第五章--蛋白质课件

1、第五章 蛋白质第一节 引言蛋白质在生物体系中起着核心作用 病毒、细菌、激素、植物和动物细胞原生质都是以蛋白质为基础的酶是蛋白质 蛋白质功能和化学组成有关 由20种氨基酸构成的聚合物蛋白质的元素分析C 5055% H 6 7% O 2023% N 1219%（16%， 6.25） S 0.23.0%还含有某些金属离子Zn、Fe等。蛋白质的分类 根据组成分类 简单蛋白质（homoproteins） 在细胞中未经酶催化改性的蛋白质 结合蛋白质（conjugated proteins） 或杂蛋白质（heteroproteins） 经过酶催化改性或与非蛋白质组分复合的 非蛋白质组分称为辅基 结合蛋白质包

2、括：核蛋白（核蛋白体） 糖蛋白（卵清蛋白、-酪蛋白） 磷蛋白（-和-酪蛋白、激酶、磷酸化酶） 脂蛋白（蛋黄蛋白质、几种肌浆蛋白质） 金属蛋白（血红蛋白、肌红蛋白和几种酶） 球蛋白 以球状或椭圆状存在的蛋白质 由多肽链自身折叠而造成 纤维状蛋白（棒状分子） 含有相互缠绕的多肽链 根据大体上的结构形式分类蛋白质的生物功能酶催化 结构蛋白 收缩蛋白（肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白） 激素（胰岛素、生长激素） 传递蛋白（血清蛋白、铁传递蛋白、血红蛋白） 抗体（免疫球蛋白） 贮藏蛋白（蛋清蛋白、种子蛋白） 保护蛋白（毒素和过敏素）食品蛋白质易于消化 无毒 富有营养 显示功能特性 来源丰富第二节 氨基酸的物

3、理化学性质 一、氨基酸的一般性质 （一）一般结构和分类 氨基酸是组成蛋白质的最基本单位决定物化性质据其分子结构分为六类中性氨基酸 一氨基，一羧基 Ala(丙), Gly(甘), Val(缬), Leu(亮), Ile(异亮) 酸性氨基酸 一氨基，二羧基 Asp(天), Glu(谷) 碱性氨基酸 二氨基，一羧基 Arg(精), Lys(赖), His(组) 含羟氨基酸 一氨基，一羧基，一羟基 Ser(丝), Thr(苏) 含硫氨基酸 一氨基，一羧基，一巯基 Cys(半), Met(蛋) 含环氨基酸 一氨基，一羧基，一环 Phe(苯), Pro(脯), Trp(色), Tyr(酪) 甘丙缬亮异脂链

4、 丝苏半蛋羟硫添 脯酪色苯杂芳环 天谷精赖组酸碱按侧链基团R的极性分为四类非极性氨基酸或疏水性氨基酸 脂肪族（Ala，Ile，Leu，Val） 芳香族侧链的氨基酸(Phe,Trp)是疏水的 不带电荷的极性氨基酸 侧链与水结合形成氢键，Ser,Thr,Cys 在pH7时带正电荷的极性氨基酸 碱性氨基酸，Lys,Arg,His(略带） 在pH7时带负电荷的极性氨基酸 酸性氨基酸， Asp,Glu 碱性和酸性氨基酸具有很强的亲水性 必需氨基酸有些氨基酸，机体合成不足，必需从食物或饲料中供给，如果食物或饲料中缺乏这些氨基酸，就会影响机体的正常生长和健康。 人体必需氨基酸有Lys，Phe, Val, M

5、et, Thr, Trp, Leu及Ile八种，此外，His对于婴儿的营养也是必需的。 （二）氨基酸的立体化学除甘氨酸外都具有旋光性。 在植物或动物组织的蛋白质水解物中，仅发现型异构体。Ile和Thr的-碳原子也是不对称的，因此它们都有4个对映体。（三）氨基酸的酸-碱性质羧基能电离成COO-和H+；氨基能接受质子，形成铵盐。氨基酸是两性电解质 甘氨酸 提供质子， 可释放质子提供电子对， 可接受质子在中性pH范围，-氨基和 -羧基都处在离子化状态，此时氨基酸分子是偶极离子或两性离子。 偶极离子以电中性状态存在时的pH被称为等电点（pI）。当-COO-和-COOH的浓度相等时的pH被称为pKa1

6、当-NH3+和-NH2浓度相等时的pH被称为pKa2 除 -氨基和 -羧基外，Lys、Arg、His、Asp、Glu、Cys和Tyr的侧链也含有可离子化的基团。 侧链不含有带电荷基团的氨基酸， pI=（pKa1 + pKa2）/2 酸性氨基酸，pI=（pKa1 + pKa3）/2 碱性氨基酸，pI=（pKa2 + pKa3）/2 *下标1、2和3分别指 -羧基、 -氨基和侧链上可离子化的基团。 （四）氨基酸的疏水性蛋白质在水中的溶解度主要取决于氨基酸组分侧链上极性（带电或不带电）和非极性（疏水）基团的分布。 Gt（EtW）被用来表示氨基酸的疏水性。 Gt是一个很大的正值，则说明它的疏水性就很大

