课件：食品化学氨基酸肽和蛋白质部分.ppt

氨基酸, 肽 & 蛋白质,食品化学 曲文娟 江苏大学,蛋白质（Proteins）,蛋白质是通过酰胺键（肽键）连接氨基酸组成的结构复杂的聚合物。 一、按组成成分分类： 简单蛋白：是一类仅含有氨基酸的简单蛋白； 结合蛋白：是由单纯蛋白质和其他非蛋白质化合物（辅基）组成的结合蛋白。 衍生蛋白：用化学或酶学方法得到的蛋白质化合物。,蛋白质的分类,二、按功能分类： 结构蛋白质 结构蛋白质如角蛋白、胶原和弹性蛋白等存在多种不同组织中，它们的功能主要是和它们的纤维状结构有关。 食品蛋白质 食品蛋白质并不能代表特殊的一类，因为许多结构蛋白和生物活性蛋白质也都是食品蛋白质。因此凡可供人类食用、易消化、无毒和可供人体吸收利用的蛋白质统称为食品蛋白质。,蛋白质的分类,具有生物活性的蛋白质 具有高度专一性的催化剂, 酶； 能调节代谢反应的激素胰岛素和生长激素）； 收缩蛋白质（肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白）； 保护脊椎动物的免疫球蛋白、储藏蛋白质等（卵清蛋白、麦醇溶蛋白和玉米醇溶蛋白）。 有些蛋白质是对高等动物有毒的（肉毒杆菌毒素、葡萄球菌毒素）。有些蛋白质是对微生物有毒的（如抗菌素）。还有一些蛋白质具有抗营养性质（如胰蛋白酶抑制剂），另有一些蛋白质还会导致食物过敏。,蛋白质的分类,三、按结构形式分类： 球状蛋白：以球状或椭圆状存在的蛋白质，多由多肽链自身折叠造成的（如肌动蛋白、血纤维蛋白原； 纤维状蛋白：是棒状分子，含有相互缠绕的多肽链，也能由小球状蛋白线性聚集而成（如胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白）。 四、按来源分类： 动物蛋白 植物蛋白 海洋蛋白,五、按蛋白质溶解度分类： 清蛋白：又称白蛋白，溶于水中，存在于动物组织、体液和某些植物的种子中，其重要代表是血清蛋白、乳清蛋白、卵清蛋白、麦清蛋白、豆清蛋白及有毒的蓖麻蛋白。 谷蛋白：含于谷类中，是不溶于纯水、中性盐溶液、酒精，而溶于稀酸或稀碱的蛋白质总称。是制造面筋的基础。代表性的例子是小麦面筋中的麦谷蛋白。 球蛋白：不溶于纯水，易溶于稀盐水，加热即沉淀或凝固。存在于所有动植物细胞和体液中。最熟知的球蛋白是人血清球蛋白，还有乳球蛋白、肌球蛋白等。植物种籽中的蛋白质多属此类。 醇溶蛋白：不溶于水，可溶于50%90%乙醇。小麦醇溶蛋白，玉米醇溶蛋白，椰子肉中的醇溶蛋白 。,蛋白质的结构,蛋白质的结构包括4个水平，即一级、二级、三级和四级结构。 由共价键结合在一起的氨基酸残基的排列顺序被称为蛋白质的一级结构。 蛋白质的二级结构式多肽链某些片断的氨基酸残基周期性的空间排列，它不包括与其他链段之间的相互关系和侧链构象，被称为蛋白质的二级结构。 蛋白质主要二级结构：螺旋结构、结构、 弯曲和无规则卷曲结构。,折叠 螺旋 弯曲 无规则,蛋白质的结构,当线性蛋白质链（含有二级结构部分）进一步折叠成紧密的三维形式时就形成了蛋白质的三级结构。,蛋白质的结构,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。