氨基酸多肽及蛋白质课件

食品中的氨基酸、多肽及蛋白類物質

6.1概述6.1.1氨基酸基本的理化性質一、基本物理學性質包括基本組成和結構、溶解性、酸鹼性質、立體化學、熔點、沸點、光學行為、光性、疏水性等。

(一）溶解性質

氨基酸在水中的溶解度（25℃,g/L）氨基酸溶解度氨基酸溶解度氨基酸溶解度丙氨酸(Ala)167.2精氨酸(Arg)855.6天冬醯胺(Asn)28.5天冬氨酸(Asp)5.0半胱氨酸(Cys)－穀氨醯胺(Gln)7.2(37℃)谷氨酸(Glu)8.5甘氨酸(Gly)249.9組氨酸(His)－異亮氨酸(Ile)34.5亮氨酸(Leu)21.7賴氨酸(Lys)739.0蛋氨酸(Met)56.2苯丙氨酸(Phe)27.6脯氨酸(Pro)1620.0絲氨酸(Ser)422.0蘇氨酸(Thr)13.2色氨酸(Trp)13.6酪氨酸(Tyr)0.4纈氨酸(Val)58.1據OwenR.Fennema,FoodChemistry,MarcelDekker,Inc.1996,270

根據氨基酸側鏈與水相互作用的程度可將氨基酸分作幾類。含有脂肪族和芳香族側鏈的氨基酸，如Ala、Ile、Leu、Met、Pro、Val及Phe、Tyr，由於側鏈的疏水性，這些氨基酸在水中的溶解度均較小；側鏈帶有電荷或極性集團的氨基酸，如Arg、Asp、Glu、His、Lys和Ser、Thr、Asn在水中均有比較大的溶解度；但根據電荷及極性分析也有一些例外，如脯氨酸屬於帶疏水基團的氨基酸，但在水中卻有異常高的溶解度。（二）氨基酸的疏水性氨基酸的疏水性，是影響氨基酸溶解行為的重要因素，也是影響蛋白質和肽的物理化學性質（如結構、溶解度、結合脂肪的能力等）的重要因素。按照物理化學的原理，疏水性可被定義為：在相同的條件下，一種溶於水中的溶質的自由能與溶於有機溶劑的相同溶質的自由能相比所超過的數值。估計氨基酸側鏈的相對疏水性的最直接、最簡單的方法就是實驗測定氨基酸溶於水和溶於一種有機溶劑的自由能變化。一般用水和乙醇之間自由能變化表示氨基酸側鏈的疏水性，將此變化值標作△G′。不同氨基酸的△G′值如下表所示。

氨基酸側鏈的疏水性（乙醇→水，kJ/mol）氨基酸△G′氨基酸△G′氨基酸△G′丙氨酸(Ala)2.09精氨酸(Arg)－天冬醯胺(Asn)0天冬氨酸(Asp)2.09半胱氨酸(Cys)4.18穀氨醯胺(Gln)-0.42谷氨酸(Glu)2.09甘氨酸(Gly)0組氨酸(His)2.09異亮氨酸(Ile)12.54亮氨酸(Leu)9.61賴氨酸(Lys)－蛋氨酸(Met)5.43苯丙氨酸(Phe)10.45脯氨酸(Pro)10.87絲氨酸(Ser)-1.25蘇氨酸(Thr)1.67色氨酸(Trp)14.21酪氨酸(Tyr)9.61纈氨酸(Val)6.27

當氨基酸的△G′值為正時，其側鏈具有疏水性，傾向於處在蛋白分子的內部；△G′為負時，其側鏈是親水的，傾向於處在蛋白分子的表面。需要注意的是，賴氨酸通常是蛋白質分子中親水性的氨基酸殘基，但它的△G′是正值，這是由於它的側鏈含有優先選擇有機環境的4個-CH2-基。（三）氨基酸的光學性質氨基酸中的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸分子中由於有共軛體系，因此可以吸收近紫外光。它們的最大吸收波長（λmax)分別為260nm、275nm、278nm；在吸收最大波長光線的時候還會發出螢光。

二、基本化學性質關於氨基酸基本的化學性質，在生物化學中已經進行了介紹。下麵再根據OwenR.Fennema,FoodChemistry,作簡要系統介紹；其主要的線索還是氨基酸分子中所帶的官能團。氨基酸和蛋白質中官能團的化學反應性官能團及反應試劑和條件產物評論A.非α氨基

1.還原甲基化甲醛、NaBH4

蛋白放射性標記

2.胍基化鄰甲基異脲*，pH10.6,4℃,4dLys轉換成Arg

3.乙醯化乙酸酐去除正電荷

4.琥珀醯化琥珀酸酐在Lys上引入正電荷

5.巰基化硫代仲康酸**在Lys殘基引入巰基官能團及反應試劑及條件產物評價

6.芳基化FDNB***氨基酸序列測定

TNBS****產物同上測定Lys殘基(367nm)7.脫氨基含1.5mol/LNaNO2的乙酸，0℃

ROH+N2+H2OB.羧基

1.酯化酸性甲醇RCOOCH3+H2O在pH大於6時，酯水解

2.還原含氫硼化物的四氫呋喃，三氟乙酸RCH2OH3.脫羧基化酸、堿、熱處理胺僅發生在氨基酸C.巰基

1.氧化過氧甲酸RCH2SO3H2.封閉氮丙環RCH2SCH2CH2NH3+

避免巰基氧化碘乙酸RCH2SCH2COOH同上蘋果酸酐*****

對汞代苯甲酸測定巰基含量(250nm)官能團及反應試劑和條件產物評價N-乙基馬來亞胺封閉

DTNB******測定巰基含量D.羥基酯化乙醯氯E.-SCH3(Met)1.烷烴化CH3I2.β-丙醇酸

三、重要的分析鑒定反應（一）與茚三酮的反應（略）（二）與鄰苯二甲醛的反應：在2-巰基乙醇的存在下，氨基酸與鄰苯二甲醛反應生成高螢光的衍生物，在380nm激發時，在450nm具有最高螢光發射，用來定量分析氨基酸、肽和蛋白質。

