性部位生成“隐性的”氧自由基(不容易被检测或被鉴别)。这些氧化性物质能降解活性部位的HIS配位体,使酶失活,并可能使铜离子游离出来。在破碎组织中通过这种方式发挥作用的抑制剂的抑制能力取决于动力学因素,即:相对于酶作用于底物的速度,它们能以多快的速度与酶结合,与底物的竞争力如何。在破碎的组织中,亚硫酸盐和硫醇比抗坏血酸具有更持久的抑制酶促褐变的作用。环庚三烯酚酮和4-己雷锁辛是最近鉴定出的酚氧化酶抑制剂(图6.44)。它们与底物类似,能与活性部位的铜离子紧密结合,浓度为1μmol/L左右时就有抑制作用。4-己雷锁辛分离自用于提取无花果蛋白酶的无花果提取液,原先主要作为亚硫酸盐的替代品使用,用于控制甲壳类动物中的褐斑。由于亚硫酸盐对人体有害(特别是会导致哮喘),因此逐渐被禁止使用。环庚三烯酚酮不能添加至食品中,但是它在辨别褐变是由酚氧化酶引起还是由过氧化物酶引起时有用。另一类酚氧化酶抑制剂为来自蜂蜜和玉米芽的小的环肽[137]。从曲霉属(Aspergillus spp.)和青霉属(Penicillium spp.)提取的曲酸也是一种有效的酚氧化酶抑制剂,其作用机制很可能是与活性部位的铜离子配位结合。但是,曲酸可能仅限于在采用上述微生物发酵的食品中使用,因为有数据表明它对动物有一定的毒性。

图6.44 多酚氧化酶抑制剂

6.5.2.2 过氧化物酶 过氧化物酶是一类广泛存在于植物、动物和微生物中的酶。植物过氧化物酶与食品生物化学关系最为密切。不同属(种)的植物过氧化物酶包括原核生物和真菌分泌的过氧化物酶和一般的植物过氧化物酶等。植物过氧化物酶是糖苷化的单亚基亚铁血红素(原卟啉Ⅸ)蛋白,相对分子质量为40000~45000,有两个相似的结构域(源于基因复制)。植物过氧化物酶大多数是可溶的,少量以共价结合的方式与细胞膜结合在一起,后者的释放需要细胞壁降解酶的作用。过氧化物酶的生理作用包括木质素的形成和降解、植物生长调节剂吲哚乙酸(参与成熟和与之相关的代谢过程)的氧化、抵御害虫和病原菌以及清除细胞中的H2O2。基于等电点的不同,过氧化物酶同工酶分为酸性、中性和碱性三类。辣根中性过氧化物酶C(EC 1.11.1.7,供体:H2O2氧化还原酶)是研究最多的一种过氧化物酶,已成为过氧化物酶的研究模型,其特性通常也适用于其它过氧化物酶。过氧化物酶催化的过氧化反应为:

2AH(电子供体)+H2O2→2 H2O+2A·

(6.50)

过氧化物酶以5种氧化态形式存在,静息态为Fe型(图6.45)[37]。当H2O2靠近血红素铁时,反应开始。HIS42作为广义碱“提供”一个电子给H2O2,形成过氧化氢阴离子。过氧化氢阴离子是一种强亲核试剂,能与Fe配位结合。与Fe配位结合的HIS170残基作为广义碱将电子给予过氧化物,使O—O键异裂生成作为离去基团的H2O(此时HIS42上的H+作为广义酸),产生过氧化物酶化合物Ⅰ(Fev=O)。因此,来自血红素Fe的1个净的2e将H2O2还原成了H2O。2个AH供体的2个连续的e(和H+)转移步骤将酶恢复到静息态,完成过氧化循环,其中经历了化合物Ⅱ(H+-Fe=O),和释放出另外一个水分子(作为离去基团)。相对于化合物Ⅰ的形成速率,上述两步比较慢。过氧化物酶很容易被能与血红素辅基结合的化学物质所抑制。常见的这类化学物质有氰化物、NaN3、CO以及一些硫醇类化合物。然而,这些抑制剂仅限于用于过氧化物酶特性的研究。由于过氧化物酶对食品质量的影响至今仍然没有明确的定论,因而添加这些抑制剂的必要性也还没有得到肯定。

