第五章蛋白质化学.ppt

第五章蛋白质化学,5.1氨基酸（Aminoacids）（1）,5.1.1分类按氨基酸的基团的极性可分四类:A非极性中性甘、丙、苯丙、缬、亮、异亮、蛋、脯、色B极性不带电有羟基：HO-CH2-：丝、苏、酪有巯基:-2：半胱、胱有酰胺基O=C-CH2-CH2-谷氨酰胺、天冬酰胺|NH2,5.1氨基酸（Aminoacids)（2）,C带正电荷碱性氨基酸3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-,5.1氨基酸（Aminoacids）（3）,5.1.2氨基酸的理化性质溶解度：溶于水，不（微）溶于醇，不溶于醚脯氨酸和羟脯氨酸溶于乙醇及乙醚大多数氨基酸可用有机溶剂提取所有的氨基酸都溶于酸和碱的溶液,5.1氨基酸（Aminoacids）（4）,熔点具有较高的熔点，一般个别原因：在固态时以两性离子形式存在旋光性除甘氨酸外，其它均具有旋光性,5.1氨基酸（Aminoacids）（5）,4、味感具有复杂的味感，原因：其立体结构的复杂性-氨基酸多有甜味，甜味最强的为-色氨酸，甜度为蔗糖的倍-氨基酸有甜、苦、酸、咸、鲜等味感甜味：甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸苦味：亮、异亮、甲硫氨酸咸味：组氨酸盐鲜味：谷、天冬氨酸的钠盐，它们本身酸带鲜味,5.1氨基酸（Aminoacids）（6）,5.疏水性非极性基团所具有的性质氨基酸侧链具有一定的疏水性氨基酸侧链的疏水性可用氨基酸从乙醇中转移到水中的自由能变化表示,5.1氨基酸（Aminoacids）（7）,6.与甲醛作用氨基酸可与甲醛反应，生成一羟甲基氨基酸或二羟甲基氨基酸应用:用于中和滴定法测定氨基酸的含量7.与亚硝酸反应（樊氏）测定方法氨基酸与亚硝酸作用可生成相应的羟基酸并释放出N2。此性质可测定氨基酸中的氨基氮的含量,5.1氨基酸（Aminoacids）（8）,8.与金属离子反应许多重金属离子都能和氨基酸的羧基、氨基、硫氢基（SH）反应生成不可解离的螯合物应用:临床医学的解救重金属中毒病人，可用高蛋白食物先灌肠如牛奶，豆浆等，然后再洗胃。,5.2蛋白质的分类和结构(1),521蛋白质的分类（一）按组成分1.简单蛋白质:水解产物全部为氨基酸如清蛋白、球蛋白2.结合蛋白质:水解产物中除了氨基酸外，还有其它非蛋白质的成分如脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、核蛋白、色蛋白,5.2蛋白质的分类和结构(2),（二）按形状分1.球形蛋白质:粘度小，溶解性好，结构复杂自然界绝大多数的蛋白质属于球状蛋白血红、肌红、球、清蛋白及酶类等2.纤维状蛋白质;粘度大，溶解性差肌纤维、胶原、网状、角蛋白等,5.2蛋白质的分类和结构(3),（三）按生物功能分1.活性蛋白质:具有生物活性的蛋白质酶、免疫蛋白质、运动蛋白、受体蛋白、贮运蛋白等2.非活性蛋白质:支撑或保护作用的蛋白质胶原蛋白质、网状蛋白质、弹性蛋白质、角蛋白质和丝心蛋白质,5.2蛋白质的分类和结构(4),（四）按溶解度和组成分1.简单蛋白质按溶解度分(1)清蛋白（Albumines）:溶于水和稀盐、稀酸、稀碱溶液为饱和硫酸铵所沉淀加热时可凝固化学组成上含色氨酸较多广泛存在于生物体，如血清蛋白，乳清蛋白、蛋清蛋白、麦清蛋白等,5.2蛋白质的分类和结构(5),(2)球蛋白（Globulins):不溶于水而溶于稀酸、稀盐和稀碱溶液为半饱和硫酸铵所沉淀动物性球蛋白遇热凝固植物性蛋白遇热不凝固化学组成上色氨酸含量较低，精氨酸含量较高普遍存在于动植物体中,如血清球蛋白、肌球蛋白、植物种子球蛋白等,5.2蛋白质的分类和结构(6),(3)谷蛋白（Glutellines）不溶于水、乙醇及中性盐溶液，溶于稀酸、稀碱化学组成上谷氨酸较多仅存于植物组织中，如小麦的麦谷蛋白、大米的米谷蛋白等,5.2蛋白质的分类和结构(7),醇溶谷蛋白（Prolamines):不溶于水和无水乙醇，溶于7080%乙醇、稀酸、稀碱仅存在于植物体内，如小麦、玉米大麦及麦芽醇溶谷蛋白组成上含脯氨酸和酰胺较多分子结构中非极性侧链比极性侧链多,5.2蛋白质的分类和结构(8),5.