第五章 蛋白质.ppt

1、第五章 蛋白质,本章重点,1.蛋白质变性及影响因素 2.蛋白质的功能性质（水合、凝胶、乳化、起泡作用及影响因素） 3. 蛋白质在加工贮藏过程中的变化,5.1概 述,一、蛋白质的定义 蛋白质：是一切生物体中普遍存在的，由天然氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子；其种类繁多，各具有一定的相对分子质量，复杂的分子结构和特定的生物功能；是表达生物遗传性状的一类主要物质。,二、蛋白质的作用 1.蛋白质是生物体内必不可少的重要成分,蛋白质占干重 人体中（中年人） 人体 45% 水55% 细菌 50%80% 蛋白质19% 真菌 14%52% 脂肪19% 酵母菌 14%50% 糖类1% 白地菌50% 无机盐7%

2、,2.蛋白质是一种生物功能的主要体现者 3.外源蛋白质有营养功能，而且蛋白质对食品的质构、风味和加工性状有重要影响。,蛋白质在食品加工中的意义,蛋白质是食品中三大营养素之一 蛋白质对食品的色、香、味及组织结构等具有重要意义 一些蛋白质具有生物活性功能，是开发功能性食品原料之一,三、蛋白质的组成,1.元素组成 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳 50 氢 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量,由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据样品中的含氮

3、量来计算蛋白质的大概含量 蛋白质N 6.25（10016）,蛋白质的分类,一. 依据蛋白质的外形分类 按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。 1.球状蛋白质：（globular protein）外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。 2.纤维状蛋白质(fibrous protein)分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。,二.依据蛋白质的组成分类,1.简单蛋白(simple protein) ：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。 （1）清蛋白和球蛋白：albumin and globul

4、in广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。 （2）谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于7080乙醇中。 （3）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在于细胞核中。 （4）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。,2.结合蛋白(conjugated protein)：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成 （1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。 （2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。 （3）脂蛋

5、白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清-，-脂蛋白等。 （4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。 （5）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。,食品中蛋白质来源,动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳 植物中蛋白质：如大豆、谷物 微生物中蛋白质：酵母,5.2 氨基酸的物理化学性质 一、氨基酸的结构与分类,1.氨基酸的结构 氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十多种，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：,与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为-氨基酸,COOH H2N

6、CH -碳原子基团 R R基团,-氨基酸基本结构通式,2.常见氨基酸的分类,中性AA （1）按R基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA （2）按R基团的 疏水性R基团AA 电性质分 不带电荷极性R基团的AA 带电荷R基团的AA,（3）按R基团的化学结构分 脂肪族AA 芳香族AA 杂环族AA,二.氨基酸的重要理化性质 1.一般物理性质 常见氨基酸均为无色结晶,溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。,（2） 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。 （3） 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的味甜、有的味

7、苦。 （4）旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。,(5)光吸收：构成蛋白质的氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。,2.氨基酸的酸碱性质 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化,氨基酸在pH=7时水中存在形式,不是,氨基酸的酸碱性质

8、,氨基酸是酸,氨基酸是碱,+ H+,+ H+,当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。 在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。,3.氨基酸的疏水性 氨基酸的疏水性，是影响氨基酸溶解行为的重要因素，也是影响蛋白质和肽的物理化学性质（如结构、溶解度、结合脂肪的能力等）的重要因素。 定义为：在相同的条件下，一种溶于水中的溶质的自由能与溶于有机溶剂的相同溶质的自由能相比所超过的数值。 氨基酸从乙醇转移至水的自由能变化表示氨基酸侧链的疏水性，将此变化值标作G。 不同氨基酸的G值如下

9、表所示。,4.氨基酸的化学性质 (1)与茚三酮的反应（颜色反应） 氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应。生成NH3与酮酸 加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还原型茚三酮。 NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。,（2）与荧光胺的反应 用于氨基酸、肽和蛋白质快速定量测定,（3）其他反应 成盐、成酯、成肽、脱羧反应,5.3肽,蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到10

10、00000道尔顿甚至更大,基本问题-肽 一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。 由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序 通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。 氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。,多肽,天然存在的重要多肽,在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。 但是，也有许多分子量比较小的多

11、肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽,活性肽的种类及功能 生物活性肽也称作功能肽，是近年来非常活跃的研究领域，其应用涉及到生物学、医药学、化学等多种学科，在食品科学研究及功能食品开发中也显示出美好的前景。 功能肽按照获得途径的差异可以分作两种类型，一类是由生物体特别是动物体内获得的天然功能肽；另一类是利用动植物蛋白，通过水解或酶解，再经过活性筛选而获得的

