食品化学 蛋白质课件.ppt

1、第五章 蛋 白 质 Chapter 5 Protein,一理化性质 二、蛋白质的功能性质 三、食品中的蛋白质 四、加工对蛋白质的影响,一理化性质 Physicochemical Properties,(一）蛋白质的分类 The classification of protein 纤维状蛋白质 按分子形状分: 球状蛋白质 简单蛋白质 按分子组成分: 结合蛋白质 清蛋白 按蛋白质的溶解度分: 谷蛋白 球蛋白 醇溶蛋白,（二）氨基酸的一般性质 General Properties of Amino Acids 1结构与分类,（2）分类 按侧链极性可分为四类： A非极性 中性：甘 、丙 、苯丙 、缬、

2、亮、异亮、蛋、脯、色 B有极性无电荷（不电离） 有羟基：丝HO-CH2- 苏 酪 有巯基: 半胱：-2 、 胱 有酰胺基： 谷氨酰胺：O=C-CH2-CH2 - 天冬酰胺： O= C-CH2- | | NH2 NH2,C带正电荷 碱性氨基酸 三种 赖：+H3N-CH2-CH2-CH2-CH2- 精 、 组 D带负电荷（酸性氨基酸） 谷：-OOC-CH2CH2- 天门冬： -OOC-CH2-,2酸碱性质 氨基酸为两性电解质，既表现出酸性， 又表现出碱的性质,除-羧基（pKa1）、-氨基（pKa2）外，酸性及碱性氨基酸的侧链也含有可离子化基团（PKa3） 可估算等电点： 侧链不带电荷基团氨基酸：

3、pI=（pKa1+pKa2)/2 例 pI （蛋）=1/2（2.28+9.21）=5.75 酸性氨基酸： pI=(pKa1+pKa3)/2 例：pI（谷）=(2.19+4.25)/2=3.22 碱性氨基酸： pI=（pKa2+pKa3)/2 例：pI（赖）=（8.95+10.53)/2=9.74,3、疏水性 Hydrophobic properties 两个非极性基团为了避开水相而聚集在一起的作用力疏水相互作用。非极性基团所具有的性质疏水性。 氨基酸侧链具有一定的疏水性。 1mol氨基酸从乙醇中转移到水中，其转移自由能： Go = - RTlnS乙醇/S水 Go( 侧链R)=Go（氨基酸）-

4、Go（甘氨酸）,（二）蛋白质的结构及其作用力 1、结构 （1）一级结构 Primary structure 氨基酸排列顺序 一级结构 （2）二级结构 Secondary structure 主链上原子的空间排列二级结构 其排列方式有： 螺旋三维结构 折叠结构 弯曲结构 胶元螺旋,（3）三级结构 Tertiary structure 二级结构形成一定构象三级结构 “螺旋之螺旋”，“折叠再折叠” （4）四级结构 Quaternary structure n 条多肽链在三级结构的基础缔合聚集，构成四级结构。 由n个亚基聚集成聚合体，即为四级结构。,肌红蛋白,2、作用力和键 形成二、三、四级结构的作用

5、力： （1）空间张力 （2）静电作用力 （3）氢键 （4）二硫交联键 （5）疏水相互作用 （6）范德华力,（三）化学反应 1、氨基酸与甲醛的反应 R-CH-COOH + 2HCHO R-CH-COOH NH2 N(CH2OH)2 可用强碱滴定，测定游离氨基酸 可用于明胶胶囊化,2、氧化还原反应 -2H R1SH + HSR2 R1-S-S-R2 +2H 小麦面筋蛋白含有： 麦胶蛋白和麦谷蛋白 加入氧化剂（溴酸钾、过氧化苯甲酰、Vc) 可以增筋、弹性增加 如面包 加入还原剂（NaHSO3)可以降筋、弹性，增加脆性， 如饼干 (或者加入木瓜蛋白酶),3、水解 H+、OH-、酶 蛋白质 - 胨、肽、

6、氨基酸 （1）酸水解法 6mol/L HCl 1101024h 蛋白质-氨基酸 优点：彻底、L型 缺点：色氨酸破坏，丝、苏、酪部分破坏,（2）碱水解法 6mol/L NaOH 6h 蛋白质-氨基酸 优点：色氨酸不破坏、水解液清澈 缺点：构型变化，D、L各半； 丝、苏、精、赖、胱破坏 （3） 酶水解法 酶制剂 蛋白质-肽-氨基酸 优点：常温、常压、构型不变、卫生 缺点：水解不易完全、时间长，肽多 应用广泛，口服液、饮料,（四）活性肽 1、低分子量的肽具有生物活性 寡肽、小肽、小分子多肽（10） 应用：生长调节、抗肿瘤药物、功能食品. 研究领域:分子细胞学、医学、营养与药物化学. 易消化吸收,可以