组蛋白（Histones）溶于水及稀酸，不溶于氨水化学组成上含有大量碱性氨基酸，如精氨酸和赖氨酸较多，呈弱碱性加热不凝固从动物脑腺、胰腺可分离得到，如小牛胸腺蛋白,5.2蛋白质的分类和结构(9),6.精蛋白（Protamines）溶于水及稀酸，不溶于氨水化学组成上碱性氨基酸特别多，超过组蛋白，加热不凝固在鱼精、鱼卵和脑腺较多，如鲑精蛋白等,5.2蛋白质的分类和结构(10),7.硬蛋白（Seleroproteins）不溶于水、盐、稀酸或稀碱是作为结缔组织及保护功能的蛋白质如骨、软骨、腱、角、毛发等,5.2蛋白质的分类和结构(11),结合蛋白质（Conjugated）按其配基部分可分：1.核蛋白（Nucleoproteins）辅基是核酸，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、烟草花叶病毒等是构成细胞核的主要成分在生物的生长和繁殖过程中有特殊的功能,5.2蛋白质的分类和结构(12),2.脂蛋白（Lioproteins）与脂质(磷脂、固醇和中性脂)结合的蛋白质脂蛋白是脂质贮存和运输的一种形式如血中的1-脂蛋白、卵黄球蛋白等,5.2蛋白质的分类和结构(13),3.糖蛋白和粘蛋白（Glycoproteins）非蛋白部分是碳水化合物(粘多糖)存在于骨骼、肌腱、唾液及其它动物的软组织和粘液中鱼类等水产动物的体表粘液中也存在这种物质,5.2蛋白质的分类和结构(14),4.磷蛋白（Phosphoproteins）单纯蛋白质和磷酸组成的磷酸与丝氨酸和苏氨酸残基的羟基相结合如:卵黄中的卵黄磷蛋白、乳中的酪蛋白5.色蛋白（Chromoproteins）蛋白质与金属离子结合而呈色如含铁的血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C含镁的叶绿蛋白含铜的血兰蛋白,5.2蛋白质的分类和结构(15),522蛋白质的结构1.一级结构氨基酸排列顺序一级结构2.二级结构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(A、B、Z型)：链内形成氢键的结果-折叠结构：链间形成氢键的结果，必须是两条链或以上的-弯曲（转角）结构无规卷曲胶元螺旋,5.2蛋白质的分类和结构(16),过渡结构：超二级结构、结构域3.三级结构由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）四级结构由n个亚基聚集成的聚合体n条多肽链在三级结构的基础缔合聚集，构成四级结构,5.2蛋白质的分类和结构(17),5.2.3作用力和键形成二、三、四级结构的作用力：（1）氢键(二级)（2）疏水键(三级)（3）二硫交联键(链间共价键)（4）静电作用力（5）空间张力（分子内作用力）（6）范德华力,5.3蛋白质的化学性质(1),531两性性质含有大量的酸性和碱性基团对酸和碱都具有强大的缓冲能力广泛应用在食品加工中:蛋白质的提取蛋白质凝胶体的形成,5.3蛋白质的化学性质(2),5.3.2蛋白质的疏水性计算其氨基酸组成的平均疏水性，可预测其水解物是否产生苦味平均疏水性5.85kJ/mol残基，水解物可能有苦味平均疏水性5.43kJ/mol，水解物无苦味,5.3蛋白质的化学性质(3),5.3.3渗透压和透析现象蛋白质溶液渗透压也很低应用：肉类、水产的腌制蛋白质的透析分离提纯细菌不能在高浓度的盐、糖溶液中生存等,5.3蛋白质的化学性质(4),*5.3.4蛋白质的变性作用1、定义因环境因素的影响，蛋白质分子的天然构象遭到破坏，而使其生物功能丧失，乃至理化性质发生改变的过程。变性只涉及二、三、四级结构的变化2.