7、。氨基酸从乙醇转移到水的自由能变化 Gt具有加和性 缬氨酸 Gt,Val=Gt,Gly+Gt,异丙基侧链 Gt,异丙基侧链=Gt,Val-Gt,Gly 具有大的正的Gt的AA侧链 疏水性的 优先选择处在有机相 疏水性AA残基倾向于配置在蛋白质分子的内部 具有负的Gt的AA侧链 亲水性的 配置在蛋白质分子的表面（五）氨基酸的光学性质芳香族的氨基酸Trp(色)、Tyr(酪)和Phe (苯丙氨酸)在近紫外区（250-300 nm）吸收光。 Trp和Tyr在紫外区还显示荧光。氨基酸所处环境的极性影响它们的吸收和荧光性质，因此可以将氨基酸光学性质的变化作为考察蛋白质构象变化的手段。二、氨基酸的化学反应性

8、存在于游离氨基酸和蛋白质分子中的反应基团 (氨基、羧基、巯基、酚羟基、羟基、硫醚基(蛋氨酸)、咪唑基和胍基) 。作用: (1) 改变蛋白质和肽亲水-疏水性质或者功能性质; (2) 被利用来定量氨基酸和蛋白质分子中特定的氨基酸。与茚三酮反应1摩尔的氨基酸，与2摩尔茚三酮生成1摩尔紫色物质，在570 nm显示最高吸收。 脯氨酸和羟脯氨酸产生一种黄色物质，它在440 nm显示最高吸收(常用来定量游离氨基酸)。与邻苯二甲醛反应当存在2-巯基乙醇时氨基酸与邻-苯二甲醛反应（1，2-苯二甲醛）反应生成高荧光的衍生物 在390 nm激发时在475nm具有最高荧光发射 定量氨基酸、蛋白质和肽 与荧光胺反应在3

9、90 nm激发时，在475 nm具有最高荧光发射 含有伯胺的氨基酸、肽和蛋白质与荧光胺反应成高荧光的衍生物被用于定量氨基酸以及蛋白质和肽。 白色或浅黄色固体,荧光衍生试剂 第三节 蛋白质的结构（一）一级结构 指氨基酸通过共价键连接而成的线性序列 。n个氨基酸残基构成(n-1)个肽键 ；链长(n)和序列决定蛋白质的物化性质、结构和生物性质及功能；序列密码（code）。游离的 -氨基末端称为N端，开始端； 游离的 -羧基末端称为C端，末端； 多肽链的主链可用重复的-N-C-C或-C-C-N 单位表示。 CN(肽)键具有部分双键的性质。CONH键不可以自由旋转，转动角度最大为6。 N-C 键 C -

10、C键 主链扭转角理论上具有转动自由度，但因C 原子上侧链原子的立体位阻而被限制-NH - C- CO NH几乎所有的蛋白质肽键都以反式构型存在 在热力学上反式比顺式稳定（二）二级结构指氨基酸残基周期性的（有规则的）空间排列。 氨基酸残基侧链之间近邻或短距离的非共价相互作用导致局部自由能下降，这就驱动了和角的扭转。 1、螺旋结构 -螺旋：主要的，最稳定的 310-螺旋 -螺旋当依次相继的氨基酸残基的和角按同一组值扭转时，形成了蛋白质的螺旋结构。 -螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基 氢键平行于螺旋轴而定向。氢键的N、H和O原子几乎处在一条直线上。每一个氨基酸残基的转角为100 依靠氢键稳定，氢键圈中

11、包含13个主链原子，3.613螺旋。 2. -折叠片结构一种锯齿形结构。它比螺旋较为伸展。C=O和N-H垂直于主链;氢键：片断之间;侧链垂直于平面;根据多肽主链NC的指向,存在着两类 平行-折叠片 ，各股指向相互平行 反平行-折叠片结构 ，各股指向彼此相反 反平行中，N-HO原子处在一条直线上（键角0），增加了稳定性 反平行-折叠片结构更为稳定 稳定性: -折叠片-螺旋 -折叠片高变性温度 -螺旋 -折叠加热再冷却-旋转（-turn）-折叠片结构中多肽链反转180就形成-旋转。 一个-旋转结构包含4个氨基酸残基， 由氢键所稳定 最常见于-旋转结构中的氨基酸残基是Asn (天冬酰胺) 、 Asp