（三）與螢光胺的反應含有伯胺基的氨基酸、肽或蛋白質與螢光胺反應生成高螢光的衍生物，在390nm時，在475nm具有最高的螢光發射。此法可被用於氨基酸、肽或蛋白的定量分析。6.1.2肽類物質6.1.2.1活性肽的種類及功能生物活性肽也稱作功能肽，是近年來非常活躍的研究領域，其應用涉及到生物學、醫藥學、化學等多種學科，在食品科學研究及功能食品開發中也顯示出美好的前景。功能肽按照獲得途徑的差異可以分作兩種類型，一類是由生物體特別是動物體內獲得的天然功能肽；另一類是利用動植物蛋白，通過水解或酶解，再經過活性篩選而獲得的外源性功能肽。

一、天然活性肽目前，由自然界已經獲得了種類多樣、功能各異的生物活性肽，下頁列舉了一些這方面的例證。

昆蟲抗菌肽：迄今為止，已有150多種昆蟲抗菌肽被分離鑒定，許多抗菌肽的cDNA已被克隆測序並進行了初步的基因定位和表達調控機制研究。昆蟲抗菌肽已成為當前研究的熱點，某些抗菌肽正在通過基因工程技術開始工業化生產並用於農業、工業和食品衛生等多個領域。

活性類型氨基酸數生理活性抗菌肽枯草菌素乳酸鏈球菌素LactocinS橡膠素神經肽腦啡肽α-內啡肽強啡肽韓蛙皮素激素肽及激素調節肽催產素促腎上腺皮質激素加壓素Amylin免疫活性肽α-干擾素白細胞介素-2抗癌多肽腫瘤壞死因數環己肽

未知343343

5161714

939937

166-172133

157-1716

抑制革蘭氏陽性菌抑制革蘭氏陽性菌和乳酸菌抑制肉毒梭菌、李氏桿菌、金黃色葡萄球菌抑制含幾丁質的真菌

鴉片樣生物活性神經調節神經條件神經調節

平滑肌的收縮作用甾類合成的刺激作用血管肌的收縮作用胰島素拮抗

抗病毒、調節機體免疫反應T-細胞啟動

抗癌抗癌

天然活性肽舉例

昆蟲抗菌肽是一類鹼性多肽，具有分子量小、水溶性好、熱穩定性強、無免疫原性，不易被水解等特性；同時還具有強而廣譜的抗菌、抗癌、抗病毒的能力，對高等動物機體的正常細胞無損傷。根據氨基酸組成和結構特徵，可把昆蟲抗菌肽分為4類：形成兩性分子α-螺旋的抗菌肽類；有分子內二硫橋的抗菌肽類；富含甘氨酸的抗菌肽類和富含脯氨酸的抗菌肽類。

關於抗菌肽的作用機理，現在人們比較一致的看法是，不同的抗菌肽在其殺菌方式上可能存在一些差異。有的通過在細菌膜上形成孔道，造成細胞內物質洩漏進而導致化學勢喪失而達到殺菌的效果；有的能夠干擾一定類型的外膜蛋白基因的轉錄，使相應蛋白的合成量減少，從而導致細胞膜的通透性增加，使細菌生長受到抑制。有些還可能抑制細菌細胞壁的形成，使細菌不能維持正常的細胞形態而生長受阻，等等。

感染性疾病曾一度是人類生存所面臨的最大威脅。隨著抗生素的發明和廣泛使用，感染性疾病得到了一定程度的控制，但仍然是人類死亡的一個重要原因。據WHO報告，2000年全球死亡人數5570萬，其中1440萬由感染性疾病引起，占總死亡人數的15.9%。過去的幾十年裏，耐藥性微生物的不斷產生和生物耐藥性問題的日益惡化，開發新的抗感染藥物已成為治療感染疾病的必由之路。昆蟲抗菌肽因其獨特的抗菌、殺菌效果和良好的應用前景近來成為抗感染新藥開發的熱點。目前國外在抗菌肽臨床應用方面進展較快，在流行性腦脊髓炎、人幽門螺旋桿菌感染及抗真菌感染等方面的應用已經進入臨床試驗階段。

