蛋白質(zhì)在加工和貯藏中的變化

1、蛋白質(zhì)在加工和貯藏中的變化2013級食品質(zhì)量與安全X班 XXX 201330520XXX摘要：本文以蛋白質(zhì)為研究對象，探索了其在加工和貯藏這兩大過程中理化性質(zhì)的變化，包括熱處理、堿處理、脫水處理、輻射處理等等，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)在這些因素的作用下均有一定程度的改變。其中研究發(fā)現(xiàn)，在加工過程中，會(huì)有不利的如熱變性、美拉德反應(yīng)、賴丙復(fù)合物(LAL)生成、氨基酸的變旋等，而有利的有酶促褐變的制止、滅菌、含氮化合物利用率提高等；而在干燥后的貯藏過程中，熱風(fēng)干燥對蛋白質(zhì)的不良影響較大，真空、冷凍干燥技術(shù)較小，真空干燥技術(shù)效果最佳。輻射處理對于蛋白質(zhì)食品的保藏影響甚小，要避免強(qiáng)輻射情況。關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì) 加工 貯藏

2、 理化性質(zhì)引言在日常飲食中，我們常常會(huì)接觸到富含蛋白質(zhì)的食品，如蛋制品、雞肉、豬肉、牛肉和水產(chǎn)品等等。而這些食品在生產(chǎn)到出售的過程中，都會(huì)必然會(huì)經(jīng)歷加工和貯藏這兩個(gè)重要的過程，在很大程度上決定了最終產(chǎn)品的口感、風(fēng)味、外觀和營養(yǎng)價(jià)值。所以，研究蛋白質(zhì)在加工和貯藏中的變化就顯得尤為重要。本文綜合性地研究了蛋白質(zhì)在加工和貯藏中在理化層面上的變化，如熱堿和低溫處理、化學(xué)反應(yīng)和脫水處理等等，發(fā)現(xiàn)這些因素都會(huì)對蛋白質(zhì)性質(zhì)造成一定有利或有弊的影響。1 品蛋白在加工過程中的變化1.1 熱處理1.1.1蛋白質(zhì)熱變性以牛乳為例，我國國家標(biāo)準(zhǔn)將液態(tài)奶分為巴氏殺菌奶(Pasteurized milk) 和殺菌奶(St

3、erilized milk)。根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況， 巴氏殺菌奶還包括超巴氏殺菌奶。殺菌奶的主要產(chǎn)品形式為超高溫瞬時(shí)滅菌奶， 即UHT 奶(Ultra hightemperaturesterilized milk)1-2。乳蛋白主要由酪蛋白和乳清蛋白組成， 還含有少量其他蛋白質(zhì)， 如乳脂肪球膜蛋白。Douglas Jr 等(1981)研究了不同熱加工產(chǎn)品的乳清蛋白中的氮含量， 結(jié)果顯示生鮮乳中無變性乳清蛋白檢出， 高溫短時(shí)滅菌(HTST, high temperatureshort time)乳中含0.4%的變性乳清蛋白， UHT乳中的含量為56%。加熱會(huì)造成乳清蛋白由于變性而變得不可溶，

4、影響人體的吸收， 同時(shí)也會(huì)造成賴氨酸降解， 造成必需氨基酸的損失3-4。進(jìn)一步針對乳清蛋白中可利用賴氨酸的含量的研究表明： 生鮮奶、HTST 奶及UHT 乳中賴氨酸的含量有輕微減少， 但這種減少不會(huì)影響牛乳的營養(yǎng)價(jià)值5-6。1.1.2美拉德反應(yīng)美拉德(Maillard)反應(yīng)常導(dǎo)致蛋白質(zhì)非酶褐變的發(fā)生，是由于食品在熱處理中，還原性性糖與氨基酸反應(yīng)生成糠氨酸、shiff堿、羥甲基糠醛等中間產(chǎn)物所致。美拉德反應(yīng)不僅會(huì)使蛋白質(zhì)外觀變化，還會(huì)大大降低其營養(yǎng)價(jià)值。在乳粉的加工中，美拉德反應(yīng)能夠改變?nèi)榉鄣念伾惋L(fēng)味，而且與乳脂的氧化息息相關(guān)，它的產(chǎn)生不僅影響蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值，損壞維生素和生物素，而且會(huì)產(chǎn)生抗