12、(天冬氨酸)、 Gly (甘) 、 Cys (半胱) 、Tyr (酪)和Pro (脯) 。（三）三级结构二级结构进一步折叠成紧密的三维结构时就形成了蛋白质的三级结构。 多肽链的空间排列三级结构的形成包括不同的基团之间相互作用（疏水、静电和范德华）和氢键的优化，使得蛋白质分子的自由能尽可能地降至最低。 几何排布 亲水性氨基酸残基蛋白质-水界面 疏水性氨基酸残基内部 氨基酸的序列决定着蛋白质分子的形状 亲水性氨基酸残基呈拉长或棒状 疏水性氨基酸残基呈球状 大多数蛋白质由100个以上的氨基酸残基构成。 （四）四级结构是指含有多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列。 以二聚体、三聚体、四聚体等形式存在；

13、 四级结构是亚基非共价结合的结果四级复合物（寡聚体）由蛋白质亚基（单体）组成，亚基可以是相同的（同类）或者是不同的（异类） 。热力学角度，疏水性亚基埋藏，驱动四级结构 疏水性氨基酸残基高于30%，无法埋藏 疏水小区相互作用4412366一些低聚体食品蛋白质（五）稳定蛋白质结构的作用力蛋白质的天然构象是一种热力学状态 对此状态有利的相互作用达到最大 不利的相互作用降到最小 影响蛋白质结构的作用力包括两类： 蛋白质分子固有的作用力所形成的分子内相互作用 范德华相互作用和空间相互作用 受周围溶剂影响的分子内相互作用 氢键、静电相互作用和疏水相互作用蛋白质结构稳定疏水相互作用二硫键氢键空间相互作用静电

14、相互作用金属离子范德华力稳定蛋白质结构的作用力1.空间相互作用氨基酸残基侧链原子的空间位阻 和角的转动受到很大的限制 构象有限 避免自由能的增加 键长和键角的变形2. Van der Waals 相互作用存在于极性或非极性原子之间； 是偶极-诱导偶极和诱导偶极-诱导偶极相互作用产生的净的吸引作用； 距离增大，相互作用减小； 对蛋白质的折叠和稳定性的贡献很大。 3. 氢键氢键主要通过羰基及亚氨基通过氢氧而形成的一种键。 可在两肽链间，或一条肽链的不同部位形成氢键。 在-螺旋和-折叠片结构中肽键的N-H和C=O之间形成的氢键数目最大。 氢键对于维持蛋白质二级结构，保持蛋白质稳定性，起着重要的作用。

15、 4. 静电相互作用蛋白质含有一些带有可离解基团的氨基酸残基。 Asp(天冬氨酸)、Glu(谷)残基带负电荷（中性pH） Lys(赖)、Arg(精)和His(组)带正电荷 在中性pH，净电荷取决于分子中正、负电荷残基的相对数目 蛋白质分子净电荷为0时的pH为等电点（pI） 等离子点是指不存在电解质时蛋白质溶液的pH除少数例外，蛋白质中几乎所有的带电基团都分布在分子的表面。 相同电荷间的排斥作用或许会导致蛋白质结构不稳定。 相反电荷间的吸引作用有助于蛋白质结构的稳定； 虽然不能作为蛋白质分子折叠的主要作用力，但确实会影响蛋白质分子折叠的模式。 5. 疏水相互作用在水溶液中水结构诱导的非极性基团之

16、间的相互作用被称为疏水相互作用；驱动蛋白质折叠的主要力量； 非极性基团溶于水 ：G=H TS 即使H0，由于S 0 ，G 0 疏水相互作用是吸热过程，高温下较强。 6. 二硫键(-S-S-)球状蛋白 中，二个半胱氨酸分子接近时形成二硫键； 共价键； 对稳定蛋白质空间结构起着重要作用 ；二硫键数目多、稳定，如毛、发 ；分子内，也能分子间。7. 金属离子蛋白质结合特定的金属离子能稳定蛋白质的结构 如钙，镁和钠离子等 稳定的机制 中和电荷的效应 促进其他相互作用（疏水相互作用) 由钙稳定的蛋白质 牛乳清蛋白 -淀粉酶 一个独特的三维蛋白质结构的形成是各种排斥和吸引的非共价相互作用以及几个共价二硫键的

17、净结果。（六）构象稳定性和适应性蛋白质是高度柔性的； 构象适应性对蛋白质的功能性质很重要。第四节 蛋白质的变性天然状态是热力学最稳定状态 环境的变化驱动分子结构新的平衡 构象适应性 分子结构的细微变化而没有剧烈变化 变性 蛋白质的二级，三级和四级结构上的重大变化，但不涉及主链上肽链的断裂，使天然蛋白质的理化性质改变并失去原来的生理活性。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。 可逆变性三级和四级结构变化 不可逆变性二级结构也发生变化 二硫键的断裂不可逆变性变性后物化性质变化因疏水性基团的暴露而导致溶解度的下降 结合水能力的改变 失去生物活力（酶活力

