食品成分化学课件.ppt
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1、闽北职业技术学院食品与生物工程系,第三节 蛋白质 氨基酸,闽北职业技术学院食品与生物工程系,概 述,蛋白质是由氨基酸按各种不同顺序排列结合成的高分子有机物质。,蛋白质存在于所有的生物细胞中,是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础,它参与了几乎所有的生命活动过程,没有蛋白质就没有生命。,组成蛋白质的基本单元是氨基酸。自然界氨基酸种类很多,但组成蛋白质的氨基酸约为20种。,P34/表1-9 常见食物蛋白质含量,闽北职业技术学院食品与生物工程系,作为食品,蛋白质除了为生物体提供必需氨基酸及氮源外,还决定食品的结构形态及色、香、味。,蛋白质是一类含氮有机化合物,除含有碳、氢
2、、氧外,还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素,主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为:碳 50 氢 7 氧 23 氮 16%硫 03 其他 微 量,闽北职业技术学院食品与生物工程系,一、氨基酸,(一)氨基酸的结构和分类(二)氨基酸的物理性质(三)氨基酸的化学性质,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(一)氨基酸的结构及分类,氨基酸是蛋白质水解的最终产物,是组成蛋白质的基本单位。与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基,因而称为-氨基酸。,-氨基酸基本结构通式,闽北职业技术学院食品与生物工程系,结构化学中,将-氨基酸分为D-、L-两种构型,D-氨基酸,L-氨基酸,组
3、成蛋白质的氨基酸约有20种,主要是-氨基酸。除甘氨酸外,天然存在的都是L-构型。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,中性AA 按R基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA,疏水性R基团AA按R基团的电性质分 不带电荷极性R基团的AA 带电荷R基团的AA,脂肪族AA按R基团的化学结构分 芳香族AA 杂环族AA,闽北职业技术学院食品与生物工程系,必需氨基酸:在人体内不能合成,只能由食物提供的氨基酸。,人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸(Lys)缬氨酸(Val)蛋氨酸(Met)色氨酸(Try)亮氨酸(Leu)异亮氨酸(Ile)酪氨酸(Thr)苯丙氨酸(Phe)婴儿时期所需:精氨酸(Arg)组氨酸(His)早
4、产儿所需:色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys),闽北职业技术学院食品与生物工程系,(二)氨基酸的物理性质,溶解性:各种氨基酸在水中的溶解度差别很大,一般能溶解于稀酸或稀碱中,但不能溶解于有机溶剂。,据Owen R.Fennema,Food Chemistry,Marcel Dekker,Inc.1996,270,闽北职业技术学院食品与生物工程系,熔点:氨基酸的熔点较高,一般在200以上。味感:氨基酸的味感与其立体构象有关。D-氨基酸多数带有甜味。L-氨基酸有甜、苦、鲜、酸四种不同味感。旋光性:除甘氨酸外,氨基酸都具有旋光性。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(三)氨基酸的化学性质,1、氨基酸
5、的酸碱性及等电点,氨基酸的离解性质 氨基酸在结晶形态或在水溶液中,并不是以游离的羧基或氨基形式存在,而是离解成两性离子。在两性离子中,氨基是以质子化(-NH3+)形式存在,羧基是以离解状态(-COO-)存在。在不同的pH条件下,两性离子的状态也随之发生变化。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,PH 1 7 10净电荷+1 0-1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,闽北职业技术学院食品与生物工程系,氨基酸的等电点 当溶液浓度为某一pH值时,氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等,净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点,简称pI。在等电点时,氨基酸既不向正极也不向负极移动,即氨
6、基酸处于两性离子状态。中性氨基酸等电点在56.3,酸性氨基酸等电点在2.83.2,碱性氨基酸在7.610.8。在等电点时,氨基酸在水中的溶解度最小,易于结晶沉淀。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,2、与甲醛的反应在中性pH条件下,氨基酸中的氨基与甲醛生成羟甲基衍生物,使其碱性减弱。,在食品检测中常用于定量测定氨基酸的含量,如酱油中的氨基酸测定。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,3、与水合印三酮的作用,氨基酸与水合茚三酮共热,发生氧化脱氨反应,生成NH3与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮。加热过程中酮酸裂解,放出CO2,自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还原型茚三酮。NH3与水合茚三酮及还
7、原型茚三酮脱水缩合,生成蓝紫色化合物。,(蓝紫色),该反应十分灵敏,是鉴别-氨基酸的特性的反应。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,4、与亚硝酸反应(除脯氨酸外)氨基酸与亚硝酸反应,生成羟基酸,放出氮,反应迅速,定量完成。测量放出氮的体积,可算出试样中氨基数量,做为定量分析用。,5、与金属离子的作用许多重金属离子如铜离子、钴离子、锰离子、亚铁离子等都能与氨基酸作用,产生螯合物。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(四)重要的分析鉴定反应 1、与邻苯二甲醛的反应:在2-巯基乙醇的存在下,氨基酸与邻苯二甲醛反应生成高荧光的衍生物,在380nm激发时,在450nm具有最高荧光发射,用来定量分析氨基酸
