Fennema Food Chemistry Ch.6

酶：食品反應的開關

這份新版把第 6 章從 3 小時導論擴充成 6 小時深課：先建立催化與動力學，再進入外加酶加工，最後處理內源性酶造成的色、香、味、質地變化。

12個原文表格整理

52個原文圖的圖鑑索引

6小時 SOIL 課程

Bloom分層互動測驗

Fennema's Food Chemistry, Chapter 6 Enzymes. 本教材為教學整理、重繪與課堂活動設計。

Opening

同一個酶，為什麼有時是工具，有時是麻煩？

desirable

外加酶

澱粉液化、果汁澄清、乳糖水解、蛋白水解、脂質重組。關鍵是選對酶與條件。

quality risk

內源性酶

褐變、豆腥、軟化、冷凍儲藏品質劣變。關鍵是讓酶與底物不要相遇，或使其失活。

process control

環境控制

溫度、pH、水活性、氧氣、鹽、壓力與加工時間，共同決定反應速率。

Six-Hour Map

6 小時課程路線

第 1 小時酶的本質、活性中心、催化力與表 6.1-6.3

第 2 小時Michaelis-Menten、初速、抑制、專一性與表 6.4-6.6

第 3 小時澱粉、糖、果膠加工與外加酶設計

第 4 小時蛋白酶、轉麩醯胺酶、脂肪酶與商業應用

第 5 小時溫度、pH、水活性、冷凍、非熱處理

第 6 小時內源性酶控制、色香味質地案例、Bloom 任務

How to Read

先學會讀圖表

Table

表格

先找變因、單位、極端值，再問這個數字能不能直接搬到食品系統。

Figure

曲線圖

先辨識 x 軸是條件還是濃度，y 軸是活性、穩定性、速率或平衡。

Mechanism

反應機制

先找催化殘基、輔因子、底物定位、速率限制步驟。

快速問答：讀任何酶圖表第一步應先找什麼？

6.2.1-6.2.2

酶不是一種魔法粉

enzyme

蛋白質催化劑

多數食品酶是蛋白質，構形、活性中心與穩定性直接影響可用性。

cofactor

輔因子與輔酶

金屬、黃素、PLP、硫胺素等能提供蛋白質側鏈做不到的化學功能。

source

同功型與來源

微生物、植物、動物來源的同一類酶，可能有不同 pH、溫度與選擇性。

外加酶的選擇依據：成本、活性、選擇性、穩定性、法規與製程條件。
內源性酶的難點：已在食物矩陣中，位置、濃度與細胞隔室都會影響控制策略。

Fig. 6.1-6.2

催化力來自降低活化能

反應是否有利看 Delta Gnet；反應多快看 Delta G‡。
酶不改變最終平衡，只提供較低能量路徑。
表 6.1 的核心訊息：食品酶能把相對反應速率放大 10^6 到 10^11 等級。
圖 6.2 的核心訊息：若酶太穩定基態底物，可能反而拉高過渡態障礙。

Table 6.1

催化力的數字感

表 6.1 Examples of Catalytic Power of Enzymes
反應	催化者比較	活化能變化 kcal/mol	相對反應速率重點
H2O2 -> 1/2O2 + H2O	None, iodide, platinum, catalase	18.0 -> 5.5	Catalase 約 1.5 x 10^9 倍
p-Nitrophenyl acetate hydrolysis	H+, OH-, imidazole, serum albumin, lipoprotein lipase	21.9 -> 11.4	Lipoprotein lipase 約 5.0 x 10^7 倍
Sucrose hydrolysis	H+ vs invertase	25.6 -> 11.0	Invertase 約 5.1 x 10^10 倍
Urea + H2O -> CO2 + 2NH3	H+ vs urease	24.5 -> 8.7	Urease 約 4.2 x 10^11 倍
Casein hydrolysis	H+ vs trypsin	20.6 -> 12.0	Trypsin 約 1.2 x 10^7 倍
Ethyl butyrate hydrolysis	H+ vs lipase	13.2 -> 4.2	Lipase 約 4.0 x 10^6 倍

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Collision and Transition State