18、或免疫活力） 对蛋白酶敏感性提高（肽键暴露） 蛋白质固有粘度增加 没有结晶能力 消化率和生物有效率提高 起泡性能和乳化性能提高 一、变性热力学典型的蛋白质变性曲线两状态转变大多数蛋白质当变性条件逐渐剧烈时（浓度增加、温度提高等），Y在开始阶段保持不变，但超过一个临界点后，从YN急剧变化至YD；这表明蛋白质变性是一个协同过程，球状蛋白分子主要以天然态和变性态存在，而以中间态很少存在；此即所谓的“两状态转变模型”。 二、变性因素物理因素 温度 紫外线 超声波 高压 化学因素 pH 有机溶剂 重金属盐类 脲、胍 表面活性剂 （一）物理因素 1. 热 热变性影响功能性质 从天然状态至变性状态的转变中点

19、称为熔化温度Tm或变性温度Td。热变性的机理非共价相互作用的去稳定作用 在较高温度下，保持蛋白质空间构象的各种键发生断裂，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集，形成不可逆的凝胶而凝固。 疏水相互作用的影响氢键、静电和范德华相互作用具有放热的性质（热焓驱动）。它们在高温下去稳定而在低温下稳定。疏水相互作用是吸热的（熵驱动）。它们在高温下稳定，而在低温下去稳定。疏水相互作用的稳定性不会随温度的提高而无限制地增强 某温度下，当疏水作用的稳定作用被克服时，产生热变性。多肽链的构象熵的影响GD=GU- GN

20、= H-T SD GU：变性状态的自由能 GN：天然状态的自由能 -T SD：构象熵 GD 0， 稳定 GD 0，去稳定温度稳定性一般认为，温度愈低蛋白质热稳定性愈高 但并非总如此 冷诱导变性 3012.5极性和非极性相互作用稳定性蛋白质显示最高稳定性的温度取决于极性和非极性相互作用对蛋白质稳定性贡献的相对值极性非极性相互作用 蛋白质在冻结温度和低于冻结温度时比 较高温度时更稳定 主要依靠疏水相互作用 在室温时比在冻结温度时更稳定 （吸热）氨基酸的种类热稳定性含有较高比例的疏水性氨基酸残基（尤其是Val、Ile、Leu和Phe）的蛋白质比亲水性较强的蛋白质一般更为稳定。 -SH 含量，热稳定性

21、 如大豆蛋白质(含硫氨基酸较少)稳定性高 脯氨酸或羟脯氨酸能阻碍蛋白质分子彼此形成交联，使蛋白质不易凝固。如醇溶谷蛋白(含脯及羟脯氨酸较多) 。蛋白质的热稳定性与它的柔性呈反比。某些蛋白质的氨基酸的组成与凝固温度关系 正相关负相关水热稳定性水，热变性,Td 水分愈少所需变性温度愈高 干蛋白质粉对热非常稳定 机理 在干燥状态，多肽链段的移动受到限制 水分含量的增加导致蛋白质的肿胀 提高了多肽链的移动性和柔性 稳定性下降，较低的Td值 电解质稳定性电解质的存在，稳定性降低 高价离子易使蛋白质凝固 例如制造豆腐 豆浆中的球蛋白仅加热是不会凝固的 但在70以上添加氯化镁或硫酸钙即可凝固 2. 静水压温

22、度诱导变性：4080，0.1MPa 压力诱导变性：25， 1001200MPa 转变中点400800MPa 原因：蛋白质是柔性的和可压缩的 球状蛋白内部有一些空穴，可压缩 纤维蛋白无空穴，对静水压稳定 压力诱导的蛋白质变性是高度可逆的。 应用 灭菌； 制备蛋白质凝胶，压力诱导凝胶比热诱导的凝胶更快； 牛肉嫩化。3. 机械处理揉搓、振动、捏合、打擦导致蛋白质变性。 激烈搅动时产生变性和沉淀。 当分子吸附在两相界面时，导致不可逆变性。 高柔性的比刚性蛋白质较易在气-液界面变性。高温和高剪切力相结合能导致蛋白质不可逆的变性。 剪切速度愈高，蛋白质变性程度愈高。高温和高剪切力相结合能导致蛋白质不可逆的

23、变性。4. 辐照芳香族氨基酸残基吸收紫外线； 和其它射线也能导致构象变化；若能量高，能打断二硫键，导致构象变化 （二）化学因素1. pH 在等电点时比其它pH值对变性作用更加稳定。 中性pH 大多数蛋白质带负电荷，少数蛋白质带正电荷；净静电推斥能量其它相互作用的能量，因此大多数蛋白质是稳定的。 在极端pH值 强烈的分子内斥力导致分子的肿胀和展开 变性机理 多肽链中某些基团发生解离，从而破坏了静电作用形成的键。 多数是可逆的 ；然而，如果肽键部分水解，Asn(天冬酰胺)和Gln(谷氨酰胺)的脱酰胺，碱性pH巯基的破坏或者聚集作用能导致蛋白质的不可逆变性。 酸和碱可以加速热变性。 一般水果罐头的杀