5、營養(yǎng)和有毒的化合物，同時(shí)改變牛乳的感官和功能特性，羥甲基糠醛是美拉德反應(yīng)( 氨基和羰基反應(yīng))的中間產(chǎn)物,生乳中并不含羥甲基糠醛，加熱過程中羥甲基糠醛的產(chǎn)生與加熱處理的溫度和時(shí)間有關(guān)，乳中含羥甲基糠醛越多，褐變越嚴(yán)重7。然而也有研究表明，在不添加還原糖的情況下，UHT 乳中的糠氨酸含量比巴氏乳高，然而糠氨酸含量降低有利于提高牛乳中含氮化合物的生物利用率8。因此在食品加工過程中應(yīng)選擇性避免產(chǎn)生美拉德反應(yīng)。1.1.3蛋白質(zhì)的保鮮熱處理對蛋白質(zhì)的影響也有其有利的一面。一般的溫和型的熱處理，如熱燙和蒸煮可以使酶失活，可避免酶促氧化產(chǎn)生不良的色澤和風(fēng)味，還可以使腐敗微生物不可逆性死亡，延長食品的保質(zhì)期。但

6、如果熱處理過度，蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生氨基酸的脫氫、脫硫、脫二氧化碳反應(yīng)，使氨基酸被破壞，從而降低了蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值。1.2 堿處理1.2.1 賴丙復(fù)合物(LAL)的生成蛋白質(zhì)在經(jīng)過堿處理后, 除了氨基酸發(fā)生變旋, 某些氨基酸殘基重新組合生成新的物質(zhì), 賴丙復(fù)合物(Lysinoalanine , LAL)，其分子結(jié)構(gòu)式如圖1。圖1賴丙復(fù)合物分子式LAL的生成與其他氨基酸的減少存在直接的關(guān)系。以腌制皮蛋的過程中為例，LAL 與賴氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸損失量的關(guān)系見表1 9。表1 賴丙復(fù)合物對賴氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的影響賴氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸都是人體必需的氨基酸，而LAL卻不能被

7、人體消化吸收，影響人們的健康。另外，據(jù)研究表明，pH、溫度對LAL的生成有一定影響，故在蛋白質(zhì)的加工過程中可適量地控制pH和溫度，從而盡可能地避免LAL的產(chǎn)生或降低其生成量。Hung-Min Chang et al .(1999)對各個(gè)時(shí)期堿腌制皮蛋過程中蛋清和蛋黃中LAL 的形成情況與皮蛋中氨基酸含量的變化進(jìn)行了分析, 結(jié)果表明:在前6 天, 蛋清中LAL 形成很快, 最后逐步增加到7mmol /100g 蛋白質(zhì)。pH 由自然的8.95 增加到11.73 蛋清, 然后到12 。在前6d , 影響LAL 形成的主要是蛋清的pH , 隨后是蛋清和堿處理的時(shí)間。蛋黃中的LAL 的形成是逐步的直到最

8、后2.1mmol /100g 蛋白。在20d 的堿腌制過程中前9 天, 蛋黃的pH 從自然的5.84 快速升到8.92 , 隨后逐步升到10.12 。因此, 蛋黃中LAL 的形成主要受pH 的影響（見圖210 ）。圖2 pH對LAL含量的影響在20 80 , LAL 含量隨著溫度的升高而大大增加, 但增加幅度和含量因蛋白質(zhì)的種類而有所不同。LAL 的增加不是一直隨著時(shí)間的增加而增加,在100 , LAL 的含量降低(見圖311)。在50 產(chǎn)生的LAL 比在95 產(chǎn)生的多, 這種情況可能由于高溫下LAL 發(fā)生分解。圖3 溫度對LAL含量的影響1.2.2 氨基酸的變旋作用堿可以使蛋白質(zhì)的氨基酸發(fā)生

