제5장 식품효소 생화학 반응에서 촉매로 작용하는 단백질 E: 효소 (enzyme) , S: 기질 (substrate, 반응물)

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1 제5장 식품효소 생화학 반응에서 촉매로 작용하는 단백질 E: 효소 (enzyme) , S: 기질 (substrate, 반응물)
P: 생성물 (product) Substrate binding: 기질 결합 Catalytic step: 촉매 단계 식품의 특정 성분 만을 변화시킴 과일과 채소의 숙성 동물의 사후변화 냉장 또는 냉동 식품의 품질 변화 식품가공에서 효소의 이용 – 치즈(레닌), 과일주스(펙틴분해효소), 식혜, 엿(맥아, 엿기름, 아밀라제 함유) What are Enzymes - How Do They Work? :

2 Alcohol dehydrogenase의
효소들은 단백질로만 되어 있거나, 단백질(아포효소)과 비단백질(보조인자)으로 구성되어 있음. 홀로효소(holoenzyme) = 아포효소(apoenzyme) + 보조인자(cofactor) 보조인자(cofactor) : 보결분자단(prosthetic group, 강하게 결합), 조효소(coenzyme, 약하게 결합), 금속이온 아세트알데히드 + NADH ⇄ 에탄올 + NAD+ Alcohol dehydrogenase의 보조인자 (NAD) 구조 carbonic anhydrase의 금속이온 (아연)

3 많은 비타민들이 효소의 보조인자들의 전구체이다.
많은 비타민들이 효소의 보조인자들의 전구체이다.

4 1. 효소반응의 특이성 특이성 : 특정 기질에만 선택적으로 반응 자물쇠 – 열쇠 모델
Digestion by enzymes | Chemistry for All | The Fuse School : 절대적 특이성 : 한가지 반응만을 촉매하는 특이성 원자단 특이성 : 특정 원자단에 인접한 특정 결합에 대한 특이성 예 : 트립신 – 아르기닌과 리신의 카르복시기에 있는 펩티드 결합을 가수분해

5 2. 효소활성에 영향을 주는 요인 온도 온도 상승에 따라 효소의 활성 증가 최적온도 : 대부분의 효소는 30-44℃ 최대 활성
최적온도 : 대부분의 효소는 ℃ 최대 활성 최적 온도이상(50℃ 이상)에서는 효소가 열변성에 의해 활성이 감소 식품가공에서 열처리 응용의 예 : 채소를 100 ℃에서 몇 분간 데치기(blanching)하여 아스코르브산 산화효소(비타민 C 파괴) 폴리페놀 산화효소 (효소적 갈변화), 리폭시게나아제 (지질의 산화)의 불활성화 NEW!!! - Enzyme Lab - What Factors Affect Enzyme Activity? :

6 pH 강산과 강알칼리에 의해 불활성화 효소가 최대활성을 가지는 pH : 최적 pH 대부분의 효소가 pH 4.5 – 7에서 최대 활성

7 수분활성 단분자층 영역 보다 높은 수분활성에서 효소 활성이 증가 단분자층 영역에서 효소 활성 정지 예외 : 리파아제 – 수분활성이 0.1~0.3에서 활성이 있음 금속이온 일부 효소가 보조인자로서 금속이온이 필요 – Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+. Co2+, Ni2+ 수은, 납, 은 등 중금속 이온은 효소를 불활성화 효소를 활성화하는 기전: 활성영역의 구성요소, 효소와 기질을 연결하는 결합 형성, 효소의 평형상수 변화 등

8 3. 효소 저해제 효소 저해제 : 효소 반응을 저해하는 물질
트립신 저해제 : 대두를 비롯한 콩류, 밀, 쌀, 옥수수, 감자, 사탕무에있음. 효소 저해제는 건열에는 내열성이 있으나 습열 (100℃ 이상)의해 쉽게 불활성화 난백의 오보뮤코이드, 오보인히비터 : 트립신 저해 활성이 있음.

