蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)

1、蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)(Functional Properties of Protein蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)是指食品體系在加工、 貯藏、制備和消費過程中蛋白質(zhì)對 食品產(chǎn)生需要特征的那些物理、化學(xué)性質(zhì)。各種食品對蛋白質(zhì)功能特性的要求是 不一樣的（表2-3 ）。表2-2食品體系中蛋白的功能作用功能作用機制食品蛋白質(zhì)類型溶解性親水性L飲料乳清蛋白粘度持水性，流體動力學(xué)的大小 和形狀湯、調(diào)味汁、色拉調(diào)味汁、 甜食明膠持水性氫鍵、離子水合香腸、蛋糕、面包肌肉蛋白，雞蛋蛋白膠凝作用水的截留和不流動性，網(wǎng)絡(luò) 的形成肉、凝膠、蛋糕焙烤食品和 奶酪肌肉蛋白，雞蛋蛋白和牛奶蛋白粘結(jié)-粘疏水作用，離子鍵和氫鍵肉、香腸、面條、

2、焙烤食品肌肉蛋白，雞蛋蛋白的乳清蛋白彈性疏水鍵，一硫交聯(lián)鍵肉和面包肌肉蛋白，谷物蛋白乳化界面吸附和膜的形成香腸、大紅腸、湯、蛋糕、 甜食肌肉蛋白，雞蛋蛋白，乳清蛋白泡沫界面吸附和膜的形成攪打頂端配料，冰淇淋、蛋 糕、甜食雞蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和風(fēng)的結(jié)合疏水鍵，截面低脂肪焙烤食品，油炸面圈牛奶蛋白，雞蛋蛋白，谷物蛋白表2-3 各種食品對蛋白質(zhì)功能特性的要求食品功能性飲料、湯、沙司不同pH時的溶解性、熱穩(wěn)定性、粘度、乳化作用、持水性形成的面團焙烤產(chǎn)品（面包、 蛋糕等）成型和形成粘彈性膜，內(nèi)聚力，熱性變和膠凝作用，吸水作用，乳化作 用，起泡，褐變?nèi)橹破罚ň聘衫?、冰淇淋?甜點心等）乳化作用，對脂肪

3、的保留、粘度、起泡、膠凝作用、凝結(jié)作用雞蛋代用品起泡、膠凝作用肉制品（香腸等）乳化作用、膠凝作用、內(nèi)聚力、對水和脂肪的吸收與保持肉制品增量劑（植物組織蛋白）對水和脂肪的吸收與保持、不溶性、硬度、咀嚼性、內(nèi)聚力、熱變性食品涂膜內(nèi)聚力、粘合糖果制品（牛奶巧克力）分散性、乳化作用食品的感官品質(zhì)是由各種食品原料復(fù)雜的相互作用產(chǎn)生的。例如蛋糕的風(fēng)味、質(zhì)地、顏色和形態(tài)等性質(zhì)，是由原料的熱膠凝性，起泡、吸水作用、乳化作 用、粘彈性和褐變等多種功能性組合的結(jié)果。因此，一種蛋白質(zhì)作為蛋糕或其他類似產(chǎn)品的配料使用時，必須具有多種功能特性。動物蛋白，例如乳（酪蛋白）、 蛋和肉蛋白等，是幾種蛋白質(zhì)的混合物，它們有著較

4、寬范圍的物理和化學(xué)性質(zhì)， 及多種功能特性，例如蛋清具有持水性、膠凝性、粘合性、乳化性、起泡性和熱 凝結(jié)等作用，現(xiàn)已廣泛地用作許多食品的配料，蛋清的這些功能來自復(fù)雜的蛋白 質(zhì)組成及它們之間的相互作用，這些蛋白質(zhì)成分包括卵清蛋白、 伴清蛋白、卵粘 蛋白、溶菌酶和其他清蛋白。然而植物蛋白（例如大豆和其他豆類及油料種子蛋 白等）；和乳清蛋白等其他蛋白質(zhì)，雖然它們也是由多種類型的蛋白質(zhì)組成，但 是它們的功能特性不如動物蛋白，目前只是在有限量的普通食品中使用。一、蛋白質(zhì)的界面性質(zhì)（Inteficial properties）泡沫或乳化體系類的食品，一般要利用到蛋白質(zhì)的起泡性、泡沫穩(wěn)定性和乳 化性等功能，例