9、變旋，氨基酸發(fā)生異構(gòu)化，天然氨基酸的L-型結(jié)構(gòu)將有部分轉(zhuǎn)化為D-型結(jié)構(gòu)。其中，pH和溫度都會(huì)影響氨基酸的變旋現(xiàn)象。aniel E .Schwass et al . (1984)對pH3.3 到12.8 的變旋進(jìn)行了研究（見圖4）。在酸性的條件下, 11 種氨基酸很少發(fā)生變旋。絲氨酸和Asp -Asn 殘基的變旋較為引人注目。在苜蓿葉蛋白和大豆分離蛋白中, 絲氨酸甚至在pH7.0 就發(fā)生變旋。pH8.5 發(fā)生顯著變旋。但是, 在LA 中, 此種情況下就沒有發(fā)生變旋。這表明在此pH 范圍絲氨酰在不同的蛋白質(zhì)變性條件下變旋是不同的。在pH10 , 所有蛋白中的絲氨酸都發(fā)生了較大程度的變旋(25 %

10、37 %)。所有蛋白質(zhì)中Asp Asn 直到pH10 才發(fā)生變旋。LA 中的Asp-Asn 變旋程度較小。在pH10 12.8 , 和絲氨酸相比, Asp-Asn 的變旋程度較小。這種不同可能是蛋白質(zhì)固有的, 與結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般的, 除了絲氨酸和天門冬氨酸, 在低于pH10 條件下, 蛋白質(zhì)的殘基很少發(fā)生顯著的變旋。谷氨酸和苯丙酸在很多蛋白質(zhì)中變旋的程度很相近。圖4pH 對氨基酸變旋的影響許多蛋白質(zhì)在進(jìn)行堿處理時(shí), 溫度對氨基酸的變旋有重要影響, 影響程度D 因構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類的不同有所差異。例如Daniel E .Schwasset al .(1984)用0.1N 的NaOH 分別在22

11、 、37 、55 、85 、100 , 對乳白蛋白(lactalbumin LA)、苜蓿葉蛋白(alfalfa leaf protein , LPC)、大豆分離蛋白(isolated soy protein , ISP)幾種蛋白質(zhì)堿處理, 每隔30 、60 、120 、240min 對消旋程度進(jìn)行測定, 結(jié)果見圖4。異亮氨酸、脯氨酸、蘇氨酸和纈氨酸發(fā)生消旋現(xiàn)象的傾向很小，而其他氨基酸的變旋程度隨溫度的升高而增大。圖5 溫度對氨基酸變旋的影響2 食品蛋白在儲(chǔ)藏過程中的變化2.1 低溫處理食品在冷藏過程中會(huì)發(fā)生的變化程度與食品的種類、成分、食品的冷卻、冷藏條件密切相關(guān)。除肉類在冷卻過程中的成熟作用

12、有助于提高肉的品質(zhì)外，其他變化均會(huì)引起食品品質(zhì)的下降。研究和掌握這些變化及其規(guī)律將有助于改進(jìn)食品冷卻冷藏的工藝，以避免和減少冷藏過程中食品品質(zhì)的下降。2.1.1水分蒸發(fā)干耗在低溫處理中常常會(huì)出現(xiàn)。肉類在冷卻和冷藏過程中的水分蒸發(fā)會(huì)在肉的表面形成干化層，質(zhì)地變硬，保水性變差，也加劇了脂肪的氧化。肌肉中的水分以自由水、結(jié)合水和不易流動(dòng)水三種形式存在, 肌肉的保水性受肌節(jié)長度、pH、離子強(qiáng)度等因素的影響。肌肉在屠宰后立即冷凍, 由于肌漿和線粒體沒有恢復(fù)釋放鈣離子的能力, 使肌肉發(fā)生冷收縮, 在解凍時(shí)會(huì)發(fā)生解凍僵直, 肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白交聯(lián)引起肌纖維收縮會(huì)使肉中的水分流失, 肉的保水性變差, 這樣的肉