碰撞不是全部，方向與過渡態才是重點

k = PZ e^(-Ea/RT)

k = (kBT / h) e^(-Delta G‡ / RT)

orientation

P

分子碰撞時方向正確的機率。酶的活性中心會提高有效方向。

barrier

Ea / Delta G‡

能量障礙。過渡態穩定是酶催化最關鍵的語言。

temperature

R, T

溫度可提高速率，但同時可能使酶失活，這會在第 5 小時處理。

Table 6.2

四種常見催化機制

表 6.2 Common Mechanisms of Enzyme Catalysis
機制	力量或化學事件	可能殘基與輔因子	課堂判讀重點
Approximation	有效莫耳濃度升高、正確取向	活性中心與底物辨識殘基	把分子間反應變成近似分子內反應
Covalent catalysis	親核或親電子中間體	Ser, Thr, Tyr, Cys, His, Lys, Asp, Glu, PLP, thiamine, metal	暫時形成酶-底物共價中間體
General acid-base	質子轉移、電荷穩定	His, Asp, Glu, Cys, Tyr, Lys	pH 影響常反映此機制
Conformational distortion	誘導契合、張力、柔性	活性中心與底物辨識殘基	讓底物更像過渡態

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Fig. 6.3-6.4 / Table 6.3

絲胺酸蛋白酶：三聯體是整體系統

E-SerOHHis/Asp 活化acyl-enzyme水解產物釋放

Subtilisin 的 Ser221、His64、Asp32 突變讓 kcat/Km 從 6.3 x 10^5 降到接近 10^-1，說明三個殘基不是相加，而是協同。

表 6.3 Subtilisin 點突變
酶	kcat s^-1	Km uM	kcat/Km
Wild type	6.3 x 10^1	440	6.3 x 10^5
Ser221 -> Ala	5.4 x 10^-5	650	8.4 x 10^-2
His64 -> Ala	1.9 x 10^-4	1300	1.5 x 10^-1
Asp32 -> Ala	1.8 x 10^-2	1400	1.3 x 10^1
All three mutations	7.8 x 10^-3	730	1.1 x 10^-1

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Fig. 6.5-6.8

輔因子讓酶有新的化學能力

PLP

作為電子匯，支援胺基酸的轉胺、脫羧、消旋等反應。

金屬離子

極化羰基、穩定負電荷、活化水分子，例如木糖異構酶。

鐵循環

脂氧合酶以鐵與自由基機制啟動脂質氧化，連到風味與劣變。

活性中心定位

蒜氨酸酶與其他 lyase 顯示底物放置方向會決定產物。

對應圖 6.5 PLP、6.6 alliinase、6.7 xylose isomerase、6.8 lipoxygenase。

Bloom Check 1

測驗：催化機制

記憶

1 U 酶活的定義是？

理解

酶降低 Delta G‡ 但不改變什麼？

應用

若突變 His 後 kcat 大降，最可能影響？

6.2.5

Michaelis-Menten 是初速模型

E + S ⇄ ES -> E + P

v0 = Vmax[S] / (Km + [S])

Vmax：所有活性位點接近被底物佔滿時的最大初速。
Km：v0 = 1/2 Vmax 時的底物濃度；不是任何情況下都能直譯成親和力。
kcat：每個活性位點的 turnover number。
kcat/Km：低底物濃度下的催化效率，常用於比較選擇性。

Fig. 6.10

為什麼酶活測定要看初速？

進程曲線後段會受底物消耗、產物抑制、酶失活與反向反應影響。
要用切線或短時間線性區估初速 v0。
食品樣品常含濁度、顏色、抑制物，空白與線性範圍更重要。

對應圖 6.10 progress curves 與 6.2.5.3.1 Critical Features of Enzyme Assays。

Fig. 6.9 / 6.11

Km 和 Vmax 要從圖形估，但圖形會騙人

Hyperbolic直接擬合最佳

Lineweaver-Burk1/v 對 1/[S]，低 [S] 誤差被放大

Eadie-Scatchardv 對 v/[S]，兩軸共用 v 誤差

Hanes-Woolf[S]/v 對 [S]，常較穩定但仍是轉換圖

analysis

教學判準

現代分析優先用非線性迴歸；線性圖用來看模式與離群點。

matrix

食品樣品

濁度、顏色、非特異吸收與底物不純會讓低濃度點更不可靠。

Fig. 6.12

抑制型態：看 Km 與 Vmax 怎麼變

競爭抑制

抑制劑與底物競爭 E。表觀 Km 上升，Vmax 理論上可由高 [S] 補回。

非競爭抑制

抑制劑降低有效酶量或催化能力。Vmax 降低，Km 可能不變。

食品連結

多酚氧化酶抑制、金屬螯合、底物類似物與加工助劑選擇，都需要判斷抑制型態。

若加抑制劑後高底物濃度仍達不到原速率，優先懷疑哪個參數下降？

對應圖 6.12 competitive and noncompetitive inhibition models。

Table 6.4 / Fig. 6.13-6.14

專一性不是只認一個鍵

凝乳酶切 κ-casein 的 Phe105-Met106，但遠端 His-Pro 區段與 Pro-rich 區段會大幅提升 kcat/Km。這解釋了為什麼替代凝乳酶常造成苦味與質地問題。