12、外源性功能肽。,一、天然活性肽 目前，由自然界已经获得了种类多样、功能各异的生物活性肽 昆虫抗菌肽 ：迄今为止，已有150多种昆虫抗菌肽被分离鉴定，许多抗菌肽已被测序并进行了初步的基因定位和表达调控机制研究。昆虫抗菌肽已成为当前研究的热点，某些抗菌肽正在通过基因工程技术开始工业化生产并用于农业、工业和食品卫生等多个领域。,天然活性肽举例,昆虫抗菌肽具有强而广谱的抗菌、抗癌、抗病毒的能力，对高等动物机体的正常细胞无损伤。 抗菌肽的作用机理：不同的抗菌肽在其杀菌方式上可能存在一些差异。 有的通过在细菌膜上形成孔道，造成细胞内物质泄漏而达到杀菌的效果； 有些还可能抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持

13、正常的细胞形态而生长受阻，等等。,二、外源性活性肽 以天然蛋白作为原料通过水解或酶解的方法，获得大量的肽类，从中筛选活性肽，目前已成为扩大功能肽研究范围、发现新型多肽的有效途径。 目前已有实际应用的外源性功能肽的制备方法有化学水解法、酶水解法、合成法等。,三、活性肽在食品中的应用 营养学研究证明，功能肽类在人体内的消化吸收明显优于蛋白质和单个氨基酸，对人体内蛋白质的合成无任何不良影响，而且具有促进钙吸收、降血压、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、胶凝程度减小，发泡性丧失，具有优良的加工性能。,肽的理化性质 一、肽的物理性质 A、肽的两性：与氨基酸相

14、似，肽类物质也具有两性和等电点。 B、黏度与溶解度 天然蛋白的水溶液当其浓度超过13%时就会形成凝胶，不利于蛋白溶液的制备；而多肽即使在50%的高浓度下和在较宽的pH范围内仍能保持溶解状态，同时还具有较强的吸湿性和保湿性，可生产高蛋白饮料和高蛋白果冻。,C、渗透压和对产品质构的调节作用 当一种液体的渗透压比体液高时，易使人体周边组织细胞中的水分向胃肠移动而出现腹泻。多肽溶液的渗透压比氨基酸溶液要低，因此可以克服因氨基酸溶液渗透压高而导致的问题。 多肽具有抑制蛋白质形成凝胶的性能，可利用此性质来调整食品的质构。如水产、肉、禽蛋白在加热时因形成凝胶而变硬，适量加入大豆多肽，就会起到软化的作用。,二

15、、化学性质 肽类物质基本的化学性质和氨基酸基本的化学性质相同，都是由其特征性官能团决定的。但肽和蛋白可以发生双缩脲反应而氨基酸则不能。,蛋白质的一级结构,1. 蛋白质的一级结构(Primary structure)包括： (1)组成蛋白质的多肽链数目. (2)多肽链的氨基酸顺序， (3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。,5.4蛋白质的结构,蛋白质的二级结构 蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角。,多

16、肽链围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离0.15nm. 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。 蛋白质分子几乎为右手-螺旋。,左手和右手螺旋,(1). -螺旋,（2） -折叠 -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。 -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。 -折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。

17、,（3） -转角 由四个氨基酸残基组成.四个形成转角的残基中，第三个一般均为甘氨酸残基弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,蛋白质的三级结构 多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠，从而生成特定的空间结构。 包括主链和侧链的所有原子的空间排布一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核，极性侧链在分子表面,蛋白质的四级结构 许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。 蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基

18、在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。,维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键 维系蛋白质分子的二级结构：氢键 维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键 维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键,a盐键（离子键 ） b氢键 c疏水相互作用力 d 范德华力 e二硫键,5.5蛋白质的变性作用 一、蛋白质变性的概念及监测方法 A、定义：把蛋白质二级及其以上的高级结构在一定条件（加热、酸、碱、有机溶剂、重金属离子等）下遭到破坏而一级结构并未发生变化的过程叫蛋白质的变性。 由于外界因素的作用，使天然蛋白质分子的构象发生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常

