蛋白质化学介绍.ppt

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1、主讲：曹东旭,Chapter 4 Proteins,蛋白质,本章内容(Contents),4.1 概述Introduction,4.2 蛋白质的功能性质,4.3 食品加工中蛋白质的变化,1、蛋白质在食品加工中的意义,蛋白质是食品中三大营养素之一,4.1 Introduction,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性功能，是开发功能性食品原料之一,一些蛋白质及短肽具有有害性，对食品安全的影响,营养功能,感观品质,生物活性,食品安全,2、食品中蛋白质来源及种类,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,4.1 Intro

2、duction,2、食品中蛋白质来源及种类,牛乳中的蛋白质 酪蛋白 乳清蛋白,4.1 Introduction,占乳蛋白的80821,2,酪蛋白,乳球蛋白，50牛奶加热产生的气味,乳清蛋白，25,2、食品中蛋白质来源及种类,肉中的蛋白质 肌浆中的蛋白质 肌原纤维蛋白质 基质蛋白质,4.1 Introduction,占2030肌溶蛋白,球蛋白X,肌红蛋白,肌原蛋白弹性蛋白,占5153肌球蛋白，肌动蛋白肌动球蛋白，肌原球蛋白,2、食品中蛋白质来源及种类,小麦中的蛋白质 醇溶谷蛋白 谷蛋白 清蛋白 球蛋白,4.1 Introduction,4.2 蛋白质功能性质 Functional Propert

3、ies of Proteins,其他成分,蛋白质,相互作用,食品色泽,食品风味,食品外形,食品质构,糖,脂肪,构成,食品品质,贡献多大？,4.2 蛋白质功能性质 Functional Properties of Proteins,水化性质、表面性质、结构性质、感观性质,1、蛋白质的功能性质概念,功能性质：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那些蛋白质的物理和化学性质。,水化性质,结构性质,表面性质,感观性质,吃,嫩,弹性,？,概念：蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Asn、Gln的酰胺基、Ser、The和非极性残基团与水分子相互结合的性质。,蛋白质水合性质与食品的功能

4、性：如分散性、湿润性、溶解性、黏度、胶凝作用、乳化和起泡性等，都取决于水-蛋白质的相互作用。,2、蛋白质的水合性质 Properties Hydration of Proteins,作用方式：,结合过程,化合水和邻近水 多分子层水 进一步水化,A.非水合蛋白质B.带电基团的最初水合C.在接近极性和带电部位形成水簇D.在极性表面完成水合E.非极性小区域的水合完成单分子层覆盖F.在与蛋白质缔合的水和体相水之间架桥G.完成流体动力学水合,蛋白质结合水的能力 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。,膨润性：蛋白质吸水充分膨胀而不溶解，这种水 化性质通常叫膨

5、润性。可溶性蛋白：蛋白质在继续水化中被水分散而逐 渐变为胶体溶液，具有这种水化特 点的蛋白质叫可溶性蛋白质。,2、蛋白质的水合性质 Properties Hydration of Proteins,氨基酸残基的水合能力,带电的氨基酸残基数目越大，水合能力越大。,各种蛋白质的水合能力,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,蛋白质浓度,影响蛋白质结合水的环境因素,510，浓度，水合作用 1520，Pr沉淀,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,温度，蛋白质结合水的能力（变性蛋白质结合水的能力一般比天

6、然蛋白质高约10）,pH,温度,远离等电点加工,盐,影响蛋白质结合水的环境因素,低盐，“盐溶”,高盐，“盐析”,在低盐浓度（0.2mol/L）时，离子同蛋白质荷电基团相互作用而降低相邻分子的相反电荷间的静电吸引，从而有助于蛋白质水化和提高其溶解度，这叫盐溶效应。,当盐浓度更高时，由于离子的水化作用争夺了水，导致蛋白质“脱水”，从而降低其溶解度，这叫做盐析效应。,Ca2+3%,持水能力,是指蛋白质吸水并将水保留在蛋白质组织（如蛋白质凝胶、牛肉和鱼肌肉）中的能力。,蛋白质的持水能力与结合水能力呈正相关,3、蛋白质的溶解度,蛋白质-蛋白质,溶剂-溶剂,蛋白质-溶剂,+,实质,疏水相互作用,离子相 互

