食品化学第五章蛋白质.ppt

1、第五章蛋白质,江苏食品职业技术学院食品工程系,5.1 蛋白质的化学组成 The chemical structure of protein,一、蛋白质的定义 二、蛋白质的重要性 三、蛋白质的组成,1.蛋白质的定义 The concept of protein,（1） 概念 蛋白质是由氨基酸按各种不同顺序排列结合成的高分子有机物质。,组成蛋白质的基本单元是氨基酸。 自然界氨基酸种类很多，但组成蛋白质的氨基酸约为20种。,2.蛋白质的重要性 The importance of protein,（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 5

2、0%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）蛋白质不仅是构成生物体的最基本物质之一，而且在生命活动中具有重要作用,酶的催化作用 调节作用(多肽类激素) 运输功能 运动功能 免疫保护作用(干扰素) 接受、传递信息的受体,（3）蛋白质有营养功能，在加工过程中起到重要作用,3.蛋白质的元素组成 The elements of protein,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、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

3、氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量,5.2 氨基酸 Acids,一、氨基酸的结构和分类 二、氨基酸的理化性质,1.氨基酸的结构与分类The structure and classification of protein,（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种，除脯氨酸和羟脯氨酸外，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。,除甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为不对称碳原子,所以： A、氨基酸都具有旋光性。 B、每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立

4、体异构体。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。,（2） 氨基酸的分类,中性AA 按R基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA,疏水性R基团AA 按R基团的电性质分 不带电荷极性R基团的AA 带电荷R基团的AA,（3）必需氨基酸：在人体内不能合成，只能由食物提供的氨基酸。,脂肪族AA 按R基团的化学结构分 芳香族AA 杂环族AA,人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸(Lys) 缬氨酸(Val) 蛋氨酸(Met) 色氨酸(Try) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 酪氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe) 婴儿时期所需: 精氨酸(Arg) 组氨酸(His) 早产儿所需：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys

5、),2.氨基酸的理化性质Physicochemical Properties of Amino Acids,（1） 氨基酸的物理性质,溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，一般能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。 味感：氨基酸的味感与其立体构象有关。D-氨基酸多数带有甜味。L-氨基酸有甜、苦、鲜、酸四种不同味感。 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性。,（2） 氨基酸的化学性质,一、氨基酸的等电点,氨基酸的离解性质 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

6、+)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。,PH 1 7 10 净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,一、氨基酸的等电点,氨基酸的等电点 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。 中性氨基酸等电点在56.3，酸性氨基酸等电点在2.83.2，碱性氨基酸在7.610.8。 在等电点时，氨基酸在水中的溶解度最小，易于结晶沉淀。,二、氨基酸与的茚三酮反应,氨

7、基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮。 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。,二、氨基酸与的茚三酮反应,反应要点 A.该反应由NH2与COOH共同参与 B.茚三酮是强氧化剂 C.该反应非常灵敏，可在570nm测定吸光值 D. 测定范围：0.550g/ml E.脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质（不释放NH3） 应用： A.氨基酸定量分析（先用层析法分离） B.氨基酸自动分析仪： 用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定量，记录结果。,

8、脱氨基反应 脱羧基反应,许多重金属离子和氨基酸作用产生螯合物,氨基酸与金属离子的整合作用,氨基酸的脱氨基、脱羧基反应,褐变反应,5.3 蛋白质的结构 The structure of protein,一、蛋白质的一级结构 二、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的三级结构 四、蛋白质的四级结构,1.蛋白质分子的一级结构 The primary structure of protein,（1） 概念 氨基酸按一定的顺序以肽键相联形成的线性多肽链。,组成蛋白质的多肽链数目. 多肽链的氨基酸顺序 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。,（2）肽键的结构,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的

