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1、第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学主讲：张洪微食品化学第1页蛋白质在食品加工中意义蛋白质在食品加工中意义n n蛋白质是食品中三大营养素之一蛋白质是食品中三大营养素之一n n蛋白质对食品色、香、味及组织结构等蛋白质对食品色、香、味及组织结构等含有主要意义含有主要意义n n一些蛋白质含有生物活性功效，是开发一些蛋白质含有生物活性功效，是开发功效性食品原料之一功效性食品原料之一第2页蛋白质分类蛋白质分类按分子形状分：纤维状蛋白质、球状蛋白质按分子组成份：简单蛋白质、结合蛋白质按蛋白质溶解度分：清蛋白、谷蛋白、球蛋白、醇溶蛋白第3页食品中蛋白质起源食品中蛋白质起源6动物中蛋白质:如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳
2、6植物中蛋白质：如大豆、谷物6微生物中蛋白质：酵母第4页本章内容本章内容n n第一节第一节 蛋白质在食品中功效性质蛋白质在食品中功效性质n n第二节第二节 蛋白质在贮藏和加工过程中物蛋白质在贮藏和加工过程中物理和化学改变理和化学改变n n第三节第三节 食品中常见蛋白质食品中常见蛋白质第5页第一节第一节 蛋白质在食品中功效性质蛋白质在食品中功效性质功效性质：功效性质：在食品加工、保藏、制备和消费在食品加工、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。白质物理和化学性质。水化性质、表面性质、结构性质、感观性质水化性质、表面性质、结构性
3、质、感观性质第6页功功 能能食食 品品 蛋白质类型蛋白质类型 溶解性溶解性饮料饮料 乳清蛋白乳清蛋白 粘度粘度汤、调味汁汤、调味汁 明胶明胶 持水性持水性香肠、蛋糕、香肠、蛋糕、肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白，鸡蛋蛋白胶凝作用胶凝作用肉和奶酪肉和奶酪 肌肉蛋白和乳蛋白肌肉蛋白和乳蛋白 粘结粘结-粘合粘合肉、香肠、面条肉、香肠、面条 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白，鸡蛋蛋白 弹性弹性肉和面包肉和面包 肌肉蛋白，谷物蛋白肌肉蛋白，谷物蛋白 乳化乳化香肠、蛋糕香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白，鸡蛋蛋白泡沫泡沫冰淇淋、蛋糕冰淇淋、蛋糕 鸡蛋蛋白，乳清蛋白鸡蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和风味结合油炸面圈油炸面圈
4、谷物蛋白谷物蛋白 水化性质结构性质表面性质感观性质第7页一、蛋白质水合性质 蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、AsnAsn、GlnGln酰胺基、酰胺基、SerSer、TheThe和非极性残和非极性残基团与水分子相互结合性质。基团与水分子相互结合性质。如如分散性、湿润性、溶解性、黏度、分散性、湿润性、溶解性、黏度、胶凝作用、乳化和起泡性胶凝作用、乳化和起泡性等，都取决于水等，都取决于水-蛋白质相互作用。蛋白质相互作用。第8页作用方式：第9页结合过程 化合水和邻近水化合水和邻近水 多分子层水多分子层水 深入水化深入水化A.A.非水合蛋白质非水合蛋白质B.B.带电基
5、团最初水合带电基团最初水合C.C.在靠近极性和带电部位形成水簇在靠近极性和带电部位形成水簇D.D.在极性表面完成水合在极性表面完成水合E.E.非极性小区域水合完成单分子层覆盖非极性小区域水合完成单分子层覆盖F.F.在与蛋白质缔合水和体相水之间架桥在与蛋白质缔合水和体相水之间架桥G.G.完成流体动力学水合完成流体动力学水合第10页氨基酸残基水合能力氨基酸残基水合能力带电氨基酸残基数目越大，带电氨基酸残基数目越大，水合能力越大。水合能力越大。第11页影响蛋白质水合性质环境原因 1.1.浓度：浓度：浓度浓度浓度浓度 ，蛋白质总吸水量，蛋白质总吸水量，蛋白质总吸水量，蛋白质总吸水量2.pH 2.pH：
