蛋白質(zhì)化學(xué)介紹PPT課件

1、主講：曹東旭,Chapter 4 Proteins,蛋 白 質(zhì),本章內(nèi)容(Contents,4.1 概述Introduction,4.2 蛋白質(zhì)的功能性質(zhì),4.3 食品加工中蛋白質(zhì)的變化,1、蛋白質(zhì)在食品加工中的意義,蛋白質(zhì)是食品中三大營養(yǎng)素之一,4.1 Introduction,蛋白質(zhì)對食品的色、香、味及組織結(jié)構(gòu)等具有重要意義,一些蛋白質(zhì)具有生物活性功能，是開發(fā)功能性食品原料之一,一些蛋白質(zhì)及短肽具有有害性，對食品安全的影響,營養(yǎng)功能,感觀品質(zhì),生物活性,食品安全,2、食品中蛋白質(zhì)來源及種類,動物中蛋白質(zhì)；如豬肉、魚肉、雞肉、乳 植物中蛋白質(zhì)：如大豆、谷物 微生物中蛋白質(zhì)：酵母,4.1 In

2、troduction,2、食品中蛋白質(zhì)來源及種類,牛乳中的蛋白質(zhì) 酪蛋白 乳清蛋白,4.1 Introduction,占乳蛋白的8082 1, 2, , , 酪蛋白,乳球蛋白，50 牛奶加熱產(chǎn)生的氣味,乳清蛋白，25,2、食品中蛋白質(zhì)來源及種類,肉中的蛋白質(zhì) 肌漿中的蛋白質(zhì) 肌原纖維蛋白質(zhì) 基質(zhì)蛋白質(zhì),4.1 Introduction,占2030 肌溶蛋白,球蛋白X,肌紅蛋白,肌原蛋白 彈性蛋白,占5153 肌球蛋白，肌動蛋白 肌動球蛋白，肌原球蛋白,2、食品中蛋白質(zhì)來源及種類,小麥中的蛋白質(zhì) 醇溶谷蛋白 谷蛋白 清蛋白 球蛋白,4.1 Introduction,4.2 蛋白質(zhì)功能性質(zhì) Fun

3、ctional Properties of Proteins,其他成分,蛋白質(zhì),相互作用,食品色澤,食品風(fēng)味,食品外形,食品質(zhì)構(gòu),糖,脂肪,構(gòu)成,食品 品質(zhì),貢獻(xiàn)多大,4.2 蛋白質(zhì)功能性質(zhì) Functional Properties of Proteins,水化性質(zhì)、表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、感觀性質(zhì),1、蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)概念,功能性質(zhì)： 在食品加工、保藏、制備和消費(fèi)期間影響蛋白質(zhì)在食品體系中的性能的那些蛋白質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì),水化性質(zhì),結(jié)構(gòu)性質(zhì),表面性質(zhì),感觀性質(zhì),吃,嫩,彈性,概念： 蛋白質(zhì)分子中帶電基團(tuán)、主鏈肽基團(tuán)、Asn、Gln的酰胺基、Ser、The和非極性殘基團(tuán)與水分子相互結(jié)合的性質(zhì),

4、蛋白質(zhì)水合性質(zhì)與食品的功能性： 如分散性、濕潤性、溶解性、黏度、膠凝作用、乳化和起泡性等，都取決于水-蛋白質(zhì)的相互作用,2、蛋白質(zhì)的水合性質(zhì) Properties Hydration of Proteins,作用方式,結(jié)合過程,化合水和鄰近水 多分子層水 進(jìn)一步水化,A.非水合蛋白質(zhì) B.帶電基團(tuán)的最初水合 C.在接近極性和帶電部位形成水簇 D.在極性表面完成水合 E.非極性小區(qū)域的水合完成單分子層覆蓋 F.在與蛋白質(zhì)締合的水和體相水之間架橋 G.完成流體動力學(xué)水合,蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力 當(dāng)干蛋白質(zhì)粉與相對濕度為90%-95%的水蒸汽達(dá)到平衡時每克蛋白質(zhì)所結(jié)合的水的克數(shù),膨潤性：蛋白質(zhì)吸水充分膨

5、脹而不溶解，這種水 化性質(zhì)通常叫膨潤性。 可溶性蛋白：蛋白質(zhì)在繼續(xù)水化中被水分散而逐 漸變?yōu)槟z體溶液，具有這種水化特 點(diǎn)的蛋白質(zhì)叫可溶性蛋白質(zhì),2、蛋白質(zhì)的水合性質(zhì) Properties Hydration of Proteins,氨基酸殘基的水合能力,帶電的氨基酸殘基數(shù)目越大， 水合能力越大,各種蛋白質(zhì)的水合能力,蛋白質(zhì)結(jié)合水,溫度,pH,鹽的種類,離子強(qiáng)度,影響蛋白質(zhì)結(jié)合水的環(huán)境因素,蛋白質(zhì)濃度,影響蛋白質(zhì)結(jié)合水的環(huán)境因素,510，濃度，水合作用 1520，Pr沉淀,pHpI 水合作用最低 高于或低于pI，水合作用增強(qiáng) （凈電荷和推斥力增加） pH 9-10時水合能力較大,溫度，蛋白質(zhì)結(jié)合