二、外源性活性肽以天然蛋白作為原料通過水解或酶解的方法，獲得大量的肽類，從中篩選活性肽，目前已成為擴大功能肽研究範圍、發現新型多肽的有效途徑。當然化學合成也為功能肽的獲得提供了有效的途徑，但化學合成往往需要一定的活性結構做模型。目前已有實際應用的外源性功能肽的製備方法有化學水解法、酶水解法、合成法等。化學水解法是以天然蛋白質為原料，在酸或堿的催化下進行水解而獲得多肽。一般用6～10mol/L鹽酸或4mol/L硫酸在100～120℃條件下水解12～24h；也可用6mol/LNaOH或2mol/L的Ba(OH)2水解6h左右；然後經活性炭脫色，再通過701型樹脂除去酸和鹽便可獲得混合多肽。此法工藝雖然簡單但難以控制水解程度，容易將肽鏈繼續水解為氨基酸，並且水解過程中氨基酸的結構容易受到影響而發生構型甚至構造上的變化，影響肽的結構和功能。此種影響在鹼性條件下表現的尤為突出。

利用酶解的方法由天然蛋白製備功能肽是目前常採用的方法。此方法的一般工藝流程為：原料蛋白→預處理→酶解→滅酶→脫苦味脫色→分離→乾燥→成品。酶種類和水解條件的選擇是製備功能肽的關鍵。目前可以使用的酶種類較多，如胰蛋白酶、胃蛋白酶、鹼性蛋白酶等動物蛋白酶及鳳梨蛋白酶、木瓜蛋白酶等植物蛋白酶，而比較便宜易得的還有不同種類的微生物蛋白酶。到底選擇何種，可根據酶的水解特性、原料蛋白的來源及欲得到的功能多肽類型來綜合考慮決定。

三、活性肽在食品中的應用

營養學研究證明，功能肽類在人體內的消化吸收明顯優於蛋白質和單個氨基酸，對人體內蛋白質的合成無任何不良影響，而且具有促進鈣吸收、降血壓、提高免疫力等生理功能。此外，功能肽具有良好的水合性，使其溶解度增加，黏度降低、膠凝程度減小，發泡性喪失，具有優良的加工性能。目前在食品中已經應用或出現了應用苗頭的功能肽主要有以下種類。

6.1.2.2肽的理化性質一、肽的物理性質

A、肽的兩性：與氨基酸相似，肽類物質也具有兩性和等電點。例如Gly-AsppI3.63；Gly-Gly-GlypI5.58；利用多肽的等電點，可以進行肽類物質的分離。

B、黏度與溶解度天然蛋白的水溶液當其濃度超過13%時就會形成凝膠，不利於蛋白溶液的製備；而多肽即使在50%的高濃度下和在較寬的pH範圍內仍能保持溶解狀態，同時還具有較強的吸濕性和保濕性，這使無法實現的高蛋白飲料和高蛋白果凍的生產成為可能。

C、滲透壓和對產品質構的調節作用當一種液體的滲透壓比體液高時，易使人體周邊組織細胞中的水分向胃腸移動而出現腹瀉。多肽溶液的滲透壓比氨基酸溶液要低，因此可以克服因氨基酸溶液滲透壓高而導致的問題。多肽具有抑制蛋白質形成凝膠的性能，可利用此性質來調整食品的質構。如水產、肉、禽蛋白在加熱時因形成凝膠而變硬，適量加入大豆多肽，就會起到軟化的作用。二、化學性質肽類物質基本的化學性質和氨基酸基本的化學性質相同，都是由其特徵性官能團決定的。但肽和蛋白可以發生雙縮脲反應而氨基酸則不能。6.2蛋白質與食品相關的理化性質6.2.1與食品相關的物理性質6.2.1.1蛋白質的變性作用一、蛋白質變性的概念及監測方法

A、定義：把蛋白質二級及其以上的高級結構在一定條件（加熱、酸、堿、有機溶劑、重金屬離子等）下遭到破壞而一級結構並未發生變化的過程叫蛋白質的變性。

B、蛋白質變性所產生的影響：①溶解度降低，原因是二級結構發生變化，疏水基團暴露於分子表面；②與水的結合能力降低；③生物活性（功能）喪失；④容易被水解；⑤黏度變大；⑥難以結晶。

C、根據一系列物理性質、光學性質、生物功能等的改變來監測蛋白質的變性。如超離心沉降特性、黏度、溶解度、電泳特性、旋光色散、圓二色性、X射線衍射、紫外差示光譜、紅外光譜、熱力學性質、免疫性質等。二、蛋白質變性的熱力學和動力學下圖示意了單體球蛋白變性過程中變性程度與變性因素變化之間的關系：

圖中Y代表隨蛋白質構象變化而變化的任何可測定的物理或化學性質,YN和YD分別代表在天然或變性狀態下的Y。由圖可以看出，大多數蛋白質當變性條件逐漸劇烈時（濃度增加、溫度提高等），Y在開始階段保持不變，但超過一個臨界點後，從YN急劇變化至YD；這表明蛋白質變性是一個協同過程，球狀蛋白分子主要以天然態和變性態存在，而以中間態很少存在；此即所謂的“兩狀態轉變模型”。

兩狀態之間的相互轉化可用下式表示：

動態平衡關係中的表觀平衡常數為：KD=[PD]/[PN]

由此平衡常數即可求出一系列熱力學參數：

公式中的△G0、△H0、△C0、△S0分別為標準自由能變化、恒壓條件下的焓變、恒壓下熱容變化及熵的變化；R為氣體常數，T為絕對溫度。這些熱力學常數都可以通過熱力學計算得到。分別反映了變化過程的一些特徵。一般情況下，蛋白質變性時△G0增加，表示天然態的穩定性高於變性態；△S0也增加，表示蛋白分子的有序性降低；等。

