食品化学蛋白质专家讲座

第三章蛋白质

第1页主要内容第一节氨基酸第二节蛋白质和肽第三节蛋白质变性第四节蛋白质功效性质第五节蛋白质营养性质第六节常见食品蛋白质与新蛋白质资源第七节食品蛋白在加工和贮藏中改变第2页蛋白质元素分析C50～55%H6～7%O20～23%N12～19%（16%，6.25）S0.2～3.0%由20种氨基酸(aminoacid)组成聚合物第3页蛋白质作用蛋白质在生物体系中起着关键作用病毒、细菌、激素、植物和动物细胞原生质都是以蛋白质为基础酶是蛋白质第4页食品蛋白质包含可供人类食用、易消化、安全无毒、富有营养、含有功效特征蛋白质。乳、肉(包含鱼和家禽)、蛋、谷物、豆类和油料种子是食品蛋白质主要起源。伴随世界人口增加，为了满足人们对蛋白质逐步增加需求，不但要寻求新蛋白质资源和开发蛋白质利用新技术，而且还应更充分地利用现有蛋白质资源和考虑成本。所以，必须了解和掌握食品蛋白质物理、化学和生物学性质，以及加工处理对这些蛋白质影响，从而深入改进蛋白质性质．尤其是营养品质和功效特征。第5页蛋白质分类

依据组成份类单纯蛋白质（homoproteins）仅有氨基酸组成蛋白质结合蛋白质（conjugatedproteins）氨基酸与非蛋白质组分复合非蛋白质组分称为辅基衍生蛋白质（homoproteins）经酶或化学方法处理蛋白质第6页结合蛋白质核蛋白（核蛋白体）糖蛋白（卵清蛋白、κ-酪蛋白）磷蛋白（α-和β-酪蛋白、激酶、磷酸化酶）脂蛋白（蛋黄蛋白质、几个肌浆蛋白质）金属蛋白（血红蛋白、肌红蛋白和几个酶）第7页球蛋白(globular)以球状或椭圆状存在蛋白质由多肽链本身折叠而造成纤维状蛋白（棒状分子）(fibrous)含有相互缠绕多肽链依据大致上结构形式分类第8页1、氨基酸普通性质（1）结构CCOOHHRNH2第一节氨基酸第9页（2）分类非极性氨基酸：Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp,Val,Pro极性氨基酸带正电荷侧链氨基酸：Lys,Arg,His带负电荷侧链氨基酸：Asp,Glu无电荷侧链氨基酸：Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly按R极性分类人体必需氨基酸有Met、Trp、Lys、Val、Leu、Ile、Phe及Thr八种，另外His对于婴儿营养也是必需。第10页甘丙缬亮异脂链丝苏半蛋羟硫添脯酪色苯杂芳环天谷精赖组酸碱第11页除甘氨酸外都含有旋光性。在植物或动物组织蛋白质水解物中，仅发觉Ｌ－型异构体。（3）氨基酸旋光性第12页（4）氨基酸酸－碱性质羧基能电离成COO-和H+；氨基能接收质子，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，可接收质子第13页氨基酸等电点兼性离子以电中性状态存在时pH被称为等电点（pI）。第14页（5）氨基酸疏水性是指氨基酸从水转移至乙醇中自由能改变△G蛋白质在水中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）基团分布。ΔGt被用来表示氨基酸疏水性。第15页ΔGt含有加和性缬氨酸ΔGt,Val=ΔGt,Gly+ΔGt,异丙基侧链ΔGt,异丙基侧链=ΔGt,Val-ΔGt,Gly第16页（7）氨基酸光学性质

芳香族氨基酸Trp、Tyr和Phe在紫外区(250～300nm)吸收光。另外，Trp和Tyr在紫外区还显示荧光。芳香族氨基酸紫外吸收和荧光第17页2、氨基酸化学反应性酰基化反应、烃基化反应、酯化反应。氨基酸与茚三酮、邻苯二甲醛或荧光胺反应是氨基酸定量分析中惯用反应。第18页与茚三酮反应1摩尔氨基酸，与2摩尔茚三酮生成1摩尔紫色物质，在570nm显示最高吸收。脯氨酸和羟脯氨酸产生一个黄色物质，它在440nm显示最高吸收。惯用来定量游离氨基酸。第19页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）反应生成高荧光衍生物在380nm激发时在450nm含有最高荧光发射定量氨基酸、蛋白质和肽第20页与荧光胺反应含有伯胺氨基酸、肽和蛋白质与荧光胺反应成高荧光衍生物在390nm激发时，在475nm含有最高荧光发射被用于定量氨基酸以及蛋白质和肽。