5、如焙烤食品、甜點心、啤酒、牛奶、冰淇淋、黃油和肉餡等，這 些分散體系，除非有兩親物質(zhì)存在，否則是不穩(wěn)定的。蛋白質(zhì)是兩親分子，它能 自發(fā)地遷移到空氣-水界面或油-水界面，在界面上形成高粘彈性薄膜，其界面體 系比由低分子質(zhì)量的表面活性劑形成的界面更穩(wěn)定。1 乳化性質(zhì)許多食品屬于乳膠體（牛奶、乳脂、冰淇淋、豆奶、黃油、干酪、蛋黃醬和肉餡），蛋白質(zhì)成分在穩(wěn)定這些膠態(tài)體系中通常起著重要的作用。天然乳膠體靠脂肪球“這種“膜”由三酰甘油、 磷脂、不溶性脂蛋白和可溶性蛋白的連續(xù)吸附 層所構(gòu)成。蛋白質(zhì)一般對水/油（W/O型乳膠液的穩(wěn)定性較差。這可能是因為大 多數(shù)蛋白質(zhì)的強親水性使大量被吸附的蛋白質(zhì)分子位于界面的

6、水相一側(cè)。蛋白質(zhì)的表面活性不僅與蛋白質(zhì)中氨基酸的組成、結(jié)構(gòu)、立體構(gòu)象、分子中極性和非極性殘基的分布與比例， 二硫鍵的數(shù)目與交聯(lián)，以及分子的大小、形狀 和柔順性等內(nèi)在因素有關(guān)，而且與外界因素，甚至加工操作有關(guān)。凡是能影響蛋 白質(zhì)構(gòu)象和親水性與疏水性的環(huán)境因素，諸如 pH溫度、離子強度和鹽的種類、 界面的組成、蛋白質(zhì)濃度、糖類和低分子量表面活性劑，能量的輸入，甚至形成 界面加工的容器和操作順序等，都將影響蛋白質(zhì)的表面活性。蛋白質(zhì)在攪打和均 質(zhì)時形成泡沫和乳狀液的關(guān)鍵在于蛋白質(zhì)能自發(fā)和快速的吸附在新形成的界面（空氣-水或油-水）上。蛋白質(zhì)乳化作用指數(shù)（每克供試蛋白質(zhì)的界面 （m2的穩(wěn)定性）pH6.5

7、pH8.0蛋白質(zhì)乳化作用指數(shù)（每克供試蛋白質(zhì)的界面 （m2穩(wěn)定性）pH6.5pH8.0合成（88%酵母蛋白32234匚 大豆蛋白離析4191物2牛血清清蛋白197血紅蛋白75酪蛋白酸鈉149166酵母蛋白859B -乳球蛋白153溶菌酶50乳清蛋白粉末119142卵清蛋白49表2-4各種蛋白質(zhì)的乳化作用指數(shù)值aa.蛋白質(zhì)分散在0.5%的磷酸鹽緩沖液中，pH6.5，離子強度0.1 , 琥珀?；?表示酵母蛋白中琥珀?；馁嚢彼峄鶖?shù)2 .起泡性（foaming properties）食品泡沫通常是氣泡在連續(xù)的液相或含可溶性表面活性劑的半固相中形成 的分散體系。種類繁多的泡沫其質(zhì)地大小不同，例如蛋白

8、質(zhì)酥皮、蛋糕、棉花糖 和某些其他糖果產(chǎn)品、點心頂端配料、冰淇淋、蛋奶酥、啤酒泡沫、奶油凍和面 包等。大多數(shù)情況下，氣體是空氣或CO2連續(xù)相是含蛋白質(zhì)的水溶液或懸濁液。 某些食品泡沫是很復(fù)雜的膠態(tài)體系，例如冰淇淋中存在分散的和群集的脂肪球 （多數(shù)是固體）、乳膠體（或懸濁液）、分散的冰晶懸浮體，多糖凝膠、糖和蛋 白質(zhì)的濃縮溶液以及空氣氣泡。通常用表面活性劑以保持界面，使之防止氣泡聚 集，因為表面活性劑能夠降低界面張力，并且在氣泡之間形成有彈性的保護層， 某些蛋白質(zhì)可通過在氣-液界面吸附形成保護膜，這種情況下，兩個鄰近的氣泡 之間的薄片由被液層隔開的2個吸附蛋白質(zhì)膜所組成。各種泡沫的氣泡大小很不 相

