食品化学-05蛋白质.ppt

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1、食品化学第五章 蛋白质,刘志彬22866378,福州大学生物科学与工程学院,2,Outline,概述蛋白质的变性蛋白质的功能性质蛋白质的营养性质食品加工中蛋白质的物理、化学和营养变化食品蛋白质,3,第二节 蛋白质的变性,蛋白质变性：外界因素的作用使构成空间结构的氢键等副键遭受破坏，导致蛋白质的二级，三级和四级结构的变化，天然蛋白质的空间构型则解体，有秩序的螺旋型，球状构型变为无秩序的伸展肽链，使天然蛋白质的理化性质改变并失去原来的生理活性，这种作用称为蛋白质的变性作用。,在某些情况下，变性过程是可逆的，例如，有的蛋白质在加热时发生变性，冷却后，又可复原。可逆变性一般只涉及蛋白质分子的三级和四级

2、结构变化。不可逆变性能使二级结构也发生变化。如果二硫键起着稳定蛋白质构象的作用，那么它的断裂往往导致不可逆的变性。,4,蛋白质的变性导致溶解性的降低,蛋白质变性,暴露的疏水基团倾向于联结,聚集,形成沉淀,疏水基团暴露,第二节 蛋白质的变性,5,物理性质的改变,凝集、沉淀,粘度增加,旋光值改变,紫外、荧光光谱发生变化,化学性质的改变,酶水解速度增加,分子内部基团暴露,生物性能的改变,抗原性改变,生物功能丧失,蛋白质变性引起的变化,6,物理因素：温度、紫外线、超声波、高压等。化学因素：酸、碱、有机溶剂、重金属盐类、脲、胍、表面活性剂等。,引起蛋白质变性的因素：,引起蛋白质变性的因素：（一）物理因素

3、,（1）热 热是蛋白质变性最普通的物理因素，伴随热变性，蛋白质的伸展程度相当大。蛋白质对热变性的敏感性取决于多种因素，例如蛋白质的性质、蛋白质浓度、水活性、pH、离子强度和离子种类等。蛋白质受热变性的机理：在较高温度下，保持蛋白质空间构象的那些副键断裂，破坏了肽链的特定排列，原来在分子内部的一些非极性基团暴露到了分子的表面，因而降低了蛋白质的溶解度，促进了蛋白质分子之间相互结合而凝聚，形成不可逆的凝胶而凝固。,8,蛋白质中的氢键、静电和范德华相互作用是放热反应（焓驱动），因此，这些作用力随着温度的升高而减弱，在高温下是去稳定作用的，而在低温下起到稳定作用。疏水相互作用是吸热反应（熵驱动），随温

4、度升高疏水作用增强。然而，疏水相互作用的稳定性也不是随温度的提高而无限制的增强。疏水相互作用一般在6070时达到最高值（与疏水侧链的结构有关），但温度超过一定值（70，因侧链而异）后，又会减弱。,氢键、疏水相互作用和构象熵对稳定蛋白质的自由能所作贡献的相对变化与温度的函数关系,9,蛋白质稳定性与温度的关系肌红蛋白（）核糖核酸酶（-）T4噬菌体突变株溶菌酶（0）,一般认为，温度越低蛋白质的热稳定性越高。然而实际并非总是如此。肌红蛋白和T4噬菌体突变株溶菌酶最稳定的温度，分别为30和12.5，低于或高于此温度二者的稳定性均下降。在蛋白质分子中极性相互作用超过非极性相互作用时，则蛋白质在冻结温度或低

5、于冻结温度比在较高温度时稳定(核糖核酸酶）。对于那些主要以疏水相互作用稳定的蛋白质，在室温下比冻结温度时更稳定。,10,氨基酸的组成氨基酸的组成影响蛋白质的热稳定性，含有较多疏水氨基酸残基（尤其是缬氨酸，异亮氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸）的蛋白质，对热的稳定性高于亲水性较强的蛋白质。蛋白质的热稳定性不仅决定于分子中氨基酸的组成，极性与非极性氨基酸的比例，而且还依赖于这两类氨基酸在肽链中的分布，一旦这种分布达到最佳状态，此时分子内的相互作用达到最大值，自由能降低至最小，多肽链的柔顺性也随之减小，蛋白质则处于热稳定状态。,影响热变性的因素:,11,水是极性很强的物质，对蛋白质的氢键相互作用有很大影响，因

6、此水能促进蛋白质的热变性。干蛋白粉似乎是很稳定的。水分越少，热变性温度越高。,水,水分含量对卵清蛋白的变性温度下Td和变性热焓Hd的影响,在干燥状态，蛋白质具有一个静止的结构，多肽链序列的运动受到了限制。当向干燥蛋白质中添加水时，水渗透到蛋白质表面的不规则空隙或进入蛋白质的小毛细管，并发生水合作用，引起蛋白质溶胀。在室温下大概当每克蛋白质的水分含量达到0.30.4g时，蛋白质吸水即达到饱和。水的加入，增加了多肽链的淌度和分子的柔顺性。当加热时，蛋白质的这种动力学柔顺性结构，相对于干燥状态，则可提供给水更多的几率接近盐桥和肽链的氢键，结果Td降低。,12,某些蛋白质经过低温处理后发生可逆变性，例