7、作用,+,蛋白质的溶解度大小,Bigelow的蛋白质溶解度理论,氨基酸残基平均疏水性的大小,电荷频率高低,决定,蛋白质溶解度,决定,影响因素,pH和溶解度,植物蛋白质提取:pH89高度溶解 pH4.54.8处采用等电点沉淀。,阴离子提高蛋白质溶解度的能力按下列顺序：SO2-4F-CI-Br-I-CIO4-SCN-；阳离子降低蛋白质溶解度的能力按下列顺序：NH4KNaLiMg2Ca2。,低离子强度（0.5）电荷屏蔽效应 高比例疏水区域溶解度下降 高比例亲水区域溶解度提高 高离子强度（1.0）离子效应 SO42-、F-盐析，溶解度降低 ClO4-、SCN-盐溶，提高溶解度,导致沉淀,影响因素,离子

8、强度和溶解度,影响因素,盐离子强度与蛋白质相互作用,T40,温度升高,溶解度增大,T40,温度升高,溶解度减少,一些高疏水性蛋白质，像-酪蛋白和一些谷类蛋白质的溶解度却和温度呈负相关。,影响因素,温度与溶解度,影响因素,有机溶剂 导致蛋白质溶解度下降或沉淀,降低水介质的介电常数 提高静电作用力 静电斥力导致分子结构的展开 促进氢键的形成和反电荷间的静电吸引,4、蛋白质的胶凝作用(Gelation),沉淀作用：是指由于蛋白质的溶解性完全或部分 丧失而引起的聚集反应。絮凝：是指蛋白质未发生变性时的无规则聚集反 应，这常常是因为链间的静电排斥降低而发生的 一种现象。凝结作用：发生变性的无规聚集反应和

9、蛋白质-蛋 白质的相互作用大于蛋白质-溶剂的相互作用引起 的聚集反应，定义为凝结作用。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。,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 凝胶化的相互作用氢键、静电相互作用可逆凝胶（明胶）疏水相互作用不可逆凝胶（蛋清蛋白）二硫键不可逆凝胶（乳清蛋白）金属离子的交联相互作用,4、蛋白质的胶凝作用(Gelation),两类凝胶,凝结块（不透明）凝胶 大量非极性氨基酸残基 疏水性聚集，不溶性聚集体 不可逆凝胶 聚集和网状结构的形成速度高于变性速度 透明凝胶 少量非极性氨基酸残基 变性时形成可溶性复合物 缔合速度低于变性速度

10、 在加热后冷却时才能凝结成凝胶 形成有序的透明的凝胶网状结构,影响蛋白质凝胶化作用的因素,氨基酸残基 的类型,高于31.5%非极性AA凝结块类型 低于31.5%非极性AA透明类型,pH 蛋白质的浓度 浓度越大，越易形成凝胶 金属离子,pI凝结块类凝胶 极端pH弱凝胶，半透明 形成凝胶的最适pH约78,Ca2+强化了凝胶结构 过量钙桥产生凝结块,蛋白质凝胶化在食品中的应用,果冻,豆腐 香肠,蛋白质的织构化是在开发利用植物蛋白和新蛋白质中要特别强调的一种功能性质。蛋白质织构化的方法：热凝结和形成薄膜 纤维的形成 热塑性挤压,5、蛋白质的织构化作用,面筋蛋白（占Pr80）,麦谷蛋白：分子质量大，二硫

11、键（链内、链间），决定面团的弹性、黏合性和抗张强度,麦醇溶蛋白：链内二硫键，促进面团的流动性、伸展性和膨胀性。,过度黏结,过度延展,6、面团的形成,面筋蛋白质中含有的化学键,氢键：谷氨酰胺、脯氨酸和丝氨酸、苏氨酸：水吸收能力强，有黏性。非极性氨基酸：使蛋白相互聚集、有黏弹性 与脂肪有效结合。二硫键：使面团坚韧。,概念:,是指蛋白质能自发地适移至汽-水界面或油-水界面的性质。,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,具有界面性质的蛋白质必要条件：,7、蛋白质的界面性质 Interfacial properties of proteins,影响蛋白质界面

12、性质的因素：,7、蛋白质的界面性质 Interfacial properties of proteins,乳化性质 Emulsifying Properties,起泡性 Foaming Properties,乳化性质 Emulsifying Properties,牛乳，奶油，冰淇淋，蛋黄酱，肉馅等。,食品乳状液,牛乳脂肪的稳定,脂肪球膜,乳化性质 Emulsifying Properties,蛋白质的乳化能力(EC,emulsion capability)是指在乳状液相转变前每克蛋白质所能乳化的油的体积。,乳化能力,影响蛋白质乳化作用的因素:,蛋白质的溶解度：正相关pH值 pH=PI 溶解度小