9、同，直徑從1微米到幾cm不等，氣泡的大小取決于多種因素，例如，液相的 表面張力和粘度、輸入的能量，分布均勻的細微氣泡可以使食品產(chǎn)生稠性、細膩 和松軟性，提高分散性和風(fēng)味感。產(chǎn)生泡沫有三種方法：最簡單的一種方法是讓鼓泡的氣體通過多孔分配器 （例如燒結(jié)玻璃），然后通入低濃度（0.01 %2.0%, W/V蛋白質(zhì)水溶液中， 最初的氣體乳膠體因氣泡上升和排出而被破壞，由于氣泡被壓縮成多面體而發(fā)生 畸變，使泡沫產(chǎn)生一個大的分散相體積（©）（圖5-31 ）。如果通入大量氣體， 液體可完全轉(zhuǎn)變成泡沫，甚至用稀蛋白質(zhì)溶液同樣也能得到非常大的泡沫體積。 一般可膨脹10倍（膨脹率為1000%，在某些情況

10、下可能達到100倍，對應(yīng)的 ©值分別為0.9和0.99 （假定全部液體都轉(zhuǎn)變成泡沫），泡沫密度也相應(yīng)地改 變。圖1-3形成泡沫圖解。A.液體體積；B.摻入的氣體體積；C.分散體的總體 積；D.泡沫中的液體體積（=E-B）; E.泡沫體積。泡沫體積定義為100X E/A;膨脹 量為100XB/A=100X（ C-A） /A，起泡能力為100X B/D,泡沫相體積為100X B/E。第二種起泡方法是在有大量氣相存在時攪打（或攪拌）或振搖蛋白質(zhì)水溶液產(chǎn)生泡沫，攪打是大多數(shù)食品充氣最常用一種方法，與鼓泡法相比，攪打產(chǎn)生更強的機械應(yīng)力和剪切作用， 使氣體分散更均勻。更劇烈的機械應(yīng)力會影 響氣泡

11、的聚集和形成，特別是阻礙蛋白質(zhì)在界面的吸附，導(dǎo)致對蛋白質(zhì)的需要量 增加（1%40% W/V）。在攪打時，試樣體積通常增加 300%- 2000%f等。意大利咖啡卡布奇諾（cappuccino ）意大利特濃（Espresso）等的調(diào)制中常 用到奶沫，而奶沫的制作就是用了攪打法。第三種產(chǎn)生泡沫的方法是突然解除預(yù)先加壓溶液的壓力，例如在分裝氣溶膠 容器中加工成的摜奶油（攪打奶油）。表2-5蛋白質(zhì)起泡能力蛋白質(zhì)起泡能力a （%（0.5%蛋白質(zhì)溶液，W/V蛋白質(zhì)起泡能力a （%（0.5%蛋白質(zhì)溶液，W/V牛血清清蛋白280B -乳球蛋白480乳清分離蛋白600血纖維素原蛋白360卵清蛋白40大豆蛋白（酶

12、水解）500蛋清240明膠（酸法加工豬皮）760牛血漿260a根據(jù)上述公式的計算值糖類通常能抑制泡沫膨脹，但可提高泡沫的穩(wěn)定性。后者是因為糖類物質(zhì)能 增大體相粘度，降低了薄片流體的脫水速率。由于糖類提高了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 性，使蛋白質(zhì)不能夠在界面吸附和伸長， 因此，在攪打時蛋白質(zhì)就很難產(chǎn)生大的 界面面積和大的泡沫體積。所以制作蛋白酥皮和其它含糖泡沫甜食，最好在泡沫 膨脹后再加入糖。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)被低濃度（0.1%）脂類污染時，脂類物質(zhì)將會嚴(yán)重損害起泡性能，因此，無磷脂的大豆蛋白質(zhì)制品、不含蛋黃的蛋白質(zhì)、“澄清的”乳清蛋白或低脂乳清蛋白離析物與它們的含脂對應(yīng)物相比，其起泡性能更好。這可能是由于具有表面