13、食用硬度大、缺少多汁性10。2.1.2結(jié)構(gòu)被破壞 肉類食品經(jīng)冷凍及解凍，組織及細(xì)胞膜被破壞，并且蛋白質(zhì)之間發(fā)生了不可逆的結(jié)合替代了蛋白質(zhì)和水之間的結(jié)合，解凍后自動(dòng)氧化生成的過氧化物和游離基再與肌肉蛋白作用，是蛋白質(zhì)聚合，氨基酸也被破壞。在凍藏過程中, 由于冰晶增大而使肌肉纖維蛋白質(zhì)脫水變性, 電鏡結(jié)果顯示肌纖維出現(xiàn)明顯的裂縫、空隙, 粗細(xì)絲排列紊亂、松散, 肌節(jié)、A帶、I帶以及橫紋結(jié)構(gòu)模糊甚至消失, Z板扭曲、斷裂, 嚴(yán)重時(shí)溶解消失, 肌漿網(wǎng)體變形、破壞直至消失, 肌原纖維中產(chǎn)生大量空泡等10。2.1.3變色、變味和變質(zhì)肉類的變色、變味和變質(zhì)往往與自身的氧化作用及微生物的作用有關(guān)。在冷藏過程中

14、食品物料中嗜冷耐冷微生物的數(shù)量會(huì)增加，這是微生物繁殖的結(jié)果。2.2 脫水處理2.2.1 熱風(fēng)干燥以廣式臘腸為研究對象，研究熱風(fēng)干燥對其水分、彈性的影響。擬采用以下工藝如表211。表2 廣式臘腸熱風(fēng)干燥工藝設(shè)計(jì)在圖611中，熱風(fēng)干燥工藝條件對廣式臘腸的干燥效果具有明顯影響，提高溫度或者延長干燥時(shí)間均能明顯提高廣式臘腸的干燥效果，其干燥失重變化符合一般物料的干燥規(guī)律。不同熱風(fēng)干燥階段提高溫度對成品的干燥失重具有一定影響，在第一減速干燥期（1224 h，即工藝2）提高溫度對廣式臘腸的干燥效果要強(qiáng)于第二減速干燥期后半段（3648 h，即工藝4）同樣條件的干燥效果；不過總體而言，在第二減速干燥期的前半段

15、（2436 h，即工藝3）提高溫度，廣式臘腸的干燥效果優(yōu)于工藝2和工藝4，其最終的干燥失重達(dá)到85.47%11。圖6 不同熱風(fēng)干燥工藝下廣式臘腸水分含量的變化彈性表示物體在外力作用下發(fā)生形變，撤去外力后恢復(fù)原來狀態(tài)的能力。肉制品的彈性除與原料肉的種類有關(guān)外，還與產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)在儲(chǔ)存及加工過程中的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)12 。不同熱風(fēng)干燥工藝條件下廣式臘腸彈性的變化如下圖7表示。從圖7 可知，延長熱風(fēng)干燥時(shí)間能明顯提高廣式臘腸的彈性；與工藝1 相比，在熱風(fēng)干燥階段提高溫度也能提高廣式臘腸的彈性，其中在第二減速干燥期的后半段提高干燥溫度對廣式臘腸彈性的影響最大（工藝4），彈性值高達(dá)2.30 mm，其次為

16、工藝2，彈性最小的為工藝3，為1.72 mm11。圖7 不同熱風(fēng)干燥工藝下廣式臘腸彈性的變化2.2.2 真空干燥真空干燥技術(shù)可保持食品原有的形狀并具有很好的速溶性和復(fù)水性。由于物料在升華前先凍結(jié), 形成了穩(wěn)定的固體骨架, 所以水分升華后固體骨架基本保持不變。在升華干燥過程中, 固態(tài)冰晶升華成水蒸氣后在食品物料中留下了大量空隙, 使得凍干食品具有海綿狀多孔性結(jié)構(gòu), 食品因此而具有理想的速溶性和快速復(fù)水性。復(fù)水后的食品無論其外觀和形態(tài)及口味都與凍干前沒有多大差異, 復(fù)水率可達(dá)90%以上13。真空干燥技術(shù)還可以降低氧化速度、減少美拉德反應(yīng)和其他化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，對蛋白質(zhì)的影響=小，是一種效果較好的干燥