從動力學角度分析，蛋白質變性的速率為：

反應過程的活化能Ea為：

與其它化學反應的活化能相比，蛋白質變性的Ea是比較大的，例如胰蛋白酶、卵清蛋白酶和過氧化物酶熱變性的活化能分別為167、552、773kJ/mol。由於變性涉及的鍵能小，而且相差不大，只要在低的溫度或小的變性劑濃度就可以發生變性。上邊以兩狀態轉變模型對蛋白變性的熱力學、動力學特點進行了討論。但實際情況遠非這麼簡單，詳細考慮，蛋白質從天然狀態向變性狀態的轉變是一個非常複雜的過程，中間存在著非常多的中間狀態：

三、影響蛋白變性的因素（一）物理因素

A.加熱加熱變性的基本過程：當蛋白質溶液被逐漸的加熱並超過臨界溫度時，溶液中的蛋白質將發生從天然狀態向變性狀態的劇烈轉變。此轉變溫度被稱作熔化溫度（Tm）或變性溫度（Td），此時蛋白質的天然狀態和變性狀態的濃度之比為1。蛋白熱變性的一般規律：大多數蛋白質在45～50℃時開始變性，但也有些蛋白的Td可以達到相當高的溫度，如大豆球蛋白93℃、燕麥球蛋白108℃等。當加熱溫度在臨界溫度以上時，每提高10℃，變性速度提高600倍。加熱使蛋白變性的本質：提高溫度對天然蛋白質最重要的影響是促使它們的高級結構發生變化，這些變化在什麼溫度出現和變化到怎樣的程度是由蛋白質的熱穩定性決定的。一個特定蛋白質的熱穩定性又由許多因素所決定，這些因素包括氨基酸的組成、蛋白質－蛋白質接觸、金屬離子及其它輔基的結合、分子內的相互作用、蛋白濃度、水分活度、pH、離子強度和離子種類等等。變性作用使疏水基團暴露並使伸展的蛋白質分子發生聚集，伴隨出現蛋白質溶解度降低和吸水能力增強。

B.冷凍蛋白質可以發生凍結變性。其原因一方面是由於蛋白質周圍的水與其結合狀態發生變化，這種變化破壞了一些維持蛋白原構象的力，同時由於水保護層的破壞，蛋白質的一些基團就可以發生直接的接觸和相互作用，導致蛋白質發生聚集或原來的亞基發生重排。另一方面，由於大量水形成冰後，剩餘的水中無機鹽濃度大大提高，這種局部的高濃度鹽也會使蛋白質發生變性。

C.流體靜壓壓力也可使蛋白變性，但一般在25℃下要求100～1200MPa的比較高的壓力。壓力誘導蛋白質變性的原因主要是蛋白質的柔性和可壓縮性。雖然氨基酸殘基被緊緊地包裹在球狀在球狀蛋白分子結構的內部，但一些空穴仍然存在，這就導致蛋白分子結構的可壓縮性。大多數纖維狀蛋白質分子不存在空穴，因此它們對壓力作用的穩定性高於球狀蛋白質。壓力導致的蛋白變性通常伴隨著30～100mL/mol的體積減少，同時是高度可逆的。由於高流體壓力可以使微生物細胞膜及細胞內的蛋白發生變性，從而導致微生物死亡，因此現在高流體靜壓加工正在成為食品加工中的一項新技術。

D.剪切力一些食品在加工過程，如擠壓、打擦、捏合、高速均質等，會產生高的剪切力。這樣的剪切力加上高溫能使蛋白質發生不可逆的變性。

E.電磁輻射電磁輻射是一種能量，可以通過改變分子內鏈段間及亞基間的結合狀態而使蛋白分子變性；如果僅僅影響蛋白分子的構象，只發生變性而不會導致營養價值的改變；如果能量高至可以通過氧化、共價鍵斷裂、離子化、形成自由基等形式使氨基酸殘基發生變化，便會導致營養價值的降低。

F.介面性質改變蛋白質水溶液的介面性質，也可以加速或直接使蛋白質分子發生變性。其主要原因是介面性質變化，水分子進入蛋白分子內部，改變內部的結構屬性，從而使蛋白的構象發生變化。

（二）化學因素

A.pH值

pH是導致蛋白變性的重要因素，這是因為在極端pH值時，蛋白質分子內的離子基團產生強靜電排斥作用，促使蛋白質分子的構象發生變化。

B.無機離子無機離子特別是高價態的無機離子通過改變蛋白分子的表面性質、改變蛋白分子自身的結構狀態而使蛋白變性。陽離子和陰離子均有這種性質，但不同的離子要求不同的濃度。

C.有機溶劑許多有機溶劑可以導致蛋白質分子發生變性。親水有機溶劑通過改變蛋白分子表面性質使蛋白分子變性，疏水有機溶劑由於進入蛋白分子內部而改變蛋白分子構象，從而導致變性。

