蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

1、第五章食品中的氨基酸、多肽及蛋白類物質(zhì)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)指在食品加工、貯藏和銷售過程中蛋白質(zhì)對食品需宜特征做出奉獻(xiàn)的那些物理和化學(xué)性質(zhì)。主要包括水化性質(zhì)、外表性質(zhì)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)和感官性質(zhì)。水合性質(zhì) 蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)就是蛋白質(zhì)與水結(jié)合的能力。蛋白質(zhì)分子可以通過氫鍵、靜電引力、疏水作用等形式與水分子相互結(jié)合： 在宏觀水平上，蛋白質(zhì)與水的結(jié)合是一個逐步進(jìn)行的過程，即首先形成化合水和鄰近水，再形成多分子層水，如假設(shè)條件允許，蛋白質(zhì)將進(jìn)一步水合，這時表現(xiàn)為：蛋白質(zhì)吸收水分充分膨脹而不溶解，這種水合性質(zhì)通常叫膨潤性； 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，具有這種特點(diǎn)的蛋白質(zhì)叫

2、可溶性蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力：干蛋白質(zhì)與相對濕度為9095%的空氣到達(dá)平衡時，每克蛋白質(zhì)所結(jié)合水的克數(shù)。 蛋白質(zhì)的水合能力可以通過相對濕度法、溶脹法、過量水法、水飽和法等方法進(jìn)行測定。 影響蛋白質(zhì)水合性質(zhì)的因素有多種，主要為： 蛋白質(zhì)的總吸水量隨蛋白質(zhì)濃度的增加而增加； 蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)時水合性質(zhì)最差，吸水量最少；偏離等電點(diǎn)吸水量增加； 隨溫度的升高，蛋白質(zhì)水合能力變差； 低鹽濃度，有助于蛋白分子的水合，在水中的溶解度增加；而高鹽濃度將降低蛋白分子的水化能力。 蛋白質(zhì)的持水能力：蛋白質(zhì)吸收水并將水保存在蛋白組織中的能力。蛋白質(zhì)的溶解度 蛋白質(zhì)的溶解度是衡量蛋白質(zhì)食品加工屬性的重要指標(biāo)。

3、蛋白質(zhì)的溶解度是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)溶劑之間相互作用到達(dá)平衡時的熱力學(xué)表現(xiàn)形式。 蛋白質(zhì)的溶解性能可以用水溶性蛋白質(zhì)WSP、水可分散蛋白質(zhì)WDP、蛋白質(zhì)分散性指標(biāo)PDI、氮溶解性指標(biāo)NSI來評價；其中PDI和NSI已是美國油脂化學(xué)家協(xié)會采納的法定評價方法。 蛋白質(zhì)在水中的溶解度不僅與自身組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與溶液pH、離子強(qiáng)度、溫度和蛋白質(zhì)濃度有關(guān)。蛋白質(zhì)溶液的黏度 蛋白質(zhì)溶液屬于膠體溶液，通常具有一定的黏度； 一種流體的黏度(viscotity)反映了它對流動的阻力，其本質(zhì)可用黏度系數(shù)()來表示，其關(guān)系式為： 其中為剪切力，為剪切速度或流動速度。 蛋白溶液不屬于牛頓流體，即不屬于恒定黏度系數(shù)的

4、溶液，其黏度系數(shù)隨流動速度的增加而降低。這種性質(zhì)成為假塑或剪切稀釋。絮凝(flocculation)指蛋白質(zhì)未發(fā)生變性時的無規(guī)那么聚集反響，這常常是因?yàn)殒滈g的靜電排斥力降低而發(fā)生的一種現(xiàn)象； 凝結(jié)作用(coagultion)：將發(fā)生變性的無規(guī)那么聚集反響和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的相互作用大于蛋白質(zhì)溶劑相互作用引起的聚集反響； 膠凝作用gelation)：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)的過程。逆的，這種體系稱為觸變體系，如大豆蛋白離析物和乳清蛋白濃縮物的分散體系就是觸變的。蛋白質(zhì)的膠凝作用 關(guān)于蛋白在溶液中聚集形態(tài)變化的幾個概念： 蛋白質(zhì)的締合(association)：指蛋白質(zhì)在亞單位或

5、分子水平上發(fā)生的變化； 聚合(polymerization)或聚合反響(aggregation)一般是指大的復(fù)合物的形成； 沉淀作用(precipitation)：指由于蛋白質(zhì)的溶解性完全或局部喪失而引起的聚集反響； 蛋白質(zhì)的膠凝作用是蛋白質(zhì)的一種非常重要的功能性質(zhì)，在許多食品，如皮凍、豆腐、碎肉制品和魚制食品等的制備中起著主要的作用。還可發(fā)揮增稠、提高吸水性、顆粒黏結(jié)和提高乳濁液或泡沫的穩(wěn)定性。 按照引起蛋白凝膠形成條件的差異，將食品蛋白凝膠可以分作以下類型： 加熱后再冷卻而形成的凝膠。這種凝膠多為熱可逆凝膠，如明膠凝膠； 在加熱下所形成的凝膠，這種凝膠很多不透明而且是不可逆凝膠，如蛋清蛋白

