食品化學 蛋白質.ppt

1、第三章 蛋白質(Proteins),3.1 氨基酸 3.2 蛋白質 3.3 蛋白質的變性 3.4 蛋白質的功能性質 3.5 新蛋白質資源 3.6 食品加工對蛋白質功能性質和 營養(yǎng)價值的影響,概況：,蛋白質由碳、氫、氧、氮、硫、磷以及某些金屬元素鋅、鐵等組成的復雜大分子，它是生命細胞的主要成分(占干重50以上)。 作用：*是維持生命活動和生長所必需的物質；*部分蛋白質還可以作為生物催化劑(酶和激素)控制機體的生長、消化、代謝、分泌及能量轉移等化學變化；*蛋白質是機體內生物免疫作用所必需的物質，可以形成抗體以防止機體感染；*在食品中蛋白質對食品的質地、色、香、味等方面還起著重要的作用。 化學組成：

2、蛋白質雖然是復雜大分子，但從其化學組成上來看，它們都含有基本結構單元,氨基酸，蛋白質就是由不同的氨基酸由酰胺鍵連接而成的，不同蛋白質分子之間的區(qū)別就在于其氨基酸組成及排布次序的不同。蛋白質一般可分為三大類： 單純蛋白：僅由氨基酸組成的蛋白質； 結合蛋白：由氨基酸和非蛋白質化合物組成； 衍生蛋白：由酶或化學方法處理蛋白質后得 到的相應化合物。 為了滿足人類對蛋白質的需要，不僅要充分利用現(xiàn)有的蛋白質資源，研究影響蛋白質結構、性質的加工處理因素，改進蛋白質的性質，尤其是蛋白質的營養(yǎng)價值和功能性質，而且還應尋找新的蛋白質資源和開發(fā)蛋白質利用新技術。,3.1 氨基酸(Aminoacids) 氨基酸為組成

3、蛋白質的基本單元，天然蛋白質中一般含有20種氨基酸，另外還有一些其它較少見的氨基酸存在于自然界中并具有特殊的生物功能。一、結構與分類： 結構：除脯氨酸外，所有的氨基酸都是-氨基酸，即在-碳上有一個氨基，并且多以L-構型存在，某些微生物中有D-型氨基酸。,分類：根據(jù)氨基酸側鏈R的極性不同可將其分為四組，它們分別是： 1. 堿性氨基酸：側鏈上帶正電荷，它們是賴氨,酸、精氨酸、組氨酸，側鏈含有氨基或亞氨基。 2. 酸性氨基酸：側鏈上帶負電荷，它們是谷氨酸和天冬氨酸，側鏈上均含一個羧基。 3. 不帶電荷的極性氨基酸：此種Aa側鏈含有極性基團，可以形成氫鍵，溶解度比非極性氨基酸增大。共有7種：絲氨酸、蘇

4、氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺及甘氨酸。半胱氨酸在蛋白質中通常以胱氨酸的形式存在，而天冬酰胺、谷氨酰胺在酸、堿存在時水解轉化為天冬氨酸和谷氨酸。 4.非極性氨基酸：具有一個疏水性側鏈，在水中的溶解度比極性氨基酸低。共有8種：丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和甲硫氨酸(蛋氨酸)，脯氨酸是一亞氨基酸。 此外，還有存在于膠原蛋白中的羥脯氨酸、羥賴氨酸；存在于肌肉中的甲基組氨酸和N一甲基賴氨酸。 一些其它氨基酸從蛋白水解物中發(fā)現(xiàn)，如,二、氨基酸的物理性質,1. 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸的碳原子均是手性碳原子，所以具有旋光性。旋光方向和大小取決于其R基性質，也與水

5、溶液的pH有關。 2. 紫外吸收：20種Aa在可見區(qū)內無吸收，但在紫外光區(qū)酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸有吸收，其最大吸收波man分別為278nm、279nm和259nm，故此利用此性質對這三種氨基酸進行測定。酪氨酸、色氨酸殘基同樣在280nm處有最大的吸收，可用紫外分光光度法定量分析蛋白質。 3. 離解：在中性溶液中氨基酸是以偶極離子或兩性離子的形式存在：,在不同的PH條件下既可作為堿接受質子： 又可作為酸離解出一質子： 所以一個單氨基單羧基氨基酸全部質子化以后可以看作一個二元酸，因而有兩個離解常數(shù)：,當氨基酸呈電中性(即凈電荷為零)時，所處環(huán)境的pH值即為該氨基酸的等電點(pI)，pI和pKaI

6、、pKa2有以下的關系：,三、氨基酸的化學性質 氨基酸上的各個官能團可進行多種反應，在這里介紹氨基、羧基及側鏈的一些主要反應：1. 氨基的反應（4個）：（1）-Aa 能與亞硝酸定量作用，產生氨氣和羥基酸；測定N2的體積就可以計算氨基酸含量。NH2與HNO2反應較慢，脯氨酸、精氨酸、組氨酸、色氨酸中的環(huán)結合氮不與HNO2作用。,。,（2）與醛類化合物反應：氨基與醛類化合物反應生成Schiff堿，Schiff堿，是美拉德反應中間產物，與褐變反應有關,（3）?；磻豪绨被膳c芐氧基甲酰氯在弱堿性條件下反應 ：,（4)烴基化反應：Aa-氨基可以與二硝基氟苯反應 生成穩(wěn)定的黃色化合物： 該反應可用