7、直接吸收、合成， L-氨基多肽体内蛋白质 2、实例 （1）谷胱甘肽（-谷氨酰-半胱氨酸-甘氨酸） 功能作用：抗氧化、清除自由基、清除过氧化氢、过氧化脂质，解毒（氟、重金属、CO.),抗过敏，辅酶,（2）大豆肽（300-700） 良好的溶解性，易吸收，降血压（血管紧张素交换酶阻碍剂），降低胆固醇，抗氧化、促进双岐杆菌增殖。 （3）酪蛋白磷酸肽 促进小肠钙的吸收 (4) 乳链菌肽 防腐剂 还有: 醒酒肽、抗血栓肽、免疫刺激肽、安 神麻醉肽. 玉米肽、大米肽、鱼蛋白肽、乳清蛋白肽.,（五）蛋白质的变性 Protein Denaturation 1、变性作用 天然蛋白质分子因环境因素的改变而使其构象发

8、生改变，这一过程称为变性。 变性涉及二、三、四级结构的变化。 2、变性热力学 N(天然)= D(变性) K=D / N Go= -RTlnK Go=Ho - TSo 例：25，pH=9时，肌红蛋白变性 Go=56.8千焦/摩尔 K=0.113,3、变性因素 （1）热 T升高，则氢键下降，静电力下降，范德华力下降，而疏水作用上升，H？ 当T升高时，S（升高）则-TS（下降） G=HTS 当G=0时，K=1,当G=0时，K=1 此时的温度为蛋白质的变性温度Td 蛋白质热变性温度（Td） 蛋白质 Td 羧肽酶 63 肌红蛋白 79 胰蛋白酶抑制剂 77 -乳清蛋白 83 大豆球蛋白 92 燕麦球蛋白

9、 108,含有疏水性大的氨基酸残基比例高的蛋白质耐热稳定性大（耐热生物体而耐低温性差，即低温下易变性)。 如11S大豆蛋白、乳蛋白 水能促进蛋白质的热变化（干的稳定） 大豆粉 10%H2O Td=115 40%H2O Td=97 单体球状蛋白质的热变性在短时热时是可逆的。,（2）静水压 因为蛋白质具有柔性和可压缩性（球状），所以压力可引起变性，但是可逆 （3）剪切力 振动、揉捏、打擦产生机械剪切力，导致螺旋破坏，网状结构改变 （4）辐照 导致芳香族氨基酸（色、酪、苯丙）吸收，使构象发生改变，还可导致二硫键断裂。,（5）PH pH=410稳定 极端pH改变盐键，使基团离子化，造成链展开，一般可逆

10、。 （6）有机溶质 尿素 O 盐酸胍 NH H2N-C-NH2 H2N-C-NH2 可与蛋白质形成复合物,（7）表面活性剂 打断疏水相互作用，导致蛋白质展开。 （8）有机溶剂 极性溶剂，改变介质（水）的介电常数，改变静电力。 非极性溶剂，穿透疏水区，打断疏水作用。 （9）盐 可与蛋白质分子中的基团形成复合物。,4、变性对性质的影响,（1）生物活性丧失（酶、激素、毒素、抗体） （2）溶解度降低（疏水基团暴露） （3）改变水合性质 （4）易于酶水解 （5）粘度增大 （6）不能结晶,二、蛋白质的功能性质Functional Properties of Proteins,食品蛋白质在食品体系中的功能作

11、用Functional roles of food proteins in food systems,（一）水化性质 HydrationProperties of Proteins 1、蛋白质与H2O的作用 （P-H2O） 与水可形成氢键及偶极偶极作用，离子偶极作用。,2、水化过程,干燥蛋白质逐步水化过程如下： 干蛋白 极性点吸附水多分子层 液体水凝聚溶胀溶剂化分散作用溶液 溶胀的不溶性颗粒、块,3、水化影响因素,（1）浓度C 水的总吸收量随C的增加而增加 （2）pH 在PI时，PP作用最强 水合作用最小，溶胀最小 。,H2O% 0 2 4 6 8 10 pH pH对牛肌肉持水容量的影响,（3