表 6.4 Chymosin 對 κ-casein 片段的選擇性
片段	肽段	kcat	Km mM	kcat/Km
a	Ser-Phe-Met-Ala-Ile-OMe	0.33	8.5	0.04
b	Leu-Ser-Phe-Met-Ala-OMe	0.58	6.9	0.08
c	Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-OMe	18.3	0.85	21.6
d	Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-Pro-OMe	38.1	0.69	55.2
e	Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-Pro-Pro-OMe	43.3	0.41	105
f	Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-OH	33.6	0.43	78.3
g	Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-Lys-OH	29.0	0.43	66.9
h	His-Pro-His-Pro-His-Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-OH	66.2	0.026	2510
i	His-Pro-His-Pro-His-Leu-Ser-Phe-Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-Lys-OH	61.9	0.028	2210

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Table 6.6 / Fig. 6.15 / 6.18

糖苷水解酶：同是澱粉，切法完全不同

表 6.6 Catalytic Properties of Glycosyl Hydrolases
酶	鍵選擇性	產物構型	催化殘基	作用方式或 subsite
alpha-Amylase	alpha-1->4 glucose	retaining alpha->alpha	Glu233, Asp300	endo
beta-Amylase	alpha-1->4 glucose	inverting alpha->beta	Glu186, Glu380	exo
Pullulanase	alpha-1->6 glucose	likely retaining	Glu706, Asp677	endo
Glucoamylase	alpha-1->4/1->6 glucose	inverting alpha->beta	Glu179, Glu400	exo
CGTase	alpha-1->4 glucose	retaining alpha->alpha	Glu257, Asp229	endo
Invertase	beta-1->2 fructose	retaining beta->beta	Glu204, Asp23	fructofuranosyl -1 / glucose +1
beta-Galactosidase	beta-1->4 galactose	retaining beta->beta	Glu461/Mg2+, Glu537	glycone/aglycon -1/+1
beta-Glucosidase	beta-1->4 or aglycon glucose	retaining beta->beta	Glu170, Glu358	exo
Polygalacturonase	alpha-1->4 galacturonate	inverting alpha->beta	Asp201, Asp180, Asp202	endo, exo types also exist
Xylanase	alpha-1->4 xylose	retaining beta->beta	Glu172, Glu78	endo, some exo/inverting
Lysozyme	NAM-NAG alpha-1->4	retaining alpha->alpha	Glu35, Asp52	endo

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Table 6.8 / Fig. 6.16-6.17

脂質酶的選擇性決定風味與結構脂

表 6.8 Selectivity Patterns of Commercial Lipases
脂肪酶	sn 位置偏好	脂肪酸偏好	底物類型	特徵
Aspergillus niger	sn-1,3 >> sn-2	short chain, 16	AG
Candida antarctica A/B	A: sn-2 > sn-1,3; B: sn-1,3 > sn-2	short chain, 18:X; 6-10 > broad	AG; GL	fatty acid pocket approx 13 C
Candida rugosa	sn-1,3 > sn-2; nonspecific	4,8 > broad	AG	multiple isoforms
Carica papaya	sn-1,3 > sn-2	4, short chain	AG	latex source containing papain
Geotrichum candidum	nonspecific; sn-2 > sn-1,3	8, long chain, 18:X	AG	minor isoform is sn-2 selective
Patatin, potato tuber	sn-1,3 > sn-2	8,10	MAG > DAG; GL, PL	general lipid acyl hydrolase
Pancreatic	strict sn-1,3	4 > broad	AG	fatty acid pocket approx 8 C
Rhizomucor miehei	sn-1,3 >> sn-2	8-18	AG; PL, GL	fatty acid pocket approx 18 C
Rhizopus arrhizus	sn-1,3 >> sn-2	8-14	AG; GL, PL	Rhizopus lipases similar

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Table 6.5

EC 分類是反應語言

表 6.5 Systematic Nomenclature Rules
EC 類別	反應型態	食品酶例子	系統命名語感
1 Oxidoreductase	氧化還原	Alcohol dehydrogenase, PPO, lipoxygenase	donor-acceptor oxidoreductase
2 Transferase	基團轉移	Alcohol acyltransferase, transglutaminase, CGTase	donor-acceptor grouptransferase
3 Hydrolase	水解鍵	Lipase, myrosinase, thermolysin	hydrolase
4 Lyase	非水解性裂解	Pectin lyase, alliin lyase	substrate group lyase
5 Isomerase	異構化	Linoleate isomerase, xylose isomerase	racemase / isomerase / mutase
6 Ligase	形成鍵	Glutathione synthetase	X-Y ligase