7、于對肽的N一末端氨基酸來進行分析。,在合成肽的過程中可利用此反應保護氨基。,2. 羧基的反應（2個）,（1）成酯或成鹽反應， 氨基酸在干燥HCl存在下與無水甲醇或乙醇作用生 成甲酯或乙酯： （2）脫羧反應：大腸桿菌中含有一種谷氨酸脫羧酶，可使谷氨酸脫羧。,3. 由氨基與羧基共同參加的反應（2個）：（1）形成肽鍵：氨基酸之間的羧基和氨基縮合反應，可以形成肽：,與茚三酮反應：在微酸性條件下茚三酮與氨基酸共熱可發(fā)生下列反應，終產物為藍紫色化合物，可用于氨基酸的定性、定量分析。只有脯氨酸生成黃色化金物。,4. 側鏈的反應,-氨基酸的側鏈R基反應很多：R基上含有酚基，可還原Folin血試劑，生成鉬藍和鎢

8、藍，可用于蛋白質的定量分析；R基上含有一SH基，在氧化劑存在下生成雙硫健，在還原劑存在下亦可重新變?yōu)橐籗H基等。,四、氨基酸的制備,氨基酸的制備可以通過三種途徑： 1. 蛋白質水解：天然蛋白質用酸、堿或酶催化水解，生成游離氨基酸，然后通過等電析出使之結晶，再經精制而得到各種氨基酸。其中以酶法水解較為理想。 2. 人工合成法：一般只用于制備少數(shù)難以用其它方法制備的氨基酸，如色氨酸、甲硫氨酸。 3. 生物發(fā)酵法：可以用來制備多種氨基酸，如谷氨酸、賴氨酸等在生產上應用最多。,3.2 蛋白質(Proteins),一、蛋白質的結構： 蛋白質是以氨基酸為基本結構單位構成的結構復雜高分子化合物。其結構分為低

9、級結構（一級結構）和高級結構（二、三、四級結構）： 1. 一級結構：是氨基酸通過肽鍵（酰胺鍵）組成的肽鏈中，氨基酸殘基的種類、數(shù)目、排列順序為Aa的一級結構。 在多肽鏈中帶有氨基的一端稱作N端，而帶有羧基的一端稱作C端。許多蛋白質如胰島素、血紅蛋白、酪蛋白的一級結構已經確定。 一級結構決定蛋白質的高級結構和蛋白質的基本性質。,2. 二級結構：指多肽鏈借助氫鍵排列成沿一個方向、具有周期性結構的構象，并不考慮側鏈的構象和片斷間的關系。Pr的二級結構主要有-螺旋和-折疊，氫鍵在其中起著穩(wěn)定構象的作用。,3. 三級結構：是指多肽鏈借助各種作用力在二級結構基礎上，進一步折疊卷曲形成緊密的復雜球形分子的結

10、構。 穩(wěn)定蛋白質三級結構的作用力有氫鍵、離子鍵、二硫鍵和范德華力。在大部分所研究的球形蛋白分子中，極性氨基酸的R基一般位于分子表面，而非極性氨基酸的R基則位于分子內部。 4. 四級結構：蛋白質的四級結構是二條或多條肽鏈之間以特殊方式結合，形成有生物活性的蛋白質；其中每條肽鍵都有自己的一、二、三級結構，這些肽鏈稱為亞基，它們可以相同，也可以不同。,二、蛋白質的分類(Protein classification),蛋白質根據(jù)其化學組成和溶解度分為三大類：即單純蛋白質、結合蛋白質和衍生蛋白質。 (一)單純蛋白質：僅含氨基酸的一類蛋白質： 1清蛋白(Albumines)：它們是分子量很低的蛋白質，能溶

11、于中性無鹽的水中。例如蛋清蛋白、乳清蛋白、血清蛋白、牛乳中的乳清蛋白、谷物中的麥谷蛋白和豆科種子里的豆白蛋白等即是。 2球蛋白(Globulins)：不溶于水，但可溶于稀酸、稀堿及中性鹽溶液，如牛乳中的乳清球蛋白、血清球蛋白，肉中的肌球蛋白和肌動蛋白與大豆中的大豆球蛋白即是。 3谷蛋白(Glutellins)：不溶于水、乙醇及鹽溶液中，能溶于很稀的酸和堿溶液中。例如小麥中的谷蛋白和水稻中的米谷蛋白即是。,4醇溶谷蛋白(Prolamines)：不溶于水及中性有機溶劑中，能溶于5090酒精中。這種蛋白質主要存在谷物中，并含大量的脯氨酸和谷氨酸，例如玉米醇溶谷蛋白，小麥醇溶谷蛋白和大麥醇溶谷蛋白即是

12、。 5硬蛋白(Scleroprotein)：不溶于水和中性溶劑中并能抵抗酶的水解。這是一種具有結構功能和結合功能的纖維狀蛋白。例如肌肉中的膠原蛋白、腱中的彈性蛋白和毛發(fā)及角蹄中的角蛋白即是；明膠為其衍生物。 6組蛋白(Histones)：為一種堿性蛋白質，因為它含有大量的賴氨酸和精氨酸，能溶于 水中。 7魚精蛋白(Protamines)：為一種低分子量(4008000)的堿性很強的蛋白質，它含有豐富的精氨酸，例如鯡魚中的鯡精蛋白。,(二)結合蛋白質(Conjugated proteins),結合蛋白質是單純蛋白質與非蛋白質成分，如碳水化合物、油脂、核酸、金屬離子或磷酸鹽結合而成的蛋白質。 1脂