12、）离子强度=1/2Ci Zi2 (Z为价数) A、中性盐 0.51M时，S, 产生“盐溶效应” B、当C1M时，S，产生“盐析效应” PP PH2O 导致P沉淀。,（4）温度T 一般蛋白质变性温度为5070 ，T，氢键 一般，PH2O作用，即T，P沉淀。,4、水合性质的测定方法,蛋白质成分的吸水性，持水容量的测定有以下四种方法： （1）相对湿度法 测定一定AW 时，P吸水量 ml H2O/g样品 大豆分离蛋白 100 200 min,（2）溶胀法 将蛋白粉置于下端连有刻度毛细管的烧结玻璃过滤器上，让其吸收毛细管中的水，即测定其水合作用的速度和程度。 （3）过量水法 让蛋白质与过量水接触，再过滤

13、，离心过剩水。 （4）水饱和法 测定蛋白质饱和溶液所需要的水量,5、溶解度与溶胶,（1）蛋白质的溶解特性的作用 A、可确定天然资源中蛋白质分离，提纯的最适条件。 B、为蛋白质的应用提供重要指标 C、评价蛋白质饮料 （2）溶解度的影响因素 溶解度与pH、T、种类有关。,（3）溶胶,蛋白质溶液是一种胶体溶液。P 表面有各种亲水基，将H2O分子吸附表面而形成一层水膜。,（二）蛋蛋作用（PP作用）,1、沉淀 沉淀的方法： A、盐析 B 、生物碱沉淀剂的沉淀反应 C、有机溶剂沉淀反应 D 、重金属盐沉淀反应 鞣酸、苦味酸等生物碱能使蛋白质沉淀。 生物碱沉淀剂为酸性物质，显示负电荷； 当蛋白质溶液pH P

14、I时，显示正电荷； 所以可生成S小的盐而沉淀。 食品工业除单宁等，用此原理。,2、胶凝 Gelation,（1）概念： P胶体溶液在一定条件下，P胶体体系失去流动性， 而成为“软胶”状态。这一过程叫P的胶凝作用。 P-P P-H2O 有序网络凝结。 凝胶是水分分散在蛋白质颗粒之中形成的胶体体系。 蛋白质凝胶具有一定形状、弹性，半固体性质。 （2）形成（方法） A、热处理、冷却 B、加酸 C、添加盐类 D、酶水解 加入酶适度水解，可促使胶凝形成。 E、先碱化、再恢复至中性或PI 点 F、与多糖胶凝剂作用 如明胶(+) + 阿拉伯胶（-） 明胶(+) + 海藻酸钠（-）,（3）胶凝机理（探讨）,A

15、、变性 xP xPD 冷却(PD)x B、P-P作用 a. 加热，疏水基团暴露，疏水作用力 b. 静电引力： NH3+ , -COO- ； -COO-Ca2+-OOC- c. 氢键 d. S-S-的形成 P-P间形成网络结构。 对H2O的作用力 多层水，截留水,（三）界面性质 Interfacial properties,1、乳化性质 Emulsifying Properties （1）蛋白质的表面活性 一般而言，P的疏水性越强，P在界面的浓度越大，表面张力愈低，乳状液愈稳定。 疏水值，表面张力乳化活力(乳化活性指数，m2/g),表 乳 面 化 张 活 力 力 疏水值 疏水值,（2）乳化性评价

16、指标,A、乳化能力（EC）（乳化容量） 相转变前能乳化油ml EC = - g蛋白质 B、乳状液稳定性（ES） 乳状液最终体积100 ES= - 乳状液最初体积,（3）影响因素,A、蛋白质的溶解度（乳化能力） 溶解、乳化能力 不溶解、乳化稳定性 B、pH C、盐效应（离子强度） 存在盐析效应和盐溶效应 D、加热 加热使乳化能力 E、添加小分子表面活性剂 使蛋白质保留界面能力，使乳化能力 F、一定蛋白质起始浓度 一般为0.5%,2、起泡性质Foaming Properties,（1）泡沫的形成 A、泡沫气泡在连续的液相或半固相 中形成分散体系。 B、构成 气体 / 表面活性剂 / 液体 表面活性

17、剂 使 气/液界面张力 C、形成 方法：搅打、鼓泡、减压,D、稳定性影响因素 不稳定步骤如下： 由于重力、压力差、蒸发等原因出现泄水 P 内压 = P atm + 2r/ R 气体从小泡向大泡扩散 膜破裂 对泡沫稳定性有利的三个重要因素是： a 界面张力小 b 液相粘度大 c 吸附蛋白膜牢固、有弹性,(2)泡沫性质评价a、稳定泡沫体积 = 100E/A,b、膨胀率 100(C-A) B 膨胀率= - = 100- A A c、起泡力 B 起泡力= - 100 D d、泡沫稳定时间 一定时间，泡沫体积减少程度 泡沫体积减少1/2时所需时间 泡沫形成至开始排水的时间,（3）影响泡沫形成及稳定环境因