9、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。,2.蛋白质分子的二级结构 The secondary structure of protein,（1）概念 由多肽链上主要骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。,构象：当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排布，这些不同的空间排列称为构象。,（2）二级结构的类型,螺旋结构和-折叠,3.蛋白质分子的三级结构 The tertiary structure of protein,（1）概念 二级结构的蛋白质进一步折叠成为紧密结构

10、时的三维空间排列。,5.4 蛋白质的性质 The properties of protein,一、两性解离和等电点 二、胶凝与膨润 三、沉淀作用 四、蛋白质的变性作用 五、蛋白质的水解 六、呈色反应,一、蛋白质的两性解离和等电点,蛋白质是两性电解质。 蛋白质的等电点：对某一种蛋白质来说，在某一pH时，它所带的正电荷与负电荷恰好相等，即净电荷为零，这一pH称蛋白质的等电点。 等电点与蛋白质性质有密切的关系。 等电点沉淀法。,电泳：在碱性介质（pHpI）中，蛋白质解离成酸，使蛋白质带负电荷，而在酸性介质（pHpI）中，蛋白质解离成碱，使蛋白质带正电荷。因此，若以电流通过蛋白质溶液时，则在碱性介质中

11、蛋白质分子移向阳极，而在酸性介质中，蛋白质分子移向阴极，蛋白质在电场中能够泳动的现象，称为电泳。 由于等电点时蛋白质分子的净电荷为0，故在电场中不会发生移动。 电泳可以把蛋白质从混合液中分离出来。,蛋白质的电泳,二、蛋白质的胶凝作用,蛋白质具有胶体性质：蛋白质的分子量很大，因此它的水溶液必然具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动、不能通过半透膜等。 溶于水的蛋白质能形成稳定的亲水胶体，统称为蛋白质溶胶。 一定浓度的蛋白质溶液冷却后能形成蛋白质凝胶。蛋白质凝胶具有一定的形状和弹性，具有半固体的性质。,蛋白质的胶凝作用,蛋白质的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

12、程。 蛋白质溶胶能发生胶凝作用形成凝胶。在形成凝胶的过程中，蛋白质分子以各种方式交联在一起，形成一个高度有组织的空间网状结构。水分充满网状结构之间的空间，不析出。 蛋白质溶胶是蛋白质分子分散在水中的分散体系；蛋白质凝胶是水分散在蛋白质中的一种胶体状态。,氢键 疏水作用 静电作用 金属离子的交联作用 二硫键,凝胶化的相互作用,蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用,形成固态弹状凝胶 增稠 提高吸水性 提高乳状液和泡沫的稳定性,三、蛋白质的水化作用,蛋白质分子表面分布着各种不同的极性基团，由于这些极性基团同水分子之间的吸引力，使水溶液中的蛋白质分子成为高度水化的分子。这就是蛋白质的水化作用。,影响水化

13、作用的因素,蛋白质自身的状况，如蛋白质形状、表面积大小、蛋白质粒子表面极性基团数目及蛋白质粒子的微观结构是否多孔等。 溶液的pH值 电解质,四、蛋白质的沉淀作用,蛋白质沉淀：使蛋白质从溶液中析出的现象。,影响蛋白质稳定的因素： 水化作用 电荷,蛋白质沉淀分为可逆沉淀和不可逆沉淀。,可逆沉淀,在蛋白质溶液中加入中性盐，可产生两种现象。 盐溶：在盐浓度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋白质的溶解度也随之增加，这种现象称为盐溶。,盐溶的作用机理：蛋白质表面电荷吸附某种盐离子后，带电表层使蛋白质分子彼此排斥，而蛋白质分子与水分子间的相互作用却加强，因而使溶解度提高。,盐析,盐析：当中性盐浓度增加到一定程