24、菌温度较蔬菜低。 2. 有机溶质尿素和盐酸胍（GuHCl）的水溶液 球状蛋白质变性中点46 mol/L 尿素 34 mol/L GuHCl 完全转变8mol/L 尿素，6 mol/L GuHCl 除去变性剂后，可以逆转 完全可逆有时很困难，由于一部分尿素转变成氰酸盐和氨，而氰酸盐与氨基作用改变了蛋白质的电荷。变性机制尿素和盐酸胍优先和变性蛋白质结合，驱动ND向右移动 促进疏水氨基酸残基在水相中增溶，也降低了疏水相互作用 打断了水的氢键结构 使蛋白质分子内部的非极性残基展开 3. 表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS） 强有力的变性剂 3 8mmol/L可使大多数球蛋白变性 作用： 疏水区和亲水区的

25、媒介物，打断了疏水相互作用 与变性蛋白质强烈结合，使它带大量的负电 不可逆 4. 有机溶剂大多数有机溶剂是变性剂 乙醇、丙酮 机制 改变水的介电常数，改变静电作用； 非极性侧链在有机溶剂中比在水中更易溶解，有机溶剂能穿透到疏水区，削弱或打断疏水相互作用。5. 促溶盐（chaotropic salts）两种影响方式 低浓度（离子强度0.2） 静电中和作用稳定了蛋白质的结构，与盐的性质无关； 较高的浓度（1mol/L） 离子特异效应 Na2SO4和NaF这样的盐能促进结构稳定 NaSCN和NaClO4是强变性剂o Na2SO4 -NaCl -NaBr -脲素 -NaClO4 -NaSCN各种钠盐对

26、变性温度的影响TdTd高浓度的盐总是对蛋白质的结构稳定性产生不利的影响。 Hofmeister系列或促溶系列 F-SO42-Cl-Br-I-ClO4-SCN- 氟化物、硫酸盐和氯化物是结构稳定剂 其它阴离子盐是结构去稳定剂 NaSCN和NaClO4是强变性剂其他成分蛋白质 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？第五节 蛋白质的功能性质Functional Properties of Proteins蛋白质的功能性质：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。第五节 蛋白质的功能性质功能机制食品蛋白质种类溶解性亲水性饮

27、料 乳清蛋白 粘度水结合汤、调味汁 明胶 持水性氢键、离子水合香肠、蛋糕、 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白胶凝作用水截留、网状结构肉和奶酪 肌肉蛋白和乳蛋白 粘结-粘合疏水结合、氢键肉、香肠、面条 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白 弹性疏水结合和二硫交联肉和面包 肌肉蛋白，谷物蛋白 乳化界面吸附和成膜香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白泡沫界面吸附和成膜冰淇淋、蛋糕 鸡蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和风味的结合疏水结合和截留油炸面圈 谷物蛋白 决定功能性质的物化性质大小； 形状； 氨基酸组成和顺序； 净电荷和电荷的分布； 疏水性和亲水性之比; 二级、三级和四级结构； 分子柔性和刚性； 分子间相互作用和同其它组分作用的能力。功能性质是两

28、类分子性质的表现形式流体动力学性质 粘度（增稠）、胶凝作用和组织化，取决于蛋白质分子的大小、形状和柔性 ；与蛋白质表面有关的性质 湿润性、分散性、溶解性、起泡、乳化以及与脂肪与风味物的结合，取决于表面化学性质。一、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的相互作用（蛋白质、多糖）；取决于水-蛋白质相互作用的功能性质： 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-基团的结合离子（带电基团）-偶极 偶极（极性基团）-偶极相互作用 偶极-诱导偶极（非极性基团）相互作用 疏水（非极性基团）相互作用 蛋白质水合能力定义 当干蛋白质粉与相对湿度为90-

29、95%的水蒸汽达到平衡时，每克蛋白质所结合的水的克数水合能力氨基酸组成相关带电的氨基酸残基数目，水合能力 a：水合能力，g水/g蛋白质； fc, fp, fN：带电的、极性和非极性的分数 带电基团为6 mol水/mol残基 不带电的极性残基为2 mol /mol残基 非极性残基为1 mol /mol残基 干蛋白质 水分子通过与极性 多层水吸附 部位结合而被吸附 蛋白质的水化过程 （1） （2）液态水凝聚（3）肿胀（4）溶剂分散（5） 溶液肿胀的不溶性粒子或块影响水合能力的环境因素pH 离子强度 盐的种类 温度 蛋白质构象1. pH在pI时，蛋白质显示最低的水合作用高于或低于pI，由于净电荷和推