13、时，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度大，增加其乳化作用 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。,蛋白质的起泡性质,是指蛋白质在汽-液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。起泡性质的评价 蛋白质的起泡力 测定泡沫稳定性,影响泡沫形成和稳定性的因素:,蛋白质的分子性质,有良好起泡力的蛋白质不具有稳定泡沫的能力，而能产生稳定泡沫的蛋白质往往不具有良好的起泡力。,影响泡沫形成和稳定性的因素:,蛋白质的浓度 2一8，随着浓度增加起泡性增加。超过10，气泡变小，泡沫变硬。温度 适当加热处

14、理可提高起泡性能。过度的热处理则会损害起泡能力。,影响泡沫形成和稳定性的因素:,pH值 大多数食品泡沫是在不同于其蛋白质等电点的条件下制备的。例外:卵清蛋白 在pI时蛋白质的溶解度很低，形成泡沫数量较少（泡沫膨胀率较低），但泡沫的稳定性较高。盐 盐析时则显示较好的起泡性质。盐溶时则显示较差的起泡性质。NaCl：增加膨胀度和降低泡沫的稳定性 Ca2+:提高泡沫的稳定性，Pr-COOH搭桥,影响泡沫形成和稳定性的因素:,糖 损害蛋白质的起泡能力，却改进了泡沫的稳定性。脂 稳定性下降 搅打 过度激烈搅打也会导致泡沫稳定性降低消泡剂,8、蛋白质与风味物质的结合,蛋白质,风味,+,蛋白质-风味,有利,不

15、有利,良好风味载体,与不良风味结合,结合方式,干蛋白粉 物理吸附 范德华力和毛细管作用吸附 化学吸附 静电吸附、氢键结合和共价结合。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 共价键,影响蛋白质与风味结合的因素,蛋白质的构象水：促进极性挥发物的结合。pH：碱性pH比在酸性pH更能促进与风味物的结合。热：热变性蛋白质显示较高结合风味物的能力。化学改性：化学改性会改变蛋白质的风味物结合性质,本章内容(Contents),4.1 概述Introduction,4.2 蛋白质的功能性质,4.3 食品加工中蛋白质的变化,4.3 食品加工中蛋白质

16、的变化,4.3 食品加工中蛋白质的变化,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式（2）影响蛋白质热变性的因素,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式,适度的热处理引起的蛋白质变性,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和有毒性的蛋白质,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式,比较剧烈的热处理,引起氨基酸脱硫，胱酰胺异构化,半胱氨酸胱氨酸,不可逆变性,硫化氢二甲基硫化物磺基丙氨酸。,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式,比较剧烈的热处理,引起氨基酸脱硫，胱酰胺异构化,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式,比较剧烈的热处理,引

17、起氨基酸脱硫，胱酰胺异构化有氧存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏T200，碱性条件下，氨基酸发生异构化,营养价值减半,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式,过度加热,引起蛋白质生成环状衍生物生成高度稳定的蛋白质自由基,影响食品的安全性,1、热加工对蛋白质的影响,（1）热处理方式,加热不当,蛋白质的AA分解含S的AA产生H2S Fe,SnAA与还原性物质（糖）发生褐变,肉制品加热变色的主要原因,1、热加工对蛋白质的影响,组成蛋白质的AA种类,含cys,cys-cys多时易变性凝固；二硫键交联含pro,HO-pro多不易变性凝固；亚氨基酸，阻止支链交联,（2）影响蛋白质热变性的因素,温度,水

18、分含量,蔗糖,pH,2、低温处理下的变化,食品的低温贮藏可延缓或阻止微生物的生 长并抑制酶的活性及化学变化。冷却（冷藏）冷冻（冻藏）,冰结晶，蛋白质变性 水化作用降低；快速冷冻法。,3、碱处理下的变化,与热处理同时进行时，对蛋白质的营养价值影响很大。,4、氧化处理下的变化,导致蛋白质营养价值的降低，甚至还产生 有害物质。,H2O2引起酪氨酸发生氧化性交联 形成蛋白质自由基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,食品常用氧化剂 H2O2 过氧苯甲酰 次氯酸钠,蛋白质与氧化剂之间的相互作用,半胱氨酸的氧化,蛋氨酸的氧化,色氨酸的氧化,5、脱水处理下的变化,传统的脱水方法。真空干燥。冷冻干燥。喷雾干燥。鼓膜干燥。,温度过高，时间过长蛋白 质结合水破坏，变性；复水性降低，硬度增加；多孔结构，风味、色泽、口感变化。,6、辐照处理下的变化,r辐射引起蛋白质发生聚合 含硫氨基酸残基和芳香族氨基酸残基 7、机械处理下的变化 对食品中的蛋白质有较大的影响,