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Bloom Check 2

測驗：動力學與選擇性

理解

Km 最精確的課堂說法是？

分析

凝乳酶對完整 κ-casein 片段 kcat/Km 大增，主要表示？

應用

想產生 maltose，優先考慮哪類澱粉酶？

6.3

外加酶應用：先問產品，再問酶

transform

轉換原料

澱粉變糖、果膠降黏、蛋白水解、脂質重組。

process

改善製程

降低黏度、增加萃取率、縮短反應時間、降低能耗。

quality

創造品質

甜味、香氣、口感、澄清度、結構脂、低乳糖。

選酶時同時看：底物選擇性、pH/溫度穩定性、抑制物、產品規格、法規與成本。
食品系統不是純水緩衝液，鹽、糖、脂質、固形物與水活性會改變表觀表現。

Fig. 6.19

澱粉酶加工是一條流程線

糊化/液化alpha-amylase 內切，降低黏度，生成 dextrin

糖化glucoamylase、beta-amylase、pullulanase 產生 glucose 或 maltose

異構化xylose/glucose isomerase 將 glucose 轉為 fructose

產品調整HFCS、maltose syrup、cyclodextrin 或發酵糖源

figure

圖 6.19 讀法

看還原端/非還原端，理解為什麼先液化再糖化。

control

加工變因

溫度、pH、Ca2+、固形物、DE 值、反應時間共同決定糖譜。

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6.3.2.2

糖轉換：甜味、氧化與低乳糖

HFCS

Glucose isomerase

葡萄糖與果糖異構化，HFCS 的核心酶；受溫度與平衡限制。

oxygen

Glucose oxidase

消耗氧氣並生成 gluconic acid / H2O2，可用於除氧或抗氧化設計。

sucrose

Invertase

蔗糖水解為轉化糖，影響甜度、結晶與水分保持。

lactose

beta-Galactosidase

乳糖水解，降低乳糖不耐問題，也改變甜味與褐變潛勢。

Fig. 6.20-6.21

果膠酶：降黏、榨汁、澄清

MeGalAGalAGalAMeGalA

PME 去甲酯PG 水解 alpha-1,4PL beta-elimination

Pectin methylesterase 先改變甲酯化程度，會影響膠凝與後續裂解。
Polygalacturonase 降低聚合度，降低黏度。
Pectate lyase 可在不同條件下裂解去甲酯化果膠。
果汁加工要平衡萃取率、澄清度、雲濁穩定與口感。

對應圖 6.20 pectin-degrading enzymes 與圖 6.21 fruit/vegetable extract processing。

Fig. 6.22-6.24

蛋白酶有四種主要化學路線

Serine protease

Ser-His-Asp 三聯體，形成 acyl-enzyme 中間體。

Aspartic protease

雙 Asp 活化水，凝乳酶是食品關鍵例子。

Cysteine protease

Cys/His 形成強親核體，如 papain、ficin、bromelain。

Metalloprotease

金屬離子極化羰基並活化水，例如 thermolysin。

對應圖 6.22 aspartic protease、6.23 cysteine protease、6.24 metalloprotease。

Table 6.7

麵筋蛋白水解：同是蛋白酶，產品差很多

表 6.7 Hydrolytic Selectivity of Proteases toward Gluten Proteins
蛋白酶	對 glutenin 活性	對 gliadin 活性	glutenin/gliadin 比
A	1.00	2.17	0.46
B	0.50	0.17	3.0
C	0.69	0.064	11
D	1.30	0.90	1.4
E	0.37	0.19	2.0
F	0.55	0.87	0.63
H	2.07	3.02	0.68
I	2.68	0.38	7.0
G	0.60	0.038	16

dough

麵團調整

不同選擇性會改變彈性、延展性與麵筋網路。

bitterness

苦味風險

蛋白水解物若累積疏水胜肽，可能產生苦味，需要 exopeptidase 或發酵菌協同。

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6.3.3.6

Transglutaminase 是食品結構膠水

chemistry

反應

形成 epsilon-(gamma-glutamyl)lysine 交聯，或將胺類接到 Gln。

food

產品

重組肉、魚漿、乳製品凝膠、麵製品質地調整。

control

控制

蛋白底物可及性、鹽、pH、溫度、水分與反應時間決定交聯程度。

Fig. 6.25-6.27

脂肪酶：在界面上做選擇性化學

酯酶 vs 脂肪酶

差異不只底物大小，也包含界面活化與疏水相行為。

微水相重組

低水環境中可做 acidolysis、transesterification、interesterification。

磷脂酶鍵位

PLA1、PLA2、PLC、PLD 切不同鍵，用於乳化、烘焙與風味控制。

對應圖 6.25、6.26、6.27。

Design Case

小組任務：選一個酶流程

產品目標主要限制

Fig. 6.28-6.30

溫度：反應加快，也會失活

Arrhenius 區間可描述升溫加速，但酶變性會讓曲線轉折。
加工 optimum 是活性、穩定性、時間與產品品質的折衷。
木糖異構酶例子提醒：溫度也會影響反應平衡。