19、变化，不包括一级结构上肽键的断裂。,除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由变性态恢复到天然态。,不可逆变性,除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象由变性态不能恢复到天然态。,可逆变性,变性蛋白质通常都是固体状态物质，不溶于水和其它溶剂，也不可能恢复原有蛋白质所具有的性质。所以，蛋白质的变性通常都伴随着不可逆沉淀。 引起变性的主要因素是热、紫外光、激烈的搅拌以及强酸和强碱等。,B、蛋白质变性所产生的影响： 溶解度降低，原因是二级结构发生变化，疏水基团暴露于分子表面； 与水的结合能力降低； 生物活性（功能）丧失； 容易被水解； 黏度变大； 难以结晶。,C、根据一系列物理性质、光学性质

20、、生物功能等的改变来监测蛋白质的变性。 如超离心沉降特性、黏度、溶解度、电泳特性、旋光色散、圆二色性、X射线衍射、紫外差示光谱、红外光谱、热力学性质、免疫性质等。,二、蛋白质变性的热力学和动力学 下图示意了单体球蛋白变性过程中变性程度与变性因素变化之间的关系,图中Y代表随蛋白质构象变化而变化的任何可测定的物理或化学性质, YN和YD分别代表在天然或变性状态下的Y。 由图可以看出，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

21、谓的“两状态转变模型”。,三、影响蛋白变性的因素 （一）物理因素 A.加热 加热变性的基本过程：当蛋白质溶液被逐渐的加热并超过临界温度时，溶液中的蛋白质将发生从天然状态向变性状态的剧烈转变。此转变温度被称作熔化温度（Tm）或变性温度（Td。 蛋白热变性的一般规律：大多数蛋白质在4550时开始变性，但也有些蛋白的Td可以达到相当高的温度，如燕麦球蛋白108等。当加热温度在临界温度以上时，每提高10，变性速度提高600倍。,B.冷冻 蛋白质可以发生冻结变性。 一方面是由于蛋白质周围的水与其结合状态发生变化，这种变化破坏了一些维持蛋白原构象的力，同时由于水保护层的破坏，蛋白质的一些基团就可以发生直接

22、的接触和相互作用，导致蛋白质发生聚集或原来的亚基发生重排。 另一方面，由于大量水形成冰后，剩余的水中无机盐浓度大大提高，这种局部的高浓度盐也会使蛋白质发生变性。,C.流体静压 压力也可使蛋白变性，但一般在25下要求1001200MPa的比较高的压力。 压力诱导蛋白质变性的原因主要是蛋白质的柔性和可压缩性。 由于高流体压力可以使微生物细胞膜及细胞内的蛋白发生变性，从而导致微生物死亡，因此现在高流体静压加工正在成为食品加工中的一项新技术。,D.剪切力 一些食品在加工过程，如挤压、打擦、捏合、高速均质等，会产生高的剪切力。这样的剪切力加上高温能使蛋白质发生不可逆的变性。 E.电磁辐射 电磁辐射是一种

23、能量，可以通过改变分子内链段间及亚基间的结合状态而使蛋白分子变性；如果仅仅影响蛋白分子的构象，只发生变性而不会导致营养价值的改变；如果能量高至可以通过氧化、共价键断裂、离子化、形成自由基等形式使氨基酸残基发生变化，便会导致营养价值的降低。 F.界面性质 改变蛋白质水溶液的界面性质，也可以加速或直接使蛋白质分子发生变性。其主要原因是界面性质变化，水分子进入蛋白分子内部，改变内部的结构属性，从而使蛋白的构象发生变化。,（二）化学因素 A.pH值 pH是导致蛋白变性的重要因素，这是因为在极端pH值时，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子的构象发生变化。 B.无机离子 无机离子特别

24、是高价态的无机离子通过改变蛋白分子的表面性质、改变蛋白分子自身的结构状态而使蛋白变性 C.有机溶剂 许多有机溶剂可以导致蛋白质分子发生变性。亲水有机溶剂通过改变蛋白分子表面性质使蛋白分子变性，疏水有机溶剂由于进入蛋白分子内部而改变蛋白分子构象，从而导致变性。,D.有机化合物的水溶液 一些有机化合物在水溶液中可以导致蛋白质分子发生变性。不同种类的有机物使蛋白变性的原因不尽相同。 如尿素和胍盐能断裂蛋白分子间或分子内的氢键，打断水分子之间的氢键结构而改变水的极性，从而使蛋白发生变性； 表面活性剂，如十二烷基磺酸钠（SDS）是蛋白分子变性的重要因素，SDS类表面活性剂诱导的蛋白变性是不可逆的。 一些