6、水的能力 （變性蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力一般比天然蛋白質(zhì)高約10,pH,溫度,遠(yuǎn)離等電點(diǎn)加工,鹽,影響蛋白質(zhì)結(jié)合水的環(huán)境因素,低鹽，“鹽溶,高鹽，“鹽析,在低鹽濃度（0.2mol/L）時，離子同蛋白質(zhì)荷電基團(tuán)相互作用而降低相鄰分子的相反電荷間的靜電吸引，從而有助于蛋白質(zhì)水化和提高其溶解度，這叫鹽溶效應(yīng),當(dāng)鹽濃度更高時，由于離子的水化作用爭奪了水，導(dǎo)致蛋白質(zhì)“脫水”，從而降低其溶解度，這叫做鹽析效應(yīng),Ca2+3,持水能力,是指蛋白質(zhì)吸水并將水保留在蛋白質(zhì)組織（如蛋白質(zhì)凝膠、牛肉和魚肌肉）中的能力,蛋白質(zhì)的持水能力與結(jié)合水能力呈正相關(guān),3、蛋白質(zhì)的溶解度,蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì),溶劑-溶劑,蛋白質(zhì)-溶劑,實 質(zhì)

7、,疏水相 互作用,離子相 互作用,蛋白質(zhì)的溶解度大小,Bigelow的蛋白質(zhì)溶解度理論,氨基酸殘基平均 疏水性的大小,電荷頻率高低,決定,蛋白質(zhì)溶解度,決定,影響因素,pH和溶解度,植物蛋白質(zhì)提取: pH89高度溶解 pH4.54.8處采用等電點(diǎn)沉淀,陰離子提高蛋白質(zhì)溶解度的能力按下列順序： SO2-4F-CI-Br-I-CIO4-SCN-； 陽離子降低蛋白質(zhì)溶解度的能力按下列順序： NH4KNaLiMg2Ca2,低離子強(qiáng)度（0.5） 電荷屏蔽效應(yīng) 高比例疏水區(qū)域溶解度下降 高比例親水區(qū)域溶解度提高 高離子強(qiáng)度（1.0）離子效應(yīng) SO42-、 F-鹽析，溶解度降低 ClO4-、SCN-鹽溶，提

8、高溶解度,導(dǎo)致沉淀,影響因素,離子強(qiáng)度和溶解度,影響因素,鹽離子強(qiáng)度與蛋白質(zhì)相互作用,T40,溫 度 升 高,溶解度增大,T40,溫 度 升 高,溶解度減少,一些高疏水性蛋白質(zhì)，像-酪蛋白和一些 谷類蛋白質(zhì)的溶解度卻和溫度呈負(fù)相關(guān),影響因素,溫度與溶解度,影響因素,有機(jī)溶劑 導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度下降或沉淀,降低水介質(zhì)的介電常數(shù) 提高靜電作用力 靜電斥力導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的展開 促進(jìn)氫鍵的形成和反電荷間的靜電吸引,4、蛋白質(zhì)的膠凝作用(Gelation,沉淀作用：是指由于蛋白質(zhì)的溶解性完全或部分 喪失而引起的聚集反應(yīng)。 絮凝：是指蛋白質(zhì)未發(fā)生變性時的無規(guī)則聚集反 應(yīng)，這常常是因為鏈間的靜電排斥降低而發(fā)生的

9、 一種現(xiàn)象。 凝結(jié)作用：發(fā)生變性的無規(guī)聚集反應(yīng)和蛋白質(zhì)-蛋 白質(zhì)的相互作用大于蛋白質(zhì)-溶劑的相互作用引起 的聚集反應(yīng)，定義為凝結(jié)作用。 凝膠化作用：是指變性的蛋白質(zhì)分子聚集并形成 有序的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過程,凝膠化作用機(jī)制,溶膠狀態(tài)-似凝膠狀態(tài)-有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)狀態(tài) 凝膠化的相互作用 氫鍵、靜電相互作用可逆凝膠（明膠） 疏水相互作用不可逆凝膠（蛋清蛋白） 二硫鍵不可逆凝膠（乳清蛋白） 金屬離子的交聯(lián)相互作用,4、蛋白質(zhì)的膠凝作用(Gelation,兩類凝膠,凝結(jié)塊（不透明）凝膠 大量非極性氨基酸殘基 疏水性聚集，不溶性聚集體 不可逆凝膠 聚集和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成速度高于變性速度 透明凝膠 少量非極性氨