30、斥力的增加，使蛋白质肿胀和结合较多的水 pH 9-10时水合能力较大，源于巯基和酪氨酸残基的离子化。2. 盐低浓度（0.2mol/L） 能提高蛋白质结合水的能力，源于水合盐离子与蛋白质分子上带电基团微弱地结合 ；高浓度的盐 导致蛋白质的脱水 因为更多的水与盐离子结合 3.温度温度升高后，氢键作用和离子基团的水合作用减弱，蛋白质结合水的能力一般随之下降。 变性蛋白质结合水的能力一般比天然蛋白质约高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。 二、溶解度最受蛋白质溶解度影响的功能性质： 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

31、蛋白质在食品中的应用非常有限。 蛋白质-蛋白质 + 溶剂-溶剂 蛋白质-溶剂 影响蛋白质溶解性质的主要的相互作用具有疏水和离子的本质。 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，使蛋白质溶解度增加。 蛋白质根据溶解度性质分类:清蛋白：溶于pH 6.6 的水 血清清蛋白、卵清蛋白和-乳白蛋白 球蛋白：溶于pH 7.0 的稀盐溶液 大豆球蛋白、菜豆球蛋白和-乳球蛋白 谷蛋白：仅能溶于酸（pH 2）和碱（pH 12） 小麦谷蛋白 醇溶谷蛋白：溶于70%乙醇 玉米醇溶蛋白和麦醇溶蛋白 谷蛋白和醇溶谷蛋白是高疏水性蛋白质。（一）pH溶解度当pH

32、高于或低于pI时，促进溶解 ；在pI时，溶解度最低； 大多数是酸性蛋白质，pH45溶解度最小，碱性pH溶解度最高； 某些具有大量亲水性AA的蛋白质（如-Lg和BSA），在pI仍然可溶。U-形曲线（二）离子强度溶解度离子强度的计算 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）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 （三） 温度溶解度040内，温度，溶解度40，蛋白质变性，非极性基团暴露，促进聚集和沉淀。 例外：高疏水性蛋白质，如-酪蛋白和一些谷类蛋白质，溶解度与温度负相关。 （四）有

33、机溶剂溶解度与水互溶的有机溶剂（如乙醇和丙酮） 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 导致蛋白质溶解度下降或沉淀 三、蛋白质的界面性质蛋白质是天然的两亲物质，能自发地迁移至两相界面（气-水或油-水）； 达平衡时，在界面区域的浓度总是高于体相； 蛋白质(高粘弹性薄膜)优于表面活性剂 ；蛋白质表面性质的差别不取决于疏水和亲水AA之比(植物蛋白卵清蛋白);而主要与蛋白质构象有关 ；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。影响蛋白质表面和界面性质的因素理想的表面活性蛋白质具有

34、三个性能： 能快速地吸附至界面 能快速地展开并在界面上再定向 一旦达到界面能与邻近分子相互作用，形成具有强的粘合和粘弹性质的膜，并能忍受热和机械运动的。 一种蛋白质能否快速地吸附至汽-水或汽-油界面取决于在它表面上疏水和亲水小区分布的模式。蛋白质表面的分子特性对蛋白质能否自发地吸附至界面和它将如何有效地起着分散体系的稳定剂的作用有着重大的影响。多肽链在界面上采取的构型列车状：当多肽片段直接与界面接触时呈列车状。列车状构象的比例愈大，蛋白质愈是强烈地与界面相结合，并且表面张力愈是低。 圈状 ：当多肽片段悬浮在水相时呈圈状。 尾状 ：蛋白质分子的N-和C-末端片段通常处在水相呈尾状。 界面上蛋白质

35、膜的机械强度取决于内聚的分子间相互作用 ：吸引静电相互作用 氢键 疏水相互作用 疏水作用太强，蛋白质在界面聚集、沉淀，损伤膜的完整性； 静电斥力远大于引力，妨碍粘结厚膜的形成。吸引、推斥和水合作用力之间适当的平衡是形成稳定的粘弹膜的必要条件。 （一）蛋白质的乳化性质许多传统或新型食品，都是含乳状液的多相体系 。乳状液的形成使食品具有期望的口感，有助于包合油溶性和水溶性配料，并能掩蔽不期望有的风味。 一些蛋白质是理想的乳化剂。 乳状液和泡沫的形成和稳定的基本原理很类似，但它们对蛋白质的分子结构具有完全不同的要求。1. 评价蛋白质乳化性质的方法评价食品乳化性质的方法有：油滴大小分布、乳化活力(em