7、如有些酶（L-苏氨酸脱氨酶）在室温下比较稳定，而在0时不稳定。某些蛋白质（11S大豆蛋白、麦醇溶蛋白、卵蛋白和乳蛋白）在低温或冷冻时发生聚集和沉淀。例如大豆球蛋白在2保藏，会产生聚集和沉淀，当温度回升至室温，可再次溶解。有的蛋白质分子由于具有较大的疏水-极性氨基酸比因而在低温下易发生变性。,（2）低温,13,机械处理，例如揉捏、振动或搅打等高速机械剪切，都能引起蛋白质变性。在加工面包或其他食品的面团时，产生的剪切力使蛋白质变性，主要是因为-螺旋的破坏导致了蛋白质的网络结构的改变。食品在经高压、剪切和高温处理的加工过程（例如挤压，高速搅拌和均质等）中，蛋白质都可能变性。剪切速率愈高，蛋白质变性程

8、度则愈大。同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，则发生不可逆变性。10%20%乳清蛋白溶液，在pH3.43.5，温度80120条件下，经7,50010,000S-1的剪切速率处理后，则变成直径为1m，不溶于水的球状大胶体颗粒。,（3）机械处理,14,压力诱导蛋白质变性主要是因为蛋白质是柔性的和可压缩的。球状蛋白质分子结构的内部有一些空穴仍然存在，这使的蛋白质分子结果具有可压缩性。压力诱导的蛋白质变性是高度可逆的。大多数纤维蛋白无空穴，故其对静水压的稳定性较高。大多数蛋白质在1001200Mpa压力下诱导变性。压力诱导转变的中点出现在400800Mpa。高压处理：灭菌和蛋白质的凝胶。,（4）压力,

9、15,（5）辐射紫外辐射可被芳香族氨基酸残基(色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸)所吸收，导致蛋白质构象的改变，如果能量水平很高，还可使二硫交联键断裂。辐射和其他电离辐射能改变蛋白质的构象，同时还会氧化氨基酸残基、使共价键断裂、离子化、形成蛋白质自由基、重组、聚合，这些反应大多通过水的辐解作用传递。,（1）pH常温下，大多数蛋白质仅在pH410的范围内是稳定的。在极端pH时，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥，这就促使蛋白质分子伸展和溶胀。蛋白质分子在极端碱性pH环境下，比在极端酸性pH时更易伸长，因为碱性条件有利于部分埋藏在蛋白质分子内的羧基，酚羟基，巯基离子化，结果使多肽链拆开，离子化基团自身暴露

10、在水环境中。蛋白质在等电点时最稳定（自身不容易展开）。pH引起的蛋白质变性大多数是可逆的，然而，在某些情况下，部分肽键水解，天冬酰胺、谷氨酰胺脱酰胺，碱性条件下二硫键的破坏，或者聚集等都将引起蛋白质不可逆变性。,引起蛋白质变性的因素：（二）化学因素,（2）金属 碱金属(例如Na+和K+)只能有限度地与蛋白质起作用，而Ca2+、Mg2+略微活泼些。过渡金属例如Cu、Fe、Hg和Ag等离子很容易与蛋白质发生作用，其中许多能与巯基形成稳定的复合物。Ca2+(还有Fe2+、Cu2+和Mg2+)可成为某些蛋白质分子或分子缔合物的组成部分。一般用透析法或螯合剂可从蛋白质分子中除去金属离子，但这将明显降低这

11、类蛋白质对热和蛋白酶的稳定性。,（3）有机溶剂 有机溶剂以不同的方式影响蛋白质的疏水相互作用、氢键和静电相互作用。在蛋白质水溶液中加入大量的有机溶剂，能引起蛋白质的变性作用主要是影响蛋白质的疏水相互作用。非极性侧链在有机溶剂中比在水中更易溶解，因此会削弱疏水相互作用。某些溶剂例如2-氯乙醇，能增加-螺旋构象的数量，这种作用也可看成是一种变性方式(二级，三级和四级结构改变)，例如卵清蛋白在水溶液介质中有31的-螺旋，而在2-氯乙醇中达到85。,（4）有机化合物水溶液 某些有机化合物例如尿素和盐酸胍的高浓度(48mol/L)水溶液能断裂氢键，从而使蛋白质发生不同程度的变性。同时，还可通过增大疏水氨

12、基酸残基在水相中的溶解度，降低疏水相互作用。（5）表面活性剂 表面活性剂例如十二烷基磺酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）是一种很强的变性剂。SDS浓度在38m mol/L范围可引起大多数球状蛋白质变性。由于SDS可以在蛋白质的疏水和亲水环境之间起着乳化介质的介作用，且能优先与变性蛋白质强烈地结合，因此，破坏了蛋白质的疏水相互作用，促使天然蛋白质伸展，非极性基团暴露于水介质中，导致了天然与变性蛋白质之间的平衡移动。,（6）促溶盐（chaotropic salts）盐以两种不同的方式影响蛋白质的稳定性。在低盐浓度时，离子与蛋白质之间为非特异性静电相互作用。当盐的异种电荷离