图6.45 过氧化物酶反应机制 P代表过氧化反应循环;C代表过氧化氢酶催化的循环;O代表氧化反应循环 资料来源:Dunford,M.B.(1999).Heme Peroxidases,John Wiley&Sons,New York,p.507

酚类(例如对-甲酚、儿茶酚、咖啡酸、香豆酸,见图6.42和图6.43)、抗坏血酸、NADH、芳香胺(如对-氨基苯甲酸)是常见的使化合物Ⅰ向化合物Ⅱ转化和使酶的铁离子恢复到正铁状态的电子供体。过氧化循环产生的2A·会有不同的结果。倘若AH是抗坏血酸,得到的2A·会是1mol的抗坏血酸和1mol的脱氢抗坏血酸盐;倘若AH是愈创木酚,2A·会发生自由基聚合反应生成四聚体,并产生褐色。因此,愈创木酚广泛作为测定过氧化物酶酶活的底物和热烫灭酶效力的指示剂。

焦性没食子酸是另一类底物,可以进行均缩合反生成粉红色二聚体红紫棓精。当AH为生育酚时可以产生稳定的自由基,而当使用酪氨酸时,自由基加合物可以缩合为二聚体。面包面团(面筋)中发生的二酪氨酸交联会增加面团的黏弹性,提高烘焙质量。 当有过量的H2O2存在时,过氧化物酶将催化过氧化氢酶催化的反应(图6.45):1/2mol H2O2反应生成1mol H2O,同时形成化合物Ⅲ(H+-Fe-O2)。当AH供体为3~10mmol/L H2O2时,过氧化物酶表现出最大活性。在以测定过氧化物酶酶活来测定热烫效力时,H2O2浓度的选择很重要。过量H2O2会形成化合物Ⅲ,导致酶不能循环回到有效的静息态,从而使过氧化物酶残余活力的测定结果偏低。 过氧化物酶还会催化其它特异性反应,其中的一个反应与NADH有关。当存在痕量H2O2(H2O2作为AH)时,在过氧化循环中会生成2mol NAD·。NAD·会参与如下反应,进一步变化:

NAD+O2→NAD+O2·

(6.52)

O2·+2H+→H2O2

(6.53)

NAD·+铁过氧化物酶→NAD+亚铁过氧化物酶

(6.54)

亚铁过氧化物酶+O2→氧过氧化物酶(化合物Ⅲ)

(6.55)

氧过氧化物酶→铁过氧化物酶+O·2[然后再接反应式(6.53)]

(6.56)