D.有機化合物的水溶液一些有機化合物在水溶液中可以導致蛋白質分子發生變性。不同種類的有機物使蛋白變性的原因不盡相同。如尿素和胍鹽能斷裂蛋白分子間或分子內的氫鍵，打斷水分子之間的氫鍵結構而改變水的極性，從而使蛋白發生變性；表面活性劑，如十二烷基磺酸鈉（SDS）是蛋白分子變性的重要因素，這類物質使蛋白變性的原因是在蛋白質的疏水區和親水環境之間起著媒介作用，除了可以破壞蛋白分子內的疏水相互作用外，還促使天然蛋白質伸展；另外表面活性劑能與蛋白質分子強烈的結合，在接近中性pH值時使蛋白質帶有大量的淨負電荷，從而增加蛋白質內部的斥力，使伸展趨勢增大，這也是SDS類表面活性劑能在較低濃度下使蛋白質完全變性的原因。同時SDS類表面活性劑誘導的蛋白變性是不可逆的。一些具有還原能力的有機化合物，如半胱氨酸、抗壞血酸、巰基乙醇、二硫蘇糖醇等，由於可以通過還原作用導致蛋白分子中的二硫鍵破壞而能夠使蛋白變性。6.2.2蛋白質的功能性質蛋白質的功能性質指在食品加工、貯藏和銷售過程中蛋白質對食品需宜特徵做出貢獻的那些物理和化學性質。主要包括水化性質、表面性質、結構性質和感官性質。6.2.2.1水合性質蛋白質的水合性質就是蛋白質與水結合的能力。蛋白質分子可以通過氫鍵、靜電引力、疏水作用等形式與水分子相互結合：

在宏觀水準上，蛋白質與水的結合是一個逐步進行的過程，即首先形成化合水和鄰近水，再形成多分子層水，如若條件允許，蛋白質將進一步水合，這時表現為：①蛋白質吸收水分充分膨脹而不溶解，這種水合性質通常叫膨潤性；②

蛋白質在繼續水化中被水分散而逐漸變為膠體溶液，具有這種特點的蛋白質叫可溶性蛋白質。蛋白質結合水的能力：幹蛋白質與相對濕度為90～95%的空氣達到平衡時，每克蛋白質所結合水的克數。蛋白質的水合能力可以通過相對濕度法、溶脹法、過量水法、水飽和法等方法進行測定。影響蛋白質水合性質的因素有多種，主要為：蛋白質的總吸水量隨蛋白質濃度的增加而增加；蛋白質在其等電點時水合性質最差，吸水量最少；偏離等電點吸水量增加；隨溫度的升高，蛋白質水合能力變差；低鹽濃度，有助於蛋白分子的水合，在水中的溶解度增加；而高鹽濃度將降低蛋白分子的水化能力。

蛋白質的持水能力：蛋白質吸收水並將水保留在蛋白組織中的能力。6.2.2.2蛋白質的溶解度蛋白質的溶解度是衡量蛋白質食品加工屬性的重要指標。蛋白質的溶解度是蛋白質－蛋白質、蛋白質－溶劑之間相互作用達到平衡時的熱力學表現形式。蛋白質的溶解性能可以用水溶性蛋白質（WSP）、水可分散蛋白質（WDP）、蛋白質分散性指標（PDI）、氮溶解性指標（NSI）來評價；其中PDI和NSI已是美國油脂化學家協會採納的法定評價方法。蛋白質在水中的溶解度不僅與自身組成和結構有關，也與溶液pH、離子強度、溫度和蛋白質濃度有關。6.2.2.3蛋白質溶液的黏度蛋白質溶液屬於膠體溶液，通常具有一定的黏度；一種流體的黏度(viscotity)反映了它對流動的阻力，其本質可用黏度係數(μ)來表示，其關係式為：

τ＝μγ

其中τ為剪切力，γ為剪切速度（或流動速度）。蛋白溶液不屬於牛頓流體，即不屬於恒定黏度係數的溶液，其黏度係數隨流動速度的增加而降低。這種性質成為假塑或剪切稀釋。影響蛋白流體黏度的主要因素是溶液中蛋白分子或蛋白顆粒的表觀直徑，表觀直徑越大，黏度越大；表觀直徑又取決於：①蛋白分子固有的特性，如摩爾品質、大小、體積、結構、電荷和易變形程度；②蛋白質－溶劑間的相互作用，這種作用會影響蛋白質的溶脹、溶解度和水合作用；③蛋白質－蛋白質的相互作用，它將決定聚集體的大小。對於高濃度的蛋白質體系，這種作用起主要的作用。造成剪切稀釋的原因可以解釋為：①分子在流動的方向上逐步定向，因而使摩擦阻力下降；②蛋白質水化球在流動的方向上變形；③氫鍵和其他弱鍵的斷裂導致蛋白質聚集體或網路結構解體。這些因素都使蛋白質分子或顆粒在流動方向上的表觀直徑減小，因而其黏度係數減小。當停止剪切處理時，原來的聚集體或網路結構能重新形成，則黏度係數的降低是可逆的，這種體系稱為觸變體系，如大豆蛋白離析物和乳清蛋白濃縮物的分散體系就是觸變的。6.2.2.4蛋白質的膠凝作用關於蛋白在溶液中聚集形態變化的幾個概念：蛋白質的締合(association)：指蛋白質在亞單位或分子水準上發生的變化；聚合(polymerization)或聚合反應(aggregation)一般是指大的複合物的形成；沉澱作用(precipitation)：指由於蛋白質的溶解性完全或部分喪失而引起的聚集反應；絮凝(flocculation)指蛋白質未發生變性時的無規則聚集反應，這常常是因為鏈間的靜電排斥力降低而發生的一種現象；凝結作用(coagultion)：將發生變性的無規則聚集反應和蛋白質－蛋白質的相互作用大於蛋白質－溶劑相互作用引起的聚集反應；膠凝作用（gelation)：變性的蛋白質分子聚集並形成有序的蛋白質網路結構的過程。