第21页1、蛋白质一级结构（PrimaryStructure）指氨基酸经过共价键（肽键）连接而成线性序列(LinearSequence)第二节蛋白质和肽第22页肽键不一样于C-N单键和C=N双键；肽键含有部分单键性质同时又有双键性质；肽键不能自由旋转；肽单位平面有一定键长和键角。肽单位是刚性平面结构；肽单位结构特征第23页

氨基酸残基周期性（有规则）空间排列。主要包含螺旋结构和伸展片状结构。2、蛋白质二级结构（SecondaryStructure）（1）螺旋结构

-螺旋（主要，最稳定）；

310-螺旋；π-螺旋氢键氢键第24页（2）β折叠结构一个锯齿形结构。它比

螺旋较为伸展稳定性：β-折叠片＞

-螺旋β-折叠片～高变性温度加热和冷却×

-螺旋

β-折叠第25页3、蛋白质三级结构（TertiaryStructure）二级结构深入折叠成紧密三维结构（多肽链空间排列）肌红蛋白亲水性——蛋白质-水界面；疏水性——内部β-乳球蛋白第26页4、蛋白质四级结构（QuaternaryStructure）

是指含有多于一条多肽链蛋白质分子空间排列，以二聚体、三聚体、四聚体等形式存在。第27页

蛋白质形成二级、三级和四级结构，并使之保持稳定相互作用力包含两类：①蛋白质分子内固有作用力，所产生分子内相互作用。②周围溶剂影响所产生分子间相互作用。

5、稳定蛋白质结构作用力第28页蛋白质结构稳定疏水相互作用范德华力二硫键氢键静电相互作用第29页6、蛋白质构象稳定性和适应性

蛋白质分子并非是刚性分子，相反它们是高度柔顺性分子。蛋白质分子天然状态属于介稳定状态。蛋白质结构对于介质环境适应性是十分必要，因为这有利于蛋白质执行一些关键功效。比如，酶与底物或辅助配体有效结合，包括多肽链序列键合部位重排。对于只有催化功效蛋白质，经过二硫键使蛋白质结构保持高度稳定性，分子内这些二硫键能够有效降低构象熵，降低多肽链伸长倾向。第30页7、蛋白质物理化学性质和肽

蛋白质物理化学性质（酸碱性、水解、颜色反应、疏水性）

肽生物活性肽（三肽胃泌素、四肽胃泌素、谷胱甘肽、酪蛋白磷酸肽）第31页1、蛋白质变性概念

因为外界原因作用，使天然蛋白质分子构象发生了异常改变，从而造成生物活性丧失以及物理、化学性质异常改变，不包含一级结构上肽键断裂。第三节蛋白质变性第32页物理性质改变凝集、沉淀粘度增加旋光值改变紫外、荧光光谱发生改变化学性质改变酶水解速度增加分子内部基团暴露生物性能改变抗原性改变生物功效丧失2、蛋白质变性现象第33页食品蛋白质变性产生效果食品蛋白质变性后通常引发溶解度降低或失去溶解性，从而影响蛋白质功效特征或加工特征。在某种情况下，变性又是需宜。比如，豆类中胰蛋白酶抑制剂热变性，可能显著高动物食用豆类时消化率和生物有效性。部分变性蛋白则比天然状态更易消化，或含有更加好乳化性、起泡性和胶凝性。

第34页变性过程可逆性在一些情况下，变性过程是可逆，比如，有蛋白质在加热时发生变性，冷却后，又可复原。可逆变性～三级和四级结构改变不可逆变性～二级结构也发生改变二硫键断裂→不可逆变性第35页3、影响蛋白质变性原因物理原因（1）热

在加热条件下，肽键产生强烈热振荡，造成维持蛋白质空间结构次级键破坏，天然构象解体。变性速率取决于温度。

对许多反应来说，温度每升高1℃，转化速率约增加2倍。可是，对于蛋白质变性反应，当温度上升1℃，速率可增加600倍左右，因为维持二级、三级和四级结构稳定性各种相互作用能量都很低。

第36页蛋白质对热变性敏感性取决于各种原因，如蛋白质浓度、水活性、pH、离子强度和离子种类等。即使蛋白质用温和方法脱水，如冷冻干燥法依然可引发一些蛋白质变性。蛋白质(或酶)在干燥条件下比含水分时热变性耐受能力更大，说明蛋白质在有水存在时易变性。第37页变性温度Td蛋白质溶液在逐步加热到临界温度以上时，蛋白质构象从天然状态到变性状态有一个显著地转变，这个转变中点温度称为熔化温度Tm，或变性温度Td，此时天然状态与变性状态浓度比为1。