18、素,A、不溶性蛋白质粒子 对稳定泡沫起着稳定作用 泡沫膨胀力 但泡沫稳定性 B、盐类 NaCl 使泡沫膨胀率稳定性 (降低粘度) Ca2+使泡沫膨胀率 (形成 羧-Ca2+-羧 桥键) C、糖 抑制膨胀、增加稳定 (粘度) 泡沫形成后加入 D、脂肪 脂肪破坏蛋白质的起泡性质 E、蛋白质浓度 在C10%内 C，则稳定性 F、搅打时间及温度,（4）具有起泡性质的蛋白质,A、对具有起泡性蛋白质的要求 a、缺乏二、三级结构的P分子 b、具有较好的溶解性 c、蛋白质分子之间存在一定的粘着作用力 d、蛋白质分子有一定疏水值 B、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

19、重排 必须在界面上形成一层粘合性膜,C、方法 a、选择适宜的蛋白质 b、温和加热 c、与变性剂作用，部分水解 d、实例： 大豆蛋白发泡粉 (部分水解) 氨基酸态氮/总氮=1：10， M=5000070000,（四）风味结合,蛋白质可作为风味物结合的载体 1、风味物与蛋白质间的作用 风味结合包括风味物吸附于蛋白质表面和扩散、渗透到蛋白质内部 吸附力有： a、范德华力可逆物理吸附 b、氢键 c、共价、静电引力化学吸附 d、疏水键 风味物质与蛋白质的结合，只能发生在那些未参与P-结合的位点上 2、评价方法 在指定温度下，用气-液相色谱法测定风味物（游离）的平衡浓度。绘制吸附等温线,吸附量 mg/g

20、C风味物,3、影响因素,A、水促进与极性化合物的结合 B、pH C、P降解，结合能力 D、受热变性，结合能力 E、冷冻干燥 风味物与P结合 F、脂类 脂类的存在，羰基风味物结合,三、食品中的蛋白质,（一）肉类蛋白质 肉中蛋白质分为：肌原纤维蛋白、肌浆蛋白、基质蛋白。 1、肌原纤维蛋白 包括：肌球蛋白，肌动蛋白，肌动球蛋白，肌原球蛋白 肌球蛋白是粗肌丝的主要蛋白质，它构成肌原纤维蛋白的55%。 肌动蛋白是细肌丝的主要P，占肌纤P的20%。 肌动球蛋白由肌球、肌动混合可形成肌动球蛋白（屠宰后成熟）动物死后肌动球蛋白僵硬 肌原球蛋白,2、肌浆蛋白 肌浆蛋白为球状P 组成：酶、肌红蛋白、血红蛋白 为可

21、溶性蛋白质,占25-30% P总, ，60变性，凝固。 3、基质蛋白 为结缔组织部分，不溶于水及浓盐溶液。 基质蛋白为硬蛋白，含胶原、弹性蛋白。,4、肉的成熟,（1）种类 肌原纤维蛋白占1/2 P总 肌原纤维蛋白与动物种类无关 而肌浆、基质因动物不同而异 在28：20 16：36范围内变化 （2）死后僵硬 不同动物，最大僵硬时间不同，鱼1-4h，鸡6-12h，牛12-24h，猪3d （3）肉的成熟 僵硬的肉经数日冷藏，逐渐变软，肉的持水性得到恢复， 僵直的消除。 （酶的作用）,5、鱼肉蛋白质,鱼肉含基质蛋白质较少。 肌球蛋白间含双硫键，可形成网络结构 能形成凝胶体（比畜肉好） 形成条件： 0.

22、5-1%(3%)的食盐 PH = 6.57.2 T = 7585 ( 60 ) 添加溴酸钾可促进网状结构的形成 添加淀粉,可提高胶凝能力 可用制作鱼糕、鱼圆子。,（二）胶原蛋白与明胶,1、胶原蛋白 结构特点：分子由三股螺旋组成,2、明胶,明胶是胶原蛋白的热分解产物 明胶溶于热水，冷却后成为凝胶，具有热可逆性。,（三）乳蛋白质,一般乳由三个不同相组成、三相中均存在蛋白质。 a. 由酪蛋白构成的微细胶粒 (酪蛋白) b. 分散脂肪球 (球膜P) c. 连续水溶液（乳清P） 下面以牛乳为例： 1、酪蛋白 酪蛋白约占80-82% P总 酪蛋白含胱、蛋；含苏、丝氨基酸的磷酸酯键的磷蛋白。,2、乳清蛋白