蛋白質的膠凝作用是蛋白質的一種非常重要的功能性質，在許多食品，如皮凍、豆腐、碎肉製品和魚制食品等的製備中起著主要的作用。還可發揮增稠、提高吸水性、顆粒黏結和提高乳濁液或泡沫的穩定性。按照引起蛋白凝膠形成條件的差異，將食品蛋白凝膠可以分作以下類型：

①加熱後再冷卻而形成的凝膠。這種凝膠多為熱可逆凝膠，如明膠凝膠；

②在加熱下所形成的凝膠，這種凝膠很多不透明而且是不可逆凝膠，如蛋清蛋白在加熱中形成的凝膠；

③由鈣鹽等二價離子鹽形成的凝膠，如豆腐；

④不加熱而經部分水解或pH調整到等電點而形成的凝膠，如用凝乳酶製作乾酪、乳酸發酵製作優酪乳和皮蛋生產中堿對蛋清蛋白的部分水解等。迄今為止，對於蛋白質凝膠的形成機制還不十分清楚，但一般認為蛋白質網路的形成是由於蛋白質－蛋白質和蛋白質－溶劑（水）的相互作用以及鄰近肽鏈之間的吸引力和排斥力達到平衡的結果。影響蛋白凝膠形成的因素很多，掌握這些因素及影響的規律，可以有效的控制食品加工中蛋白凝膠形成的程度和品質。6.2.2.5蛋白質的織構化蛋白質的織構化(texturization)指經過一定的處理過程，使原本不具有畜肉那樣組織結構的蛋白質（特別是植物蛋白），變得具有畜肉的組織結構和咀嚼性。也就是人造肉的過程。蛋白質織構化的方法由熱凝結、纖維形成、熱塑性擠壓等方法。6.2.2.6麵團的形成

麵團形成性：一些植物（小麥、黑麥、燕麥、大麥等）的麵粉在室溫下與水混合並揉搓後可形成粘稠、有彈性的麵團，將這種性質叫做麵團的形成性。

麵團形成的主要因素是這些麵粉中含有麵筋蛋白，包括麥醇溶蛋白和麥穀蛋白，它們是小麥中蛋白質的主體成分（80%)，在水中不溶解。麥醇溶蛋白指那些可溶解於70%醇中的麵粉蛋白，相對分子量在35000～75000之間，含有鏈內二硫鍵；麥穀蛋白分子品質可達數百萬，既含有鏈內二硫鍵，也含有鏈間二硫鍵。由於麵筋蛋白中富含穀氨醯胺（超過33%）、脯氨酸(15%～20%)、絲氨酸及蘇氨酸等，它們傾向於形成氫鍵，這在很大程度上解釋了麵筋蛋白的水吸收能力（其吸水量為幹蛋白質重量的180%～200%)黏著性質；麵筋蛋白中還含有較多的非極性氨基酸，這對水化麵筋蛋白質的聚集作用、粘彈性和與脂肪的有效結合有關；麵筋蛋白質中還含有眾多的二硫鍵，這是麵團物質產生堅韌性的原因。具體到其中的兩類主要蛋白，麥穀蛋白決定著麵團的彈性、黏合性和擴張強度；麥溶蛋白具有促進麵團流動性、伸展性和膨脹性的作用。

麵團形成的過程為當面粉和水混合並被揉搓時，麵筋蛋白開始水化、定向排列和部分展開，促進了分子內和分子間二硫鍵的交換反應及增強了疏水的相互作用，當最初麵筋蛋白質顆粒變成薄膜時，二硫鍵也使水化麵筋形成了黏彈性的三維蛋白質網路，於是便起到了截留澱粉粒和其他麵粉成分的作用。麵筋蛋白在水化揉搓過程中網路的形成可通過加入半胱氨酸、偏亞硫酸氫鹽等還原劑破壞二硫鍵、加入溴酸鹽等氧化劑促使二硫鍵形成，從而降低麵團的黏彈性或促進黏彈性而得到證明。6.2.2.7蛋白質的乳化性質一、蛋白質的乳化性質及其本質蛋白質可以促進乳濁液形成及穩定的性質，稱為蛋白質的乳化性質；蛋白質具有乳化性質的原因是其具有兩親性，即既親水也親油的性質；其促進乳濁液形成並穩定的本質是在油水體系中，蛋白質能自發地遷移到油－水界面和氣水界面，到達介面後，疏水基定向到油相和氣相而親水基定向到水相並廣泛展開和擴散，在介面形成一種蛋白質吸附層，從而起到穩定乳濁液的作用。二、影響蛋白質乳化作用的因素影響蛋白質乳化作用的因素很多，主要有以下幾個方面：

a.蛋白質的疏水性和介面存在形式：蛋白質的疏水性越強，在介面吸附的蛋白質濃度越高，介面張力越低，乳濁液越穩定；蛋白質在介面上以列車狀、圈狀、尾狀等形式存在，列車狀有利於表面張力的降低和乳濁液的穩定。蛋白質的溶解度與其乳化容量或乳狀液的穩定性呈正相關關係，不溶解的蛋白質對乳化作用的貢獻很小，但不溶性的蛋白質顆粒常常能夠在已經形成的乳狀液中起到加強穩定作用。