10、基酸殘基 變性時形成可溶性復(fù)合物 締合速度低于變性速度 在加熱后冷卻時才能凝結(jié)成凝膠 形成有序的透明的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),影響蛋白質(zhì)凝膠化作用的因素,氨基酸殘基 的類型,高于31.5%非極性AA凝結(jié)塊類型 低于31.5%非極性AA透明類型,pH 蛋白質(zhì)的濃度 濃度越大，越易形成凝膠 金屬離子,pI凝結(jié)塊類凝膠 極端pH弱凝膠，半透明 形成凝膠的最適pH約78,Ca2+強(qiáng)化了凝膠結(jié)構(gòu) 過量鈣橋產(chǎn)生凝結(jié)塊,蛋白質(zhì)凝膠化在食品中的應(yīng)用,果凍,豆腐 香腸,蛋白質(zhì)的織構(gòu)化是在開發(fā)利用植物蛋白和新蛋白質(zhì)中要特別強(qiáng)調(diào)的一種功能性質(zhì)。 蛋白質(zhì)織構(gòu)化的方法： 熱凝結(jié)和形成薄膜 纖維的形成 熱塑性擠壓,5、蛋白質(zhì)的織構(gòu)

11、化作用,面筋蛋白 （占Pr80,麥谷蛋白：分子質(zhì)量大，二硫鍵（鏈內(nèi)、鏈間），決定面團(tuán)的彈性、黏合性和抗張強(qiáng)度,麥醇溶蛋白：鏈內(nèi)二硫鍵，促進(jìn)面團(tuán)的流動性、伸展性和膨脹性,過度黏結(jié),過度延展,6、面團(tuán)的形成,面筋蛋白質(zhì)中含有的化學(xué)鍵,氫鍵 ：谷氨酰胺、脯氨酸和絲氨酸、蘇氨酸： 水吸收能力強(qiáng)，有黏性。 非極性氨基酸：使蛋白相互聚集、有黏彈性 與脂肪有效結(jié)合。 二硫鍵：使面團(tuán)堅韌,概念,是指蛋白質(zhì)能自發(fā)地適移至汽-水界面 或油-水界面的性質(zhì),能否快速地克附至界面 能否快速地展開并在界上面再定向 能否形成經(jīng)受熱和機(jī)械運(yùn)動的膜,具有界面性質(zhì)的蛋白質(zhì)必要條件,7、蛋白質(zhì)的界面性質(zhì) Interfacial p

12、roperties of proteins,影響蛋白質(zhì)界面性質(zhì)的因素,7、蛋白質(zhì)的界面性質(zhì) Interfacial properties of proteins,乳化性質(zhì) Emulsifying Properties,起泡性 Foaming Properties,乳化性質(zhì) Emulsifying Properties,牛乳，奶油，冰淇淋，蛋黃醬，肉餡等,食品乳狀液,牛乳脂肪的穩(wěn)定,脂肪球膜,乳化性質(zhì) Emulsifying Properties,蛋白質(zhì)的乳化能力(EC, emulsion capability)是指在乳狀液相轉(zhuǎn)變前每克蛋白質(zhì)所能乳化的油的體積,乳化能力,影響蛋白質(zhì)乳化作用的因素

13、,蛋白質(zhì)的溶解度：正相關(guān) pH值 pH=PI 溶解度小時，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度大，增加其乳化作用 血清清蛋白、明膠、蛋清蛋白在pH=PI，具有較高的溶解度，此時，乳化作用增加。 與蛋白質(zhì)表面疏水性存在正相關(guān)。 適當(dāng)熱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性，可增強(qiáng)其乳化作用,蛋白質(zhì)的起泡性質(zhì),是指蛋白質(zhì)在汽-液界面形成堅韌的薄膜使大量氣泡并入和穩(wěn)定的能力。 起泡性質(zhì)的評價 蛋白質(zhì)的起泡力 測定泡沫穩(wěn)定性,影響泡沫形成和穩(wěn)定性的因素,蛋白質(zhì)的分子性質(zhì),有良好起泡力的蛋白質(zhì)不具有穩(wěn)定泡沫的能力， 而能產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫的蛋白質(zhì)往往不具有良好的 起泡力,影響泡沫形成和穩(wěn)定性的因素,蛋白質(zhì)的濃度 2一8，隨著濃度增加起