8、、肽和蛋白质。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,2、与荧光胺的反应 含有伯胺基的氨基酸、肽或蛋白质与荧光胺反应生成高荧光的衍生物,在390nm时,在475nm具有最高的荧光发射。此法可被用于氨基酸、肽或蛋白的定量分析。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,二、蛋白质的结构及其特性,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(一)蛋白质的结构 蛋白质的一级结构(Primary structure):(又叫初级结构、基本化学结构、共价结构),(1)组成蛋白质的多肽链数目.(2)多肽链的氨基酸顺序.(3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,蛋白质的二级结构(Secondar
9、y structure),是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,-螺旋在-螺旋中肽平面的键长和键角一定,肽键的原子排列呈反式构型,相邻的肽平面构成两面角。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,-折叠:是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列,通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,蛋白质的三级结构(Tertiary structure)是指多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠,从而生成特定的空间结构。,闽北职业
10、技术学院食品与生物工程系,蛋白质的四级结构(Quaternary structure)是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。主要靠亚基间的疏水相互作用维系。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,一级结构 二级结构 三级结构四级结构,闽北职业技术学院食品与生物工程系,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(二)蛋白质的分类1、按形状分:球状蛋白质(血红蛋白)纤维状蛋白质(胶原蛋白)2、按化学组成分:单纯蛋白质(分子中只含氨基酸残基)结合蛋白质(除氨基酸外还有非氨基酸物质,后者称辅基);3、按功能分:活性蛋白质(酶、激素)非活性蛋白质(胶原、角蛋白),闽北职业技术学
11、院食品与生物工程系,单纯蛋白质的分类1、白蛋白:如血清蛋白、乳清蛋白等。2、球蛋白:如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。3、谷蛋白:如米谷蛋白和麦谷蛋白等。4、组蛋白:如小牛胸腺组蛋白等。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,5、醇溶谷蛋白:主要存在于植物种子中,如玉米醇溶谷蛋白、麦醇溶谷蛋白等。6、精蛋白:分子中碱性氨基酸特别多,因此呈碱性,如蛙精蛋白等。7、硬蛋白:这类蛋白是动物体内作为结缔组织及保护功能的蛋白质,如角蛋白、胶原、丝蛋白和弹性蛋白等.,闽北职业技术学院食品与生物工程系,结合蛋白质的分类1、核蛋白:辅基是核酸,如脱氧核糖核蛋白。2、脂蛋白:与脂结合的蛋白质,如血中的各类脂
12、蛋白、卵黄球蛋白等。3、糖蛋白和粘蛋白(mucoprotein):如卵清蛋白。4、磷蛋白:如酪蛋白、胃蛋白酶等。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,5、血红素蛋白:辅基为血红素,含铁的如血红蛋白,含镁的如叶绿素。6、黄素蛋白:辅基是黄素腺嘌呤二核苷酸,如琥珀酸脱氢酶。7、金属蛋白:与金属元素直接结合如铁蛋白,乙醇脱氢酶(含锌)。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(三)蛋白质的两性电离,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。,闽北职业技术学院食品
13、与生物工程系,蛋白质的电泳,电泳:在碱性介质(pHpI)中,蛋白质发生酸式解离,使蛋白质带负电荷,而在酸性介质(pHpI)中,蛋白质发生碱式解离,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。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(四)蛋白质的变性,1、蛋白质变性的概念 天然蛋白质因受物理或化学因素的影响,其分子原有的高度规律性结构发生变化,致使蛋白质的理化性质和生物学性质都有所改变,但并
14、不导致蛋白质一级结构的破坏,这种现象叫变性作用。变性后的蛋白质叫变性蛋白质。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,从分子结构看,变性作用是蛋白质分子多肽链特有的有规则排列发生了变化,成为较混乱的排列。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,2、变性蛋白质的特点,肽链松散,空间结构改变。失去生物活性。溶解度降低,易形成沉淀析出。易被蛋白水解酶消化水解。,闽北职业技术学院食品与生物工程系,3、引起蛋白质变性的因素,物理因素:热致变辐射变性高压变性超声波变性,化学因素1)酸和碱作用引起变性2)有机溶剂引起变性3)重金属盐引起变性,闽北职业技术学院食品与生物工程系,(五)蛋白质的显色反应,1.双缩脲反应,两
15、分子双缩脲与碱性硫酸铜作用,生成紫红色的复合物含有两个或两个以上肽键的化合物,能发生同样的反应肽键的反应,肽键越多颜色越深受蛋白质特异性影响小蛋白质定量测定;测定蛋白质水解程度,闽北职业技术学院食品与生物工程系,2、黄色反应,3、米伦反应,4、与茚三酮的反应,闽北职业技术学院食品与生物工程系,三、蛋白质在食品加工中的功能,食品蛋白质的功能性质分为三大类:1、蛋白质-水相互作用的水合性质 2、蛋白质-蛋白质相互作用有关的性质 3、表面性质,蛋白质的功能性质指在食品加工、贮藏和销售过程中蛋白质对食品需宜特征做出贡献的那些物理和化学性质。主要包括水化性质、表面性质、结构性质和感官性质。,闽北职业技术
16、学院食品与生物工程系,1、水合性质 蛋白质的水合性质就是蛋白质与水结合的能力,主要表现为水化和持水性。蛋白质分子可以通过氢键、静电引力、疏水作用等形式与水分子相互结合:,闽北职业技术学院食品与生物工程系,蛋白质结合水,温度,pH,盐的种类,离子强度,影响蛋白质结合水的环境因素,闽北职业技术学院食品与生物工程系,蛋白质浓度,510,浓度,水合作用 1520,Pr沉淀,pH,pHpI 水合作用最低高于或低于pI,水合作用增强(净电荷和推斥力增加)pH 9-10时水合能力较大,远离等电点加工,温度,温度,蛋白质结合水的能力,闽北职业技术学院食品与生物工程系,盐,低盐,“盐溶”,在低盐浓度(0.2mo
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