b.pH對蛋白質乳化作用有明顯的影響。如果蛋白質在其等電點時仍有較大的溶解度，這種蛋白具有優良的乳化性能，如在等電點時溶解度較小，則乳化性能較差。

c.加熱使蛋白的乳化性能減弱；

d.加入小分子的表面活性劑也使蛋白的乳化性能降低。6.2.2.8蛋白質的起泡性質一、食品泡沫的形成與破壞泡沫型食品是食品中的重要類型，如蛋糕、麵包、冰激淩等，在這些食品的生產中往往要形成穩定而細膩的泡沫；而在有些食品的生產中必須避免泡沫的形成或破壞已經形成的泡沫。泡沫通常指氣泡分散在含有表面活性劑的連續液相或半固相的分散體系。泡沫的基本單位是液膜包圍的氣泡，氣泡的直徑從1μm到數cm不等。液膜和氣泡間的介面上吸附著表面活性劑，起著降低表面張力和穩定氣泡的作用。蛋白質的食品生產中可以作為起泡劑使用。這是應為蛋白質具有表面活性劑的性質和成膜性。例如雞蛋清中的水溶性蛋白在雞蛋液攪打時可被吸附到氣泡表面來降低表面張力，又因為攪打過程中的變性，逐漸凝固在氣液介面間形成有一定剛性和彈性的薄膜，從而使泡沫穩定。良好的食品泡沫應該具有以下特點：①含有大量的氣泡；②在氣相和連續液相之間要有較大的表面積；③要有能脹大，且有剛性或半剛性並有彈性的膜或壁；④溶質的濃度在表面較高；⑤有可反射的光，看起來不透明。

在食品生產中可以通過不同方法形成蛋白泡沫：一種是將氣體通過一個多孔分散器鼓入低濃度的蛋白溶液中；第二種是在大量氣體存在的條件下，通過打擦或振盪蛋白質溶液而產生泡沫；第三中方法是將一個預先給加壓的氣體溶於要生產泡沫的蛋白質溶液中，突然減壓，系統中的氣體則會膨脹而形成泡沫。由於泡沫是介穩的氣體分散體系，因此借助於一些條件改變或施加作用，可以使泡沫破壞。①在重力、氣泡內外壓力差和蒸發的作用下，通過液膜排水使泡沫破壞；②氣泡從小泡向大泡擴散會導致泡沫破壞；③受機械剪切力、氣泡碰撞力和超聲振盪的作用，氣泡液膜也會破裂。二、蛋白質起泡性質的評價評價蛋白質起泡性質，可以用泡沫密度、泡沫強度、氣泡平均直徑和直徑分佈、起泡能力、泡沫穩定性等指標表示。常用的是起泡力和泡沫穩定性。測定蛋白質起泡力的方法：將一定濃度和體積的蛋白質溶液加入帶有刻度的容器內，用一定的方法使其起泡，測定泡沫的最大體積，分別計算泡沫的膨脹率(overrun)和起泡力(foamability)。泡沫膨脹率＝[(總分散體系體積－原來液體體積)/原來液體體積]×100

起泡力＝[泡沫中氣體的體積/泡沫中液體的體積]×100

測定泡沫穩定性的方法：①在起泡完成後，迅速測定泡沫體積，然後在一定條件下放置一段時間（通常為30min）後再測定泡沫體積，計算泡沫穩定性：泡沫穩定性＝[放置30min後的體積/泡沫的初體積]×100；②測定液膜排水或1/2排水所需的時間。如果鼓泡形成泡沫，可在刻度玻璃儀器中直接起泡，然後觀察排水過程和測量1/2排水所需時間；如果攪打起泡，測定應在特製的不銹鋼儀器中進行，該儀器有專門的下水裝置收集排水，可連續測量排水過程和排水時間。三、影響蛋白質起泡的因素

a.蛋白質性質：氣－水界面的自由能顯著地高於油－水界面的自由能，作為起泡劑的蛋白質必須具有快速地分散至氣－水界面的能力，並隨即將介面張力降到低水準。介面張力的降低取決於蛋白質分子在介面上快速展開、重排和暴露疏水基團的能力，因此蛋白質的疏水性、在介面上的柔性、水溶性、缺乏二級和三級結構等對蛋白質的起泡力有重要的作用。泡沫穩定要求蛋白質能在第一個起泡周圍形成具有一定厚度、剛性、黏性和彈性的連續和氣體不能滲透的吸附膜，因此需要分子品質較大、分子間較易發生相互結合或黏合的蛋白質；為了適應介面變形，為了自身和吸引的水分子穩定地保持在氣/水界面上，起泡蛋白還必須具有較理性分佈的親水和