某些生理上重要的蛋白质以二聚体、三聚体、四聚体等形式存在。这些四级复合物由蛋白质亚基（单体）构成，这些亚基可以是相同的，也可是不同的。,蛋白质的结构和维持力量,蛋白质的变性,蛋白质变性是指在用各种物理和化学因素处理时，其构象会发生不同程度的改变。 蛋白质的变性是指二级、三级或四级结构的改变。并不伴随一级机构总肽键的断裂，其根本原因是蛋白质二级和三级结构确定的分子构象是不稳定的。 蛋白质变性对其结构和功能的影响有如下几方面：溶解度降低；对水结合能力的改变；失去生物活性；容易受到蛋白酶的攻击；特征黏度增大；不能结晶。 当蛋白质受到强变性剂处理是，蛋白质的变性是不可逆的，但在某些情况下，变性蛋白质也可以不同程度地复原。,蛋白质的变性,一、物理因素 热：当一个蛋白质溶液被逐渐加热并超过临界温度时，它产生了从天然状态至变性状态的剧烈转变。主要涉及到非共价键相互作用的去稳定作用。 液压：大多数蛋白质在1100-1200MPa压力范围经受压力破坏细胞结构诱导变性。压力诱导变性主要是因蛋白质是柔性的和可压缩的。 机械处理：由振动、捏合、打擦产生的机械剪切能导致蛋白质的变性。主要由于空气泡的并入和蛋白质分子吸附至气-液界面。 辐射：电磁辐射对蛋白质的影响随波长和能量而变化。 低温 界面,蛋白质的变性,二、化学因素 酸和碱：蛋白质在pH4-10稳定，超过这个范围就会发生变性。 有机化合物水溶液：破坏氢键结构引起蛋白质变性，尿素和胍盐。 表面活性剂： 一些表面活性剂是很强的变性剂，如十二烷基硫酸钠（使蛋白质伸展，增加电性斥力等）。 有机溶剂：大多数有机溶剂是蛋白质的变性剂（破坏疏水作用和静电力）、2-氯乙醇。 金属：Na+, K+, Ca+, Mg2+, Cu, Fe, Hg, Ag,加工因素与蛋白质的变化,高温处理下的变化 氧化条件下的变化 辐照处理下的变化 其他加工因素下的变化,1. 高温处理下的变化,适当加热：热变性（有利） 过度加热：发生不利于营养、品质和安全的化学变化 热解反应和有害物质形成 氨基酸的消旋化 加热导致异肽键形成 加热导致羰氨反应 氨基酸的分解,1. 高温处理下的变化,适当加热 适度热处理时（60-90）蛋白质产生变性。变性蛋白质广泛失去溶解性。 1、蛋白质变性可改进它们的消化率和必需氨基酸的生物有效性。 2、蛋白质变性可使一些酶失活。 3、蛋白质变性可降低含蛋白质类抗营养因子的生物有效性。,热解反应和有害物质形成,过度加热 烧、烤、煎炸等加工方式可能导致食品表面蛋白质温度超过200。 200以上高温下，可能发生氨基酸的分解，其中很多产物具有致癌或致突变活性。 易受破坏的氨基酸包括Arg（精氨酸）、Ser（丝氨酸）、Thr（苏氨酸）、Lys（赖氨酸）和Trp（色氨酸）等。其中Trp（色氨酸）和Glu（谷氨酸）裂解产物致癌性最强。,蛋白质分解产生致癌物质咔啉,氨基酸的消旋化,蛋白质在碱性条件下加热或200以上高温加热时可产生L-氨基酸部分消旋化（是指某些旋光化合物在一定条件下转变为非旋光外消旋体的过程，消旋化通常是在某些物理或化学因素(如加压、溶解、光、热)或某些试剂的作用下进行的）。 消旋化导致蛋白质消化吸收率下降。 