9 4. 식품효소의 종류와 특성 생화학국제연합효소위원회에 의한 효소의 체계적 분류법
산화환원효소, 전이효소, 가수분해효소, 제거효소, 이성화효소 합성효소 식품가공에 이용하는 효소 가수분해효소, 산화환원효소 레닌 : 치즈 제조에 사용하며 우유 단백질을 응고시킴. 송아지의 제4위 또는 재조합 미생물로부터 얻음. 파파인 : 육질을 연하게 하는 효소. 맥주의 저온 침전 방지를 위해 이용. 파파야로 부터 얻음. 대부분 효소는 미생물로부터 얻음. 모짜렐라치즈 : Meat Tenderizer - By VahRehVah.com :

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11 1) 가수분해효소 아밀라아제(amylase) : 전분분해효소 -아밀라아제 아밀로오스와 아밀로펙틴의 -1,4 결합을 가수분해
What reaction does amylase catalyze : -아밀라아제 아밀로오스와 아밀로펙틴의 -1,4 결합을 가수분해 엔도효소 – 분자 내부의 사슬을 절단 형성된 소당류의 C-1기가  배열 액화효소 – 전분의 점도 감소 아밀로펙틴으로 부터 덱스트린, 말토오스(맥아당), 포도당 및 소당류의 혼합물 생성 아밀로오스로 부터 맥아당과 말토트리오스를 형성 분자 내에 칼슘을 함유함

12 전분의 구조 H 비환원성 말단 환원성 말단 비환원성 말단 H H 비환원성 말단 환원성 말단

13 고등식물의 종자 (엿기름), 고구마, 귀리, 옥수수, 쌀, 수수에 분포
-아밀라아제 [라이프앤조이] 맥주 춘주전국시대 / YTN 사이언스 2분 30분 한국 가평 맥주공장, 수제맥주동호회, Malting Barley - Malting Process : 고등식물의 종자 (엿기름), 고구마, 귀리, 옥수수, 쌀, 수수에 분포 효소 활성을 위해 칼슘이 필요가 없음. 엑소효소 – 아밀로오스와 아밀로펙틴에서 비환원성 말단에서 부터 말토오스 단위로 가수분해하고 아밀로펙텐의 분지점에서 가수분해가 중단하여 한계 덱스트린 생성 생성된 말토오스의 C-1은 β 형이다. 당화효소 – 생성된 말토오스가 단맛을 낸다.

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15 엿기름 (맥아, malt)

16 누룩

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18 엑소효소 – 비환원성 말단으로 부터 연속적으로 글루코오스 단위로 제거
글루코아밀라제 세균과 곰팡이에 분포 엑소효소 – 비환원성 말단으로 부터 연속적으로 글루코오스 단위로 제거 -1,4 결합과 -1,6 결합의 가수분해 전분당과 포도당 제조에 사용 Mashing 100% Corn with Enzymes :

19 식품가공에서 아밀라제의 이용 제빵, 양조, 물엿의 생산에 아밀라아제 이용, 과일의 숙성에 중요한 역할
Sugar Vs. High Fructose Corn Syrup - What's the Difference? : How Is High Fructose Corn Syrup Processed? : 제빵, 양조, 물엿의 생산에 아밀라아제 이용, 과일의 숙성에 중요한 역할 제빵 – 효모에게 당 공급 전분당 제조 - -아밀라아제, 글루코아밀라아제, 이성화효소 사용 맥주와 포도주의 혼탁방지

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22 (2) 펙틴분해효소 펙틴 물질의 분해 고등식물과 미생물에 분포 숙성시 과일 조직의 연화 과일 주스의 여과, 청징 및 수율 향상
저메톡실 펙틴 및 갈락투론산의 제조에 이용 How its Made Apple Juice : 펙틴에스터라아제 (펙타아제, 펙틴메톡실라아제) 펙틴에서 메톡시기를 제거하며 탈에스테르화 반응이라고도 함. 펙타아제, 펙틴메톡실라아제, 펙틴메틸에스터라아제라고도 함. 세균, 곰팡이, 고등식물에 분포 최적 pH: 7~9