13、蛋白(Lipoproteins)：為油脂與蛋白質結合的復合物，具有極性的乳化能力，存在于牛乳和蛋黃中。與蛋白質結合的油脂有甘油三脂、磷脂、膽固醇及其衍生物。有些蛋白質如視紫紅蛋白能與細胞的生物膜相結合，與生物膜的脂雙層結合的部分為富含疏水氨基酸的肽段，它們呈一螺旋結構，這類蛋白質稱為膜蛋白。 2糖蛋白(Glycoproteins)：糖蛋白是碳水化合物與蛋白質結合的復合物。這些碳水化合物是氨基葡萄糖、氨基半乳糖、半乳糖、甘露糖、海藻糖等中的一種或多種，與蛋白質間的共價鍵或羥基生成配糖體。糖蛋白可溶于堿性溶液。哺乳動,物的粘性分泌物、血漿蛋白、卵粘蛋白及大豆某些部位中之蛋白質都屬于糖蛋白。 3核蛋

14、白(Nucleoproteins)：由核酸與蛋白質結合而成的復合物。存在細胞核及核糖體中。 4磷蛋白(Phosphoproteins)：為許多主要食物中一種很重要的蛋白質。磷酸基團是與絲氨酸或蘇氨酸中的羥基結合，如牛乳中的酪蛋白和雞蛋黃中的磷蛋白即是。 5色蛋白(Chromoproteins)：為蛋白質與有色輔基結合而成的復合物，后者多為金屬。色蛋白有許多種，如血紅蛋白、肌紅蛋白、葉綠素蛋白及黃素蛋白等。,(三)衍生蛋白質(Derived protein ),衍生蛋白質是用化學方法或酶學方法處理蛋白質得到的一類衍生物。 根據(jù)其變化程度可分為： 一級衍生物：一級衍生物的改性程度較小、不溶于水，如

15、凝乳酶凝結的酪蛋白。 二級衍生物：二級衍生物改性程度較大，包括(proteoses)胨(peptones)和肽(peptides)，這些降解產物因在大小和溶解度上有所不同，溶于水、加熱不凝集，在許多食品加工過程中如干酪成熟時易生成肽這類降解產物。,三、蛋白質的物理化學性質,1. 蛋白質的酸堿性質 蛋白質是兩性電解質，分子內既有游離氨基，又有游離羧基，同時又側鏈基團如-COOH ，-COOH -NH2、咪唑基、胍基等。在一定條件下，這些基團解離為帶電基團，從而是蛋白質帶電，所帶電荷的性質和數(shù)量與可解離基團有關，也與溶液的pH值有關。蛋白質在某pH值時其所帶電荷數(shù)為零，此時它所在溶液的pH就是它的

16、等電點pI 。當 pH pI 時蛋白質為陰離子，在電場中可向陽極移動；而當 pH pI 時蛋白質作為陽離子，在電場中向陰極移動。 2. 分子量的測定： 蛋白質分子量變化范圍非常大，并且由于結構復雜，很難精確測定。這里僅介紹滲透壓法。,滲透壓法：蛋白質溶液與理想溶液有很大的偏差，其濃度與滲透壓不呈簡單直線關系。在低濃度下，它們之間關系為：,通過測定幾個不同濃度下的滲透壓，并以C對C作圖，外推至C0處得到截距C，然后求得M值的大小。 測定蛋白質分子量的方法還有超離心法、色譜的方法等。,3.蛋白質的水解,蛋白質經過酸、堿或酶催化水解后，經過一系列中間產物，最后生成氨基酸，中間產物主要是蛋白胨和各種肽

17、類： 蛋白質蛋白胨小肽二肽氨基酸 注意： 堿水解可以使胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸破壞，并引起氨基酸的外消旋化； 酸水解可破壞色氨酸； 酶法較為理想，它的反應條件溫和，對氨基酸破壞少，但需要一系列酶作用才能使一種蛋白質完全水解成游離氨基酸。,4. 蛋白質的顏色反應,（1） 雙縮脲反應是蛋白質的一個顏色反應，凡是具有二個以上肽鍵的化合物都能發(fā)生這種反應，而二肽和游離氨基酸不發(fā)生該反應。雙縮脲（蛋白質或肽分子）在堿性環(huán)境內與CuS04形成紫色化合物，用此反應對蛋白質進行定量分析。 （2）茚三酮反應也是蛋白質的一個顏色反應，在中性條件下蛋白質或多肽也能同茚三酮試劑發(fā)生顏色反應，生成蘭色或紫紅色化合物。茚

18、三酮試劑與胺鹽、氨基酸均能反應。 （3）黃色反應在蛋白質溶液中加入濃硝酸，Pr沉淀析出后，再加熱則變成黃色沉淀。這一反應是含有芳香族Aa（苯并、色、酪）的Pr所特有的顏色反應。如皮膚、指甲、毛發(fā)等遇到濃硝酸會呈黃色。 （4）費林反應含有酪氨酸的Pr因酪氨酸的酚基能育費林試劑中的磷鉬酸和磷鎢酸反應，還原成藍色化合物。利用這一反應定量測定Pr。,3.3 蛋白質的變性,蛋白質的二、三、四級結構的構象不穩(wěn)定，在某些物理或化學因素作用下，發(fā)生不同程度的改變稱為變性。變性是指蛋白質高級結構發(fā)生改變，而肽鍵不斷裂。變性后的蛋白質某些性質發(fā)生變化，主要包括： 疏水性基團暴露，水中溶解性降低； 某些蛋白質的生物

19、活性喪失； 肽鍵暴露出，易被酶攻擊而水解； 蛋白質結合水的能力發(fā)生了變化； 溶液粘度發(fā)生了變化； 蛋白質結晶能力喪失。 因此可以通過測定蛋白質的一些性質如沉降性質、粘度、電泳性質、熱力學性質等了解其變性程度。,引起蛋白質變性的因素,有物理因素和化學因素： 一、物理因素 1. 加熱：加熱是引起蛋白質變性的最常見因素，蛋白質熱變性后結構伸展變形，例如天然血清蛋白是橢園形的，長：寬=3：1，而熱變性后長：寬=5.5：1，分子明顯伸展。 對一般化學反應，其溫度系數(shù)為24，即溫度升高10，反應速度增加了24倍；但對蛋白質的變性反應，其溫度系數(shù)為600左右；將該性質用于食品工業(yè)如高溫瞬時殺菌，就是利用高溫

20、快速破壞活性蛋白質或微生物酶的原理 2. 低溫：低溫處理可導致某些蛋白質的變性，例如 L-蘇氨酸胱氨酸酶在室溫下穩(wěn)定，但在0不穩(wěn)定；有些蛋白質如11S大豆蛋白質、乳蛋白在冷卻或冷凍時可以發(fā)生凝集和沉淀就是低溫變性的例子。,3. 機械處理：有些機械處理如揉捏、攪打等，由于剪切力的作用使蛋白質分子伸展，破壞了其中的一螺旋，使蛋白質網(wǎng)絡發(fā)生改變而導致變性。面團的揉制就是典型的例子。 4. 其它因素：如高壓、輻射等處理均能導致蛋白的變性。 二、化學因素 1. 酸、堿因素：大多數(shù)在特定的pH值范圍內是穩(wěn)定的，但在極端pH條下， Pr分子內部的可離解基團受強烈的靜電排斥作用而使分子伸展、變性。 2. 金屬

21、離子：Ca2+、Mg2+離子是Pr分子中的組成部分，對穩(wěn)定Pr構象起著重要作用除去Ca2+、Mg2+會大大地降低Pr對熱、酶的穩(wěn)定性；而Cu2+、Fe2+、Hg2+、Ag+等易與Pr分子中的-SH形成穩(wěn)定的化合物，而降低蛋白質的穩(wěn)定性。,3. 有機溶劑：有機溶劑可通過降低Pr溶液的介電常數(shù)，降低Pr分子間的靜電斥，導致其變性；或是進入蛋白質的疏水性區(qū)域，破壞蛋白質分子的疏水相互作用。這些作用力的改變均導致了蛋白質構象的改變，從而產生了變性。 4. 有機化合物：高濃度的脲素和胍鹽(48molL)會導致蛋白質分子中氫鍵的斷裂，因而導致蛋白質的變性；而表面活性劑如十二烷基磺酸鈉( SDS )能在蛋白

22、質的疏討區(qū)和親水區(qū)間起作用，不僅破壞疏水相互作用，還能促使天然蛋白分子伸展，所以是一種很強的變性劑。 5. 還原劑：巰基乙醇、半胱氨酸、二硫蘇糖醇等還原劑能使Pr分子中存在的二硫鍵還原，從而改變蛋白質的構象。 蛋白質的變性般來講是有利的，但在某些情況下是必須避免的，如酶的分離、牛乳的濃縮等過程蛋白正變性會導致酶的失活或沉淀生成。,3.4 蛋白質的功能性質,蛋白質的功能性質是指除營養(yǎng)價值外，對食品需宜特性有利的蛋白質的物理化學性質，如凝膠、溶解、泡沫、乳化、粘度等在食品中起著十分重要作用的性質。蛋白質的功能性質影響著食品感官質量、食品質地，也對食品或成分在制備、加工或貯存過程中的物理特性起著主要

23、作用。食品蛋白質的功能性質可以分為三大類： 水合性質：取決于蛋白質與水之間的相互作用，包括水的吸附與保留、濕潤性、膨脹性、粘合、分散性、溶解性等。 與蛋白質之間的相互作用有關的性質，如沉淀、膠凝、組織化、面團的形成等。 蛋白質的表面性質：蛋白質的起泡、乳化等方面的性質。,表3.1 各種食品中蛋白質的功能性質,一、水合性質,1.水合性質: 多數(shù)食品是水合體系，食品中各成分的物理化學性質和流變學性質受體系中水活度的影響，Pr的構象在很大程度上和它與水的作用有關。濃縮物或離析物在應用于食品中時都涉及水合，因此研究Pr水合和復水性質在食品加工中是非常有用的。 Pr分子通過表面上的各種極性基團與水作用。

24、一般來講約在0.3gg蛋白質的水與蛋白質結合的非常牢固，還有0.3gg蛋白質的水與蛋白質結合的較松散。蛋白質從干燥狀態(tài)逐漸水合時有如下的過程： 干燥蛋白極性部位吸附水多層水吸附液態(tài)水凝 聚蛋白質溶脹,2.影響Pr水合作用的因素：Pr濃度、pH值、溫度、離子強度、其它成分的存在均能影響Pr - Pr和Pr-水。蛋白質吸附水、保留水的能力對各類食品尤其是碎肉和面團等的質地起重要的作用，其它的功能性質如膠凝、乳化也與蛋白質的水合有十分重要的關系。 二、溶解度 Pr的溶解度即Pr在水中的溶解能力。Pr溶解度對天然蛋白質的提取、分離提純及評價蛋白質變性程度非常有用，蛋白質在飲料中的應用也與其溶解度有關。

25、 影響Pr溶解度的因素：pH值、離子強度、溫度、溶劑類型等。,三、粘度 Pr溶液的粘度反映出它流動的阻力.蛋白質溶液與多數(shù)溶液如懸浮液、乳濁液一樣，是非牛頓流體，粘度系數(shù)隨其流速的增加而降低，這種現(xiàn)象稱之為“剪切稀釋”，原因如下： 分子朝著流動方向逐漸取向，使得摩擦阻力降低； 蛋白質的水合環(huán)境朝著流動方向變形； 氫鍵和其它弱鍵的斷裂使得蛋白質很快分散。 影響蛋白質流體粘度的主要因素是分散的蛋白分子或顆粒的表觀直徑，表觀直徑又因以下的參數(shù)而變化： 蛋白質分子的固有特性，例如分子大小、體積、結構、電荷數(shù)及濃度的大小等； 蛋白質和溶劑間的相互作用；蛋白質分子之間的相互作用。 Pr的粘度、稠度是流體食

26、品如飲料、肉湯、湯汁等的主要功能性質，對蛋白質食品的輸送、混合、加熱、冷卻等加工過程也有實際意義。,四、膠凝作用,1. 定義：變性的Pr分子聚集并形成有序的Pr空間網(wǎng)絡結構，其中含有大量的水。蛋白質的膠凝與蛋白質的締合、聚集、聚合、沉淀、絮凝和凝結等有區(qū)別： Pr的締合是指在亞基或分子水平上發(fā)生的變化；聚合或聚集是指由于溶解度部分或全部喪失而引起的一切聚集反應；絮凝是指沒有蛋白質變性時的無序聚集反應；凝結是變性蛋白質的無序聚集反應。 2. 凝膠形成的特性和凝膠結構：在凝膠中，Pr的網(wǎng)絡是由于 Pr-Pr、Pr-H2O 之間的相互作用及鄰近肽鏈之間的吸引力和排斥力達到平衡時形成的。即靜電引力、

27、Pr-Pr的 作用有利于肽鏈的靠近；靜電斥力、 Pr-H2O的作用有利于肽鏈的分離。,3.形成凝膠的條件（1）在多數(shù)情況下熱處理是凝膠形成的必需條件，然后再冷卻。有時加入少量的酸或Ca2+鹽可提高膠凝速度和膠凝強度；（2）有時不需要加熱也可以形成凝膠，如有些蛋白質只需要加入Ca2+鹽，或適當?shù)拿附?，或加入堿使之堿化后再調PH值至等電點，就可發(fā)生膠凝作用。 4.凝膠的分類：（1）熱可逆凝膠：在加熱時融解，冷卻后又可重新通過氫鍵形成凝膠；（2）熱不可逆凝膠：這類凝膠一旦形成就通過二硫鍵維持其穩(wěn)定的結構狀態(tài)，不易受加熱等因素的影響。 5.凝膠的特性：由于凝膠是一種有序的空間網(wǎng)絡結構，它高度水合（每克

28、蛋白質可結合水10g以上），且其它成分也存在于該網(wǎng)絡結構中，它們都不易被擠壓出來。水的保留可能與網(wǎng)絡的微毛細孔結構有關，也可能與肽鏈上羰基和氨基的極化有關。,6.膠凝作用,蛋白質的膠凝作用是食品非常重要的功能性質，在許多食品的制備中起著重要作用， 如乳制品、各種加熱的肉糜，魚制品等。蛋白質的膠凝作用可以形成固體彈性凝膠，也可提高吸水性、增稠性、粘著性、乳化性和發(fā)泡性。一般來講與蛋白質的變性相比，其聚集速度慢將有利于伸展的蛋白質分子更好取向，有利于更好地形成有序、均勻光滑、粘稠、彈性好、透明、穩(wěn)定性好的凝膠，否則所形成的凝膠缺乏彈性、不透明、穩(wěn)定性差。,五、組織化(Texturization),

29、（一）概念：在許多食物中，蛋白質是食品質地或結構的構成基礎，例如肉、魚的肌原纖維、干酪的酪蛋白等。蛋白質的組織化是使可溶性植物蛋白或乳蛋白形成具嘴嚼性和良好持水性的薄膜或纖維狀產品，且在以后的水合或加熱處理中能保持良好的性能。組織化的蛋白質可以作為肉的代用品或替代物，還可以用于對動物蛋白進行重組織化(例如對牛肉或禽肉的重整加工）。 （二）常見的蛋白質組織化方法： 1.熱凝固和簿膜形成：大豆蛋白的濃溶液在平滑的金屬表面熱凝結，生成水合蛋白薄膜，或將其在95加熱數(shù)小時，此時由于水分蒸發(fā)和熱凝結也能在表面形成一層薄的蛋白膜，腐,竹就是采用上述方法加工而成的。 2.熱塑性擠壓：植物蛋白通過熱塑性擠壓得

30、到干燥的纖維多孔狀顆?；蛐K，復水后嘴嚼性好。熱塑性擠壓的方法：將含水1030%的蛋白質-多糖的混合物通過一個圓筒，在高壓、高溫和強剪切的作用下轉化為粘稠狀物，然后迅速通過圓筒而進入常壓環(huán)境，水分迅速蒸發(fā)后冷卻就形成了高度膨脹、干燥的多孔結構。它在60可以吸收24倍的水，變?yōu)槔w維狀海棉和具有口嚼性的彈性結構，并在殺菌條件下穩(wěn)定?？芍谱魅馔?、漢堡包的肉糜、肉的替代物、填充物等，還可以用于血液、魚肉及其它農副產品的組織化。 3.纖維的形成：在PH10的條件下，高濃度的蛋白溶液通過靜電斥力而分子離解并充分伸展。 *將該溶液在高壓下通過一個有許多小孔的噴頭，,此時伸展的蛋白分子沿流出方向定向排列成行并

31、延長；*液體從噴頭出來進入NaCl的酸性溶液中，由于等電點的鹽析效應，使蛋白質發(fā)生凝結，并通過氫鍵、離子鍵、二硫鍵等形成水合蛋白纖維；*再通過滾筒轉動拉直蛋白纖維，增加纖維的機械阻力和嘴嚼性，降低持水容量；*通過滾筒加熱除去部分水分，提高蛋白的粘著力和韌性；*然后加入色素、脂肪、風味物質等形成纖維束；*經粘合、切割、壓縮等工序制成人造肉或加工食品。 在以上三種組織化方式中以熱塑性擠壓較為經濟，工藝也較簡單，原料要求低，不僅用于蛋白質含量較低的蛋白原料如脫脂大豆蛋白，也可以用于蛋白質含量高達90以上的蛋白離析物，而纖維形成方式只能用于蛋白質離析物的組織化。,六、面團的形成(Dough forma

32、tion),1.面團的形成：小麥胚乳中面筋蛋白質在有水存在下室溫混和、揉捏能夠形成強內聚力和粘彈性糊狀物，這是小麥面粉轉化為面包面團，并經發(fā)酵烘烤形成面包的基礎。小麥面粉中其它的成分如淀粉、糖、脂類、可溶性蛋白等，都有利于面筋蛋白形成面團網(wǎng)絡結構和構成面包質地。 2.面團形成的本質：面筋蛋白主要由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白組成，面團的特性與它們密切相關。 （1）在面包制作過程中麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的平衡非常重要。大分子的麥谷蛋白與面包的強度有關，它的含量過高會抑制發(fā)酵過程中殘留CO2的膨脹，抑制面團的鼓起；麥醇溶蛋白含量過高會導致過度的膨脹，產生的面筋膜易破裂和易滲透，面團塌陷。 （2）在面團中加入

33、極性脂類、變性球蛋白有利于麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的相互作用，提高面筋的網(wǎng)絡結構，而中性脂肪、球蛋白則不利面團結構。,（3）面筋蛋白的Aa組成：*在面筋蛋白中因可離解氨基酸少而不易溶于中性水中，*另外大量的谷氨酰胺、羥基氨基酸易形成氫鍵，使面筋具有吸水能力和粘聚性質（粘聚性質還與疏水相互作用有關），*含有一SH Aa能形成雙硫鍵，所以在面團中它們緊密連接在一起。當面粉被揉捏時分子伸展，二硫鍵形成，疏水作用增強，面筋蛋白轉化形成了立體的具有粘彈性的蛋白質網(wǎng)絡，載留了一些淀粉粒和其它成份。 加入還原劑破壞SS,則可破壞面團的內聚結構，但加入KBrO3氧化劑則有利于面團的彈性和韌性。 七、乳化性質(Em

34、ulsifying properties) 1.蛋白質在食品乳膠體中的穩(wěn)定作用：許多食品（如牛乳、冰淇淋、黃油、干酪、蛋黃醬、肉餡）屬于乳膠體，蛋白質在穩(wěn)定這些乳膠體,的食品中起著重要作用，它在分散的油滴和連續(xù)水相的界面上吸附，能使液滴產生抗凝集性的物理學（如靜電斥力）、流變學性質（如粘度）?？扇苄訮r的乳化特性是由于Pr具有親水基團和疏水基團，他們濃集在油-水表面，降低體系的表面張力和減少形成乳濁液所需的能量。一般人認為蛋白質的疏水性越大，界面上吸附的蛋白質濃度越大，界面張力越小，乳濁液因而也就更穩(wěn)定。 2.影響乳化作用的因素：許多因素影響著Pr的乳化作用，如儀器設備的類型、輸入能量的強度、

35、加油速率、油相體積、溫度、離子強度、糖類、油的種類、可溶性Pr濃度及Pr的乳化性質。 （1） Pr的種類：球蛋白（如血清蛋白、乳清蛋白）具有很穩(wěn)定的結構和很強的親水性，故不是很好的乳化劑；而酪蛋白由于其無規(guī)則卷曲的結構特點及肽鏈上的高度親水區(qū)域和高度疏水區(qū)域,是很好的乳化劑。大豆蛋白離析物、肉和魚肉蛋 白質等也是很好的乳化劑。 （2） 蛋白質的溶解度：與其乳化性質呈正相關。一般來講，蛋白質的溶解性有利于蛋白質的乳化性， 如肉糜中有NaCl存在時（0.51M）可提高蛋白質的乳化容量。不過一旦乳濁液形成，不溶蛋白質對其穩(wěn)定性起促進作用。 （3）pH對乳化作用的 影響：因蛋白質種類的不同而不同，如明

36、膠、卵清蛋白在pI時具有良好的乳化性，而大多蛋白質如大豆蛋白、花生蛋白、酪蛋白、肌原纖維蛋白、乳清蛋白等在非PI時的乳化性更好，因為此時氨基酸側鏈的離解，產生了有利于乳濁液穩(wěn)定的靜電斥力，避免了液滴的聚集同時還有利于蛋白質的溶解。 （4）加熱會降低吸附在界面上蛋白質膜的粘度，因而降低乳濁液的穩(wěn)定性，但是如果加熱蛋白質,產生了膠凝作用就能提高其粘度和硬度，提高乳濁液的穩(wěn)定性，例如肌原纖維蛋白的膠凝作用對灌腸等食品的乳濁穩(wěn)定性十分有益，它提高了保水性和脂肪的穩(wěn)定性，還增強了粘結性。 （5）表面活性劑：低分子表面活性劑不利于蛋白質乳濁液的穩(wěn)定性，它們會降低蛋白膜的硬度，減弱了蛋白質吸附于界面的作用力

37、，從而降低乳液的穩(wěn)定性。 八、發(fā)泡性質（Foaming properties） 1.食品泡沫通常是指氣泡在連續(xù)液相或半固相中形成的分散體。氣泡的直徑從1m到幾個cm不等。典型的食品例子就是冰淇淋、啤酒等。 2.對食品泡沫要求：含有大量的氣體；在氣相和連續(xù)相之間要有較大的表面積；溶質的濃度在表面較高；要有能膨脹、具有剛性或半剛性和彈性的膜；有可反射的光，看起來不透明。,泡沫食品的柔軟性依氣泡體積及薄層的厚度及流變學性質而定。 3.產生泡沫的方法有三種， 讓通過多孔分散器的氣體通入Pr溶液而產生氣泡; 在大量氣體存在下機械攪拌或振蕩Pr溶液產生氣泡； 在高壓下將氣體溶于Pr溶液，突然降壓，氣體膨脹

38、而形成泡沫。 4.影響泡沫穩(wěn)定性的因素： 鹽類：鹽類不僅可影響蛋白質的溶解、粘度、伸展和解聚，也能影響其性質，例如NaCl增加了膨脹量但降低了泡沫的穩(wěn)定性，而Ca2+由于能同蛋白質的羧基形成鹽橋而提高了泡沫的穩(wěn)定性。 糖類：糖類通常都是抑制蛋白質的泡沫膨脹，但是它們又可提高蛋白質溶液的粘度，所以可以提高泡沫的穩(wěn)定性。故此糖的加入應在泡沫膨脹時加入；卵清中的糖蛋白由于能吸附和保持薄層,中的水分所以有助于泡沫體積的穩(wěn)定。 脂類：蛋白質溶液中的極性脂類會干擾蛋白質的界面吸附，從而大大降低蛋白質的發(fā)泡性能。 濃度：蛋白質濃度在28的范圍時，蛋白質溶液具有最好的粘度和穩(wěn)定性；但當濃度超過10時會使氣泡變

39、小，泡沫變硬。 機械處理：適當?shù)臄嚢瑁◤姸?、時間）會使蛋白質伸展而產生吸附和形成泡沫，過度攪拌則會使蛋白質不能有效吸附在界面上而產生絮凝，大大降低膨脹度和泡沫的穩(wěn)定性。 加熱處理：加熱會使氣體膨脹、不利于泡沫的形成，粘度降低。但發(fā)泡前對蛋白質進行適當?shù)臒崽幚韺ζ浒l(fā)泡是有利的，此時可使蛋白質分子伸展并有利于其在空氣-水界面上的吸附。 *在某些食品加工中有時不需要產生泡沫，如濃縮、發(fā)酵等過程，可能因泡沫的產生造成產物損失或減慢加工速度，此時可加入消泡劑來消除泡沫。,九、與風味物質結合(Binding of flavor compounds),1. Pr與風味物質結合 食品的風味是由接近食品表面的低

40、濃度揮發(fā)物質產生的， Pr與揮發(fā)物質的結合取決于食品表面吸附或經擴散滲入食品內部。固體食品的吸附分為兩種類型：物理吸附和化學吸附。 食品中的風味物質：醛、酮、酸、酚和氧化脂肪的分解產物等。蛋白質與風味物質結合可產生好的風味，如會使組織化的植物蛋白產生肉的香味，但也會產生不良的風味，這樣脫臭處理。 2.影響蛋白質與風味化合物的結合的因素： *水可以提高極性揮發(fā)物質的結合，但不影響非極性物質的結合；*高濃度的鹽可降低蛋白質的疏水性，提高羰基化合物的結合能力； *PH值：酪蛋白在中性、堿性時比在酸性時結,合更多的羰基化合物；*蛋白質的水解可降低其與風味物質結合的能力；*熱變性可降低與風味化合物的結合

41、；*脂類的存在可以促進各種羰基揮發(fā)物質的結合與保留；但在真空冷凍干燥時可使最初結合的50揮發(fā)物質釋放出來。 十、與其它物質的結合 蛋白質除了與水分、脂類、揮發(fā)性物質結合之外，還與金屬離子、色素、染料、生物活性等物質結合。這種結合可降低毒性，也增強毒性，有時還使蛋白質的營養(yǎng)價值降低。,3.5 新蛋白質資源,開發(fā)利用傳統(tǒng)蛋白質資源和新蛋白質資源是目前研究、發(fā)展的方向，對傳統(tǒng)蛋白的研究則主要集中于對大豆蛋白的開發(fā)利用，而在新蛋白質資源中單細胞蛋白、葉蛋白、藻類等是研究的主要方向。 一、大豆蛋白和其它油籽蛋白 在油籽作物中以大豆蛋白最為重要，一是因為它的種植面積非常大，二是它的必需氨基酸組成與動物蛋白

42、十分接近。大豆經脫脂加工以得到三種不同的商品大豆蛋白： 1.脫脂豆粉：大豆脫皮壓浸去油脂蛋白質和碳水化合物加熱滅活抗營養(yǎng)因子胰蛋白酶抑制物和血球凝集素脫脂豆粉（蛋白質含量約為50）。,2.濃縮大豆蛋白：脫脂豆粉用PH4.5水或含一定濃度乙醇的水浸提處理除去低聚糖(脹氣因子)和降低胰蛋白酶抑制物的量 蛋白質的含量在70左右。由于浸提使脫脂豆粉中相當量的蛋白質損失。 大豆蛋白分離物(大豆分離蛋白)：脫脂豆粉用PH：10的稀堿浸提分離出殘渣后溶液酸化至等電點 沉淀中和 干燥大豆分離蛋白（蛋白質量超過90以上，基本不含抗營養(yǎng)因子），在水中的溶解度也比前二者高，但回收率較濃縮蛋白低得多。 脫脂豆粉和濃縮