36、ulsifying activity)、乳化能力(emulsion capacity)、乳化稳定性。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。测定乳状液平均液滴的大小的方法：光学显微镜法、电子显微镜法 、光散射 、质子相关谱 、Coulter计数器。分散相的体积分数; R乳状液粒子的平均半径。总界面面积：乳化活力指标(EAI)：单位质量的蛋白质所产生的界面面积 。m蛋白质质量浊度法测定EAI（简便实用，但不是非常准确） ：油的体积分数 (1-)：单位体积乳状液中总的蛋白质量 A：吸光度(波长500nm) l：光路长度乳化能力（EC） 定义： 乳状液相转变前（O/W

37、W/O）每克蛋白质所能乳化的油的体积。 测定方法 ：在不变的温度下，将油加至蛋白质溶液中， 根据粘度、颜色、电阻的突变检测相变； 蛋白质稳定的乳状液，相转变:=0.650.85;相转变并非瞬时过程，先形成W/O/W双重乳状液。采用乳化能力-蛋白质浓度曲线来比较不同蛋白质的乳化能力。乳状液稳定性单位界面面积上吸附的蛋白质量称为蛋白质载量，一般情况下，13 mg/m2。吸附在乳状液油-水界面上的蛋白质量与乳状液的稳定性有关。蛋白质稳定的乳状液一般在数月内稳定。常用 剧烈的处理方法(高温、离心力下分离)评价乳状液的稳定性。 乳状液稳定性表示方法：2. 影响蛋白质乳化作用的因素内在因子： pH、离子强

38、度、温度、存在的低分子量表面活性剂、糖、油相体积、蛋白质类型和使用的油的熔点； 外在因素： 制备乳状液的设备类型、能量输入的速度和剪切速度。 目前没有一致认可的系统地评价蛋白质乳化性质的标准方法。（1）溶解度蛋白质溶解度对乳化性质很重要： 高度不溶性的蛋白质不是良好的乳化剂； 100%的溶解度不是绝对必要，但一定程度的溶解度可能是必需的。 良好的乳化性质所必需的最低溶解度取决于蛋白质的品种。（2）pH在pI具有高溶解度的蛋白质 例如血清清蛋白、明胶和蛋清蛋白 缺乏净电荷和静电推斥相互作用，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 具有最高乳化活力和乳化能力大多数食品蛋白质 酪蛋白、商

39、品乳清蛋白、肉蛋白、大豆蛋白 在pI时是微溶和缺乏静电推斥力的，不是良好的乳化剂。 在远离pI时可能是有效的乳化剂 （3） 疏水性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 。(二) 起泡性质泡沫是由一个连续的水相 和 一个分散的气相所组成。 泡沫类型食品质构和口感源于分散的微细空气泡； 蛋白质的起泡能力是指它在汽-液界面形成坚韧 的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。 蛋白质稳定的泡沫一般是蛋白质溶液经吹气泡、搅打和摇振形成 ； 蛋白质是泡沫类型食品主要的表面活性剂，帮助分散汽相的形成和稳定； 起泡能力的评价指标膨胀率（Overrun） 稳定状态泡沫值（Steady-state Foa

40、m Value） 起泡力（Foaming Power） 起泡力一般随蛋白质浓度的增加而提高，直至达到一个最高值。 泡沫膨胀（Foam Expansion） 泡沫稳定性（Foam Stability）： 蛋白质稳定处在重力和机械力下的泡沫的能力。 常用的表示泡沫稳定性的方式：50%液体从泡沫中排出所需要的时间或者泡沫体积减少50%所需要的时间 ；泡沫稳定性最直接的量度是泡沫界面面积的减少作为时间的函数。蛋白质溶液的起泡力（FP）1.影响泡沫形成和稳定的蛋白质分子性质作为一个有效的起泡剂，必须满足： 快速吸附至气-水界面； 易于在界面上展开和重排； 通过分子间相互作用形成粘合性膜。 影响蛋白质起泡

41、性质的分子性质有：溶解度； 分子柔性；(关键因素) 疏水性（两亲性）； (重要作用) 带电基团和极性基团的配置；2. 影响起泡性质的环境因素（1）pH 在pI时，若溶解性好 起泡能力强，泡沫稳定性较好 如球蛋白，面筋蛋白，乳清蛋白 在pI时，若溶解度很低 起泡能力差，但稳定性很高 多数食品蛋白质 在pI以外 起泡能力好，稳定性差（2）盐盐能影响蛋白质的溶解度、粘度、展开和聚集。 盐对蛋白质起泡性质的影响取决于盐的种类和蛋白质的性质： NaCl大豆蛋白（盐析） 促进起泡能力，降低稳定性 NaCl乳清蛋白（盐溶） 降低起泡能力，降低稳定性 二价阳离子（Ca2+、Mg2+） 在蛋白质的羧基之间形成桥