第38页（2）静高压

压力诱导蛋白质变性原因主要是蛋白质柔性和可压缩性。尽管氨基酸残基是被紧密地包裹在球状蛋白质分子内部，不过依然存在一些恒定空隙空间，这就使蛋白质含有可压缩性。加压25℃100～1200MPa外压消失压力引发蛋白质变性是高度可逆！第39页

高静压在食品加工过程中作为一个工具已经引发食品科学家广泛关注，比如灭菌和胶凝化。在200～1000MPa高压下灭菌，使细胞膜遭到不可逆破坏，同时引发微生物中细胞器解离，从而到达灭菌目标。关于压力胶凝化作用已经有不少报道和应用，如将蛋清、16％大豆球蛋白或3％肌动球蛋白在1OO～700MPa静液压下，于25℃加压30min，则可形成凝胶，其质地比热凝胶柔软。静液压也惯用于牛肉嫩化加工，普通处理压力为100～300MPa。当前压力加工是一个较热加工理想方法，加工过程中不但必需氨基酸、天然色泽和风味不会损失，尤其是一些热敏感营养或功效成份能得到很好保持，而且也不会产生有害和有毒化合物。不过因为成本关系，还未得到广泛应用。第40页（3）剪切

机械处理，如揉捏、振动或搅打等高速机械剪切，都能引发蛋白质变性。在加工面包或其它食品面团时，产生剪切力使蛋白质变性。剪切速率愈高，蛋白质变性程度则愈大。同时受到高温和高剪切力处理蛋白质，则发生不可逆变性。（4）辐照

芳香族氨基酸残基吸收紫外线，若能量高，能打断二硫键，造成构象改变。食品进行普通辐射保鲜时，辐射对食品蛋白质影响极小。原因：1.辐射剂量低；2.食品中水裂解降低了其它物质裂解。第41页（5）冷冻（6）界面作用

蛋白质物理变性技术应用仍以热杀菌技术应用最广，但高压、辐射等技术确是现在研究热点。第42页化学原因（1）pH

极端pH值时，蛋白质分子内离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子构象发生改变。pH引发变性大多数是可逆，然而，在一些情况下，部分肽键水解，天冬酰胺、谷氨酰胺脱酰胺，碱性条件下二硫键破坏，或者聚集等都将引发蛋白质不可逆变性。酸和碱能够加速热变性。普通水果罐头杀菌温度较蔬菜低。第43页（2）有机溶质尿素和盐酸胍（GuHCl）尿素和盐酸胍优先和变性蛋白质结合。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。第44页（3）有机溶剂乙醇、丙酮改变水介电常数，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，减弱或打断疏水相互作用。第45页（4）表面活性剂SDS（十二烷基硫酸钠），强有力蛋白质变性剂。机理：破坏了蛋白质疏水相互作用，促使天然蛋白质伸展，非极性基团暴露于水介质中，造成了天然与变性蛋白质之间平衡移动，引发蛋白质不可逆变性。第46页低浓度（离子强度≤0.2）静电中和作用稳定了蛋白质结构较高浓度（＞1mol/L）离子特异效应（5）促溶盐第47页其它成份蛋白质

相互作用食品色泽食品风味食品外形食品质构糖脂肪组成食品品质贡献多大？第四节蛋白质功效性质第48页蛋白质功效性质：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性能那些蛋白质物理和化学性质。第49页食品蛋白质在食品体系中功效作用

Functionalrolesoffoodproteinsinfoodsystems第50页蛋白质功效性质种类水化性质取决于蛋白质与水相互作用，包含水吸收与保留、湿润性、溶涨、分散性、溶解度、粘度等。表面性质包含蛋白质表面张力，乳化性、起泡性、成膜性等。结构性质蛋白质相互作用所表现相关特征，如产生弹性、沉淀、凝胶作用及形成其它结构时起作用那些性质。感观性质颜色、气味、口味、咀嚼性等。第51页一、蛋白质水合（1）蛋白质水合性质蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Asn、Gln酰胺基、Ser、Thr和非极性残基团与水分子相互结合性质。（2）蛋白质水合能力当干蛋白质粉与相对湿度为90-95%水蒸汽到达平衡时，每克蛋白质所结合水克数。第52页（3）蛋白质水合过程第53页1.pH