疏水區，即是說泡沫的穩定性取決於蛋白質膜的流變性質，因此，往往具有良好起泡能力的蛋白質不具有穩定泡沫的能力，而能產生穩定泡沫的蛋白質往往不具有良好的起泡力。

b.蛋白溶液濃度：蛋白質要發揮起泡性，其在溶液中必須有一定的濃度，一般這種濃度為2%～8%，由此濃度開始增加則起泡能力增加，但濃度過大（一般超過10%）則會由於蛋白質溶解度下降而導致氣泡變小，泡沫變硬。

c.溫度：氣泡前適當加熱可提高多數蛋白的起泡能力，但當加熱過度則會損害蛋白的起泡能力，起到破壞泡沫的作用。

d.pH值：溶液的pH硬性著蛋白質的荷電狀態，因而改變其溶解度、相互作用力及持水力，也就改變了蛋白質的起泡性質和泡沫的穩定性。

e.鹽類物質種類和濃度：鹽類不僅影響蛋白質的溶解度、黏度、伸展和聚集，也改變其起泡性質，這取決於鹽的種類、濃度和蛋白質的性質。如食鹽通常能增大泡沫膨脹力和降低泡沫穩定性；鈣離子能與蛋白質的羧基形成橋鍵而使泡沫穩定性提高等。

f.糖類物質的存在：小分子糖可以提高泡沫的穩定性但卻降低蛋白質的起泡能力。提高泡沫穩定性的原因主要是由於提高了體相的黏度，從而降低了泡沫結果中薄層液體的排出速度；降低起泡力的原因主要是在糖溶液中，蛋白質分子的結構比較穩定，當其吸附到介面上時較難展開，這樣就降低了蛋白質在攪打時產生大的介面面積和泡沫體積的能力。

g.脂類物質的存在：脂類物質，由其是磷脂類物質具有比蛋白質更大的表面活性，可以競爭的方式取代介面上的蛋白質，於是減少了膜的厚度和黏合性並最終因膜的削弱而導致泡沫穩定性下降。

h.攪打：攪打或攪拌的時間和強度明顯影響蛋白質的起泡能力；但既要足夠也要適當，過度攪打將破壞泡沫。6.2.2.9蛋白質與風味物質的結合蛋白質與風味物質的結合指蛋白質通過某種形式與一些氣味性物質結合而將這些物質固定的性質。這種性質在食品加工中有重要的用途。蛋白質與風味物質的結合通過弱鍵進行，主要有物理吸附和化學吸附，前者為範德華結合和毛細管吸附，後者包括靜電吸附、氫鍵結合和共價結合。蛋白質通過分子中的基團或鏈段與風味物質結合。極性風味物質可以與極性氨基酸殘基形成氫鍵；弱極性的風味物質可以與弱極性氨基酸的脂溶性殘基或蛋白質的疏水區結合；蛋白質中的一些部位還可以與一些風味物質發生較強的結合，如一些醛、酮類揮發物可以與賴氨酸的末端氨基形成Schiff堿，而一些胺類揮發物可與天門冬氨酸、谷氨酸的末端羧基形成醯胺鍵。可以將蛋白質與風味物質的結合表示為：

Pr+nL=PrLn

此式表示蛋白質分子中具有多個結合風味物質的位點並結合了多個風味物質分子。按照這種作用模式，可以借用斯卡特卡爾（Scatchard）關係式表示蛋白質和風味物質之間的相互作用：

V/[L]=nK-Vk

式中：V是每mol蛋白質結合風味物質的mol數；[L]是平和時游離的風味物的濃度(mol/L)；n是每mol蛋白質具有的總結合部位數；K是平衡結合常數。影響蛋白質與風味物質結合的因素包括其他可以影響蛋白構象的物質、水、pH、加熱、蛋白的化學改性等。6.2.2.10蛋白質的改性蛋白質的改性即指通過採用物理、化學、酶學或基因的方法是蛋白質的組成、大小、所帶基團及分子的結構（包括高級結構）發生變化，從而改變蛋白質的理化性質和生物活性的過程。蛋白質改性的目的是擴大蛋白資源範圍，為食品加工提供可利用的蛋白原料。蛋白質改性較常用的方法包括化學改性和酶法改性。一、化學改性

a.酸或堿的有限水解：利用酸或堿的催化作用將蛋白質部分水解，可以增加蛋白質的溶解度，從而提高其持水性、乳化性和起泡性等，也可提高人體的吸收利用程度。

b.磷酸化：蛋白質的磷酸化可以通過POCl3或三聚磷酸鈉與蛋白質的反應而實現。蛋白質分子鏈上所帶的羥基、氨基、羧基可以與反應物發生酯化反應而帶上磷酸基或發生交聯。經過磷酸化處理後的蛋白質可能發生兩個方面的性質變化，當分子中增加了自由的磷酸基時，蛋白質的溶解性能會發生變化，親水性增加，乳化性能、起泡性能得到改善；當交聯程度增加時，改變了蛋白質的荷電特性，會增加蛋白質的凝膠特性，增加黏彈性等。

c.醯基化：利用乙酸酐、琥珀酸酐等物質與蛋白質反應，可以將醯基結合於蛋白分子中的羥基、氨基、巰基等基團上而導致醯基化。當在蛋白質分子中引入乙醯基或琥珀醯基後，會導致蛋白分子伸展、亞基間解離的趨勢增加，從而導致蛋白的溶解度、乳化力和脂肪吸收容量等性能得到改善。蛋白質的醯基化還可除去一些抗營養因數，如豆類食物中的植酸，主要由蛋白質帶入體內。而將豆類中的蛋白分子醯基化後，可以大大降低與植酸的結合能力，使植酸游離而形成植酸鈣而去除。二、酶法改性

a.酶法水解：利用大量可供利用的蛋白水解酶，可以對不同來源的蛋白質進行水解。蛋白經過水解後，可以提高溶解性能，增加體內的吸收；也可以