42、接 改进起泡性和稳定性NaCl对乳清蛋白起泡性和稳定性的影响盐溶效应（3）糖糖(蔗糖、乳糖和其它糖)往往损害蛋白质 的起泡能力，但改进泡沫的稳定性。 原因：能增加体相粘度，降低了泡沫结构中薄层液体的排出速度。 在界面上较难展开损害起泡能力 降低了泡沫中薄层液体的排出增强稳定性 含糖泡沫型甜品：搅打后再加入糖。（4）脂磷脂，具有比蛋白质更好的表面活性 以竞争的方式在界面上取代蛋白质； 减少了膜的厚度和粘结性； 泡沫稳定性下降。 一般不含脂类的蛋白质有较好的起泡性质 具有表面活性的极性脂类妨碍了吸附蛋白质的起泡性能。（5）蛋白质浓度蛋白质浓度增加，稳定性提高。蛋白质浓度的增加提高了粘度，产生了较小

43、的气泡和坚硬的膜。 大多数蛋白质浓度为28%，起泡能力最大。（6）温度降低温度，疏水作用下降，膨胀率下降。 部分热变性可改进起泡性质过高3. 制备泡沫的方法鼓泡或压缩空气经过喷雾器搅动液体； 适度的速度下搅打液体； 高剪切速度搅打或过分搅打。 四、风味结合有利 作为期望风味物的载体和改良剂 不利 接合不期望的风味，限制了食品的应用 不饱和脂肪酸氧化生成的醛、酮和醇 干蛋白粉结合机制： 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。（一）蛋白质的构象与风味物的结合液态或高水分食品结合机制： 非极性配位体（风味物分子）与蛋白质表面的疏水小区或空穴的相互作用； 与极性基

44、团间的氢键和静电相互作用 。完全可逆； 蛋白质构象发生了变化： 打断了链段间的疏水相互作用； 蛋白质结构失去稳定性。变性蛋白质一般可提供大量的结合部位。（二）影响风味结合的因素任何影响疏水相互作用或蛋白质表面疏水性的因素。 温度：影响很小； 热变性：较高的结合能力 ；盐溶：降低风味结合（疏水作用下降）； 盐析：提高风味结合； pH：碱性下变性，促进风味结合；化学改性会改变蛋白质的风味结合性质。五、粘度（1）蛋白质分子的固有特性，如分子大小、体积、结构、电荷数及浓度的大小等；（2）蛋白质-溶剂的相互作用（3）蛋白质-蛋白质相互作用影响蛋白质流体粘度的主要因素：蛋白质的粘度是流体食品如饮料、肉汤、

45、汤汁等的主要功能性质，对蛋白质食品的输送、混合、加热、冷却等加工过程也有实际意义。六、凝胶化作用沉淀作用：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。六、凝胶化作用预凝胶的产生是不可逆的 ；凝胶熔化可形成预凝胶 ；当预凝胶被冷却至室温或冷藏温度时，形成稳定的非共价键。溶胶状态 预凝胶 凝胶 加热、酶

46、 二价金属离子冷却加热六、凝胶化作用 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 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 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

47、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78Ca2+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（1）面团的形成：7、面团的形成小麦胚乳中面筋蛋白质在有水存在下室温混合、揉捏能够形成强内聚力和粘弹性糊状物，这是小麦面粉转化为面包面团，并经发酵烘烤形成面包的基础。（2）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。面筋蛋白（占Pr80）麦谷蛋白：分子质量大，二硫键（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 7

48、、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。作业九 1、名词解释：肽；肽键；氨基酸的等电点；蛋白质的胶凝作用；蛋白质的功能性质 ；蛋白质的起泡能力；蛋白质的水合能力；蛋白质的一、二、三、四级结构2、已知赖氨酸（Lys）的pK-COOH=2.18, pK-NH3+ =8.95，pK-R=10.53，求pI. 3、已知天冬氨酸（Asp）的pK-COOH=1.88, pK-NH3+=9.60，pK-R=3.65，求pI. 作业十1、试分析影响蛋白质起泡性质的环境因素

49、。2、什么是蛋白质变性？常见的引起蛋白质变性的因素有哪些？变性对蛋白质功能性质有哪些影响？ 3、蛋白质的功能性质有哪些？试述产生蛋白质功能性质的机理、影响因素及评价方法，举例说明蛋白质的功能性质在食品工业中的具体应用。第六节 蛋白质的营养性质Nutrition Properties of Proteins 1、蛋白质的质量 必需氨基酸组成和消化率 限制性氨基酸（ Lys、Thr、Trp 是限制性AA ）2、消化率 是人体从食品蛋白质吸收的氮占摄入的氮的比例。 蛋白质的构象 抗营养因子（外源凝集素、蛋白酶抑制剂、使酶失活因子） 与其它物质结合 加工条件影响食品消化率的因素第七节 在食品加工中蛋白质的物