13、子中和了蛋白质的电荷时，有利于蛋白质的结构稳定，这种作用与盐的性质无关，只依赖于离子强度。在较高浓度（1mol/L），盐具有特殊离子效应，影响蛋白质结构的稳定性。在离子强度相同时，Na2SO4和NaCl能促进蛋白质结构的稳定性，NaSCN和NaClO4的作用相反。,阴离子对蛋白质结构的影响甚于阳离子,pH 7 时各种钠盐对-乳球蛋白质变性温度的影响 Na2SO4、NaCl、NaBr、NaClO4、NaSCN、尿素,根据感胶离子序，各种阴离子在离子强度相同时，对蛋白质（包括DNA）结构稳定性的影响顺序如下：F-SO42-Cl-Br-I-ClO4-SCN-Cl3CCOO-氟化物、氯化物和硫酸盐是结

14、构稳定剂，而其它阴离子盐是结构去稳定剂。NaSCN和NaClO4是强变性剂。稳定蛋白质的盐能促进蛋白质的水合作用并与蛋白质微弱地结合。使蛋白质不稳定的盐能降低蛋白质的水合作用并与蛋白质强烈地结合。,(7)还原剂巯基乙醇、半胱氨酸、二硫苏糖醇等还原剂能使蛋白质分子中存在的二硫键还原，从而改变蛋白质的构象。,24,第三节 蛋白质的功能性质,25,大小形状氨基酸的组成和序列；净电荷及其分布；亲水性和疏水性之比；二级、三级和四级结构；分子的柔顺性或刚性；分子内和分子之间同其他组分作用的能力等诸多因素。,决定蛋白质功能性质的蛋白质的物理和化学性质,26,蛋白质功能性质的分类,流体动力学性质：包括水吸收和

15、保持、溶胀性、粘附性、粘度、沉淀、胶凝和形成其他各种结构时起作用的那些性质（例如蛋白质面团和纤维），它们通常与蛋白质的大小、形状和柔顺性有关；表面性质：如蛋白质的湿润性、分散性、溶解度、表面张力、乳化作用、蛋白质的起泡特性，以及脂肪和风味的结合等有关的性质，这些性质之间并不是完全孤立和彼此无关的。例如，胶凝作用不仅包括蛋白质-蛋白质相互作用，而且还有蛋白质-水相互作用；粘度和溶解度取决于蛋白质-水和蛋白质-蛋白质的相互作用。目前，还不能从蛋白质的分子性质预测它们的功能性质。,27,1.蛋白质的水合,食品的流变和质构性质取决于水与其他食品组分，尤其像蛋白质和多糖那样的大分子的相互作用。取决于水蛋

16、白质相互作用的蛋白质的功能性质：分散性、湿润性、肿胀、溶解性、增稠、粘度、持水能力、胶凝作用、凝结、乳化和起泡。水与蛋白质分子一些基团的结合，通过：,离子（蛋白质分子中的带电基团）偶极相互作用偶极（蛋白质分子中的极性基团）偶极相互作用偶极诱导偶极（蛋白质分子中的非极性基团）相互作用疏水（蛋白质分子中的非极性基团）相互作用,28,定义：当干蛋白质粉与相对湿度90-95%的水蒸汽达到平衡时，每克蛋白质所结合的水的克数定义为蛋白质结合水的能力。蛋白质的水合能力部分地与它的氨基酸组成有关，带电的氨基酸残基数目愈大，水合能力愈大。带电基团的氨基酸残基约为6molH2O/mol残基不带电荷的的极性残基大约

17、是2molH2O/mol残基非极性残基结合水的能力最低约为1molH2O/mol残基。,蛋白质的水合能力（蛋白质结合水的能力）,29,各种蛋白质的水合能力,30,影响蛋白质结合水能力的因素,（1）pH pH值的变化影响蛋白质分子的解离和净电荷量，因而可改变蛋白质分子间的相互吸引力和排斥力，及其与水缔合的能力。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。低于或高于蛋白质的等电点pH时，由于净电荷和排斥力的增加导致蛋白质溶胀并结合更多的水。在pH910时，许多蛋白质结合的水量均大于其他任何pH值的情况，这是由于巯基和酪氨酸残基离子化的结果；当pH10时赖氨酸残基的-氨基

18、上的正电荷丢失，从而使蛋白质结合水的能力下降。,（2）离子的种类和浓度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。低盐浓度（0.2mol/L）能提高蛋白质的水合能力，这是由于盐离子与蛋白质分子的带电基团发生微弱结合所造成的。高盐浓度时，水和盐之间的相互作用超过水和蛋白质之间的相互作用，因而可引起蛋白质“脱水”。,（3）温度蛋白质结合水的能力一般随温度升高而降低，这是因为降低了氢键作用和离子基团结合水的能力，使蛋白质结合水的能力下降。蛋白质加热时发生变性和聚集，后者可以减少蛋白质的表面面积和极性氨基酸对水结合的有效性。另一方面，加热时，内部的疏水性氨基酸转向表面。乳清蛋白加热时可

19、产生不可逆胶凝，如果将凝胶干燥，可增加不溶性蛋白质网络内的毛细管作用，因而使蛋白质的吸水能力显著增强。,（4）蛋白质变性一 般变性蛋白质结合水的能力比天然蛋白质高约1/10。因为蛋白质变性时，随着一些原来埋藏的疏水基团的暴露，表面积与体积之比增加。然而，如果变性导致蛋白质聚集，那么蛋白质结合水的能力因蛋白质之间相互作用而下降。,34,肌肉蛋白的持水性是影响鲜肉滋味，嫩度的重要功能性质，也是肉类加工质量的决定因素焙烤食品加入脱脂奶粉提高面团吸水性，加强结构,35,蛋白质的许多功能特性都与蛋白质的溶解度有关，特别是增稠、起泡、乳化和胶凝作用。高的起始溶解度是其它功能性质的先决条件，不溶性蛋白质在食