13、活性的脂類化合物占據(jù)了空氣-水界面，對吸附蛋白質(zhì)膜的最適宜構(gòu) 象產(chǎn)生干擾，從而抑制了蛋白質(zhì)在界面的吸附，使泡沫的內(nèi)聚力和粘彈性降低， 最終造成攪打過程中泡沫破裂。蛋白質(zhì)加熱部分變性， 可以改善泡沫的起泡性。 因此在產(chǎn)生泡沫前， 適當(dāng)加 熱處理可提高大豆蛋白（70-80C）、乳清蛋白（4060C）、卵清蛋白（卵 清蛋白和溶菌酶） 等蛋白質(zhì)的起泡性能， 熱處理雖然能增加膨脹量， 但會使泡沫 穩(wěn)定性降低。若用比上述更劇烈的條件熱處理則會損害起泡能力。要想形成足夠量的泡沫， 必須使攪動的持續(xù)時間和強度適合于蛋白質(zhì)的充分 伸展和吸附。 但過度強烈攪拌會降低膨脹量和泡沫的穩(wěn)定性， 卵清對過度攪拌特 別敏感

14、，攪打卵清或清蛋白超過68min可引起蛋白質(zhì)在空氣-水界面發(fā)生聚集 絮凝。這些不溶解的蛋白質(zhì)在界面不能被完全吸附， 使液體薄片的粘性不能滿足 泡沫高度穩(wěn)定性的要求。大多數(shù)蛋白質(zhì)是一種復(fù)合蛋白， 因此，它們的起泡性質(zhì)受吸附在界面上的蛋 白質(zhì)組分之間的相互作用影響。 例如，蛋清之所以具有優(yōu)良的起泡性能， 是與它 的蛋白質(zhì)組成有關(guān)。 酸性蛋白質(zhì)如果適當(dāng)與堿性蛋白結(jié)合， 則可提高起泡性， 蛋 白質(zhì)的乳化能力和起泡能力之間不存在緊密的相關(guān)性。塔塔粉：酒石酸氫鉀，主要用途是幫助蛋白打發(fā)及中和蛋白的堿性，顏色 也會較雪白。蛋糕 DIY二、面團的形成小麥蛋白是眾多食品蛋白質(zhì)中唯一具有形成粘彈性面團特性的蛋白質(zhì)

15、。 當(dāng)小 麥面粉與水（約 3:1 ）于室溫下混合、揉搓，形成強內(nèi)聚性和粘彈性的面團，再 通過發(fā)酵、焙烤便制成面包，但黑麥和大麥的這種性質(zhì)較差。小麥面粉中含有可溶性和不溶性兩類蛋白，可溶性蛋白大約占總蛋白的 20%，主要為清蛋白（溶于水）和球蛋白（溶于 10%NaC）l ，以及少量的糖蛋白。 它們對小麥粉的面團形成特性沒有貢獻。 面筋蛋白（即小麥中的水不溶性蛋白是 一類雜蛋白混合物）約占小麥總蛋白的 80%，主要包含麥醇溶蛋白（溶于 70% 90%乙醇）和麥谷蛋白（不溶于水和乙醇，而溶于酸或堿）。小麥面粉發(fā)酵時面 筋蛋白能夠捕捉氣體形成粘彈性面團。此外，面筋蛋白中，還含有淀粉粒、戊聚 糖、極性和

16、非極性脂類及可溶性蛋白質(zhì)， 所有這些成分都有助于面團形成三維的 粘彈性蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和 （或） 面包質(zhì)地形成。 麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的組成及大分 子體積使面筋富有很多特性。 由于它們的可離解氨基酸含量低， 使面筋蛋白質(zhì)不 溶于中性水溶液。面筋富含谷氨酰胺（ 33%以上）和含羥基的氨基酸，因而易形 成氫鍵，可用來解釋面筋的吸水能力和內(nèi)聚 - 粘合性。面筋中所含的許多非極性 氨基酸（約 30%），有利于蛋白質(zhì)分子和脂類的疏水相互作用，使之產(chǎn)生聚集。 另外，半胱氨酸和胱氨酸約占面筋總量的 2%-3%，可形成許多二硫交聯(lián)鍵，這 也有利于蛋白質(zhì)分子之間在面團中的緊密連接。某些小麥品種的面筋蛋白質(zhì)特別適合制作