电子密度较大的Asp（天冬氨酸）、Ser（丝氨酸）、Cys（半胱氨酸）、Glu（谷氨酸）、Phe（苯丙氨酸）、Asn（天冬酰胺）、Thr（苏氨酸）较易发生消旋化。 碱性条件下加热还可导致-消除反应，生成脱氢丙氨酸。,消旋化脱氢丙氨酸的 形成,H+,碱性条件,脱氢丙氨酸,加热导致异肽键形成,中性或碱性条件下，高热(150以上)引起赖氨酸的-氨基和谷氨酸或天冬氨酸的游离羧基形成酰胺键，生成“异赖氨酰丙氨酸”。 半胱氨酸、磷酸丝氨酸所生成的脱氢丙氨酸(DHA)也会与赖氨酸的-氨基和其他氨基酸的硫醇基、氨基和咪唑基等发生反应而产生交联。 该交联不能被人体胰蛋白酶水解，并影响周围氨基酸水解，从而降低了蛋白质的营养价值。,Glu和Lys形成异肽键,Glu(谷氨酸）,Lys(赖氨酸）,+,Pro,Pro,加热导致羰氨反应,非酶褐变造成赖氨酸的损失。赖氨酸在形成Schiffs base（席夫碱）时可以吸收，但形成酮糖胺之后便不能被人体吸收。 非酶褐变的中间产物不饱和羰基化合物可能引起其他氨基酸的氧化，如Met（蛋氨酸）, Tyr（酪氨酸）, His（精氨酸）, Trp（色氨酸）等。,2019/8/27,27,可编辑,氨基酸的分解,氨基酸加热中可能导致脱硫、脱酰胺、异构化等变化，还可能发生美拉德反应。 含硫氨基酸损失较多，产生H2S。影响到食物蛋白质的营养价值。,Pr-CH2SH + H2O,Pr-CH2OH + H2S,2Pr-CH2SH,Pr-CH2-S-CH2-Pr + H2S,脱酰胺反应,蛋白质超过100加热会产生脱酰胺反应，不妨碍营养价值，但会引起功能性质改变。,Pr-(CH2)2CONH2,Pr-(CH2)2COOH+NH3,2. 氧化处理下的变化,氧化剂引起蛋白质氧化：食品中的氧化剂和氧化酶，加工中添加的过氧化氢、次氯酸钠、过氧乙酸、过氧化苯甲酰等物质。 其他物质氧化引起蛋白质氧化 光敏物质引起氨基酸的光氧化,其他物质氧化引起蛋白质氧化,1、与脂肪的反应 脂肪氧化产生的自由基可与蛋白质形成脂-蛋白质自由基，使蛋白质产生聚合交联。 脂肪的氢过氧化物分解产生醛和酮，这些羰基化合物与蛋白质反应影响蛋白质的营养价值和功能性质。 2、与多酚的反应 酚类化合物氧化产生醌类或缩合产生单宁与蛋白质反应，使蛋白质中的赖氨酸和半胱氨酸残基的消化率和生物有效性降低。,其他物质氧化引起蛋白质氧化,3、与亚硝酸盐的反应 亚硝酸盐与仲胺反应生成N-亚硝基胺，是最具毒性的致癌物质。酸性加热条件下反应加速。 4、与亚硫酸盐的反应 亚硫酸盐还原蛋白质中的二硫键产生S-磺酸盐衍生物，在酸性和碱性pH值下分解产生二硫化合物。硫代磺化作用虽不降低半胱氨酸的生物有效性，但由于s-磺化作用使蛋白质的电负性增加和二硫键断裂，这样会导致蛋白质分子展开和影响它们的功能性质。,光敏物质引起氨基酸的光氧化,Trp（色氨酸）在核黄素、叶绿素等光敏素作用下氧化，生成致癌产物犬尿氨酸。 Cys（半胱氨酸）, His（精氨酸）, Met（蛋氨酸）, Tyr（酪氨酸）都易受到光氧化破坏。,3. 辐照处理下的变化,辐照引起蛋白质的稳定性下降，敏感键断裂，生成自由基、正碳离子或负碳离子，导致分解和聚合反应。 