变性的实质天然蛋白质分子从有序而紧密的结构变为松散而无序的结构,5.3蛋白质的化学性质(5),5.3.4.1导致蛋白质变性的主要因素1.热处理T，氢键、静电力、范德华力，疏水键，H？变性机理：因为肽键受热产生剧烈的热震荡而导致次级键的破坏的结果影响因素：蛋白质的性质、浓度、水分活度、PH、离子种类、离子强度,5.3蛋白质的化学性质(6),1）疏水性氨基酸残基比例高的蛋白质热稳定性大；如11S大豆蛋白、乳酪蛋白2）水能显著促进蛋白质的热变性；例如大豆粉：10%H2OTd=11540%H2OTd=973）盐、糖等能提高蛋白质对热的稳定性；单体球状蛋白质的热变性经短时热处理是可逆的,5.3蛋白质的化学性质(7),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108,5.3蛋白质的化学性质(8),2.机械处理变性机理：振动、揉捏、打擦产生机械剪切力，可破坏-螺旋，导致蛋白质的网络结构改变。应用：面团的揉捏肉燕、灌肠、鱼丸等的制作时的机械擂溃。,5.3蛋白质的化学性质(9),3.PHpH=410稳定极端pH改变盐键，使基团离子化，造成肽链展开,一般不可逆。变性机理：由于蛋白质分子上的可解离基团发生不同程度的解离，使蛋白质高级结构中的盐键被破坏,5.3蛋白质的化学性质(10),4.有机试剂穿透疏水区，打断疏水作用大多数可使蛋白质产生变性变性机理：改变介质的介电常数，剥夺蛋白质分子表面的水化层，使蛋白质颗粒的静电引力增加，而与邻近分子相互吸引产生沉淀,5.3蛋白质的化学性质(11),5.金属离子过渡金属离子如汞、铜、铁可使蛋白质发生变性，这种作用在高于蛋白质等电点时更为显著变性机理:可与蛋白质分子形成复合物Ca2+、Fe2+、Cu2+、Mg2+等可成为蛋白质分子或其缔合物的组成部分,5.3蛋白质的化学性质(12),6.界面界面作用引起的蛋白质变性属不可逆该性质对各种食品体系都很重要例如蛋白质在界面上的吸附有利于乳浊液和泡沫的形成和稳定变性机理:界面吸附的蛋白质分子受力不平衡的结果如:蛋清起泡；Simplesse：,5.3蛋白质的化学性质(13),7.辐照：导致芳香族氨基酸（色、酪、苯丙）吸收，使构象发生改变；导致二硫键断裂；8.静水压：（1001000MPa）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，属高度可逆变性。应用：进行冷杀菌；产生凝胶化质构；肉类的嫩化。,5.3蛋白质的化学性质(14),9.表面活性剂打断疏水相互作用，导致蛋白质展开10.有机溶质尿素O盐酸胍NHH2N-C-NH2H2N-C-NH2可与蛋白质形成复合物,5.3蛋白质的化学性质(14),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（内部疏水基团暴露）（3）改变水合性质（4）易于酶水解（5）粘度增大（6）不能结晶,#*5.4蛋白质的功能性质(1),5.4.1定义使食品产生必要的需宜特征的蛋白质的理化性质5.4.2种类水合性质：蛋白质与水的相互作用水吸收和保持、湿润性、溶胀性、粘附性、分散性、溶解度和粘度等结构性质：蛋白质与蛋白质的相互作用沉淀、胶凝和形成其它各种结构时性质表面性质：蛋白质的表面张力、乳化作用、发泡性质等,5.4蛋白质的功能性质(2),5.4.2.1水合性质蛋白质与H2O的作用（P-H2O）与水可形成氢键、偶极偶极作用、离子偶极作用1、干燥蛋白质逐步水化过程如下：干燥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,5.4蛋白质的功能性质(3),水化影响因素（1）浓度C：水的总吸收量随C而（2）pH：PI时，PP作用最强，水合作用最小，溶胀最小（3）离子强度：A、0.51M中性盐,S,产生“盐溶效应”B、当C1M时，S，“盐析效应”当PPPH2OP沉淀（4