23 폴리갈락투로나아제 (펙티나아제) 과일의 숙성에 관여. 과일 주스 제조할 때에 펙틴의 제거 또는 착즙을 위해 이용. 최적 pH: 4~5.5 엔도효소 (과실, 곰팡이): 펙틴 분자 내의 -1,4 결합의 가수분해 엑소효소(당근, 곰팡이, 곰팡이, 세균): 펙틴의 비환원성 말단에서 갈락투로산 단위로 연속적으로 분해

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25 (3) 지방분해효소 지방분해효소(에스터라아제) 지방분자를 가수분해하여 지방산과 글리세롤을 생성하는 효소
리파아제(중성지방 가수분해), 포스포리파아제(인지질 가수분해) 리파아제 중성지방(트리아실글리세롤)의 가수분해하여 지방산, 디아실글리세롤, 모노아실글리세롤, 글리세롤을 생성 우유의 품질 저하 원인 일부 치즈의 향미에 기여 포스포리파아제 인지질을 가수분해하여 지방산, 아실글리세롤, 인산, 포스포릴에스테르 등을 생성. A1(췌장 리파제, 포유동물 세포), A2(뱀독, 벌독), C(곰팡이, 세균), D(식물)

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27 Gorgonzola cheese

28 (4) 프로테아제 단백질의 펩티드 결합을 분해하는 효소
엔도펩티다아제(endopeptidase) : 폴리펩티드 중간의 펩티드 결합을 분해하는 효소 엑소펩티다아제(exopeptidase) : 폴리펩티드 말단의 펩티드 결합을 분해하는 효소 엔도펩티다아제의 기질에 대한 특이성과 효소의 특성에 따른 분류: 산성 프로테아제(최적 pH, 예 : 펩신, 레닌) 세린 프로테아제(활성부위 구조, 예: 트립신, 키모트립신) 설프히드릴 프로테아제 (활성부위 구조, 예: 파파인)

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30 최적 pH가 산성인 효소, 펩신, 레닌, 일부 미생물 효소 등
산성 프로테아제 최적 pH가 산성인 효소, 펩신, 레닌, 일부 미생물 효소 등 레닌 : 치즈 제조시 커드 형성에 이용, 우유 단백질(카세인)의 응고 Κ-카세인 파라-κ-카세인(불용성) + 글리코펩티드 (가용성) 치즈와 요구르트 제조(농촌진흥청) : 곰팡이 프로테아제 : 된장과 카망베르 치즈의 숙성 발효공법 신앙촌양조생명물간장 제조공정 : Camembert Cheese, France : La Petite France - camembert and brie cheese making process : How It's Made - Blue Stilton Cheese :

31 -casein 의 일차구조 파라--카세인 글리코펩티드

32 설프히드릴 프로테아제 파파야 무화과나무 파인애플 육류의 연화에 작용하는 효소
Meat Tenderizer - By VahRehVah.com : 설프히드릴 프로테아제 육류의 연화에 작용하는 효소 카텝신(동물 조직, 육류의 숙성에 관여), 파파인(파파야), 피신(무화과나무), 브로멜린(파인애플) 파파야 무화과나무 파인애플

33 엑소펩티다아제 카르복시펩티다아제(carboxypeptidase) : C-말단으로부터 아미노산을 제거하는 효소 아미노펩티다아제(aminopeptidase) : N-말단으로부터 아미노산을 제거하는 효소

34 2) 산화환원효소 페놀라아제 폴리페놀라아제 폴리페놀옥시다아제 페놀라아제가 폴리페놀화합물이 공기 중의 산소와 반응하여 o-퀴논으로 산화되는 반응을 촉매하며 o-퀴논은 갈색의 멜라닌 색소로 전환됨 (효소적 갈변반응) Cu++ 필요 기질 – 폴리페놀화합물 (플라보노이드, 탄닌, 클로로젠산, 카페산, 카테콜, 프로토카테킨산)

35 기질 – 폴리페놀화합물 (플라보노이드, 탄닌, 클로로젠산,카페산, 카테콜, 프로토카테킨산)