20、品中的应用非常有限。初始溶解的主要优点是它能使蛋白质分子或颗粒快速和广泛地分散，从而形成一个良好分散的胶体体系。只有具有高溶解度乳清蛋白质和一些其它蛋白质才能在乳状液，泡沫和凝胶中表现出良好的功能性质。,2.蛋白质的溶解度,36,蛋白质-蛋白质,+,溶剂-溶剂,蛋白质-溶剂,实质,疏水相互作用,离子相互作用,蛋白质的溶解度大小,+,影响蛋白质溶解性质的主要的相互作用：疏水相互作用能促进蛋白质蛋白质相互作用，使蛋白质溶解度降低；离子相互作用能促进蛋白质水相互作用，可使蛋白质分散在水中，使蛋白质溶解度增加。,37,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,蛋白质溶

21、解度,决定,决定,评价方法：水溶性蛋白质（WSP），氮溶解指数（NSI）,38,影响溶解度的因素,（1）pH的影响当溶液的pH值高于等电点时，蛋白质带负电荷，低于等电点则带正电荷。带电荷的蛋白质分子比不带电荷的分子溶解度大，因为水分子与电荷产生相互作用引起增溶效果，另外，带同种电荷的蛋白质链易于互相排斥、解离或展开。,大多数食品蛋白质的溶解度pH是一条U-形曲线，最低溶解度出现在蛋白质的等电点附近。热变性会改变蛋白质pH溶解度曲线的形状。,39,(2)离子强度的影响“盐溶”当中性盐的离子强度较低（0.5)时，可增加蛋白质的溶解度，这种效应称为盐溶效应（Salting in effect）。离子

22、与蛋白质表面的电荷作用，产生了电荷屏蔽效应，并从两方面影响蛋白质的溶解度，这与蛋白质的表面特性有关。若中性盐的离子强度大于1.0时，盐对蛋白质溶解度的影响具有特异的离子效应，硫酸盐和氟化物将降低蛋白质的溶解度，并产生沉淀（盐析），即盐析效应（Salting out effect）。这是由于蛋白质和盐离子之间为各自溶剂化争夺水分子的结果。在高盐浓度时，由于大部分水分子与盐牢固的结合，使之不能满足蛋白质溶剂化所需水分子的要求，因此，蛋白质-蛋白质的相互作用比蛋白质-水的相互作用更强，这样便导致蛋白质分子聚集，继而产生沉淀。,40,（3）温度的影响温度的影响（在恒定pH和离子强度时）通常是蛋白质的溶

23、解度在0到4050之间随温度上升而增加。然而对高疏水性蛋白质，例如-酪蛋白和某些谷蛋白，它们的溶解度则与温度呈负相关。超过40-50时，分子运动足以使稳定的二级和三级结构的键断裂，这种变性往往伴随发生聚集，在此情况下，变性蛋白质比天然蛋白质的溶解度小。,（4）有机溶剂的影响某些有机溶剂，如乙醇或丙酮，使水的介电常数降低，提高了蛋白质分子内和分子间的静电作用力（排斥和吸引力）。分子内的静电排斥作用使蛋白质分子伸长，有利于肽链基团的暴露和在分子之间形成氢键，并使分子之间的异种电荷产生静电吸引。这些分子间的极性相互作用，促使了蛋白质在有机溶剂中聚集沉淀或在水介质中溶解度降低。同时由于这些溶剂争夺水分

24、子，更进一步降低了蛋白质的溶解度。甚至在低浓度有机溶剂的水介质中，暴露残基间的疏水相互作用对于降低蛋白质溶解度也是有贡献的。,蛋白质是两亲分子，它能自发地迁移到空气-水界面或油-水界面。蛋白质在界面上的浓度总是高于体相水。蛋白质不同于低分子量的表面活性剂，能够在界面上形成高粘弹性薄膜，并产生物理垒以抵抗外界机械作用的冲击，其界面体系比由低分子质量的表面活性剂形成的界面更稳定。不同蛋白质在表面活性性质上存在着显著差别，差别主要与它们在构象上的差别有关。重要的构象因素包括多肽链的稳定性/柔性、对环境改变适应的难易程度和亲水与疏水基团在蛋白质表面的分布模式。,3.蛋白质的界面性质,43,影响蛋白质界

25、面性质的因素,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。,蛋白质起着乳化剂的作用。,3.蛋白质的界面性质（一）乳化性质,乳化作用的结构基础,两亲分子,能形成界面膜,氨基酸侧链可电离有利于乳状液稳定,食品乳状液：牛乳、奶油、冰淇淋，蛋黄酱、肉馅等,Chapter 4-46,Food Emulsions,Dairy Foods,47,Water solution,Oil droplet,Casein micelles,with surfactant,withou