對應圖 6.28 tomato PME、6.29 pullulanase/commercial enzymes、6.30 xylose isomerase equilibrium。

Table 6.9 / Fig. 6.31-6.32

pH：活性曲線不等於穩定性曲線

表 6.9 Ionization Properties
可離子化基團	pKa 25 C	Delta Hion kcal/mol
C-terminal carboxyl	3.0-3.2	~0 +/- 1.5
Asp/Glu beta/gamma carboxyl	3.0-5.0
His imidazolium	5.5-7.0	6.9-7.5
Cys sulfhydryl	8.0-8.5	6.5-7.0
N-terminal ammonium	7.5-8.5	10-13
Lys epsilon-amino	9.4-10.6
Tyr phenolic	9.8-10.4	6.0-8.6
Arg guanidinium	11.6-12.6	12

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Fig. 6.33-6.35

pH 分析要拆成催化與結合

catalysis

Vmax 或 kcat

主要反映催化步驟與活性酶比例。

binding

Km

反映底物結合、表觀親和與模型假設。

efficiency

kcat/Km

低底物濃度下的整體效率，常用於比較 pH 對選擇性的影響。

圖 6.34 的 papain 例子用 Vmax、Vmax/Km、Km 分開看。
圖 6.35 的 xylose isomerase 顯示 pH 與溫度可共同改變離子化行為。

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Table 6.10 / Fig. 6.36

低水活性不是酶反應的關機鍵

表 6.10 Aw Requirements for Activity
酶	基質或食品矩陣	最低 aw
Amylases	rye flour	0.75
Amylases	bread	0.36
Amylases	starch	0.40-0.76
Phospholipases	pasta	0.45
Phospholipases	lecithin	0.45
Proteases	wheat flour	0.96
Lipases	oil, tributyrin	0.025
Phytase	grains	0.90
Phenol oxidase	catechol	0.25
Glucose oxidase	glucose	0.40
Lipoxygenase	linoleic acid	0.50-0.70

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Fig. 6.37-6.39

冷凍、鹽與滲透壓：酶仍可能工作

osmolyte

相容溶質

糖、胺基酸衍生物與其他 osmolytes 可改變蛋白水合與構形穩定。

salt

高鹽活化

Thermolysin 可被 NaCl 顯著活化，這和 aspartame 合成條件相關。

freezing

冷凍濃縮

冰形成後未凍結相鹽糖濃縮，酶可能在局部環境繼續反應。

對應圖 6.37 osmolyte systems、6.38 NaCl activation of thermolysin、6.39 freezing effect。

Bloom Check 3

測驗：環境控制

分析

某酶在 pH 4 活性低但穩定，回到 pH 6 可恢復，代表？

應用

低水活性餅乾仍有脂肪水解異味，優先檢查？

評鑑

殺酶熱處理設計不能只用最高瞬時溫度，還要看？

Table 6.11

內源性酶：濃度可以高到像主要成分

表 6.11 Examples of High Concentrations of Enzymes
酶	來源	含量	濃度	註解
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase	muscle/meat	>1% wet basis	0.34 mM	multienzyme complexes exist
Peroxidase	horseradish root	20% of protein	0.2 mM	cytosolic or plastidic isoforms
Lipid acyl hydrolase	potato tuber	~30% of protein	0.2 mM	storage protein, bud-end enriched
Alliinase	onion bulb; garlic clove	~6%; ~10% of protein	0.02; 0.2 mM	cytosolic or bundle sheath enriched
Pancreatin proteases	pancreas	~0.04 g/g dry wt	~1.0 mM total protease	zymogens and active forms