17、面包。 而大多數(shù)谷物和植物蛋白質(zhì) 卻不適宜制作面包， 因此添加它們到小麥粉中常常是有害的， 盡管其原因還不完 全清楚，但可以解釋小麥面筋蛋白質(zhì)對面團的形成和在面包制作中所起的作用。還原劑（例如半胱氨酸）或巰基封閉劑（如 N-乙基馬來酰亞胺）能極大的 降低面團粘度， 所以具有破壞水合面筋和面包面團的內(nèi)聚結(jié)構(gòu)的作用。 添加氧化 劑例如溴酸鹽可增加面團的韌性和彈性。含高強度面筋的面粉需要長時間混合， 才能產(chǎn)生粘合的面團。 而面筋含量低的面粉用水混合時， 若用力或持續(xù)時間超過 一定的限度， 可使面筋網(wǎng)絡(luò)破壞， 這很可能是由于二硫鍵斷裂 （特別是沒有空氣 存在時）的緣故。面團強度與麥谷蛋白以及完全不溶解

18、的“殘余蛋白質(zhì)”的含量有關(guān)。 用不同 比例麥醇溶蛋白 -麥谷蛋白的均質(zhì)小麥面粉進行試驗，表明麥谷蛋白決定面團的 彈性、粘結(jié)性和混合耐受性、 麥醇溶蛋白的易流動性以及面團的延伸度和膨脹等 特性，因此有利于產(chǎn)生大的面包松容積。 兩種蛋白質(zhì)適當(dāng)?shù)谋壤龑τ诿姘谱魇?很重要的，面團過度粘結(jié)（麥谷蛋白）會抑制發(fā)酵過程中截留的C02氣泡膨脹、面團鼓起和焙烤后面團屑中網(wǎng)眼狀空氣腔泡的存在。 過大的伸長度（麥醇溶蛋白） 則形成易破的和可滲透的面筋薄膜，這樣不僅保留C02勺能力差，而且面包會癟 塌。麥谷蛋白和麥醇溶蛋白對面團強度、 粘彈性和膨脹性產(chǎn)生不同的影響， 是與 他們各自的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。麥谷蛋白是相對分子

19、質(zhì)量從 12 000 到130 000 的異 種多肽組成的蛋白質(zhì)，按相對分子質(zhì)量又可分為高相對分子質(zhì)量（ MW 90 000）和低相對分子質(zhì)量（MW 90 000=麥谷蛋白。在面筋中麥谷蛋白的巰基通過 分子之間的相互作用， 形成分子間的二硫交聯(lián)鍵， 生成相對分子質(zhì)量甚至高達幾 百萬的多聚體。分子間的這些二硫鍵是面團具有大的彈性的原因。 因此，麥谷 蛋白和麥醇溶蛋白的適當(dāng)比例，對于形成粘彈性面團結(jié)構(gòu)是非常必要的。面粉或添加在面團中的中性與極性脂類， 它們與麥醇溶蛋白和麥谷蛋白相互 作用，能削弱或增加面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。焙烤不會引起面筋蛋白質(zhì)大的再變性， 因為麥醇溶蛋白和麥谷蛋白在面粉中 已經(jīng)部分伸展

20、， 在捏柔面團時使之變得更加伸展， 而在正常溫度下焙烤面包時將 阻止其進一步伸展。溫度高于 7080C,面筋蛋白質(zhì)釋放出的一些水分被部分 糊化的淀粉粒所吸收，因此，即使在焙烤時，面筋蛋白質(zhì)也仍然能使面包（含 40 50%水）柔軟和保持水分?？扇苄孕←湹鞍踪|(zhì) （清蛋白和球蛋白） 在焙烤時發(fā)生變性和聚集， 這種部分 膠凝作用有利于面包屑的凝結(jié)。 因此，在向焙烤食品中添加外來的蛋白質(zhì)往往是 適宜的，例如營養(yǎng)強化。 但不是所有外源蛋白質(zhì)都適合于形成面筋網(wǎng)絡(luò)。 水溶性 球蛋白對面包的松軟體積非常不利， 而熱變性的大豆、 乳清或乳蛋白可避免這種 不良影響。添加極性脂類、小麥面粉糖脂（單和二半乳糖二酸甘油酯）或合成表 面活性劑（非離子型蔗糖酯或離子型硬酯酰乳酸鈉） ，也可以摻合更多不致于使 面包結(jié)構(gòu)變壞的外源蛋白質(zhì)。 這表明糖脂對面團網(wǎng)絡(luò)中的疏水鍵形成起著重要作 用，也可以在小麥面粉中添加面筋增強面團的網(wǎng)