6、pIpI，水合作用最低；，水合作用最低；，水合作用最低；，水合作用最低；pH pH 910910时水合能力较强时水合能力较强时水合能力较强时水合能力较强3.3.温度：温度：温度温度温度温度 ，蛋白质结合水能力，蛋白质结合水能力，蛋白质结合水能力，蛋白质结合水能力 （变性蛋白质结合水能力比天然蛋白质高约（变性蛋白质结合水能力比天然蛋白质高约（变性蛋白质结合水能力比天然蛋白质高约（变性蛋白质结合水能力比天然蛋白质高约1010）4.4.盐：盐：盐溶盐溶盐溶盐溶效应与效应与效应与效应与盐析盐析盐析盐析效应。效应。效应。效应。第12页二、溶解度蛋白质蛋白质-蛋白质蛋白质溶剂溶剂-溶剂溶剂蛋白质蛋白质-溶
7、剂溶剂+实实质质疏水相疏水相疏水相疏水相互作用互作用互作用互作用 离子相离子相 互作用互作用+蛋白质溶解度大小蛋白质溶解度大小第13页影响原因 1.pH和溶解度和溶解度2.离子强度 植物蛋白质提取:pH89高度溶解 pH4.54.8处采取等电点沉淀。第14页影响原因3.温度温度 040 温度温度，溶解度，溶解度 40 温度温度，溶解度，溶解度 一些高疏水性蛋白质，像一些高疏水性蛋白质，像-酪蛋白和一些酪蛋白和一些谷类蛋白质溶解度却和温度呈负相关谷类蛋白质溶解度却和温度呈负相关。第15页影响原因4.有机溶剂 造成蛋白质溶解度下降或沉淀 降低水介质介电常数降低水介质介电常数 提升静电作用力提升静电
8、作用力 静电斥力造成分子结构展开静电斥力造成分子结构展开 促进氢键形成和反电荷间静电吸引促进氢键形成和反电荷间静电吸引第16页三、蛋白质溶液黏度n n理想溶液理想溶液 n n蛋白质溶液蛋白质溶液 牛顿流体 假塑性或剪切变稀 第17页蛋白质切变稀释原因：n分子朝着流动方向逐步取向，使磨擦分子朝着流动方向逐步取向，使磨擦阻力降低。阻力降低。n蛋白质水合范围沿着流动方向形变。蛋白质水合范围沿着流动方向形变。n氢键和其它弱键断裂造成蛋白质聚集氢键和其它弱键断裂造成蛋白质聚集体或网络结构解离。体或网络结构解离。第18页影响蛋白质流体黏度特征原因：蛋白质分子或颗粒表观直径蛋白质分子或颗粒表观直径 表观直径
9、表观直径 黏度黏度蛋白质分子固有特征。蛋白质分子固有特征。蛋白质蛋白质-溶剂间相互作用。溶剂间相互作用。蛋白质蛋白质-蛋白质间相互作用蛋白质间相互作用。第19页四、蛋白质胶凝作用n n聚合或聚集聚合或聚集反应：普通是指大复合物形成。反应：普通是指大复合物形成。第20页聚合或聚集反应:l沉淀作用：沉淀作用：是指因为蛋白质溶解性完全或部分是指因为蛋白质溶解性完全或部分 丧失而引发聚集反应。丧失而引发聚集反应。l絮凝：絮凝：是指蛋白质是指蛋白质未发生变性未发生变性时时无规则无规则聚集反聚集反 应，这经常是因为链间静电排斥降低而发生应，这经常是因为链间静电排斥降低而发生 一个现象。一个现象。l凝结作用
10、：凝结作用：发生变性发生变性无规聚集无规聚集反应和蛋白质反应和蛋白质-蛋蛋 白质相互作用大于蛋白质白质相互作用大于蛋白质-溶剂相互作用引发溶剂相互作用引发 聚集反应，定义为凝结作用。聚集反应，定义为凝结作用。l凝胶化作用：凝胶化作用：是指是指变性变性蛋白质分子聚集并形成蛋白质分子聚集并形成 有序有序蛋白质网络结构过程。蛋白质网络结构过程。第21页凝胶化作用机制 溶胶状态溶胶状态-似凝胶状态似凝胶状态-有序网络结构状态有序网络结构状态凝胶化相互作用凝胶化相互作用A静电相互作用静电相互作用A氢键、疏水相互作用氢键、疏水相互作用A二硫键二硫键A金属离子交联相互作用金属离子交联相互作用第22页（一）胶
11、凝过程n蛋白质分子构象改变或部分伸展，发生蛋白质分子构象改变或部分伸展，发生变变性性n单个变性蛋白质分子逐步单个变性蛋白质分子逐步聚集，有序聚集，有序地形地形成能够容纳水等物质网状结构成能够容纳水等物质网状结构第23页大豆蛋白质胶凝过程示意图大豆蛋白质胶凝过程示意图第24页（二）凝胶类型凝结块（不透明）凝胶凝结块（不透明）凝胶 大量非极性氨基酸残基大量非极性氨基酸残基 疏水性聚集，不溶性聚集体疏水性聚集，不溶性聚集体 不可逆凝胶不可逆凝胶 聚集和网状结构形成速度高于变性速度聚集和网状结构形成速度高于变性速度 透明凝胶透明凝胶 少许非极性氨基酸残基少许非极性氨基酸残基 变性时形成可溶性复合物变性