26、t surfactant,(Goff et al.,1987),乳制品（冰淇淋）的乳状液：,48,乳状液失稳的三个阶段为：分层，絮凝，聚结,分层或沉降：,当油珠半径愈小，两相密度差愈小，且沉降速度愈慢。（牛奶的均质）连续相粘度越大，沉降速度越小。(大分子物质的加入）。,絮凝：,聚结：,蛋白质的加入在油滴分子外层形成一个界面膜，增加了静电斥力,（1）油滴大小和分布：由蛋白质稳定的乳状液的物理和感官性质取决于所形成的液滴的大小和总界面面积。（2）蛋白质载量：指一定温度下每平方米界面面积所吸附的蛋白质质量（mg）。（3）乳化能力（emulsion capacity，EC）：指乳状液发生相转变（从O/

27、W乳状液转变成W/O乳状液）之前，每克蛋白质能够乳化油的体积（mL）。（4）乳状液稳定性（emuIsion stability，ES）：若采用离心的方法，可用乳状液界面面积（即浊度）减少的百分数、或者分出的乳油的百分数、或者乳油层的脂肪含量表示乳状液的稳定性。乳状液稳定性指标（ESI）：乳状液的浊度达到起始值的一半所需要的时间。,测定食品乳化性质的方法,50,影响乳化作用的因素,溶解度，高度不溶性的蛋白质不是良好的乳化剂。pH加热，加热使蛋白质的乳化能力下降添加小分子表面活性剂，使蛋白质保留界面能力下降，乳化能力下降,影响乳化作用的因素（1）溶解度,高度不溶性的蛋白质不是良好的乳化剂。蛋白质溶

28、解度在25%80%范围内部存在蛋白质溶解度和乳化性质之间确实的关系。良好的乳化性质所必须的最低溶解度取决于蛋白质的品种。在香肠那样的肉乳状液中，0.51mol/L氯化钠可提高蛋白质的乳化能力，很可能是因为肌原纤维蛋白质发生盐溶，所以溶解度和伸展性两者都增大。,（2）pH,等电点时溶解度较低，影响其乳化能力。但是，在等电点时有利于蛋白质与脂肪的相互作用。在等电点时缺乏净电荷和静电推斥相互作用，这有助于在界面达到最高蛋白质载量和促使高粘弹膜的形成。大多数食品蛋白质（酪蛋白、商品乳清蛋白、肉蛋白、大豆蛋白、花生蛋白、牛血清蛋白和肌纤维蛋白）在它们的等电点pH时是微溶和缺乏静电推斥力的，因此在此pH它

29、们一般不是良好的乳化剂。然而，这些蛋白质在远离它们的等电点pH时可能是有效的乳化剂。,蛋白质的乳化性质与它的表面疏水性存在着一个弱正相关联，然而与平均疏水性无关。一些蛋白质，像-乳球蛋白、-乳清蛋白 和大豆蛋白，它们的乳化性质与表面疏水性之间不存在紧密的关联。,（3）疏水性,（4）蛋白质分子的柔性,在油水界面的蛋白质分子的柔性可能是决定蛋白质乳化性质最重要的因素。蛋白质在乳化作用前的部分变性（展开），如果没有造成不溶解，通常能改进它们的乳化性质。因为提高了分子的柔性和表面疏水性。蛋白质在界面上展开的速度取决于原始分子的柔性。在展开状态，含有游离巯基蛋白质通过形成二硫键经受缓慢的聚合作用，这会导

30、致在油水界面形成高粘弹性的膜。足以造成蛋白质不溶解的热变性会损害蛋白质的乳化性质。,（5）加热作用,加热处理通常能降低吸附在界面上的蛋白膜的粘度和硬度，因而降低了乳状液的稳定性。然而，高度水化的界面蛋白质膜的凝胶作用提高了表面粘度和硬度，从而稳定了乳状液。（6）小分子的表面活性剂小分子的表面活性剂，降低了蛋白质膜的硬度和减弱了使保留在界面上的作用力。损害由蛋白质稳定的乳状液的稳定性。,56,3.蛋白质的界面性质（二）起泡性,57,4.风味结合,蛋白质本身没有气味，但它们能结合风味化合物，于是影响食品的感官品质。一些蛋白质尤其是油料种子蛋白质和乳清浓缩蛋白质，能结合不期望的风味物，限制了它们在食

31、品中的应用价值。蛋白质结合风味物的性质也有有利的一面，在制作食品时，蛋白质可以用作风味物的载体和改良剂。为了使蛋白质能起到风味物载体的作用，它必须同风味物牢固地结合并在加工中保留它们，当食品在口中被咀嚼时，风味物又能释放出来。,不良风味主要是不饱和的脂肪酸经氧化生成的醛、酮、醇类化合物。,58,干蛋白质粉与风味物的结合主要通过范德华、氢键和静电相互作用。风味物也可被物理截留于干蛋白质粉末中的裂缝和毛细管中。液态或高水分食品，蛋白质结合风味物的机制主要为非极性基团与蛋白质表面的疏水性小区或空穴相互作用。液态或高水分食品中，蛋白质结合风味物也能与蛋白质分子中的极性基团通过氢键和静电相互作用结合。,