因此,在仅有痕量的H2O2存在时,使用NADH,过氧化物酶可以自己产生共底物(H2O2),进行过氧化循环和氧化循环。 其它与过氧化物酶有关的反应,如氧化和羟基化反应,会间接影响过氧化物酶活力。在过氧化循环和氧化循环中借助NADH(作为AH)可以解释过氧化反应是如何产生活泼氧和氧自由基的。活泼氧和氧自由基都会导致氧化反应。如果共底物产生的A·能从其它物质中“抽取”H原子,氧化反应就能发生。上述一连串反应会引发酚类物质的自由基反应,生成聚合的衍生物,使人想起酚氧化酶引起的酶促褐变。因此,过氧化物酶同一个酚类底物的反应会引发另一个间接的(化学的)氧化反应,增加对混合体系(例如食品)中过氧化物酶直接作用进行评价的难度。过氧化物酶的酚类底物产生的O2-活性A·同样会形成O2·和H2O2,进一步引发氧化反应。因此,过氧化物酶在食品的褐变和漂白中所能起到的作用仍然像谜一样,很难说清楚。最近一些关于过氧化物酶引起褐变的说法都是基于过氧化物酶活力与褐变程度或褐变发生率的关联性提出的,对这些观察结果还没有建立因果关系。 尽管形成化合物Ⅰ的pH范围很宽,指示酶活跃变pH的pKa约为2.5和10.9,但植物过氧化物酶的最适pH范围一般在4.0~6.0。酸性跃变由HIS42残基引起,其pKa可在2.5~4.1之间变化,取决于介质组成。HIS这个异常低的pKa,使得它必须先作为共轭碱,并且这要由能促进H+解离的多重氢键网来引起。过氧化物酶总的最适pH与在过氧化循环中利用AH将酶恢复至正铁状态的步骤有关。AH作为H-供体(不仅是e供体),如果它(们)的H+是可解离的,那么它(们)必须是质子化状态才能作为底物,因此最适pH也常常与底物有关。 过氧化物酶在植物组织中普遍存在,并且耐热,这使得它适合作为热烫的指示剂。如果内源的过氧化物酶失活了,则所有其它对食品品质有损害的酶也失活了。上述方法在实际使用时存在有一定的限制,那就是,当检测不出过氧化物酶活力时可能已经是过度热处理了,引起不必要的食品品质(例如质构、营养、有效成分浸出)下降。然而,在对热烫(和冷冻)蔬菜质量有直接影响的最耐热的酶被鉴定出来和更容易操作的酶活测定方法建立之前,过氧化物酶仍是果蔬热烫是否达到要求的指示剂。温度对过氧化物酶的影响与植物组织有关。一般而言,酶活的最适温度为适中温度(40~55℃)。过氧化物酶的热稳定性很高,也与来源有关。要使大小适中且未受损伤的蔬菜组织中过氧化物酶彻底失活需要在80~100℃下热烫数分钟。与过氧化物酶热稳定性有关的因素包括血红素辅基、糖基化、四个二硫键和可能参与盐桥形成的2mol Ca2+的存在。离子强度较高时,在pH3~7范围内,过氧化物酶的热稳定性会随pH的下降而下降。在pH5.5~8.0范围内,短时间热处理(如热烫)的过氧化物酶的活力会再生。一般认为,再生包括热处理时遭到破坏的活性部位的血红素还原。热处理强度提高,例如蒸煮,会降低过氧化物酶活力再生的倾向,因为强度更高的热处理会使得酶的构象发生更剧烈的改变,并发生有共价键断裂和生成的反应。然而,释放到介质中的游离的血红素会催化氧化反应,使蔬菜罐头食品产生不良风味。其它由过氧化物酶催化的对食品品质有影响的反应包括会间接氧化脂质的苯氧基自由基的形成和辣椒素的直接氧化。辣椒素是胡椒的主要辛辣成分。 尽管过氧化物酶对酶促褐变的作用仍存疑问,但是还是有一些定论。例如,过氧化物酶会破坏一些色素,特别是甜菜中的甜菜色素。过氧化物酶与特定条件下的叶绿素漂白有关。 6.5.2.3 其它氧化-还原酶[37] 乳过氧化物酶是牛乳中的过氧化物酶,属于动物过氧化物酶超家族,是相对分子质量为78000的糖蛋白单体酶,含Ca2+和一个共价修饰的原卟啉Ⅸ。在过氧化氢(H2O2)反应活性和过氧化物酶循环方面,乳过氧化物酶具有与辣根过氧化物酶C相似的性质。乳过氧化物酶与过氧化物酶C的不同之处在于:前者对卤素离子(特别是I)反应活性更强。最令人感兴趣的是乳过氧化物酶对硫氰酸根(SCN)的反应活性。硫氰酸根正常存在于牛乳中,过氧化反应循环起着AH的作用: