蛋白的功能性质及其在贮藏加工过程中的变化以及食品加.ppt

Chapter 5 Protein蛋白质,重点蛋白质的变性及其对食品品质的影响；蛋白的功能性质及其在贮藏加工过程中的变化，以及食品加工条件对食品品质和营养性的影响；食品中蛋白质及氨基酸的测定。难点 蛋白质功能性质、蛋白质构象变化对其性质的影响。,Contents,5.1.Introduction5.2.Physicochemical properties of aminoacids5.3.Protein structure5.4 Protein denatutation5.5 Functional properties of proteins5.6 Nutritional properties of proteins5.7 Processing-induced physical chemical and nutritional changes in proteins5.8 Measurement of protein5.9 Special topic:study on bioactive protein,5.1.概述introduction1.蛋白质在食品加工中的意义The importance of protein in food processing蛋白质是食品中三大营养素之一蛋白质对食品的色、香、味及组织结构等具有重要意义，一些蛋白质具有生物活功能，是开发功能性食品原料之一,2.蛋白质的分子量及其测定方法Molecular weight of protein and measurement分子量：一万到一百万道顿（Dalton)之间或更大。测定方法 渗透压法 超离心法 凝胶过滤法 聚丙烯酰胺凝胶电泳法,3.蛋白质的元素组成The elements of proteinC：50-55%H：6-8%O：20-23%S：0-4%N：15-18%微量元素：P、Fe、Zn、Cu、I 等,4.蛋白质的分类The classification of protein按分子形状分 纤维状蛋白质 球状蛋白质按分子组成分 简单蛋白质 结合蛋白质按蛋白质的溶解度分 清蛋白 谷蛋白 球蛋白 醇溶蛋白,5.食品中蛋白质来源The source of protein in food动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳植物中蛋白质：如大豆、谷物微生物中蛋白质：酵母,5.2.氨基酸的物理化学性质Physicochemical Properties of Amino Acids,1.氨基酸的一般性质,(2)分类classification按R的极性分类 非极性氨基酸：Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp,Val,Pro 极性氨基酸 无电荷侧链氨基酸:Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly 带正电荷侧链氨基酸:Lys,Arg,His 带负电荷侧链氨基酸:Asp,Glu,(3)氨基酸在水中的溶解度氨基酸溶解度(g/L)氨基酸溶解度(g/L）丙氨酸167.2 亮氨酸21.7精氨酸855.6 赖氨酸739.0天冬酰胺28.5 蛋氨酸56.2天冬氨酸5.0 苯丙氨酸27.6半胱氨酸-脯氨酸1620.0谷胺酰胺7.2（37）丝氨酸422.0谷氨酸8.5 苏氨酸13.2甘氨酸249.9 色氨酸13.6组氨酸-酪氨酸0.4异亮氨酸34.5 缬氨酸58.1,(4)氨基酸的酸碱性质 Acid-base properties of amino acids氨基酸在pH=7时水中存在形式,除甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为不对称碳原子,所以：A、氨基酸都具有旋光性。B、每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。,氨基酸是酸氨基酸是碱,氨基酸的等电点 pI of amino acids 是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的pH值氨基酸的等点估算用酸滴定时 pH1=pKa1同理可算当用碱滴定时 pH2=pKa2pI=（pKa1+pKa2）/2,侧链带电荷不同时，估算方法不同pI=（pKa1+pKa3）/2 酸性氨基酸pI=（pKa2+pKa3）/2 碱性氨基酸,(5)氨基酸的疏水性 Hydrophobic properties of Amino Acids疏水性概念Hydrophobic property is the excess free energy of a solute dissolved in water compared to that in an organic solvent under similar conditions.,氨基酸的疏水性是指氨基酸从乙醇转移至水中的自由能变化GG0=-RTlnS乙醇/S水S乙醇-氨基酸在乙醇中的溶解度S水-氨基酸在水中的溶解度,(6)氨基酸的光学性质及光谱 Optical properties of amino acids氨基酸具有旋光性（除甘氨酸)立体异构体：L、D型，天然只存在L型异构体=210nm,氨基酸都有吸收峰=278nm,色氨酸都有最大吸收峰=274.5nm,酪氨酸都有最大吸收峰=260.0nm,苯丙氨酸都有最大吸收峰,(7)氨基酸的化学反应 Chemical reactions of amino acids与茚三酮反应与邻苯二甲醛反应,1.概述Introduction(1)蛋白质分子构象是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布,5.3.蛋白质分子构象The Conformation of Proteins,(2)蛋白质结构层次,一级结构Primary Structure二级结构Secondary Structure超二级结构Supersecondary Structure结构域Domain三级结构Tertiary Structure四级结构Quaternary Structure,(3)构象与构型的区别构型：在立体异构体中，取代原子或基团在空间的取向构象：当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排布，这些不同的空间排列称为不同的构象。,(4)蛋白质分子构象研究进展第一阶段：1959年以前,1951年Pauling和Gorey提出蛋白质立体化学原理 和-螺旋模型奠定了蛋白质空间结构研究理论基础,Kendrew采用X-射线结构分析法揭示了肌红蛋白的二、三级结构首次证实了-螺旋在蛋白质中存在,第二阶段：1959年以后,分析方法的应用：中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等,2.蛋白质分子一级结构The primary structure of protein,(1)概念 是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。(2)肽键的结构,(3)肽单位结特征,肽键不同于C-N单键和C=N双键；肽键具有部分单键性质同时又有双键性质；肽键不能自由旋转；肽单位是刚性平面结构；肽单位平面有一定的键长和键角。,3.蛋白质分子的二级结构The secondary structure of protein,(1)概念是指由多肽链上主链骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。,构象：当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排布，这些不同的空间排列称为构象。,是指多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升，从而形成一个螺旋式的构象。,(2)螺旋结构Helical structure,-折叠片,回折,4.三级结构The tertiary structure of protein(1)概念Concept指含螺旋、弯曲和折叠或无规卷曲等二级结构的蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列,(2)肌红蛋白的三级结构,(3)稳定三级结构的作用力,蛋白质结构稳定疏水相互作用氢键范德华引力二硫键静电相互作用,5.蛋白质分子的四级结构The quaternary structure of protein,蛋白质亚基：是一条多肽链寡聚蛋白质：由少数亚基聚合而成的蛋白质多聚蛋白质：由几十个，甚至上千个亚基聚合而成的蛋白质。,四级结构的狭义定义：是指寡聚蛋白质中的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。四级结构的广义定义：由相同或不同球蛋白分子所构成的聚合体,5.4.蛋白质的变性Protein Denaturation,1.天然蛋白质的概念The concept of natural protein 在体内条件下，具有呈现全部生物功能所需要的精确构象的蛋白质变性的现象。,2.蛋白质变性的概念The concept of protein denaturation 由于外界因素的作用，使天然蛋白质分子的构象发生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常变化，不包括一级结构上肽键的断裂。,3.蛋白质变性现象The phenomena of protein denaturation,1.物理性质的改变凝集、沉淀流动双折射粘度增加旋光值改变紫外、荧光光谱发生变化,2.化学性质的改变酶水解速度增加分子内部基团暴露3.生物性能的改变抗原性改变生物功能丧失4.可逆变性除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由变性态恢复到天然态。,5.不可逆变性 除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象,由变性态不能恢复到天然态。6.蛋白质变性测定方法测定蛋白质的比活性以天然蛋白质作对照，测定蛋白质物理性质的变化。测定蛋白质化学性质的变化观察蛋白质的溶解度变化测定蛋白质的抗原性是否改变,7.影响蛋白质变性的因素The factors affecting denaturation,酸碱 温度尿素和盐酸胍 机械处理表面活性剂 液压有机溶剂 辐射 盐 界面,1.蛋白质的功能性质概念The concept of functional properties of proteins,在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的哪些蛋白质的物理和化学性质。,功能 食品 蛋白质类型溶解性 饮料 乳清蛋白粘度 汤、调味汁 明胶持水性 香肠、蛋糕、肌肉蛋白，鸡蛋蛋白 胶凝作用 肉和奶酪 肌肉蛋白和乳蛋白粘结-粘合 肉、香肠、面条 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白弹性 肉和面包 肌肉蛋白，谷物蛋白乳化 香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白 泡沫 冰淇淋、蛋糕 鸡蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和风味的结合 油炸面圈 谷物蛋白,2.食品蛋白质在食品体系中的功能作用Functional roles of food proteins in food systems,3.蛋白质的水合性质,(1)概念Concept 蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Gln的酰胺基、Ser、Thr和非极性残基同水分子相互结合的性质。,(2)氨基酸残基的水合能力Hydration capacities of amino acid residues,氨基酸残基 水合能力Asn 2Gln 2Pro 3Ser,The 2Trp 2Asp(非离子化）2Glu(非离子化）2Tyr 3Arg(非离子化）3Lys(非离子化）4,氨基酸残基 水合能力/（mol H2O/mol残基)Asp-6Glu-7Tyr-7 Arg+3His+4Lys+4非极性残基 Ala 1Gly 1Phe 0Val,Ile,Leu,Met 1,(3)蛋白质结合水的能力The hydration capacities of proteins,当干蛋白质粉与相对湿度为90%-95%的水蒸汽达到平衡时每克蛋白质所结合的水的克数。,(5)各种蛋白质的水合能力,蛋白质水合能力/(g H2O/g蛋白质）纯蛋白质肌红蛋白 0.44血清清蛋白 0.33血红蛋白 0.62胶原蛋白 0.45酪蛋白 0.40卵清蛋白 0.30商业蛋白质产品乳清浓缩蛋白 0.45-0.52大豆蛋白 0.33,(6)影响蛋白质结合水的环境因素The factors affecting hydration capacities of protein温度 盐的种类 离子强度 pH,(1)pH和溶解度,(2)离子强度和溶解度,(3)盐离子与蛋白质相互作用,(4)温度和溶解度 当T40,温度升高,溶解度减少,5.蛋白质的界面性质Interfacial properties of proteins,(1)概念 是指蛋白质能自发地适移至汽-水界面或油-水界性质。(2)具有界面性质的蛋白质必要条件能否快速地克附至界面能否快速地展开并在界上面再定向能否形成经受热和机械运动的膜,(3)影响蛋白质界面性质的因素,内在因素 外在因素氨基酸组成 pH非极性AA与极性AA之比 离子强度和种类疏水性基团与亲水性基团的分布 蛋白质浓度二级、三级和四级结构 时间二硫键 温度分子大小和形状 分子柔性,(4)乳化性质Emulsifying Properties,测定乳化性质的方法 液滴大小分布 乳化活力 乳化能力 乳化稳定性,测定乳状液滴大小方法,Counlter计数器光学显微镜法电子显微镜法光散射法,蛋白质的载量 是指克附乳状液油-水界面上的蛋白质质量。乳化能力 是指在乳状液相转变前每克蛋白质所能乳化的油的体积。,乳状液稳定性,乳油层体积Es=100%,乳油层体积 乳状液总体积,影响蛋白质乳化作用的因素 蛋白质的溶解度 pH=PI 溶解度减少时，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度增加，增加其他乳化作用 血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在pH=PI，具有较高的溶解度，此时，乳化作用增加。与蛋白质表面疏水性存在正相关。适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用。,(5)起泡性Foaming properties,蛋白质的起泡性质 是指它汽液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。蛋白质的起泡力 是指蛋白质能产生的界面面积的量,泡沫体积膨胀率=（起始液体的体积/起始液体的体积）膨胀力=（并入气体的体积/液体的体积）,100%,100%,不同蛋白质溶液的起泡力,蛋白质 起泡力牛血清清蛋白 280乳清分离蛋白 600鸡蛋蛋清 240卵清蛋白 40牛血浆 260-乳球蛋白 480血纤维蛋白原 360大豆蛋白（酶水解）500明胶（酸法加工猪皮明胶）760,蛋白质作为起泡剂的必要条件,必须快速地吸附至气-水界面 必须易在界面上展开和重排 必须在界面上形成一层粘合性膜,蛋白质分子的性质与起泡性的关系,影响蛋白质起泡性质的环境因素,pH 盐 糖 脂 蛋 温 白 度 质 浓 度,6.与风味物质结合,蛋白质+风味 蛋白质 风味有利：良好风味载体不利：与不良风味结合,(1)蛋白质与风味之间的相互作用,干蛋白粉 范德华力 氢键 静电 物理截留,液态或高水分食品中蛋白质,非极性配位体与蛋白质表面的疏水性小区相互作用通过氢键相互作用静电相互作用醛类化合物通过共价键结合至赖氨酸残基上,(2)影响蛋白质与风味结合的因素,温度盐pH化学改性,7.粘度,蛋白质溶液流体特征 假塑性流体(1)蛋白质切变稀释的原因分子朝着流动方向逐渐取向，使磨擦阻力减少。蛋白质的水合范围沿着流动方向形变。氢键和其他续键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的解离。,(2)影响蛋白质流体粘度特性因素,蛋白质被分散的分子或颗粒的表观直径。蛋白质溶剂的相互作用。蛋白质蛋白质相互作用。,8.凝胶化作用Gelation,(1)凝胶化作用概念是指变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络结构过程。(2)凝胶化作用机制 溶胶状态 似凝胶状态有序的网络结构状态,(3)凝胶化的相互作用,氢键疏水相互作用静电相互作用金属离子的交联相互作用二硫键,(4)影响蛋白质凝胶化作用的因素,溶液的pH蛋白质的浓度金属离子(5)蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用果冻 豆腐香肠 重组肉制品,5.7 在食品加工中蛋白质的物理、化学和营养变化 Processing-induced physical chemical and nutritional changes in proteins1.加热处理对蛋白质的影响 蛋白质的一些功能性质发生变化 破坏食品组织中酶有利食品的品质 促进蛋白质消化 破坏抗营养因子 引起氨基酸脱硫胱酰胺异构化 有养存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏 T200，碱性条件下，色氨酸发生异构化 剧烈热处理引起蛋白质生成环状衍生物,赖氨酸、谷氨酰胺与天冬胱胺形成共价交联r辐射引起蛋白质发生聚合H2O2引起酪氨酸发生氧化性交联PH+LOO P+LOOH天然蛋白质脂类自由基脂类过氧化物 形成的蛋白质自由基P，随后发生多肽链聚合等P+PP-P,3.蛋白质与氧化剂之间的相互作用食品常用氧化剂 H2O2过氧苯甲酰次氯酸钠,(1)蛋氨酸的氧化,(2)半胱氨酸的氧化,(3)色氨酸的氧化,5.6 蛋白质的性质The properties of protein,一、两性解离和等电点 二、胶凝与膨润三、沉淀作用,一、蛋白质的两性解离和等电点,蛋白质是两性电解质。蛋白质的等电点：对某一种蛋白质来说，在某一pH时，它所带的正电荷与负电荷恰好相等，即净电荷为零，这一pH称蛋白质的等电点。等电点与蛋白质性质有密切的关系。等电点沉淀法。,电泳：在碱性介质（pHpI）中，蛋白质解离成酸，使蛋白质带负电荷，而在酸性介质（pHpI）中，蛋白质解离成碱，使蛋白质带正电荷。因此，若以电流通过蛋白质溶液时，则在碱性介质中蛋白质分子移向阳极，而在酸性介质中，蛋白质分子移向阴极，蛋白质在电场中能够泳动的现象，称为电泳。由于等电点时蛋白质分子的净电荷为0，故在电场中不会发生移动。电泳可以把蛋白质从混合液中分离出来。,蛋白质的电泳,二、蛋白质的胶凝作用,蛋白质具有胶体性质：蛋白质的分子量很大，因此它的水溶液必然具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动、不能通过半透膜等。溶于水的蛋白质能形成稳定的亲水胶体，统称为蛋白质溶胶。一定浓度的蛋白质溶液冷却后能形成蛋白质凝胶。蛋白质凝胶具有一定的形状和弹性，具有半固体的性质。,蛋白质的胶凝作用,蛋白质的凝胶化作用是指变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络结构过程。蛋白质溶胶能发生胶凝作用形成凝胶。在形成凝胶的过程中，蛋白质分子以各种方式交联在一起，形成一个高度有组织的空间网状结构。水分充满网状结构之间的空间，不析出。蛋白质溶胶是蛋白质分子分散在水中的分散体系；蛋白质凝胶是水分散在蛋白质中的一种胶体状态。,氢键疏水作用静电作用金属离子的交联作用二硫键,凝胶化的相互作用,蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用,形成固态弹状凝胶增稠提高吸水性提高乳状液和泡沫的稳定性,三、蛋白质的水化作用,蛋白质分子表面分布着各种不同的极性基团，由于这些极性基团同水分子之间的吸引力，使水溶液中的蛋白质分子成为高度水化的分子。这就是蛋白质的水化作用。,影响水化作用的因素,蛋白质自身的状况，如蛋白质形状、表面积大小、蛋白质粒子表面极性基团数目及蛋白质粒子的微观结构是否多孔等。溶液的pH值 电解质,四、蛋白质的沉淀作用,蛋白质沉淀：使蛋白质从溶液中析出的现象。,影响蛋白质稳定的因素：水化作用电荷,蛋白质沉淀分为可逆沉淀和不可逆沉淀。,可逆沉淀,在蛋白质溶液中加入中性盐，可产生两种现象。盐溶：在盐浓度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋白质的溶解度也随之增加，这种现象称为盐溶。,盐溶的作用机理：蛋白质表面电荷吸附某种盐离子后，带电表层使蛋白质分子彼此排斥，而蛋白质分子与水分子间的相互作用却加强，因而使溶解度提高。,盐析,盐析：当中性盐浓度增加到一定程度时，蛋白质的溶解度明显下降并沉淀析出的现象，叫作盐析。,盐析的作用机理：大量盐的加入，使水的活度降低，使原来溶液中的大部分自由水转变为盐离子的水化水，从而降低了蛋白质极性基团与水分子间的相互作用，破坏蛋白质分子表面的水化层。,不同蛋白质盐析时所需的盐浓度不同，调节盐浓度可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出，这种方法称为分段盐析。,水溶性有机溶剂如丙酮、乙醇、甲醇等达到相当饱和度时可以使蛋白质沉淀。