43、蛋白適用于熱塑性擠壓，而分離蛋白不僅適用于熱塑性擠壓，也適用于纖維形成，但成本要高。 其它油籽蛋白的加工與大豆蛋白的加工方式及類型有許多相似之處，這里不再講述。,二、單細胞蛋白(SCP),單細胞蛋白一般是指以微生物中的蛋白質作為食物蛋白，其優(yōu)點是單細胞蛋白的生產一般不受氣候、地域條件的限制，生長繁殖快，產量高，易控制，可以利用“三廢”作為培養(yǎng)基質，它們主要有酵母蛋白，細菌蛋白，藻類和真菌。 酵母蛋白：產脘假絲酵和啤酒酵母早被人們利用作為食品。它們的蛋白質的含量超過了干重的一半，缺乏含硫氨基酸，其生物價可因添加甲硫氨酸而增加；但由于含有較高量的核酸，若攝入過量則會形成尿酸的血漿液水平升高，造成代

44、謝紊亂。一般它們可作為動物飼料蛋白用，也可經化學分離提取蛋白或去掉核酸后供人食用。酵母蛋白生產時的底物一般為碳水化合物。,細菌蛋白：細菌蛋白的生產一般是以碳氫化合物或甲醇作為底物，它們的蛋白含量占干重的34以上，缺乏含硫氨基酸；用來生產細菌蛋白的主要有桿菌屬、絲菌屬、假單胞菌屬。同樣存在著核酸含量過高的問題，一般不直接食用。常作為飼料蛋白或經過加工以用作為食用蛋白原料。 藻類：以小球藻和螺旋藻最引人注意，二者蛋白含量分別為50、60(干重)，必需氨基酸中除含硫氨基酸較少外，其它必需氨基酸豐富。作為食物蛋白時存在兩個缺點：日食用量超過lOOg時有惡心、嘔吐、腹痛等現(xiàn)象；細胞壁不易破壞，消化吸收率

45、低。若破壁及去掉色素則可提高其消化吸收率。 真菌：蘑菇是食用最廣的一種食用真菌，它的蛋白質含量較低(不超過干重30，鮮蘑菇中蛋白質約4)，其蛋白質也不是完全蛋白。,三、葉蛋白,植物的葉片是進行光合作用及合成蛋白質的場所，許多禾谷類、豆類作物的葉片中約含24%Pr。取新鮮葉片切碎壓榨取汁，所得汁液中含有10固形物；加熱汁液至90時可形成蛋白凝塊，經洗滌、干燥后凝塊中約含60的蛋白質、10的脂類、10礦物質和其它物質(維生素、色素)，可直接用作商品飼料來增加禽類的皮肉部、蛋黃的色澤。若經過脫色處理后會改善其適口性，添加到谷類食物中提高谷類食物中賴氨酸的不足。 四、魚蛋白： 魚蛋白可作為食物蛋白和飼

46、料蛋白。生魚磨粉后，用有機溶劑浸提除掉脂類和水分，再經適當?shù)难心ブ瞥深w料即為無臭味的濃縮魚蛋白，其蛋白質含量達75以上。若同時脫骨、去內臟處理做成的則是去內臟濃縮魚蛋白，蛋白質含量達93以上。魚蛋白的必需氨基酸組成與雞蛋蛋白、酪蛋白相似，但是它的一些功能性質 如溶解性、分散性、吸濕性等不好，所以不太適用于食品加工。必須經過一些特殊的加工處理后方可在食品中應用，如組織化、水解等。,3.6 食品加工對蛋白質功能性質及營養(yǎng)價值的影響,食品在加工貯存過程中,蛋白質的功能性質和營養(yǎng)價值也發(fā)生一定的變化，這里簡介一下熱處理、冷凍、輻射、堿處理和脫水等加工處理對Pr的功能性質的影響和對營養(yǎng)價值的影響。 一、

47、熱處理的影響 1.對蛋白質功能性質的影響 多數(shù)食品通過加熱殺菌，但加熱特別是高溫處理對蛋白質的功能性質會有不良影響，如牛乳殺菌蛋白質凝集、酪蛋白脫磷酸作用、乳清蛋白發(fā)生熱變性；又如肉類80殺菌時，肌漿蛋白和肌纖維蛋白發(fā)生凝集，同時肌纖維蛋白中的SH基氧化生成二硫鍵，90時會釋放出H2S。但適當?shù)臒崽幚韺r品質也有有利的方面。所以加熱殺菌條件需要嚴格控制。,2.對蛋白質營養(yǎng)價值的影響 （1）有利的影響：一般的溫和處理都是有利的。 *熱燙和蒸煮使酶失活，可避免酶促氧化產生不良的色澤和風味；*植物組織中存在的抗營養(yǎng)因子或毒素通過加熱變性或鈍化；*適當?shù)臒崽幚頃筆r伸展而暴露出被掩蓋的基團，有利于蛋白酶的水解，易于消化吸收；*適當?shù)臒崽幚磉€會產生一定的風味物質，有利于食品感官質量的提高。 （2）不利的影響： *強熱處理Pr時會使Aa的脫氨、脫硫、脫羧，破壞了Aa的結構，降低了Pr的營養(yǎng)價值；*食品中的還原糖與Lys發(fā)生美拉德反應，產生不被消化道酶分解的Schiff堿 ,從而降低蛋白質的營養(yǎng)價值；*非還原糖、脂肪在高溫下生成羰基化合物，它能與蛋白質發(fā)生反應； *高溫長,時間處理， Pr分