当pH＝pI时，蛋白质水合能力最低。2.温度温度升高，水合能力下降。3.氨基酸组成极性氨基酸越多，水合能力越高。4.离子强度低浓度盐能提升蛋白质水合能力。（4）影响蛋白质结合水环境原因第54页蛋白质水和能力是决定一些食品可接收性关键原因！能够影响到食品嫩度、多汁性、柔软性。第55页二、蛋白质溶解度最受蛋白质溶解度影响功效性质：增稠、起泡、乳化和胶凝作用。第56页影响蛋白质溶解度原因：1.pH

当pH＝pI时，蛋白质溶解度最低。利用这一性质进行蛋白质提取，等电点沉淀。第57页2.离子强度低离子强度（＜0.5）—盐溶高离子强度（＞1）—盐析第58页3.温度4.有机溶剂普通降低蛋白质溶解度第59页三、蛋白质黏度溶液黏度反应出它对流体阻力情况。蛋白质黏度与溶解性之间不存在简单关系，经过热变性得到不溶性蛋白，在水中分散后不产生高黏度；对于溶解性好、但吸水能力和溶胀能力较差乳清蛋白，一样也不能在水中形成高粘度分散体系。

蛋白质吸水能力与黏度之间，存在正相关性。第60页四、蛋白质胶凝作用

胶凝作用概念是指变性蛋白质分子聚集并形成有序蛋白质网络结构过程。凝胶是介于固体和液体之间一个中间相。在技术上定义为：“一个无稳定状态流动稀释体系。”是由聚合物经共价或非共价交联而形成一个网状结构。凝胶化作用机制溶胶状态-------似凝胶状态-------有序网络结构状态第61页网状结构中作用力与凝胶可逆性氢键、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第62页加热溶液pH蛋白质浓度金属离子蛋白质凝胶化作用在食品加工中应用果冻豆腐奶酪香肠影响蛋白质凝胶化作用原因第63页五、蛋白质组织化六、面团形成

第64页七、乳化性质

许多食品属于乳胶体（牛奶、乳脂、冰淇淋、豆奶、黄油、干酪、蛋黄酱和肉馅），蛋白质成份在稳定这些胶态体系中通常起着主要作用。原因是：蛋白质是天然两亲物质，含有乳化性质。第65页1.

评价食品乳化性质方法乳化活力（emulsifyingactivity）乳化能力（emulsioncapacity）乳化稳定性（emulsionstability）第66页界面面积

φ——分散相体积分数;R——乳状液粒子平均半径。乳化活力指标（EAI）

EmulsifyingActivityIndex单位质量蛋白质所产生界面面积

m——蛋白质质量第67页乳化能力定义相转变前（O/W→W/O）每克蛋白质所能乳化油体积第68页乳状液稳定性在数月内稳定猛烈处理方法（高温、离心力）乳状液稳定性表示方法

乳状液稳定性指标（ESI）：浊度到达起始值二分之一所需要时间。

第69页2.影响蛋白质乳化作用原因内在因子pH、离子强度、温度、存在低分子量表面活性剂、糖、油相体积、蛋白质类型和使用油熔点外在原因制备乳状液设备类型、能量输入速度和剪切速度。

当前没有一致认可系统地评价蛋白质乳化性质标准方法。

第70页八、起泡性质1.泡沫形成一个连续水相+一个分散气相蛋白质是主要表面活性剂，有利于分散相形成和稳定经吹气泡、搅打和摇振而形成第71页

作为一个有效起泡剂，必须满足：快速吸附至气-水界面易于在界面上展开和重排经过分子间相互作用形成粘合性膜第72页2.起泡能力评价指标起泡能力是指在汽-液界面形成坚韧薄膜使大量气泡并入和稳定能力。膨胀率（Overrun）稳定状态泡沫值（Steady-stateFoamValue）起泡力（FoamingPower）泡沫膨胀（FoamExpansion）第73页泡沫稳定性（FoamStability）蛋白质稳定处于重力和机械力下泡沫能力。50%液体从泡沫中排出所需要时间或者泡沫体积降低50%所需要时间第74页第75页蛋白质浓度：提升泡沫稳定性温度：降低pH：在等电点处最稳定糖：损害蛋白质起泡能力但增加稳定性脂：降低盐：大多数随NaCl浓度增加而增加搅打：增强，高速搅，降低3.影响蛋白质起泡性质环境原因第76页NaCl对乳清蛋白起泡性和稳定性影响盐溶效应第77页蛋白质风味蛋白质----风味+有利良好风味载体无利与不良风味结合九、风味结合第78页蛋白质与风味物质结合包含物理吸附和化学吸附。物理吸附：范德华力和毛细管吸附化学吸附：静电吸附、氢键结合和共价结合蛋白质与风味之间相互作用第79页风味物质和蛋白质结合，蛋白质构象发生了改变。如：进入蛋白质内部破坏蛋白质疏水相互作用；醛类化合物能与赖氨酸残基结合等。所以，任何能够影响蛋白质构象原因都将影响到与风味物质结合。第80页水：能促进与极性挥发物结合而对非极性挥发物没影响。热：蛋白质热变性普通造成对挥发性物质结合增强，