14、度时，蛋白质的溶解度明显下降并沉淀析出的现象，叫作盐析。,盐析的作用机理：大量盐的加入，使水的活度降低，使原来溶液中的大部分自由水转变为盐离子的水化水，从而降低了蛋白质极性基团与水分子间的相互作用，破坏蛋白质分子表面的水化层。,不同蛋白质盐析时所需的盐浓度不同，调节盐浓度可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出，这种方法称为分段盐析。,水溶性有机溶剂如丙酮、乙醇、甲醇等达到相当饱和度时可以使蛋白质沉淀。 由于这些溶剂与水的亲和力比蛋白质强，能夺取蛋白质分子表面的水化膜，同时降低水的介电常数，增加蛋白质分子间的静电相互作用，导致蛋白质分子聚集沉淀。,有机溶剂沉淀,不可逆沉淀,当pH小于等电点时，

15、蛋白质分子以阳离子形式存在，易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀。,当溶液pH大于等电点时，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重金属离子结合成不溶性盐而沉淀析出。,重金属沉淀,生物碱试剂或酸,蛋白质受热变性后，再加入少量盐类或将pH值调至等电点，则很容易发生凝固变性。,热凝固沉淀,五、蛋白质的变性作用,蛋白质变性的概念 天然蛋白质因受物理或化学因素的影响，其分子原有的高度规律性结构发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学性质都有所改变，但并不导致蛋白质一级结构的破坏，这种现象叫变性作用。变性后的蛋白质叫变性蛋白质。,从分子结构看，变性作用是蛋白质分子多肽链特有的有规则排列发生了变化，成为较混乱的排

16、列。,变性蛋白质的特点,肽链松散，空间结构改变。 失去生物活性。 溶解度降低，易形成沉淀析出。 易被蛋白水解酶消化水解。,蛋白质的复性,当变性因素除去后，变性蛋白又重新恢复到天然构象的现象称为蛋白质的复性。,引起蛋白质变性的因素,物理因素： 热致变 辐射变性 高压变性 超声波变性,化学因素 1）酸和碱作用引起变性 2）有机溶剂引起变性 3）重金属盐引起变性,5.蛋白质变性在食品加工中的作用,六、蛋白质的水解,蛋白质加酸、碱或酶（蛋白酶）后经过一系列的加水分解作用，最后被分解成氨基酸，这个化学变化过程称为蛋白质的水解。,水解过程及其产物：,蛋白质,七、蛋白质的颜色反应,1.双缩脲反应：,两分子双

17、缩脲与碱性硫酸铜作用，生成紫红色的复合物 含有两个或两个以上肽键的化合物，能发生同样的反应 肽键的反应，肽键越多颜色越深 受蛋白质特异性影响小 蛋白质定量测定；测定蛋白质水解程度,2.乙醛酸反应 在蛋白质溶液中加入HCOCOOH，将浓硫酸沿管壁缓慢加入，不使相混，在液面交界处，即有紫色环形成 色氨酸的反应（吲哚环的反应） 鉴定蛋白质中是否含有色氨酸 明胶中不含色氨酸 3.与水合茚三酮反应,5.5 蛋白质在贮藏加工中的变化 The Processing-induced and stored physical chemical and nutritional changes in proteins

18、,一、加热处理对蛋白质的影响,1.蛋白质热加工后的有益作用,可改善其营养价值 蛋白质的热凝固有利于食品造型和强度 引起美拉德反应，可赋于食品各种优美的色、香、味 抑制有害酶活性，提高食品品质,一、加热处理对蛋白质的影响,2.蛋白质过度热加工后的危害作用,引起含硫蛋白质的分解 导致蛋白质效价的降低 产生有毒物质,二、冷冻加工,四、脱水与干燥,五、氧化,三、碱处理,5.6 蛋白质的分类 The classification of protein,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。 球状蛋白质：（globular protein） 外形接近球形或椭圆形，溶解性较好

19、，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。 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。 依据蛋白质的组成分类 按照蛋白质的组成，可以分为简单蛋白和结合蛋白,（1）清蛋白和球蛋白： 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 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，存在与细胞核中。 （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。,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,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）色蛋白：