12、时形成可溶性复合物 缔合速度低于变性速度缔合速度低于变性速度 在加热后冷却时才能凝结成凝胶在加热后冷却时才能凝结成凝胶 形成有序透明凝胶网状结构形成有序透明凝胶网状结构1.依据凝胶形成方式依据凝胶形成方式乳清蛋白血清蛋白第25页透明凝胶透明凝胶不透明凝胶不透明凝胶第26页n热致凝胶经过加热形成热致凝胶经过加热形成 n非热致凝胶经过调整非热致凝胶经过调整pH值、加入二价值、加入二价金属离子或部分水解蛋白质而形成金属离子或部分水解蛋白质而形成 （二）凝胶类型2.依据凝胶形成路径依据凝胶形成路径第27页（二）凝胶类型n热可逆凝胶重新加热后形成溶液，冷热可逆凝胶重新加热后形成溶液，冷却后恢复凝胶却后恢
13、复凝胶n非热可逆凝胶凝胶形成后加热处理不非热可逆凝胶凝胶形成后加热处理不再改变再改变 3.依据凝胶对热稳定性依据凝胶对热稳定性第28页（三）影响蛋白质凝胶化作用原因（三）影响蛋白质凝胶化作用原因1.1.氨基酸残基类型氨基酸残基类型 高于高于31.5%31.5%非极性非极性AAAA凝结块类型凝结块类型 低于低于31.5%31.5%非极性非极性AAAA透明类型透明类型 2.pH 2.pH pIpI凝结块类凝胶凝结块类凝胶 极端极端pHpH弱凝胶，半透明弱凝胶，半透明 形成凝胶最适形成凝胶最适pHpH约约7 78 8 3.蛋白质浓度蛋白质浓度 浓度越大，越易形成凝胶浓度越大，越易形成凝胶 4.金属离
14、子金属离子 Ca2+强化了凝胶结构强化了凝胶结构 过量钙桥产生凝结块过量钙桥产生凝结块第29页五、蛋白质织构化五、蛋白质织构化蛋白质织构化是在开发利用植物蛋蛋白质织构化是在开发利用植物蛋白和新蛋白质中要尤其强调一个功白和新蛋白质中要尤其强调一个功效性质。效性质。蛋白质织构化方法：蛋白质织构化方法：热凝结和形成薄膜热凝结和形成薄膜 纤维形成纤维形成 热塑性挤压热塑性挤压 第30页腐腐 竹竹热凝结和形成薄膜热凝结和形成薄膜 第31页大大 豆豆 蛋蛋 白白 肉肉纤维形成纤维形成 第32页组织蛋白组织蛋白热塑性挤压热塑性挤压第33页大豆组织蛋白结构大豆组织蛋白结构第34页六、面六、面团形成团形成 面筋
15、蛋白面筋蛋白面筋蛋白面筋蛋白（占（占（占（占Pr80Pr80Pr80Pr80）麦谷蛋白：麦谷蛋白：分子质量大，二硫键（链内、链间），决定面团弹性、黏合性和抗张强度麦醇溶蛋白：麦醇溶蛋白：链内二硫键，促进面团流动性、伸展性和膨胀性。过分黏结过分黏结 过分延展过分延展 第35页面筋蛋白质中含有化学键面筋蛋白质中含有化学键氢键氢键 ：谷氨酰胺、脯氨酸和丝氨酸、苏氨酸：谷氨酰胺、脯氨酸和丝氨酸、苏氨酸：水吸收能力强，有黏性。水吸收能力强，有黏性。非极性氨基酸：非极性氨基酸：使蛋白相互聚集、有黏弹性和使蛋白相互聚集、有黏弹性和与脂肪有效结合。与脂肪有效结合。二硫键：二硫键：使面团坚韧。使面团坚韧。第36
16、页七、蛋白质界面性质 n n是指蛋白质能自发地迁移至汽是指蛋白质能自发地迁移至汽-水界面或油水界面或油-水界面性质。水界面性质。含有界面性质蛋白质必要条件：含有界面性质蛋白质必要条件：能否快速地吸附至界面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膜能否形成经受热和机械运动膜 乳化性、起泡性第37页影响蛋白质乳化作用原因影响蛋白质乳化作用原因 n蛋白质溶解度：正相关npH值 pH=PI 溶解度小时，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度大，增加其它乳化作用n与蛋白质表面疏水性存在正相关。n适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用。（1）蛋白
17、质乳化性质）蛋白质乳化性质第38页（2）蛋白质起泡性起泡力、泡沫稳定性影响泡沫形成和稳定性原因1.1.蛋白质分子性质：蛋白质分子性质：2.2.蛋白质浓度：蛋白质浓度：2 28 8，浓度，浓度 起泡性起泡性 ，超出，超出1010，气泡变小，泡沫变硬。，气泡变小，泡沫变硬。3.3.温度：适当加热处理可提升起泡性能。温度：适当加热处理可提升起泡性能。4.pH4.pH值：值：pHpH处于或靠近处于或靠近pIpI时，提升了蛋白质起泡能力和泡沫稳定性。时，提升了蛋白质起泡能力和泡沫稳定性。5.5.盐：盐析时则显示很好起泡性质。盐：盐析时则显示很好起泡性质。6.6.糖：损害起泡力，改进泡沫稳定性。糖：损害起