高濃度不等於一定反應，因為隔室化、底物可及性與環境條件很重要。
一旦切割、破碎、凍融或加熱不完全，酶與底物可能突然相遇。

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Fig. 6.40

原位條件會改變表觀行為

crowding

分子擁擠

細胞中不是稀溶液，蛋白濃度與代謝物會改變反應。

coupled

伴隨酶

PFK 與 FBPase 共存會改變表觀活性曲線。

matrix

食品處理

切割、壓榨、凍融與熱處理會破壞隔室，改變酶和底物距離。

對應圖 6.40 simulated in situ conditions on phosphofructokinase。

Fig. 6.41-6.44

褐變控制：PPO、氧氣、酚類、銅

組織破壞

酚類底物、PPO 與氧氣相遇。

PPO 循環

OXY/MET/DEO 形態氧化單酚或雙酚生成醌。

醌聚合

醌進一步反應形成褐色聚合物。

控制點

排氧、酸化、熱處理、螯合銅、競爭抑制、抗氧化還原。

對應圖 6.41 PPO cycling、6.42 substrates、6.43-6.44 inhibitors。

Fig. 6.45

過氧化酶：常拿來當熱處理指標

cycle

POD 循環

H2O2 與酚類供體參與 peroxidatic cycle，生成自由基或氧化產物。

indicator

熱穩定

某些 POD 較耐熱，因此常用於判斷蔬菜 blanching 是否充分。

quality

品質風險

殘留 POD 可能連到色澤、風味與氧化變化。

對應圖 6.45 peroxidase reaction mechanism and cycling。

Table 6.12 / Fig. 6.46-6.49

脂氧合酶：同一路徑可造成豆腥，也可產生青綠香

表 6.12 Selected Lipoxygenases and Hydroperoxide Lyases
來源	相對活性	最適 pH	LOX/HPL 選擇性	主導化合物
Soybean seed 1	4200	9.0	4:96 13S at pH 9; 23:77 13S at pH 6.6	n-hexanal, hexenals, off-flavors
Soybean seed 2/3		6.5/7.0	50:50 9R >= 9S; 65:35 R~S	off-flavor potential
Corn germ	-	6.5	93:7 9S	n-hexanal, off-flavors, ketols
Pea seed	1800	6.6	67:33 R~S; 59:41 13S/9R at pH 9	off-flavors
Potato tuber	4600	5.5	95:5 9S; HPL 9/13-LOOH	trans-2,cis-6-nonadienal
Tomato fruit	360	5.5	96:4 9S; HPL 13-LOOH	trans-2-hexenal, cis-3-hexen-1-ol, n-hexanal
Green pepper	300	5.5-6.0	not definitive; HPL 13-LOOH	cis-3-hexenal, trans-2-hexenal, n-hexanal
Apple fruit	<120	6.0-7.0	15:85; HPL 13-LOOH	n-hexenal, trans-2-hexenal
Mushroom	-	8.0	10:90 13S	1-octen-3-ol, 1-octen-3-one
Tea leaves	-	6.5	16:84 13S; HPL S-13-LOOH	trans-2-hexenal, cis-3-hexenal, n-hexanal

對應圖 6.46 LOX cycling、6.47 inhibitors、6.48 LOX/HPL green notes、6.49 HPL mechanism。

Fig. 6.50-6.52

辛辣與蔥蒜香：破壞組織才開始的化學

Brassica

Myrosinase

水解 glucosinolate；ESP、NSP、TFP 與條件決定異硫氰酸酯、腈等產物。

Allium

Alliinase

蒜、洋蔥組織破壞後將 S-alkyl cysteine sulfoxides 轉成刺激性香氣分子。

process

加工控制

切碎程度、放置時間、加熱先後、pH 與金屬離子會改變香氣與機能性。

對應圖 6.50 myrosinase、6.51 glucosinolates、6.52 alliinase pathways。

6.5.4

質地：酶可以軟化，也可以建構

polymer

碳水聚合物

果膠、纖維素、半纖維素酶影響水果蔬菜軟化、果汁黏度、植物組織崩解。

protein

蛋白質

蛋白酶影響肉嫩化、乳凝膠、麵筋網路，也可能造成苦味與過度軟化。

control

小分子控制

螯合、抑制、鹽、糖、有機酸與熱處理可降低質地缺陷。

Control Matrix

把所有控制策略放在一張表

課程整合矩陣
控制變因	主要影響	常用目的	風險
熱處理	加速反應或失活	殺酶、縮短反應	過熱造成品質劣變或基質保護造成殘留
pH	改變離子化、結合、穩定性	選擇性反應、防褐變	酸味、蛋白沉澱、可逆/不可逆混淆
水活性	改變塑性、擴散、平衡	保存、脂質重組	低 aw 仍有長期反應
氧氣	影響 oxidoreductases	防褐變、防油脂氧化	包裝成本與厭氧風味
抑制劑/螯合劑	佔據活性位或移除金屬	PPO、LOX 控制	法規、味道、標示
隔室化	阻止酶與底物接觸	新鮮切割與冷凍控制	破碎或凍融後失控