6、在加熱中形成的凝膠； 由鈣鹽等二價離子鹽形成的凝膠，如豆腐； 不加熱而經(jīng)局部水解或pH調(diào)整到等電點(diǎn)而形成的凝膠，如用凝乳酶制作干酪、乳酸發(fā)酵制作酸奶和皮蛋生產(chǎn)中堿對蛋清蛋白的局部水解等。 迄今為止，對于蛋白質(zhì)凝膠的形成機(jī)制還不十分清楚，但一般認(rèn)為蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的形成是由于蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)溶劑水的相互作用以及鄰近肽鏈之間的吸引力和排斥力到達(dá)平衡的結(jié)果。 影響蛋白凝膠形成的因素很多，掌握這些因素及影響的規(guī)律，可以有效的控制食品加工中蛋白凝膠形成的程度和質(zhì)量。蛋白質(zhì)的織構(gòu)化 蛋白質(zhì)的織構(gòu)化(texturization)指經(jīng)過一定的處理過程，使原本不具有畜肉那樣組織結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)特別是植物蛋白，變得具有

7、畜肉的組織結(jié)構(gòu)和咀嚼性。也就是人造肉的過程。 蛋白質(zhì)織構(gòu)化的方法由熱凝結(jié)、纖維形成、熱塑性擠壓等方法。面團(tuán)的形成 面團(tuán)形成性：一些植物小麥、黑麥、燕麥、大麥等的面粉在室溫下與水混合并揉搓后可形成粘稠、有彈性的面團(tuán)，將這種性質(zhì)叫做面團(tuán)的形成性。 面團(tuán)形成的主要因素是這些面粉中含有面筋蛋白，包括麥醇溶蛋白和麥谷蛋白，它們是小麥中蛋白質(zhì)的主體成分80%)，在水中不溶解。麥醇溶蛋白指那些可溶解于70%醇中的面粉蛋白，相對分子量在3500075000之間，含有鏈內(nèi)二硫鍵；麥谷蛋白分子質(zhì)量可達(dá)數(shù)百萬，既含有鏈內(nèi)二硫鍵，也含有鏈間二硫鍵。由于面筋蛋白中富含谷氨酰胺超過33%、脯氨酸(15%20%)、絲氨酸及

8、蘇氨酸等，它們傾向于形成氫鍵，這在很大程度上解釋了面筋蛋白的水吸收能力其吸水量為干蛋白質(zhì)重量的180%200%)黏著性質(zhì)；面筋蛋白中還含有較多的非極性氨基酸，這對水化面筋蛋白質(zhì)的聚集作用、粘彈性和與脂肪的有效結(jié)合有關(guān)；面筋蛋白質(zhì)中還含有眾多的二硫鍵，這是面團(tuán)物質(zhì)產(chǎn)生堅(jiān)韌性的原因。具體到其中的兩類主要蛋白，麥谷蛋白決定著面團(tuán)的彈性、黏合性和擴(kuò)張強(qiáng)度；麥溶蛋白具有促進(jìn)面團(tuán)流動性、伸展性和膨脹性的作用。 面團(tuán)形成的過程為當(dāng)面粉和水混合并被揉搓時，面筋蛋白開始水化、定向排列和局部展開，促進(jìn)了分子內(nèi)和分子間二硫鍵的交換反響及增強(qiáng)了疏水的相互作用，當(dāng)最初面筋蛋白質(zhì)顆粒變成薄膜時，二硫鍵也使水化面筋形成了黏

9、彈性的三維蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，于是便起到了截留淀粉粒和其它面粉成分的作用。面筋蛋白在水化揉搓過程中網(wǎng)絡(luò)的形成可通過參加半胱氨酸、偏亞硫酸氫鹽等復(fù)原劑破壞二硫鍵、參加溴酸鹽等氧化劑促使二硫鍵形成，從而降低面團(tuán)的黏彈性或促進(jìn)黏彈性而得到證明。了泡沫結(jié)果中薄層液體的排出速度；降低起泡力的原因主要是在糖溶液中，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，當(dāng)其吸附到界面上時較難展開，這樣就降低了蛋白質(zhì)在攪打時產(chǎn)生大的界面面積和泡沫體積的能力。 g.脂類物質(zhì)的存在：脂類物質(zhì)，由其是磷脂類物質(zhì)具有比蛋白質(zhì)更大的外表活性，可以競爭的方式取代界面上的蛋白質(zhì)，于是減少了膜的厚度和黏合性并最終因膜的削弱而導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性下降。 h.攪打：攪打

