食品科学知识学习：酶第二节：食品酶学发展简史

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食品科学知识学习：酶

第二节：食品酶学发展简史

人类对酶的无意识应用可以追溯到远古时代。中国早在4000多年前的夏禹时代，酿酒就已经盛行；3000多年前的周朝，中国人民就会利用麦曲将淀粉降解为麦芽糖制造饴糖；2500多年前的春秋战国时期，中国人的祖先用酒曲来治疗肠胃病，用鸡内金治疗消化不良等。凡此种种，说明虽然古人并不知道酶是何物，也不了解其性质，但根据生产和生活的经验积累，已经把酶利用到相当广泛的程度。

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人们真正认识酶的存在和作用，是从19世纪开始的，并在随后的近100多年内取得了奠定酶学研究的许多重要结果。
1810年Jaseph Gaylussac 发现酵母（Saccharomyces sp．）可将糖转化为酒精；同年药物学家 Planche在植物的根中分离出一种能使创木脂氧化变蓝的物质；1833年，Payen和Persoz从麦芽的水提物中用酒精沉淀法得到一种可使淀粉水解生成可溶性糖的物质，他们把这种物质称为淀粉酶（diastase）。当时他们采用最简单的抽提、沉淀等提纯方法，得到了一种无细胞制剂，并指出了它的催化特性和不稳定性，已经开始触及到酶的一些本质问题，因此一般认为他们是最早的酶的发现者。

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1857年，微生物学家 Louis Pasteur等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果，他认为只有活的酵母细胞才能进行发酵，使酶学的研究走了弯路。但Liebig反对这种观点，他认为发酵现象是由溶解于酵母细胞液中的酶引起的。
1878年，Kuhne才给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个词来自希腊文，其意思“在酵母中”，中文译为“酶”或“酵素”。
1835～1837年，Berzelius提出了催化作用的概念，该概念对酶学和化学的发展都十分重要。可见对于酶的认识一开始就与它具有催化作用的能力联系在一起。1894年Fisher提出了酶与底物作用的“锁与钥匙”学说，用以解释酶作用的专一性。
1896年，德国学者 Buchner兄弟发现，用石英砂磨碎的酵母细胞或酵母的无细胞抽提液也能使糖发酵产生酒精，他把这种能发酵的成分称为酒化酶（zymase）。此项发现促进了酶的分离和对其理化性质的研究，也促进了对有关各种代谢过程中酶的系统研究。为此Buchner获得了1911年诺贝尔化学奖。一般认为酶学研究始于1896年Buchner的发现。

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1903年，Henri提出了酶与底物作用的中间复合物学说。1913年，Michaelis和Menten总结了前人的工作，推导出了酶催化反应的动力学方程-米氏方程。这一学说的提出，对酶反应机理的研究是一个重大的突破。1925年Briggs和Handane对米氏方程作了一项重要的修正，提出了稳态学说。但至此人们还没有搞清楚这种具有催化功能的物质究竟属于哪一类物质。
1926年，美国化学家Sumner从刀豆提取出了脲酶（urease）并获得结晶（这是第一个酶结晶），证明脲酶具有蛋白质性质。1930～1936年，Northrop和Kunitz得到了胃蛋白酶（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）和胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）结晶，并用相应方法证实酶是一种蛋白质后，酶的蛋白质的属性才普遍被人们所接受。为此 Sumner和Northrop于1949年共同获得诺贝尔化学奖。
20世纪50～60年代，Koshland提出了“诱导契合”理论。同时也搞清了某些酶的催化活性与生理条件的变化有关。
1960年，Jacob和Monod提出操纵子学说，阐明了酶生物合成的基本调节机制。
1965年，Phillips首次用X射线晶体衍射技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构，为以后酶结构、功能以及催化机制的研究奠定了良好的基础。
Cech（1982年）和Altman（1983年）分别发现了具有催化功能的RNA-核酶，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域，为此Cech和Altman于1989年获得诺贝尔化学奖。

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远古时代人类对酶的应用是无意识的。高峰让吉在1894年用米曲霉（Aspergillusoryzae）固体培养法生产出世界上第一个商品酶制剂产品-“他卡”淀粉酶。但真正影响食品酶学发展的事件是从20世纪50年代初开始的酶及产酶细胞的固定化技术，该技术使酶学从理论到生产实践得到了迅速的发展。
1953年Crubhofer和Schleith开始进行酶的固定化研究。他们将胃蛋白酶、淀粉酶等结合在重氮化的树脂上，实现了酶的固定化。1969年日本的千畑一郎第一个把酶的固定化应用于工业生产，利用固定化氨基酰化酶大规模生产L-氨基酸。随后酶固定化技术被成功用于高果糖浆的生产。美国从20世纪70年代初开始采用这一新技术，使玉米淀粉液化、糖化和异构化，并已成功地工业化生产第一代、第二代和第三代高果糖浆（high fructose glu-cose syrup，简称HFGS）。高果糖浆可以代替蔗糖作为食品的甜味剂，仅美国的可口可乐和百事可乐两家饮料公司，每年就可消耗高果糖浆五六百万吨，既提高了饮料质量，又有利于人的健康，是一个非常成功的技术革新。尔后日本、法国、中国等国家先后投入高果糖浆的生产，并且随着生产技术和工艺的不断改进，高果糖浆的成本也不断下降。近年来，虽然蔗糖的价格不断下跌，但高果糖浆工业已发展壮大，其价格仍比蔗糖低10％～15％。
1959年葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖新工艺研究成功，使淀粉得糖率从80％上升为100％，日本在1960年葡萄糖产量猛增了10倍，新工艺改革的成功也极大地促进了酶在工业上应用。

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自20世纪80年代基因工程技术诞生以来，对酶学的研究与应用技术也产生了深刻的影响。基因工程技术不但促进了基础酶学的研究，酶基因的克隆、酶催化机理的研究等，同时也促进了酶在食品工业中的应用，奠定了现代食品酶学的重要发展方向。
Hamilton等于1990年首次构建了氨基环丙烷羧酸（ACC）氧化酶反义RNA转基因番茄。在纯合的转基因番茄果实中、97％的乙烯合成被抑制，使果实的成熟延迟，储藏期延长：而导入ACC合成酶反义基因的转基因番茄却可使99.5％的乙烯合成被抑制，果实中不出现呼吸跃变、叶绿素降解、番茄红素合成也都被抑制，果实不能自然成熟，不变红、不变软、只有用外源乙烯处理6d后才能使转基因番茄正常成熟。事实上，酶的基因工程技术已经取得了很多有重要意义的成果。

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