25、具有还原能力的有机化合物，如半胱氨酸、抗坏血酸、巯基乙醇、二硫苏糖醇等，由于可以通过还原作用导致蛋白分子中的二硫键破坏而能够使蛋白变性。,5.6蛋白质在食品中的功能性质,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。,水化性质、表面性质、结构性质、感观性质,水化性质,结构性质,表面性质,感观性质,5.6.1蛋白质的水合性质,蛋白质的水合是通过蛋白质的肽键和氨基酸侧链与水分子间的相互作用实现的,如分散性、湿润性、溶解性、黏度、胶凝作用、乳化和起泡性等，都取决于水-蛋白质的相互作用。,作用方式：,结合过程,化合水和邻近水 多分子层水 进一步

26、水化,A.非水合蛋白质 B.带电基团的最初水合 C.在接近极性和带电部位形成水簇 D.在极性表面完成水合 E.非极性小区域的水合完成单分子层覆盖 F.在与蛋白质缔合的水和体相水之间架桥 G.完成流体动力学水合,蛋白质结合水的能力 当干蛋白质与相对湿度为90%-95%的水蒸汽达到平衡时每克蛋白质所结合的水的克数。,膨润性：蛋白质吸水充分膨胀而不溶解，这种水化性质通常叫膨润性。 可溶性蛋白：蛋白质在继续水化中被水分散而逐渐变为胶体溶液，具有这种水化特点的蛋白质叫可溶性蛋白质。,氨基酸残基的水合能力,带电的氨基酸残基数目越大， 水合能力越大。,各种蛋白质的水合能力,蛋白质水合性质的测定方法,相对湿度

27、法（或平衡水分含量法） 溶胀法 过量水法 水饱和法,影响蛋白质水合性质的环境因素,浓度 浓度 蛋白质总吸水量 pH pHpI 水合作用最低 高于或低于pI，水合作用增强 （净电荷和推斥力增加） pH 9-10时水合能力较大 温度 温度 蛋白质结合水的能力 （变性蛋白质结合水的能力一般比天然蛋白质高约10）,影响蛋白质水合性质的环境因素,盐 在低盐浓度（0.2mol/L）时，离子同蛋白质荷电基团相互作用而降低相邻分子的相反电荷间的静电吸引，从而有助于蛋白质水化和提高其溶解度，这叫盐溶效应。 当盐浓度更高时，由于离子的水化作用争夺了水，导致蛋白质“脱水”，从而降低其溶解度，这叫做盐析效应。,持水能

28、力,是指蛋白质吸水并将水保留在蛋白质组织（如蛋白质凝胶、牛肉和鱼肌肉）中的能力。,蛋白质的持水能力与结合水能力呈正相关,5.6.2溶解度 蛋白质蛋白质、蛋白质溶剂之间相互作用达到平衡时的热力学表现形式。,蛋白质-蛋白质,溶剂-溶剂,蛋白质-溶剂,+,实 质,疏水相 互作用,离子相 互作用,+,蛋白质的溶解度大小,Bigelow的蛋白质溶解度理论,氨基酸残基平均 疏水性的大小,电荷频率高低,决定,蛋白质溶解度,决定,平均疏水性越小和电荷频率越大，蛋白质溶解度越大,影响因素,pH和溶解度 大多数食品蛋白质的溶解度pH是一条U形曲线，最低溶解度出现在蛋白质等电点附近,植物蛋白质提取: pH89高度溶

29、解 pH4.54.8处采用等电点沉淀。,影响因素,离子强度,阴离子提高蛋白质溶解度的能力按下列顺序： SO2-4F-CI-Br-I-CIO4-SCN-； 阳离子降低蛋白质溶解度的能力按下列顺序： NH4KNaLiMg2Ca2。,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（1.0）离子效应 SO42-、 F-盐析，溶解度降低 ClO4-、SCN-盐溶，提高溶解度,影响因素,温度 040 温度，溶解度 40 温度，溶解度,一些高疏水性蛋白质，像-酪蛋白和一些 谷类蛋白质的溶解度却和温度呈负相关 。,影响因素,有机溶剂 导致蛋白质溶解度下降或沉

30、淀,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,5.6.3 蛋白质溶液的黏度,蛋白质溶液属于胶体溶液，通常具有一定的黏度； 一种流体的黏度(viscotity)反映了它对流动的阻力，其本质可用黏度系数()来表示，其关系式为： 其中为剪切力，为剪切速度（或流动速度）。,理想溶液 蛋白质溶液,牛顿流体,假塑性或剪切稀释,蛋白质切变稀释的原因：,分子朝着流动方向逐渐取向，使磨擦阻力减少。 蛋白质的水合范围沿着流动方向形变。 氢键和其他弱键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的解离。,影响蛋白质流体粘度特性因素：,蛋白质分子或颗粒的表观直径 表观直