23、乳清蛋白，主要是-乳球蛋白和-乳清蛋白，还有血清清蛋白、免疫球蛋白、酶等。 3、脂肪球膜蛋白 为磷脂蛋白质,(四）鸡蛋蛋白质,1、组成 组分 固形物% 蛋白% 脂类% 蛋清 11.1 9.7-10.6 0.03 蛋黄 52.3-53.5 15.7-16.6 31.8-35.5 全蛋 25-26.5 12.8-13.4 10.5-11.8,2、蛋黄的乳化能力,起乳化作用的组分: 磷脂、脂蛋白 应用：蛋黄酱、蛋糕、色拉调味料 蛋黄酱为65%-80%油的W/O乳状液，即小油滴外展涂上一层由蛋黄颗粒组成的保护层，粘附强，这是其中的脂蛋白起着乳状液稳定剂作用。,3、蛋清的起泡能力,蛋清中可溶性蛋白质(如

24、球蛋白G1、 G2、G3)是一种表面活性剂。 应用：制蛋糕、蛋卷、蛋白酥皮卷,（五）大豆蛋白质,1、组成 大豆含蛋白质40%，是优良的植物蛋白质。 按溶解性，分为： 清蛋白（10%） 球蛋白（90%） pH = 4.2-4.8 时沉淀 若用超速离心沉降速度法，可将大豆蛋白分为2S、7S、11S、15S四种组分。,组成如下表,组成 占P% 成分 分子量（万） 2S 22 胰蛋白酶抑制剂 0.82.1(1.2) （细胞色素C） 7S 37 血球凝集素 11 解脂酶 10.2 -淀粉酶 6.17 7S-球蛋白 18-21 11S 31 11S-球蛋白 3.5-35 15S 11 15S-球蛋白 60

25、 注:S为沉降系数,1S = 10-13秒 = 1 Svedberg,溶解特性,氮溶解度指数（NSI） 水溶氮 NSI% = - 100 样品中总氮 蛋白质分散度指数（PDI） 水分散蛋白质 PDI% = -100 样品中总蛋白质 一般来说，对同一样品 PDI NSI,C 影响因素,PH NSI 4.3 pH,中性盐 NPI (NaCl) 0.1 c 称为盐溶性蛋白质,2 .变性,1.变性程度衡量指标测定 (1) 测定条件如下： NSI PDI 样品g 5 20 用水量ml 250 300 混合方法 机械搅拌120转/分 匀浆杯8500转/分 温度 30 25 时间min 120 10 分离方

26、法 离心1500转/分 离心2700转/分 分离时间 10分 10分 测定Pro 凯氏定氮 凯氏定氮 (2)热变性 (3)醇变性,3. 功能特性,(1) 乳化性 (2) 胶凝性 (3) 起泡性 适当水解可提高发泡性，N溶：N总=1：10 (4) 保水性与吸水性 (5) 吸油性 (6) 调色性 A. 漂白 B. 增色,（六）面筋蛋白质,1. 组成 蛋白质（13%） 面筋Pro(80%)：醇溶（麦胶）-S-S- -SH 麦谷 -S-S- -SH 水溶性Pro(20%)：清、球 2. 网络结构的形成 二硫键的交联而形成网络结构 增加面筋筋力的方法：添加溴酸钾、过氧化苯甲酰等，放置氧化（脂肪过氧化物）

27、,3. 应用,湿面筋 35% 高筋粉 面包 2535% 中筋粉 面条 25% 低筋粉 饼干、糕点,四、加工中蛋白质的变化Processing-induced changes in proteins,(一）热处理 1. 变性 (消化率) 2. 破坏抗营养抑制素（剂） 3. 酶失活 4. 脱巯基作用 对热最敏感的是胱、半胱氨酸在115，27h，60%胱氨酸破坏 S-CH2-CH(NH2)-COOH S-CH2-CH(NH2)-COOH + 2 H2O 2 HO-CH2-CH(NH2)-COOH + 2 H2S,5. 新酰胺键生成 在强热过程中，赖氨酸易与天门冬酰胺或谷氨酰胺反应，生成新酰胺键。影响蛋白质的生物价。 6. 羰氨反应,（二） 碱处理,对食品进行碱处理，尤其在加热同时进行时，对蛋白质的营养价值影响较大。 、 OH - 蛋白质 - 异常氨基酸 O