32、蛋白质与风味化合物的结合的机制,59,影响蛋白质与风味化合物的结合的因素水:可以提高极性挥发物质的结合，但不影响非极性物质的结合；盐：盐溶类盐由于使疏水相互作用去稳定，降低风味结合，而盐析类盐提高风味结合。凡能使蛋白质解离或二硫键裂开的试剂，均能提高对挥发物的结合。然而低聚物解离成为亚单位可降低非极性挥发物的结合，因为原来分子间的疏水区随着单体构象的改变易变成被埋藏的结构。pH值：酪蛋白在中性、碱性时比在酸性时结合的羧基、醇或脂类挥发性的物质更多，这是与pH引起的蛋白质构象变化有关。蛋白质的水解:可降低其与风味物质结合的能力；热变性：蛋白质热变性一般导致对挥发性物质的结合增强；脂类:可以促进各

33、种羰基挥发物质的结合与保留；但在真空冷冻干燥时可使最初结合的50挥发物质释放出来。,60,5.粘度,蛋白质溶液的粘度反映出它流动的阻力。蛋白质溶液与多数溶液如悬浮液、乳浊液一样，是非牛顿流体，粘度系数随其流速的增加而降低，这种现象称之为“假塑性或剪切稀释”，原因如下：1）蛋白质分子的主轴朝着流动方向逐渐取向，使摩擦阻力减小；2）蛋白质的水合范围沿着流动方向形变（如果蛋白质是高度水合和分散的）；3）氢键和其他弱键的断裂可导致蛋白质聚集体或网络结构的解离。,61,蛋白质分子固有的特性。蛋白质-溶剂的相互作用。蛋白质-蛋白质相互作用。,例如相对分子质量、大小、体积、结构和对称性、电荷和易变形程度（环

34、境因素，例如pH、离子强度和温度等）,这种作用影响溶胀，溶解度和分子周围的流体动力学水合作用范围；,决定聚集体的大小，对于高浓度蛋白质，蛋白质-蛋白质相互作用是主要因素。,影响蛋白质流体粘度的主要因素,62,6.凝胶化作用,相互作用聚集,变性、伸展,形成有序网络结构,蛋白质,加热蛋白质溶液，使蛋白质通过变性转变成“预凝胶”状态。这一步导致蛋白质的展开和必需数量的功能基团的暴露。当预凝胶被冷却至室温或冷藏温度时，各分子上暴露的功能基团之间形成稳定的非共价键，于是产生了凝胶化的作用。,Protein Denaturation and Gel Formation,Go to Slide Show m

35、ode and click to begin,Three proteins in their native state,Denaturation begins,Denaturation continues,Denaturation complete,Reassociation(junction zone formation)begins,Reassociation continues,This is a gel!,Scanning electron micrograph of tofu,a soybean gel,73,蛋白质网络的形成是蛋白质-蛋白质-溶剂（水）之间的氢键、疏水和静电相互作用

36、，以及邻近的肽链之间的吸引力和排斥力建立平衡的结果。吸引力：排斥力：静电排斥和蛋白质水相互作用能将多肽链保持在分离的状态。蛋白质分子的相互吸引在高浓度下较易发生。许多胶凝以高度膨胀（稀疏）和水合结构的形式存在，通常每克蛋白质能保持10g以上的水，而且其他食品成分可被蛋白质的网络所截留。有些蛋白质凝胶含水量甚至高达98%，虽然这种水大部分和稀盐溶液中水的性质相似，但这些水是以物理的方式被截留，因而不易挤出。,疏水相互作用（高温能提高此类作用），静电相互作用（例如Ca2+或其他二价离子桥接），氢键（因冷却而增强）二硫键交联,蛋白质胶凝化的相互作用力,74,通常靠非共价键相互作用形成的凝胶结构是可逆

37、的，如明胶的网络结构是靠氢键保持稳定，在加热（约30）时熔融，并且这种凝结-熔融可反复多次，如明胶凝胶靠疏水相互作用形成的凝胶网络结构是不可逆的。因为疏水相互作用是随温度升高而增加，如蛋清凝胶。含半胱氨酸和胱氨酸的蛋白质在加热时形成二硫键，这种通过共价相互作用生成的凝胶是不可逆的，卵清蛋白和-乳球蛋白的凝胶通常就是这样。,75,蛋白质能形成两类凝胶，即凝结块（不透明）凝胶和透明凝胶。凝结块（不透明）凝胶透明凝胶,含有大量非极性氨基酸残基的蛋白质在变性时产生疏水性聚集，随后，这些不溶性的聚集体随机缔合而凝结成不可逆的凝结块类型的凝胶。由于聚集和网状结构形成的速度高于变性的速度，这类蛋白质甚至在加

38、热时容易凝结成凝胶网状结构。不溶性蛋白质聚集体的无序网状结构产生的光散射造成这些凝胶的不透明性。,仅含有少量非极性氨基酸残基的蛋白质在变性时形成可溶性复合物。由于这些可溶性复合物的缔合速度低于变性速度，凝胶网状结构主要是通过氢键相互作用而形成的，因此，蛋白质溶液在加热后冷却时才能凝结成凝胶。冷却时，可溶性复合物缓慢的缔合速度有助于形成有序的透明的凝胶网状结构。,蛋白质胶凝的类型,76,蛋白质分子的解离和伸展，一般使反应基团更易暴露，特别是球蛋白的疏水基团，因此有利于蛋白质-蛋白质的疏水相互作用，它通常是蛋白质发生聚集的主要原因。所以，分子量大和疏水氨基酸含量高的蛋白质容易形成稳固的网络。高温下