36 과일과 채소의 손상 시 효소적 갈변 반응이 일어남
[최고의 요리비결] 사과 갈변 막기 : Enzyme - Enzymatische Bräunung von Äpfeln : 열처리(데치기)와 이산화황, 및 아황산염 처리는 페놀라아제를 불활성화 유기산 처리 (구리이온 결합)와 소금물 침지 (산소 차단)는 페놀라아제 반응 억제

37 black tea (홍차) oolong tea (울롱차) green tea (녹차)
차와 커피의 제조에 유익 black tea (홍차) oolong tea (울롱차) green tea (녹차) How It's Made – Tea (대만 울롱차): How Tea is Processed (홍차): 01 녹차 만들기 (한국녹차):

38 모노히드록시페놀은 히드록실라아제에 의해 o-디히드록시페놀을 만든 후 페놀라아제에 의해 o-퀴논으로 전환

39 (2) 리폭시게나아제 (lipoxygenase)
불포화지방의 산화를 촉매 – 불쾌취(비린내) 생성 대두, 강낭콩, 완두, 땅콩 등의 콩류에 분포 다가불포화지방산으로부터 과산화물을 생성시킴

40 대두 등을 끓는 물에 마쇄하여 리폭시게나아제를 불활성화시켜 지방의 산화를 억제 필요함.
밀가루 반죽에 콩가루를 첨가하면 리폭시게나아제가 밀가루의 카로티노이드와 잔토필 색소를 산화시켜 표백 효과를 내며 제빵 특성을 개선시킴.

41 (3) 퍼록시다아제 고등식물에 존재하는 효소 ROOH + AH2 → ROH + A + H2O
내열성이 큰 편이므로 과일과 채소의 데치기 정도를 판단하는데 이용 아스코르브산 (비타민 C)의 산화 파괴 식물 색소 (카로티노이드, 안토시아닌)의 탈색과 변색 유발 불포화지방산의 산화에 의한 변패취 유발

42 (4) 글루코오스 옥시다아제 통조림 또는 병조림 제품의 헤드스페이스에 잔류하는 산소 제거에 응용
글루코오스 + 산소 → 글루콘산 + 과산화수소 통조림 또는 병조림 제품의 헤드스페이스에 잔류하는 산소 제거에 응용 계란에 존재하는 글루코오스의 제거 혈액 내 글루코오스 측정

43 (5) 카탈라아제 과산화수소를 물과 산소로 분해 글루코오스 옥시다아제와 함께 사용하여 식품내 글루코오스와 산소를 제거함.
Reaction of Catalase and Hydrogen Peroxide :

44 (7) 아스코르브산 옥시다아제 비타민 C(아스코르브산)의 산화 L-아스코르브산 +1/2O2 → 데히드로아스코르브산 + H2O
스쿼시, 호박, 종실, 곡류, 및 일부 과일에 존재 생감귤류에 리덕타제와 옥시다아제가 균형을 이루고 있으나 착즙하면 리덕타제가 손상되고 옥시다아제가 남아 아스코르브산이 파괴됨. 과일주스의 제조시 낮은 온도에 착즙한 후 살균처리하여 효소를 불활성화하여 비타민 C의 파괴를 억제하여야함.

45 식품효소 보고서 효소란 무엇인가? 효소활성에 영향을 주는 요인을 설명하시오.
α-아밀라아제, β-아밀라아제, 및 글루코아밀라아제가 전분을 가수분해할 때에 분해하는 결합은 무엇인가? 어떤 효소가 엔도효소 또는 엑소효소에 속하는가? 어떤 효소가 전분액의 점도를 빨리 감소시키는가? 프로테아제에 속하는 엔도펩티다아제와 엑소펩티다아제에 대하여 설명하시오. 산성 프로테아제와 설프히드릴 프로테아제에 속하는 효소에는 무엇이 있으며 식품 가공에 어떻게 사용되는가? 레닌의 우유 단백질의 응고제로서 작용하여 우유에 첨가하여 반응시키면 치즈의 커드를 생성한다. 어떤 기작에 의해 우유 단백질이 응고하나?