）温度T一般蛋白质变性温度为5070，T，氢键，PH2O作用，即T，P沉淀,5.4蛋白质的功能性质(4),5.4.4.2溶解度与溶胶是蛋白质固有性质之一应用：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、评价蛋白质饮料溶解度的影响因素溶解度与pH、T、种类有关,5.4蛋白质的功能性质(5),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,5.4蛋白质的功能性质(6),提高蛋白质溶解度的方法：加碱处理可促进其解离加还原剂如半胱氨酸、巯基乙醇、乙醇等切断二硫键的试剂,5.4蛋白质的功能性质(7),5.4.3.4粘度反映流体对流动的阻力，用表示影响蛋白质流体粘度特性的因素：1浓度:C,2蛋白质分子的形状和表面状况球形分子的粘度纤维状分子的粘度带电荷多的分子表观直径大，则粘度也大,5.4蛋白质的功能性质(8),*5.4.4结构性质5.4.4.1胶凝作用(gelation)1.定义:P胶体体系失去流动性，成为“软胶”状态的过程形成P-PP-H2O有序网络凝结水分分散在蛋白质颗粒之中形成的胶体体系凝胶有一定形状、弹性，半固体性质凝胶化的结构可高度持水。如肉皮冻可持90%以上的水。,5.4蛋白质的功能性质(9),2.形成机理：是蛋白质-蛋白质、蛋白质-溶剂之间的相互作用，以及邻近的肽链之间的吸引力和排斥力最终平衡的结果3形成条件：A、热处理、冷却B、加酸C、添加盐类D、酶水解E、先碱化、再恢复至中性或PI点F、与多糖胶凝剂作用,5.4蛋白质的功能性质(10),5.4.4.2织构化（texturization）：使蛋白质变为具有咀嚼性和良好持水性的片状或纤维状产品的过程称之。是构成食品特征结构和质地的基础1.蛋白质织构化的方法：(1)热凝固和薄膜的形成：腐竹的生产（2）纤维的形成：人造鱼、蟹肉等生产（3）热塑性挤压：如大豆蛋白人造肉的制作,5.4蛋白质的功能性质(11),5.4.4.3面团的形成面筋蛋白质具有独特的性质面筋形成三维网络的原因：1.含有大量谷氨酰胺约33%和羟基氨基酸2.有许多极性与非极性氨基酸的存在3.形成大量的二硫交联键4.面筋颗粒转变成薄膜而形成立体的具有粘弹性的三维蛋白质网络,5.4蛋白质的功能性质(12),5.4.5表面性质5.4.5.1乳化性质（emulsifyingproperties）P是天然的乳化剂，因此，许多食品是由P稳定的乳化体系。P的乳化机理：降低表面张力,乳化活力(乳化活性指数，mL/g)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,5.4蛋白质的功能性质(13),乳化性评价指标A、乳化能力（EC）（乳化容量）相转变前能乳化油mlEC=-g蛋白质B、乳状液稳定性（ES）乳状液最终体积100ES=-乳状液最初体积,5.4蛋白质的功能性质(14),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、乳化能力B、PH:PI时，C,乳化能力D、加热:降低蛋白质膜的粘度和钢性，乳化能力E、添加小分子表面活性剂：蛋白质界面强度，使乳化能力F、一定蛋白质起始浓度：一般为0.5%,5.4蛋白质的功能性质(15),5.4.5.2发泡性P的起泡性：指P在气-液（半固态）界面形成坚韧的薄膜，使气泡并入和稳定的能力。蛋白质能作为起泡剂主要决定于蛋白质的表面活性和成膜性。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（半固体）表面活性剂使气/液界面张力,5.4蛋白质的功能性质(16),C、形成方法：搅打、鼓泡、减压D、典型食品泡沫的特点：1.含有大量的气体（低密度）2.在气相和连续相间有较大的表面积3.在表面有较高的溶质浓度4.