39、可增强疏水相互作用，而冷却有利于氢键的形成，加热还可使内部的巯基暴露，促使二硫键的形成或交换。大量的巯基和二硫键存在，可使分子间的网络得到加强，有利于形成热不可逆的凝胶。钙离子形成的桥键能提高许多凝胶的硬度和稳定性。在或近等电点pH蛋白质通常形成凝结块类凝胶。在极端pH，由于强烈的静电推斥作用，蛋白质形成弱凝胶。对于大多数蛋白质，形成凝胶的最适pH 约78。为了形成一个静止后自动凝结的凝胶网络状结构，一个最低蛋白质浓度，是必需的。,影响蛋白质胶凝性质的因素,77,7.面团的形成,面筋蛋白适合做面包，而其他蛋白不能小麦蛋白能形成具有粘弹性的面团，而其它蛋白质不能。,78,面团的形成当面粉在室温下

40、与水一起混合和揉搓后形成粘稠，有弹性和可塑性面团。面粉和水搓和时，面筋蛋白开始水化，定向排列和部分展开。促进分子内和分子间二硫键的交换反应及增强疏水相互作用。这时小麦面粉转化为面包面团，并经发酵烘烤形成面包的基础。小麦面粉中其它的成分如淀粉、糖、脂类、可溶性蛋白等，都有利于面筋蛋白形成面团网络结构和构成面包质地。,79,面筋蛋白（占80%）,麦谷蛋白：分子量大，二硫键（链内、链间），决定面团的弹性、粘合性和抗张强度,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。,80,面团形成的本质 面筋蛋白主要由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成，面团的特性与它们密切相关。（1）在面包制作过程中麦谷蛋白和

41、麦醇溶蛋白的平衡非常重要。大分子的麦谷蛋白与面包的强度有关，它的含量过高会抑制发酵过程中残留CO2的膨胀，抑制面团的鼓起；麦醇溶蛋白含量过高会导致过度的膨胀，产生的面筋膜易破裂和易渗透，面团塌陷。（2）在面团中加入极性脂类、变性球蛋白有利于麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的相互作用，提高面筋的网络结构，而中性脂肪、球蛋白则不利面团结构。,81,（1）可解离氨基酸含量低，面筋蛋白在中性水溶液中不溶解。（2）富含大量谷氨酰氨和羟基氨基酸，易于形成氢键，赋予面团吸水，内聚和粘结性。（3）含-S-S-键，使面筋紧密，有强度。（4）侧链氨基酸的疏水相互作用有助于蛋白质分子的聚集作用及与脂类和糖脂的结合。（5）侧链可

42、解离氨基酸可发生亲水作用，静电作用和参与形成氢键。,面筋蛋白的结构与特性的关系,82,8.组织化,在许多食物中，蛋白质是食品质地或结构的构成基础，例如肉、鱼的肌原纤维、干酪的酪蛋白等。蛋白质的组织化是使可溶性植物蛋白或乳蛋白形成具咀嚼性和良好持水性的薄膜或纤维状产品，且在以后的水合或加热处理中能保持良好的性能。组织化的蛋白质可以作为肉的代用品或替代物，还可以用于对动物蛋白进行重组织化(例如对牛肉或禽肉的重整加工）。,83,第四节蛋白质的营养性质,蛋白质的质量主要取决于它的必需氨基酸组成和消化率。高质量蛋白质含有所有的必需氨基酸，它的消化率可与蛋清或乳蛋白相比较，甚至高于它们。动物蛋白质的质量好

43、于植物蛋白质。主要品种的谷类和豆类的蛋白质往往缺乏至少一种必需氨基酸，谷类蛋白质缺乏赖氨酸而富含蛋氨酸；豆类和油料种子蛋白质缺乏蛋氨酸而富含赖氨酸。一些油料种子蛋白质，像花生蛋白，同时缺乏蛋氨酸和赖氨酸。如果蛋白质缺乏一种必需氨基酸，那么，将它与富含此种必需氨基酸的另一种蛋白质混合就能提高它的营养质量。,蛋白质中浓度（含量）低于参考蛋白质中相应水平的必需氨基酸被称为限制性氨基酸。,84,第五节食品加工中蛋白质的物理、化学和营养变化,食品加工通常涉及到加热、冷却、干燥、化学处理、发酵、辐照或其他各种处理。加热是最常用的方法，它可以使微生物和内源酶失活，达到消毒灭菌、防止食品在贮藏中氧化和水解，同

44、时获得安全性高和感官上需宜的加工产品。此外，通过加热还能使某些蛋白质中的有害物质或非需宜成分除去，例如牛的-乳球蛋白、-乳清蛋白和大豆蛋白中存在的某些过敏因子和抗营养因子，以及蛋白质结合的不良风味物质。虽然加热能对食品产生有益的影响，但同样也会对食品的营养价值和功能特性造成损害。,1 热处理的影响对蛋白质功能性质的影响 多数食品通过加热杀菌，但加热特别是高温处理对蛋白质的功能性质会有不良影响，如牛乳杀菌蛋白质凝集、酪蛋白脱磷酸作用、乳清蛋白发生热变性；又如肉类80杀菌时，肌浆蛋白和肌纤维蛋白发生凝集，同时肌纤维蛋白中的SH基氧化生成二硫键，90时会释放出H2S。但适当的热处理对Pr品质也有有利