蛋白质中的芳香氨基酸和含硫氨基酸最易受到影响，包括脱硫、脱酰胺、交联等变化。 辐射影响到蛋白质的功能性质和吸收利用率。,在提取和分级时组成的变化 从生物材料制备分离蛋白质一般包括一些单元操作，如提取、等电点沉淀、盐沉淀、热凝聚和超滤等。在这些操作中，粗提液中的一些蛋白质可能会损失。 碱处理下的变化 加工食品蛋白质，尤其在碱性pH值下，可诱导分子内或分子间交联，在多肽链之间形成非天然的共价交联，降低了包含在或接近交联的必需氨基酸的消化率和生物有效性。,4.其他加工因素下的变化,1、化学改性,蛋白质的酸或碱水解 蛋白质的烷基化 蛋白质的酰基化 蛋白质的磷酸化,蛋白质的酸或碱水解,方法：酸或碱处理蛋白质，使其部分分解。 效果：增加溶解性，结构展开，疏水基团暴露，从而提高水合、乳化、起泡等功能性质。 例如：0.05mol/L稀盐酸溶液处理面筋蛋白质，提高了其乳化性质。,蛋白质的烷基化,方法1：pH8-9条件下用碘乙酸或碘乙酰胺与氨基或SH基反应，引入烷基。 效果1：分子中正电荷减少，电子密度增大，不同pH下的溶解性发生改变，减少二硫键交联。 方法2：在还原剂存在条件下氨基被还原烷基化，产生糖蛋白。脂肪醛、酮或还原糖提供羰基。 效果2：蛋白质疏水性/亲水性变化，改善起泡性和乳化性。,烷基化反应 1,碘乙酸,碘乙酰胺,烷基化反应 1,亚胺,烷基化反应 2,蛋白质的酰基化,方法1：-NH2与一些酸酐反应，可以使蛋白质酰基化。常用乙酸酐和琥珀酸酐。 效果：消除了蛋白质分子的正电荷，使电子密度增加。如果使用琥珀酸酐等二酸酐，引入羧基，可以使分子负电荷增加，分子部分解折叠，溶解度、乳化性增强。但琥珀酰化蛋白质热凝胶性能差，对钙离子更敏感。可提高溶解度、起泡能力、泡沫稳定性、热稳定性，但酰化蛋白营养质量下降。 方法2：蛋白质与脂肪酰氯或N-羟基琥珀酰亚胺反应引入长链脂肪酸可以有效改善乳化性质，有利形成蛋白质聚集结构。,酰基化反应1,乙酸酐,琥珀酸酐,酰基化反应2,N-羟基琥珀酰亚胺,脂肪酰氯,蛋白质的磷酸化,方法：蛋白质与三氯氧磷反应，Ser（丝氨酸）和Thr（苏氨酸）中的羟基和Lys（赖氨酸）中的氨基可以被磷酸化。 效果：磷酸化蛋白质对钙高度敏感，并可能导致蛋白质的聚合化。 由于N-P键在胃中可以分解，因此不会影响蛋白质的营养价值。,蛋白质的磷酸化,三氯氧磷,蛋白质的磷酸化,三氯氧磷,（1）酶法水解：蛋白质的主链被酶水解后，蛋白质的一些功能性质会发生变化，同时，水解产生的一些低聚肽具有生理活性。 方法：非特异性蛋白质酶对食物蛋白质水解。 效果：降低其分子量，提高溶解性，但会破坏其蛋白质的凝胶、乳化、起泡等性质。 方法：部位特异性酶对食物蛋白质部分水解。效果：改善起泡性和乳化性，但不利于凝胶性。 可能释放出苦味肽。 可能产生生理活性肽。,2、酶法改性,2、酶法改性,（2）胃合蛋白反应：胃合蛋白指被应用于蛋白质部分水解后再经木瓜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶作用合成新肽的反应。 方法：低浓度下蛋白质被蛋白酶部分水解，然后将酶液浓缩到30-35固体，继续保温，酶作用下随机合成新的肽段。 效果：肽段的氨基酸顺序发生变化，功