10、或攪拌的時間和強(qiáng)度明顯影響蛋白質(zhì)的起泡能力；但既要足夠也要適當(dāng)，過度攪打?qū)⑵茐呐菽５鞍踪|(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合 蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合指蛋白質(zhì)通過某種形式與一些氣味性物質(zhì)結(jié)合而將這些物質(zhì)固定的性質(zhì)。這種性質(zhì)在食品加工中有重要的用途。 蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合通過弱鍵進(jìn)行，主要有物理吸附和化學(xué)吸附，前者為范德華結(jié)合和毛細(xì)管吸附，后者包括靜電吸附、氫鍵結(jié)合和共價結(jié)合。 蛋白質(zhì)通過分子中的基團(tuán)或鏈段與風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合。極性風(fēng)味物質(zhì)可以與極性氨基酸殘基形成氫鍵；弱極性的風(fēng)味物質(zhì)可以與弱極性氨基酸的脂溶性殘基或蛋白質(zhì)的疏水區(qū)結(jié)合；蛋白質(zhì)中的一些部位還可以與一些風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生Has it been 1 h yet?較

11、強(qiáng)的結(jié)合，如一些醛、酮類揮發(fā)物可以與賴氨酸的末端氨基形成Schiff堿，而一些胺類揮發(fā)物可與天門冬氨酸、谷氨酸的末端羧基形成酰胺鍵。 可以將蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合表示為： Pr+nL=PrLn 此式表示蛋白質(zhì)分子中具有多個結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的位點(diǎn)并結(jié)合了多個風(fēng)味物質(zhì)分子。 按照這種作用模式，可以借用斯卡特卡爾Scatchard關(guān)系式表示蛋白質(zhì)和風(fēng)味物質(zhì)之間的相互作用： V/L=nK-Vk 式中：V是每mol蛋白質(zhì)結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的mol數(shù)；L是平和時游離的風(fēng)味物的濃度(mol/L)；n是每mol蛋白質(zhì)具有的總結(jié)合部位數(shù)；K是平衡結(jié)合常數(shù)。 影響蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合的因素包括其它可以影響蛋白構(gòu)象的物質(zhì)、水

12、、pH、加熱、蛋白的化學(xué)改性等。蛋白質(zhì)的改性 蛋白質(zhì)的改性即指通過采用物理、化學(xué)、酶學(xué)或基因的方法是蛋白質(zhì)的組成、大小、所帶基團(tuán)及分子的結(jié)構(gòu)包括高級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物活性的過程。 蛋白質(zhì)改性的目的是擴(kuò)大蛋白資源范圍，為食品加工提供可利用的蛋白原料。 蛋白質(zhì)改性較常用的方法包括化學(xué)改性和酶法改性。 一、化學(xué)改性 a.酸或堿的有限水解：利用酸或堿的催化作用將蛋白質(zhì)局部水解，可以增加蛋白質(zhì)的溶解度，從而提高其持水性、乳化性和起泡性等，也可提高人體的吸收利用程度。 b.磷酸化：蛋白質(zhì)的磷酸化可以通過POCl3或三聚磷酸鈉與蛋白質(zhì)的反響而實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)分子鏈上所帶的羥基、氨基、羧

13、基可以與反響物發(fā)生酯化反響而帶上磷酸基或發(fā)生交聯(lián)。經(jīng)過磷酸化處理后的蛋白質(zhì)可能發(fā)生兩個方面的性質(zhì)變化，當(dāng)分子中增加了自由的磷酸基時，蛋白質(zhì)的溶解性能會發(fā)生變化，親水性增加，乳化性能、起泡性能得到改善；當(dāng)交聯(lián)程度增加時，改變了蛋白質(zhì)的荷電特性，會增加蛋白質(zhì)的凝膠特性，增加黏彈性等。 c.?；豪靡宜狒㈢晁狒任镔|(zhì)與蛋白質(zhì)反響，可以將?；Y(jié)合于蛋白分子中的羥基、氨基、巰基等基團(tuán)上而導(dǎo)致?；．?dāng)在蛋白質(zhì)分子中引入乙?；蜱牾；螅瑫?dǎo)致蛋白分子伸展、亞基間解離的趨勢增加，從而導(dǎo)致蛋白的溶解度、乳化力和脂肪吸收容量等性能得到改善。 蛋白質(zhì)的?；€可除去一些抗?fàn)I養(yǎng)因子，如豆類食物中的植酸，主要由蛋白質(zhì)帶入體內(nèi)。而將豆類中的蛋白分子?；螅梢源蟠蠼档团c植酸的結(jié)合能力，使植酸游離而形成植酸鈣而去除。 二、酶法改性 a.酶法水解：利用大量可供利用的蛋白水解酶，可以對不同來源的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解。蛋白經(jīng)過水解后，可以提高溶解性能，增加體內(nèi)的吸收；也可以降低蛋白的乳化性和起泡性；還可以得到多種具有特殊作用的功能肽類物質(zhì)。 b.胃合蛋白反響 胃合蛋白(plastein)指蛋白質(zhì)局部水解后，再經(jīng)木瓜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶作用而形成的高相對分子量的多肽。胃合蛋白反響指一組反響，包括蛋白質(zhì)的最初水解，肽鍵的重新合成等；由于胃合蛋白