17、技術(shù)，尤其在在水產(chǎn)品加工方面有著廣闊的應(yīng)用前景。2.2.3 冷凍干燥為防止蛋白質(zhì)變性, 目前廣泛應(yīng)用的是冷凍干燥技術(shù)(freeze-drying)。冷凍干燥技術(shù)是將含水物質(zhì)在低溫下凍結(jié),然后在真空條件下通過對凍干物料加熱使冰升華, 再除去物料中部分吸附水, 得到干制品。用這種方法的特征是:結(jié)構(gòu)穩(wěn)定, 生物活性基本不變,易揮發(fā)性成分和受熱易變性成分損失很少, 呈多孔狀。然而冷凍干燥過程存在著一些潛在的損傷危險(xiǎn)。在預(yù)冷、一次干燥、二次干燥和儲(chǔ)存過程中,蛋白質(zhì)可能存在一定程度的變性。從二十世紀(jì)八、九十年代至今, 普遍認(rèn)為在冷凍干燥過程中冷凍和干燥都會(huì)引起蛋白質(zhì)變性。Dean 14 認(rèn)為在冷凍過程中缺

18、少保護(hù)劑的情況下, 蛋白質(zhì)將失去活性;而脫水過程本身能使蛋白質(zhì)損傷, 從而使復(fù)水后的蛋白質(zhì)失去活性。關(guān)于蛋白質(zhì)在凍結(jié)過程中變性的機(jī)理, 大多數(shù)研究者認(rèn)為蛋白質(zhì)分子周圍分布著多層水分子, 在降溫過程中, 蛋白質(zhì)分子周圍的水分子不斷凍結(jié), 但只要蛋白質(zhì)分子表面的單層水分子沒有凍結(jié), 則蛋白質(zhì)就不會(huì)變性, 反之, 蛋白質(zhì)就會(huì)變性。2.3 輻射處理林若泰等15研究認(rèn)為，輻照后冷卻豬肉中會(huì)產(chǎn)生一些含硫有機(jī)揮發(fā)性異味化合物，主要是二甲硫、二甲二硫、二甲三硫、甲硫醇等，隨著吸收劑量增大，異味物質(zhì)生成量增加。而李軍等16研究發(fā)現(xiàn)，在低劑量范圍內(nèi)，電子束輻射處理對冷凍雞肉的蛋白質(zhì)、脂肪和感官品質(zhì)沒有影響，僅造成

19、維生素A、維生素B1等維生素有明顯的損失。但在強(qiáng)輻射情況下，會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)游離基發(fā)生聚合使蛋白質(zhì)分子之間交聯(lián)，會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的改變。結(jié)語蛋白質(zhì)在加工和貯藏過程中容易受到損害導(dǎo)致理化學(xué)上的變化，其中可分為有利變化和不利變化。有利變化包括對蛋白質(zhì)制品的滅菌、酶鈍化、含氮化合物利用率提高、維持形狀等；而不利變化包括蛋白質(zhì)的變性、營養(yǎng)物質(zhì)流失、干耗、氧化敗變等。在蛋白質(zhì)在加工和貯藏過程中，應(yīng)注意熱處理的溫度和時(shí)間、低溫處理的溫度和速度、堿處理的pH和溫度、脫水處理的溫度和時(shí)間和輻射處理的強(qiáng)度等。針對某一蛋白質(zhì)制品，研究其特性找到最佳平衡點(diǎn)，能得出最佳的加工和貯藏方式和技術(shù)，避免損耗敗壞現(xiàn)象的發(fā)生。

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