31、径 黏度,蛋白质分子固有的特性。 蛋白质-溶剂间的相互作用。 蛋白质-蛋白质间的相互作用。,5.6.4蛋白质的胶凝作用,蛋白质的缔合：一般是指蛋白质在亚单位或分子水平上发生的变化。 聚合或聚集反应：一般是指大的复合物的形成。,聚合或聚集反应:,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

32、程。,按照引起蛋白凝胶形成条件的差异，将食品蛋白凝胶可以分作以下类型： 加热后再冷却而形成的凝胶。这种凝胶多为热可逆凝胶 在加热下所形成的凝胶，这种凝胶很多不透明而且是不可逆凝胶 由钙盐等二价离子盐形成的凝胶 不加热而经部分水解或pH调整到等电点而形成的凝胶,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

33、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,迄今为止，对于蛋白质凝胶的形成机制还不十分清楚，但一般认为蛋白质网络的形成是由于蛋白质蛋白质和蛋白质溶剂（水）的相互作用以及邻近肽链之间的吸引力和排斥力达到平衡的结果。 溶胶状态-似凝胶状态-有序的网络结构状态,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 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78 蛋白质的浓度 浓度越大，越易形成凝胶 金属离子 Ca2+强化了凝胶结构 过量钙桥产生凝结块,5.6.5蛋白质的织构化,蛋白质的

34、织构化是在开发利用植物蛋白和新蛋白质中要特别强调的一种功能性质。 蛋白质的织构化(texturization)指经过一定的处理过程，使原本不具有畜肉那样组织结构的蛋白质（特别是植物蛋白），变得具有畜肉的组织结构和咀嚼性。,蛋白质织构化的方法： 热凝结和形成薄膜 纤维的形成 热塑性挤压,5.6.6面团的形成,面团形成性：一些植物（小麦、黑麦、燕麦、大麦等）的面粉在室温下与水混合并揉搓后可形成粘稠、有弹性的面团，将这种性质叫做面团的形成性。,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

35、性。,过度黏结,过度延展,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、有黏弹性和与脂肪有效结合。 二硫键：使面团坚韧。,5.6.7蛋白质的乳化性质,蛋白质的乳化性质及其本质 蛋白质可以促进乳浊液形成及稳定的性质，称为蛋白质的乳化性质； 蛋白质具有乳化性质的原因是其具有两亲性；其促进乳浊液形成并稳定的本质是在油水体系中，蛋白质能自发地迁移到油水界面，到达界面后，疏水基定向到油相而亲水基定向到水相并广泛展开和扩散，在界面形成一种蛋白质吸附层，从而起到稳定乳浊液的作用。,蛋白质的界面性质,是指蛋白质能自发地迁移至汽-水界面

36、或油-水界面的性质。,具有界面性质的蛋白质必要条件： 能否快速地吸附至界面 能否快速地展开并在界上面再定向 能否形成经受热和机械运动的膜,影响蛋白质乳化作用的因素,蛋白质的溶解度：正相关 pH值 pH=PI 溶解度小时，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度大，增加其他乳化作用 与蛋白质表面疏水性存在正相关。 加热使蛋白的乳化性能减弱； 加入小分子的表面活性剂使蛋白的乳化性能降低。,测定乳化性质的方法 液滴大小分布 乳化活力 乳化能力 乳化稳定性,5.6.8蛋白质的起泡性质 是指蛋白质在汽-液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。 一、食品泡沫的形成与破坏 泡沫通常指气泡分散在含有表面活性

37、剂的连续液相或半固相的分散体系。 泡沫的基本单位是液膜包围的气泡，气泡的直径从1m到数cm不等。液膜和气泡间的界面上吸附着表面活性剂，起着降低表面张力和稳定气泡的作用。,良好的食品泡沫应该具有以下特点： 含有大量的气泡； 在气相和连续液相之间要有较大的表面积； 要有能胀大，且有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁； 溶质的浓度在表面较高； 有可反射的光，看起来不透明。,在食品生产中可以通过不同方法形成蛋白泡沫：一种是将气体通过一个多孔分散器鼓入低浓度的蛋白溶液中； 第二种是在大量气体存在的条件下，通过打擦或振荡蛋白质溶液而产生泡沫； 第三种方法是将一个预先加压的气体溶于要生产泡沫的蛋白质溶液中，突然减