14、泡性增加。 超過10，氣泡變小，泡沫變硬。 溫度 適當(dāng)加熱處理可提高起泡性能。 過度的熱處理則會損害起泡能力,影響泡沫形成和穩(wěn)定性的因素,pH值 大多數(shù)食品泡沫是在不同于其蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的條件下制備的。例外:卵清蛋白 在pI時蛋白質(zhì)的溶解度很低，形成泡沫數(shù)量較少（泡沫膨脹率較低），但泡沫的穩(wěn)定性較高。 鹽 鹽析時則顯示較好的起泡性質(zhì)。 鹽溶時則顯示較差的起泡性質(zhì)。 NaCl：增加膨脹度和降低泡沫的穩(wěn)定性 Ca2+:提高泡沫的穩(wěn)定性，Pr-COOH搭橋,影響泡沫形成和穩(wěn)定性的因素,糖 損害蛋白質(zhì)的起泡能力，卻改進(jìn)了泡沫的穩(wěn)定性。 脂 穩(wěn)定性下降 攪打 過度激烈攪打也會導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性降低 消泡劑,8

15、、蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合,蛋白質(zhì),風(fēng)味,蛋白質(zhì)-風(fēng)味,有 利,不 有 利,良好風(fēng)味載體,與不良風(fēng)味結(jié)合,結(jié)合方式,干蛋白粉 物理吸附 范德華力和毛細(xì)管作用吸附 化學(xué)吸附 靜電吸附、氫鍵結(jié)合和共價結(jié)合。 液態(tài)或高水分食品中蛋白質(zhì) 非極性配位體與蛋白質(zhì)表面的疏水性小區(qū)相互作用 通過氫鍵相互作用 靜電相互作用 共價鍵,影響蛋白質(zhì)與風(fēng)味結(jié)合的因素,蛋白質(zhì)的構(gòu)象 水：促進(jìn)極性揮發(fā)物的結(jié)合。 pH ：堿性pH比在酸性pH更能促進(jìn)與風(fēng)味物的結(jié)合 。 熱 ：熱變性蛋白質(zhì)顯示較高結(jié)合風(fēng)味物的能力 。 化學(xué)改性：化學(xué)改性會改變蛋白質(zhì)的風(fēng)味物結(jié)合性質(zhì),本章內(nèi)容(Contents,4.1 概述Introduction

16、,4.2 蛋白質(zhì)的功能性質(zhì),4.3 食品加工中蛋白質(zhì)的變化,4.3 食品加工中蛋白質(zhì)的變化,4.3 食品加工中蛋白質(zhì)的變化,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式 （2）影響蛋白質(zhì)熱變性的因素,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式,適度的熱處理引起的蛋白質(zhì)變性,蛋白質(zhì)的一些功能性質(zhì)發(fā)生變化 破壞食品組織中酶，有利食品的品質(zhì) 促進(jìn)蛋白質(zhì)消化 破壞抗?fàn)I養(yǎng)因子和有毒性的蛋白質(zhì),1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式,比較劇烈的熱處理,引起氨基酸脫硫，胱酰胺異構(gòu)化,半胱氨酸 胱氨酸,不可逆變性,硫化氫 二甲基硫化物 磺基丙氨酸,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式,比較劇烈的熱處理,引起氨

17、基酸脫硫，胱酰胺異構(gòu)化,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式,比較劇烈的熱處理,引起氨基酸脫硫，胱酰胺異構(gòu)化 有氧存在時加熱處理，色氨酸部分受到破壞 T200，堿性條件下，氨基酸發(fā)生異構(gòu)化,營養(yǎng)價值減半,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式,過度加熱,引起蛋白質(zhì)生成環(huán)狀衍生物 生成高度穩(wěn)定的蛋白質(zhì)自由基,影響食品的安全性,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,1）熱處理方式,加熱不當(dāng),蛋白質(zhì)的AA分解 含S的AA產(chǎn)生H2S Fe,Sn AA與還原性物質(zhì)（糖）發(fā)生褐變,肉制品加熱變色 的主要原因,1、熱加工對蛋白質(zhì)的影響,組成蛋白質(zhì)的AA種類,含cys,cys-cys多時易變性凝固；二硫鍵交聯(lián) 含pro,HO-pro多不易變性凝固；亞氨基酸，阻止支鏈交聯(lián),2）影響蛋白質(zhì)熱變性的因素,溫度,水分含量,蔗糖,pH,2、低溫處理下的變化,食品的低溫貯藏可延緩或阻止微生物的生 長并抑制酶的活性及化學(xué)變化。 冷卻（冷藏） 冷凍（凍藏,冰結(jié)晶，蛋白質(zhì)變性 水化作用降低； 快速冷凍法,3、堿處理下的變化,與熱處理同時進(jìn)行時，對蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值影響很大,4、氧化處理下的變化,導(dǎo)致蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的降低，甚至還產(chǎn)生 有害物質(zhì),H2O2引起酪氨酸發(fā)生氧化性交聯(lián) 形成蛋白質(zhì)自由基 PH + LOO