Figure Atlas

Fennema 第 6 章圖鑑

Fig. 6.1

催化與未催化反應座標

看懂活化能、過渡態與反應速率的關係

基礎與機制

Fig. 6.2

酶反應座標與演化優勢

真正有效的是對過渡態互補，不是把底物抓得越緊越好

基礎與機制

Fig. 6.3

親核催化與共價中間體反應座標

共價中間體會改變反應路徑

基礎與機制

Fig. 6.4

絲胺酸蛋白酶機制

Ser-His-Asp 三聯體不是三個獨立貢獻，而是共同運作

基礎與機制

Fig. 6.5

含 PLP 酶的通用機制

維生素 B6 輔酶讓胺基酸反應有電子匯

基礎與機制

Fig. 6.6

蒜氨酸酶活性中心

底物與活性中心配位決定反應選擇性

基礎與機制

Fig. 6.7

木糖/葡萄糖異構酶機制

金屬與酸鹼催化協同

基礎與機制

Fig. 6.8

脂氧合酶機制

自由基與鐵循環連接脂質氧化

基礎與機制

Fig. 6.9

Michaelis-Menten 雙曲線

Vmax 與 Km 要從初速資料估算

動力學與選擇性

Fig. 6.10

不同底物濃度的反應進程曲線

酶活測定要取線性初速

動力學與選擇性

Fig. 6.11

雙曲線與線性轉換圖

Lineweaver-Burk 等線性圖方便看趨勢但會放大誤差

動力學與選擇性

Fig. 6.12

競爭與非競爭抑制模型

抑制型態可由 Km/Vmax 變化診斷

動力學與選擇性

Fig. 6.13

木瓜蛋白酶底物定位

用底物系列反推出活性位點地圖

動力學與選擇性

Fig. 6.14

絲胺酸蛋白酶結合口袋

S1 口袋幾何決定 P1 側鏈偏好

動力學與選擇性

Fig. 6.15

糖苷水解酶 subsite mapping

糖鏈長度與位置決定活性

動力學與選擇性

Fig. 6.16

脂肪酶選擇性特徵

sn 位置、脂肪酸鏈長、立體選擇性共同決定產品

動力學與選擇性

Fig. 6.17

脂氧合酶位置與立體選擇性

底物進入口袋方向影響 9/13 與 S/R 產物

動力學與選擇性

Fig. 6.18

糖苷水解酶機制多樣性

保留型與反轉型機制導致產物構型不同

外加酶應用

Fig. 6.19

商業澱粉酶加工流程

液化、糖化、異構化是連續設計問題

外加酶應用

Fig. 6.20

果膠分解酶作用位置與機制

PG、PME、PL 作用在不同鍵與取代基

外加酶應用

Fig. 6.21

果蔬萃取液果膠酶處理

降低黏度、提高榨汁率、改善澄清

外加酶應用

Fig. 6.22

天冬胺酸蛋白酶機制

兩個羧酸殘基活化水並穩定四面體中間態

外加酶應用

Fig. 6.23

半胱胺酸蛋白酶機制

Cys/His 建立強親核性

外加酶應用

Fig. 6.24

金屬蛋白酶機制

金屬離子極化羰基並活化水

外加酶應用

Fig. 6.25

酯酶與脂肪酶差異

脂肪酶常有界面活化與疏水底物偏好

外加酶應用

Fig. 6.26

脂肪酶在微水相中的酰基重組

酸解、轉酯、醇解、酯交換、酯化

外加酶應用

Fig. 6.27

極性甘油脂的脂解鍵位選擇性

PLA1、PLA2、PLC、PLD 作用位置不同

外加酶應用

Fig. 6.28

番茄 PME 熱敏感性

溫度同時加速反應與造成失活

環境控制

Fig. 6.29

pullulanase 與商業酶熱敏感性

最佳反應溫度不是加工可承受溫度

環境控制

Fig. 6.30

木糖異構酶平衡常數熱敏感性

溫度也會改變熱力學平衡

環境控制

Fig. 6.31

pH 對 pullulanase 與商業酶的影響

活性範圍與穩定範圍必須分開看

環境控制

Fig. 6.32

酶活性對 pH 的典型反應

鐘形曲線常來自可離子化基團

環境控制

Fig. 6.33

pH 反應的動力學模型

Vmax、Km、kcat/Km 的 pH 依賴含義不同

環境控制

Fig. 6.34

木瓜蛋白酶 pH 分析

用 Vmax 與 Vmax/Km 拆解催化與結合

環境控制

Fig. 6.35

木糖異構酶 pH 反應

pH、溫度與可離子化基團耦合

環境控制

Fig. 6.36

水活性對酶活影響

低 aw 不代表零反應，長期儲藏仍可能改變品質

環境控制

Fig. 6.37

滲透保護系統

相容溶質能改變蛋白水合與穩定性

環境控制

Fig. 6.38

NaCl 活化 thermolysin

高鹽可同時改變活性、穩定性與合成反應

環境控制

Fig. 6.39

冷凍對反應進程的影響

凍結濃縮相中仍可能有酶反應

環境控制

Fig. 6.40

模擬原位條件下 PFK 功能