38、压，系统中的气体则会膨胀而形成泡沫。,由于泡沫是介稳的气体分散体系，因此借助于一些条件改变或施加作用，可以使泡沫破坏。 在重力、气泡内外压力差和蒸发的作用下，通过液膜排水使泡沫破坏； 气泡从小泡向大泡扩散会导致泡沫破坏 受机械剪切力、气泡碰撞力和超声振荡的作用，气泡液膜也会破裂。,二、蛋白质起泡性质的评价,评价蛋白质起泡性质，可以用泡沫密度、泡沫强度、气泡平均直径和直径分布、起泡能力、泡沫稳定性等指标表示。常用的是起泡力和泡沫稳定性。 测定蛋白质起泡力的方法：将一定浓度和体积的蛋白质溶液加入带有刻度的容器内，用一定的方法使其起泡，测定泡沫的最大体积，分别计算泡沫的膨胀率(overrun)和起泡

39、力(foamability)。,影响泡沫形成和稳定性的因素,蛋白质的分子性质,有良好起泡力的蛋白质不具有稳定泡沫的能力， 而能产生稳定泡沫的蛋白质往往不具有良好的 起泡力。,影响泡沫形成和稳定性的因素,蛋白质的浓度 2一8，随着浓度增加起泡性增加。 超过10，气泡变小，泡沫变硬。 温度 适当加热处理可提高起泡性能。 过度的热处理则会损害起泡能力。,影响泡沫形成和稳定性的因素,pH值 pH处于或接近pI时，提高了蛋白质的起泡能力和泡沫稳定性。 在pI时蛋白质的溶解度很低，形成泡沫数量较少（泡沫膨胀率较低），但泡沫的稳定性较高。 盐 盐析时则显示较好的起泡性质。 盐溶时则显示较差的起泡性质。,影响

40、泡沫形成和稳定性的因素,糖 损害蛋白质的起泡能力，却改进了泡沫的稳定性。 脂 稳定性下降 搅打 过度激烈搅打也会导致泡沫稳定性降低,5.6.9、蛋白质与风味物质的结合,蛋白质,风味,+,蛋白质-风味,有 利,不 有 利,良好风味载体,与不良风味结合,结合方式,干蛋白粉 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。 液态或高水分食品中蛋白质 非极性配位体与蛋白质表面的疏水性小区相互作用 通过氢键相互作用 静电相互作用 共价键,可以将蛋白质与风味物质的结合表示为： Pr+nL=PrLn 此式表示蛋白质分子中具有多个结合风味物质的位点并结合了多个风味物质分子。 按照这

41、种作用模式，可以借用斯卡特卡尔（Scatchard）关系式表示蛋白质和风味物质之间的相互作用： V/L=nK-Vk 式中：V是每mol蛋白质结合风味物质的mol数；L是平衡时游离的风味物的浓度(mol/L)；n是每mol蛋白质具有的总结合部位数；K是平衡结合常数。,影响蛋白质与风味结合的因素,蛋白质的构象 水：促进极性挥发物的结合。 pH ：碱性pH比在酸性pH更能促进与风味物的结合 。 热 ：热变性蛋白质显示较高结合风味物的能力 。 化学改性：化学改性会改变蛋白质的风味物结合性质。,5.6.10、蛋白质的改性,采用物理、化学、酶学和基因方法改进蛋白质的功能性质。 蛋白质改性的目的是扩大蛋白资

42、源范围，为食品加工提供可利用的蛋白原料。,化学改性 酶法改性,5.7蛋白质的食品加工学特性 5.7.1蛋白质在热处理中的变化 热处理的有利影响： 经过适当的热处理，绝大多数蛋白质的营养价值会得到提高。 适度的热处理也能使食品中的大多数酶由于变性而失活，保证食品在贮藏期间不发生酸败、变色或质构变化。,热处理的不利影响：氨基酸结构（残基）发生变化，导致营养价值降低。,氨基酸结构的变化随着加热温度的不同而不同，如下边的例子： 在115下加热27h，将有50%60%的半胱氨酸被破坏并产生H2S气体：,这种反应对于蛋白的营养价值没有多大伤害，但释放出的氨会导致蛋白质荷电性和功能性质的改变。,蛋白质在超过100度加热，天门冬酰胺和谷氨酰胺还会发生脱氨反应：,在强烈加热（150以上）过程中，赖氨酸的末端氨基容易与天冬氨酸或谷氨酸之间发生反应，形成新的酰胺键,在剧烈加热下，蛋白质多肽链