18、泡力，改进泡沫稳定性。7.7.脂：稳定性下降脂：稳定性下降 8.8.搅打：过分激烈搅打也会造成泡沫稳定性降低搅打：过分激烈搅打也会造成泡沫稳定性降低 第39页八、蛋白质与风味物质结合蛋白质蛋白质风味风味+蛋白质蛋白质-风味风味有有利利不不利利良好风味载体良好风味载体与不良风味结合与不良风味结合第40页结合方式 n干蛋白粉干蛋白粉 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。n液态或高水分食品中蛋白质液态或高水分食品中蛋白质 非极性配位体与蛋白质表面疏水性小区相互作用 经过氢键相互作用 静电相互作用 共价键第41页影响蛋白质与风味结合原因 1.1.蛋白质构象蛋白质
19、构象2.2.水：水：促进极性挥发物结合。促进极性挥发物结合。3.3.pHpH：碱性碱性pHpH比在酸性比在酸性pHpH更能促进与风味物结合更能促进与风味物结合 。4.4.热：热：热变性蛋白质显示较高结合风味物能力热变性蛋白质显示较高结合风味物能力 。5.5.化学改性：化学改性：化学改性会改变蛋白质风味物结合性质。化学改性会改变蛋白质风味物结合性质。第42页九、蛋白质改性n n采取物理、化学、酶学和基因方法改进采取物理、化学、酶学和基因方法改进蛋白质功效性质。蛋白质功效性质。化学改性酶法改性第43页第二节第二节 蛋白质在食品加工和贮藏中蛋白质在食品加工和贮藏中物理、化学和营养改变物理、化学和营养
20、改变一、加热处理对蛋白质影响s s蛋白质一些功效性质发生改变蛋白质一些功效性质发生改变蛋白质一些功效性质发生改变蛋白质一些功效性质发生改变s s破坏食品组织中酶，有利食品品质保持破坏食品组织中酶，有利食品品质保持破坏食品组织中酶，有利食品品质保持破坏食品组织中酶，有利食品品质保持s s促进蛋白质消化促进蛋白质消化促进蛋白质消化促进蛋白质消化s s破坏抗营养因子破坏抗营养因子破坏抗营养因子破坏抗营养因子s s引发氨基酸脱硫胱酰胺异构化引发氨基酸脱硫胱酰胺异构化引发氨基酸脱硫胱酰胺异构化引发氨基酸脱硫胱酰胺异构化s s有氧存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏有氧存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏有氧
21、存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏有氧存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏s sT200T200T200T200，碱性条件下，色氨酸发生异构化，碱性条件下，色氨酸发生异构化，碱性条件下，色氨酸发生异构化，碱性条件下，色氨酸发生异构化s s猛烈热处理引发蛋白质生成环状衍生物猛烈热处理引发蛋白质生成环状衍生物猛烈热处理引发蛋白质生成环状衍生物猛烈热处理引发蛋白质生成环状衍生物第44页二、低温处理下改变n食品低温贮藏可延缓或阻止微生物生长并食品低温贮藏可延缓或阻止微生物生长并抑制酶活性及化学改变。抑制酶活性及化学改变。冷却（冷藏）冷却（冷藏）冷冻（冻藏）冷冻（冻藏）第45页三、碱处理下改变三、碱处理下
22、改变n与热处理同时进行时，对蛋白质营养价值与热处理同时进行时，对蛋白质营养价值影响很大。影响很大。四、氧化处理下改变四、氧化处理下改变n造成蛋白质营养价值降低，甚至还产生有害造成蛋白质营养价值降低，甚至还产生有害物质。物质。第46页五、脱水处理下改变五、脱水处理下改变 传统脱水方法坚韧，风味变差。传统脱水方法坚韧，风味变差。真空干燥损害小。真空干燥损害小。冷冻干燥回复性好，营养改变小。冷冻干燥回复性好，营养改变小。喷雾干燥损害较小。喷雾干燥损害较小。鼓膜干燥焦味，溶解度降低。鼓膜干燥焦味，溶解度降低。第47页六、辐照处理下改变六、辐照处理下改变 含硫氨酸残基和芳香族氨基酸残基易分解 七、机械处理下改变七、机械处理下改变 对食品中蛋白质有较大影响 第48页本章小结n蛋白质功效性质 水合性质水合性质、结构性质、结构性质、界面性质界面性质、感观性质、感观性质n食品加工对蛋白质影响第49页