盐：盐溶类盐因为使疏水相互作用去稳定，降低风味结合，而盐析类盐提升风味结合。

pH：碱性效果普通优于酸性温度：温度对风味物质结合影响非常小，这是因为结合过程是熵驱动，而不是焓驱动。酶：蛋白质经酶彻底水解将会降低它对挥发性物质结合，

影响蛋白质与风味结合原因第81页大豆火腿肠含有丰富蛋白质谁最好？第五节蛋白质营养性质第82页1、蛋白质质量

必需氨基酸组成

限制性氨基酸（Lys、Thr、Trp是限制性AA

）评价蛋白质好坏指标有：蛋白质含量，蛋白质质量，蛋白质消化率第83页第84页第85页第86页第87页2、消化率

是人体从食品蛋白质吸收氮占摄入氮百分比。

蛋白质构象抗营养因子（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原因第88页第89页第六节食品中蛋白质食品蛋白质能够分为动物源、植物源两大类，常见有肉类、乳、蛋、鱼蛋白、谷物、大豆蛋白等，还有一些新蛋白质资源如：单细胞蛋白、叶蛋白、藻类蛋白等是未来研究、开发主要方向。第90页（一）大豆蛋白质大豆含蛋白质40%，是优良植物蛋白质，其营养价值与动物蛋白相近。富含赖氨酸，缺乏蛋氨酸。大豆经脱脂后，深入加工能够得到3种不一样大豆蛋白。脱脂豆粉：蛋白质含量50%左右。（蛋白质+碳水化合物）大豆浓缩蛋白：蛋白质含量70%左右。（浸提法除去碳水化合物）大豆分离蛋白：蛋白质含量90%以上。（等电点法沉淀蛋白质）第91页（二）乳蛋白质

普通乳由三个不一样相组成、三相中均存在蛋白质。

a.由酪蛋白组成微细胶粒(酪蛋白)b.连续水溶液（乳清蛋白）

c.分散脂肪球(球膜蛋白)

下面以牛乳为例：

1、酪蛋白酪蛋白约占80-82%Pro总酪蛋白含胱、蛋、含苏、丝氨基酸磷酸酯键磷蛋白在PH4.6和20度条件下从脱脂牛乳中沉淀出来。

第92页2、乳清蛋白乳清蛋白，主要是β-乳球蛋白和α-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第93页（三）肉类蛋白质肉中蛋白质分为：肌原纤维蛋白、肌浆蛋白、肌基质蛋白。1、肌原纤维蛋白包含：肌球蛋白，肌动蛋白，肌动球蛋白，肌原球蛋白

肌球蛋白是粗肌丝主要蛋白质，它组成肌原纤维蛋白55%。

肌动蛋白是细肌丝主要Pro，占肌纤Pro20%。

肌动球蛋白由肌球、肌动混合可形成肌动球蛋白动物死后肌动球蛋白↑僵硬↑第94页2、肌浆蛋白肌浆蛋白为球状P

组成：酶、肌红蛋白、血红蛋白为可溶性蛋白质,占总P

25-30%,，50℃变性，凝固。3、肌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。第95页4、肉嫩化木瓜蛋白酶：60～80℃。

菠萝蛋白酶：30～60℃。无花果蛋白酶：30～50℃。第96页

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：

0.5-1%(3%)食盐

PH=6.5～7.2T=75～85℃(>60℃)

添加氧化剂可促进网状结构形成添加淀粉,可提升胶凝能力∴可用制作鱼糕、鱼丸子。第97页(四）鸡蛋蛋白质1、组成

组分固形物%蛋白质%脂类%蛋清蛋黄第98页2、蛋黄乳化能力起乳化作用组分:磷脂、脂蛋白应用：蛋黄酱、蛋糕、色拉调味料蛋黄酱为65%-80%油W/O乳状液，即小油滴外涂上一层由蛋黄颗粒组成保护层，粘附强，这是因为其中脂蛋白起着乳状液稳定剂作用。第99页3、蛋清起