45、的方面。所以加热杀菌条件需要严格控制。,对蛋白质营养价值的影响（1）有利的影响：一般的温和处理都是有利的。热烫和蒸煮使酶失活，可避免酶促氧化产生不良的色泽和风味；植物组织中存在的抗营养因子或毒素通过加热变性或钝化；适当的热处理会使Pr伸展而暴露出被掩盖的基团，有利于蛋白酶的水解，易于消化吸收；适当的热处理还会产生一定的风味物质，有利于食品感官质量的提高。,（2）不利的影响：强热处理Pr时会使Aa的脱氨、脱硫、脱羧，破坏了Aa的结构，降低了Pr的营养价值；食品中的还原糖与Lys发生美拉德反应，产生不被消化道酶分解的Schiff碱，从而降低蛋白质的营养价值；非还原糖、脂肪在高温下生成羰基化合物，它

46、能与蛋白质发生反应；高温长时间处理，Pr分子中的肽键在无还原剂存在时可发生转化：生成了酶无法水解的化学键，因而降低了Pr的利用率。,2 低温处理 食品在低温下贮藏可以达到延缓或抑制微生物繁殖、抑制酶活性、降低化学反应速度的目的。低温处理的方法 冷却：将食品的贮藏温度控制在略高于食品的冻结温度，此时微生物的繁殖受到抑制，Pr较稳定，对风味影响较小；冷冻及冻藏：对食品的风味有些影响，对Pr营养价值无影响，但对Pr的品质严重影响。例如肉类食品经冷冻及解冻，组织及细胞膜被破坏，Pr变性聚集代替了Pr-H2O的结合，因而质地变硬、保水性降低；鱼蛋白非常不稳定，经过冷冻或冷藏后组织中肌球蛋白变性，并与肌动

47、球蛋白结合，导致了肌肉变硬、持水性降低；牛乳中的酪蛋白在冷冻后，极易形成不易分散的沉淀物。,冷冻使Pr变性的原因：由于Pr质点分散密度加大引起的。（1）水结成的冰挤压Pr质点而靠近聚沉；（2）部分水冻结造成Pr分子的水化膜减少甚至消失，使Pr侧链暴露出来，Pr分子键相互作用而聚沉。蛋白质在冷冻条件下的变性程度与冷冻速度有关，一般来说冷冻速度越快，形成的冰晶越小，挤压作用也小，变性程度也就越小。故在食品加工中一般都是采用快速冷冻，尽量保持食品的原有质地和风味。,3 脱水与干燥处理的影响 脱水与干燥处理的目的：食品经脱水干燥处理后重量减轻、水活度降低，稳定性增加，有利于食品保藏。但对Pr品质会产生

48、不利影响。,脱水方法：热风干燥：脱水后的肉类、鱼类会变坚硬、复水性差，烹调后既无香味又感觉坚韧；真空干燥：由于真空无氧，氧化速度慢，加之温度较低，美拉德反应和其它反应发生少；转鼓干燥：降低了Pr的溶解度并可能产生焦糊味；冷冻干燥：可使食品保持原有形状，并具有多孔性和较好的回复性，但仍会使部分蛋白质变性，持水性下降，但对蛋白质的营养价值及消化吸收率无影响；喷雾干燥：由于液体食品以雾状进入快速移动的热空气而成为小颗粒，所以对蛋白质的影响较小。脱水干燥处理对Pr品质影响的原因：脱水干燥时，如果温度过高、时间过长，Pr中的结合水遭到破坏引起Pr变性，导致食品的复水性降低、硬度增加、风味变差。,4 碱处

49、理的影响 食品加工中若应用碱处理尤其与热处理并用，会使食品中蛋白质的营养价值严重下降。在较高的温度下碱处理蛋白质时，丝氨酸残基、半胱氨酸残基会发生脱磷、脱硫反应生成脱氢丙氨酸残基：,而脱氢丙氨酸残基非常活泼，可与食品蛋白质中的赖氨残基、半胱氨酸残基发生加成反应，生成了人体不能水化吸收的赖氨酸丙氨酸残基和羊毛硫氨酸残基：,异构化反应 在温度超过200时的碱处理会导致氨基酸残基的发生异构化反应，从而氨基酸的营养价值降低。,由于大多数D-Aa无营养价值，所以必需Aa的外消旋化会使其营养价值下降50。另外热处理还可能生成环状衍生物，而环状衍生物可能具有一定的诱变作用。,5 辐射 许多国家已将辐射用于食

50、品的保藏。辐射使H2O离解成游离基和水合电子，再与Pr作用（如发生脱氢反应、脱氨反应、脱羧反应）。蛋白质的二、三、四级结构不被辐射破坏，在规定的剂量范围内，对Pr和Aa的营养价值影响不大、安全。我国食品卫生标准规定8中食品可以辐射保藏，其允许剂量（KGy）为:大蒜0.1，花生仁0.4，鲜贮蘑菇1.0，马铃薯0.2，大米0.45，洋葱0.15,苹果10MGy,香肠10MGy。,96,第六节 食品蛋白质1.肌肉蛋白质,97,肌红蛋白（myoglobin）肉的色素,肌红蛋白（Mb）为紫红色物质。肌红蛋白有可逆结合氧的能力，它能运载氧到肌肉。新鲜肉的颜色取决于肌红蛋白（Mb）、氧合肌红蛋白（MbO2)