細胞內擁擠、代謝物與伴隨酶會改變表觀動力學

內源性酶

Fig. 6.41

多酚氧化酶循環

OXY/MET/DEO 形態與單酚、雙酚反應連接褐變

內源性酶

Fig. 6.42

PPO 底物

天然酚類種類影響褐變速度與色澤

內源性酶

Fig. 6.43

PPO 類底物抑制劑

競爭性類似物可佔據酚類結合位

內源性酶

Fig. 6.44

其他 PPO 類底物抑制劑

抑制策略需兼顧味道、法規與劑量

內源性酶

Fig. 6.45

過氧化酶循環

POD 常作熱處理充分性的指標

內源性酶

Fig. 6.46

脂氧合酶反應與循環

LOX 產生氫過氧化物並引發氣味分子

內源性酶

Fig. 6.47

LOX 抑制劑

抑制可降低豆腥與脂質氧化味

內源性酶

Fig. 6.48

LOX/HPL 協同產生青綠香氣

同一路徑可形成期望或不期望風味

內源性酶

Fig. 6.49

HPL 機制

CYP74 類酶把氫過氧化脂肪酸裂解成揮發性醛

內源性酶

Fig. 6.50

芥子酶機制

ESP/NSP/TFP 控制異硫氰酸酯、腈、硫氰酸酯走向

內源性酶

Fig. 6.51

芥子油苷與產物控制

處理條件改變保健與辛辣產物

內源性酶

Fig. 6.52

蒜氨酸酶反應與蔬菜組織底物

蔥蒜香氣來自組織破壞後的酶-底物相遇

內源性酶

本頁保留圖號與教學判讀重點，課堂可回查原 PDF 對應圖。

Table Atlas

12 個重要表格怎麼讀

Fennema Ch.6 table learning targets
表號	主題	學生必須會的事
6.1	Catalytic power	活化能下降與速率倍數
6.2	Catalysis mechanisms	近接、共價、酸鹼、構形扭曲
6.3	Subtilisin mutations	Ser-His-Asp 協同證據
6.4	Chymosin selectivity	遠端 subsite 如何提高 kcat/Km
6.5	EC classification	用反應型態理解命名
6.6	Glycosyl hydrolases	鍵選擇性、構型保留/反轉、subsite
6.7	Gluten proteases	glutenin/gliadin 選擇性與麵團質地
6.8	Commercial lipases	sn 位置、鏈長與底物偏好
6.9	Ionizable groups	pH 曲線背後的 pKa
6.10	Minimum aw	低水活性仍可能有酶活
6.11	High enzyme concentrations	內源性酶可能高濃度存在
6.12	LOX/HPL properties	植物來源與風味分子連結

Bloom + Minigames

Bloom 分層測驗設計

Remember定義 U、kcat、Km、EC 類別

Understand解釋活性曲線、pH 與水活性圖

Apply為產品選酶與條件

Analyze從 Km/Vmax、抑制與圖表診斷問題

Evaluate比較熱處理、酸化、螯合、包裝策略

Create設計一個食品酶控制或應用流程

互動小遊戲包：開啟 teaching-games/index.html。若用本機伺服器分享，可讓學生用手機掃描遊戲頁 QR。

Six-Hour Run Sheet

實際上課時間配置

建議 6 小時教學節奏
時間	教學活動	圖表焦點	形成性評量
00:00-00:55	酶本質、催化力、機制	Fig. 6.1-6.8, Tables 6.1-6.3	催化機制三題
00:55-01:50	動力學、抑制、專一性	Fig. 6.9-6.18, Tables 6.4-6.6	Km/Vmax 與 subsite 題
01:50-02:50	碳水化合物酶應用	Fig. 6.19-6.21, Table 6.6	澱粉/果膠流程設計
02:50-03:50	蛋白與脂質酶應用	Fig. 6.22-6.27, Tables 6.7-6.8	選酶案例任務
03:50-04:55	環境控制	Fig. 6.28-6.39, Tables 6.9-6.10	環境控制診斷題
04:55-06:00	內源性酶與品質案例	Fig. 6.40-6.52, Tables 6.11-6.12	Bloom 綜合任務

Closing

不是背酶名，是設計反應條件

學完這章，學生應能從一個食品品質問題回推：底物是誰、酶在哪裡、環境是否允許反應、圖表中的參數能否外推到真實食品，以及要用哪個控制策略。

下一步：用一個真實產品，完成「酶應用或酶控制」設計單。

Fennema's Food Chemistry, Chapter 6 Enzymes. 本教材為教學整理、重繪與課堂活動設計。