由于这些溶剂与水的亲和力比蛋白质强，能夺取蛋白质分子表面的水化膜，同时降低水的介电常数，增加蛋白质分子间的静电相互作用，导致蛋白质分子聚集沉淀。,有机溶剂沉淀,不可逆沉淀,当pH小于等电点时，蛋白质分子以阳离子形式存在，易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀。,当溶液pH大于等电点时，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重金属离子结合成不溶性盐而沉淀析出。,重金属沉淀,生物碱试剂或酸,蛋白质受热变性后，再加入少量盐类或将pH值调至等电点，则很容易发生凝固变性。,热凝固沉淀,小结1.氨基酸是带有氨基的有机酸，分子结构中至少含有一个伯氨基和一个羧基，-氨基酸含有一个-碳原子、一个羧基、一个氢原子和一个侧链R基团。必需AA（Essential AA，EAA）Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys家 写 两 三 本 书 来2.一级结构是指构成蛋白质肽链的氨基酸残基的线性排列顺序，有时也称为残基的序列。3.肽键的特点：肽键的C-N键具有40%的双键特性，而C=0键有40%左右的单键性质，这是由于电子的非定域作用结果导致产生的共振稳定结构，使之肽键的C-N键具有部分双键性质。,4 二级结构是指多肽链骨架部分氨基酸残基有规则的周期性空间排列，即肽链中局部肽段骨架形成的构象。5.三级结构是指含螺旋、弯曲和折叠或无规卷曲等二级结构的蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列。6.四级结构（Quaternary Structure 是一些特定三级结构的肽链通过非共价键形成大分子体系时的组合方式，是指含有多于一条多肽链的蛋白质的空间排列。7.维持和稳定蛋白质结构的作用力主要有空间张力、范德华力、静电相互作用、氢键相互作用、疏水相互作用、二硫键、配位键、蛋白质构象的稳定性和适应性。,8.蛋白质变性是指蛋白质构象的改变（即二级、三级或四级结构的较大变化），但并不伴随一级结构中的肽键断裂。9.蛋白质变性因素有热、低温、机械处理、静液压、辐射、界面、pH、金属、有机溶剂、有机化合物水溶液、表面活性剂、离液盐。10.蛋白质-水相互作用是通过蛋白质的肽键（偶极-偶极或氢键），或氨基酸侧链（离子的极性甚至非极性基团）同水分子之间的相互作用来实现的。,11.影响水合性质的环境因素：在等电点pH时，蛋白质-蛋白质相互作用最强，蛋白质的水合作用的溶胀最小。蛋白质结合水的能力一般随温度升高而降低，离子的种类和浓度对蛋白质的吸水性、溶胀和溶解度也有很大影响。12.影响蛋白质溶解性的因素有氨基酸组成与疏水性、pH、离子强度、温度、有机溶剂。13.按蛋白质的溶解度分类有清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白、谷蛋白14.蛋白质作为理想的表面活性剂必须具有3个属性：快速吸附到界面的能力；在达到界面后迅速伸展和取向；一旦达到界面，即与邻近分子相互作用形成具有强内聚力和粘弹性的膜，能耐受热和机械的作用。,15.影响蛋白质乳化作用的因素有:蛋白质溶解度在25%80%范围和乳化容量或乳状液稳定性之间通常存在正相关。pH影响蛋白质的乳化性质。加热通常可降低被界面吸附的蛋白质膜的粘度和刚性，结果使乳状液稳定性降低。16.影响泡沫形成和稳定性的环境因素pH 盐类糖类蛋白质浓度温度17.植物蛋白的分离和提纯方法酸性水溶液处理：用酸性溶液、水乙醇混合溶液或热水处理，可除去可溶性糖类（低聚糖）和矿物质另一种方法是使脱脂大豆粉在碱性水溶液中增溶，然后过滤或离心沉淀，除去不溶性多糖，在等电点（pH4.5）溶液中再沉淀，随后离心，洗涤蛋白质凝乳，除去可溶性糖类化合物和盐类。,思考题说明蛋白质的各级结构是靠哪些键和作用力保持其稳定的。影响蛋白质变性作用的主要因素为：_和_蛋白质按组成可分为_和_.蛋白质在食品中的作用 试述蛋白质在贮藏加工过程中可能发生的变化及其对营养价值的影响。试述蛋白质变性及其影响因素，举出几个食品加工过程中利用蛋白质变性的例子。简述蛋白质与食品中其它组分的相互作用。蛋白质在食品中有哪些功能性质？举例说明蛋白质功能特性在食品加工中的应用 扼要叙述蛋白质的一、二、三和四级结构 简述食品蛋白质的营养价值。,谢谢大家！,