有能胀大，有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁5有可反射的光,5.4蛋白质的功能性质(17),形成稳定泡沫的三个重要因素：a、界面张力小b、液相粘度大c、吸附的蛋白膜牢固、有弹性影响泡沫形成及稳定的环境因素A、不溶性蛋白质粒子：对泡沫起着稳定作用,5.4蛋白质的功能性质(18),B、盐类：蛋白被盐析时较好，被盐溶时则较差；NaCl使泡沫膨胀率，但稳定性(粘度)；Ca2+使泡沫膨胀率(形成羧-Ca2+-羧桥键)；C、糖：抑制膨胀、但增加稳定性(粘度)应在泡沫形成后加入；D、脂肪：破坏蛋白质的起泡性质；E、蛋白质浓度：C在2%8%内，C，稳定性F、搅打程度：适当搅打可提高起泡性，过度则不利。,5.4蛋白质的功能性质(19),对具有起泡性蛋白质的要求a、缺乏二、三级结构的P分子（变性的）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如:卵清蛋白、血红蛋白中的珠红蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、明胶、牛血清蛋白、大豆和小麦蛋白等,5.4蛋白质的功能性质(20),5.4.6与风味物质的结合风味物质能够部分被吸附或结合在蛋白质中，对于食品有正（如肉香）反（如豆腥味）两面作用。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：a、范德华力、疏水作用力可逆物理吸附;b、氢键、共价、静电引力化学吸附;,5.4蛋白质的功能性质(21),影响因素A、水：促进与极性化合物的结合B、pH:酪蛋白在中或碱性PH时比在酸性PH中能结合更多的羰、醇或酯类挥发性物质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,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(1),5.5.1热处理T100，产生有利影响：1.适度变性(消化率)2.破坏抗营养抑制素（胰蛋白酶抑制剂、植物凝集素）3.酶失活（酚酶、脂酶）,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(1),T100，产生不利影响1.脱巯基、脱酰氨和异构化作用对热最敏感的是胱、半胱氨酸在115，27h，60%胱氨酸破坏2.新酰胺键生成在强热过程中，赖氨酸-NH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,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(2),3.剧烈的热处理可使蛋白质产生具有强致突变性的环状衍生物。如色氨酸在200以上可环化转变成、咔啉。4.热处理过程中，蛋白质还容易与食品中的糖、脂、食品添加剂等其他成分反应，产生各种变化。5.羰氨反应,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(3),5.5.2低温处理下的变化冷藏影响不大冷冻可使蛋白质变性原因:主要是由于蛋白质质点分散密度的变化而引起的,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(4),5.5.3脱水的影响当水分被大量除去时，PP相互作用，引起P分子大量的聚集在高温下除去水分可导致P溶解度和表面活性急剧降低,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(5),5.5.4碱处理对食品进行(碱+热)处理时，对蛋白质的营养价值影响较大、OH-蛋白质-异常氨基酸OH-胱氨酸-氨基丙烯酸+H2S+S,5.5食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响(6),5