第十九部分蛋白質(zhì)加工化學(xué)

第十九部分蛋白質(zhì)加工化學(xué)主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)第二節(jié)蛋白質(zhì)的分離制備第三節(jié)食品加工對蛋白質(zhì)的影響

第一節(jié)蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)1、概念在食品加工、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)。功能食品

蛋白質(zhì)類型溶解性飲料

乳清蛋白粘度湯、調(diào)味汁

明膠持水性香腸、蛋糕

肌肉蛋白，雞蛋蛋白膠凝作用肉和奶酪

肌肉蛋白和乳蛋白粘結(jié)-粘合肉、香腸、面條

肌肉蛋白，雞蛋蛋白彈性肉和面包

肌肉蛋白，谷物蛋白乳化香腸、蛋糕

肌肉蛋白，雞蛋蛋白泡沫冰淇淋、蛋糕

雞蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和風(fēng)味的結(jié)合油炸面圈

谷物蛋白

食品蛋白質(zhì)在食品體系中的功能作用

2、蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)分類

水的吸收與保留流體動力學(xué)性質(zhì)粘著性和粘度沉淀和膠凝溶脹性

濕潤性、分散性和溶解度表面性質(zhì)表面張力和乳化作用脂肪和風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合蛋白質(zhì)的起泡特性一、水化性質(zhì)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、Thr和非極性殘基團(tuán)與水分子相互結(jié)合的性質(zhì)。

干蛋白質(zhì)

水分子通過與極性

多層水吸附

部位結(jié)合而被吸附

蛋白質(zhì)的水化過程

（1）（2）液態(tài)水凝聚（3）腫脹（4）溶劑分散（5）

溶液腫脹的不溶性粒子或塊蛋白質(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)總吸水量隨蛋白質(zhì)濃度的增加而增加；在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)間的相互作用最強(qiáng)，締合和收縮后的蛋白質(zhì)呈現(xiàn)最低的水化和膨脹；隨著溫度的升高，氫鍵減少，蛋白結(jié)合水也隨之下降；

在低鹽濃度，蛋白質(zhì)水化增加；在高鹽濃度，水鹽相互作用大于水和蛋白質(zhì)間的作用，蛋白脫水產(chǎn)生“鹽析”。

二、粘度蛋白質(zhì)的粘度系數(shù)隨流動速度的增加而降低這種性質(zhì)稱為假塑或剪切變稀，可表示為：τ=mr.n

式中，τ為剪切力；

r.為流動速度；

m為稠度系數(shù)；

n為流動指數(shù)。

蛋白質(zhì)剪切變稀的原因：分子在流動的方向逐步定向，因而摩擦阻力下降；

蛋白質(zhì)水化球在流動方向變形；氫鍵和其他弱鍵的斷裂導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集體或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的解體。

影響蛋白質(zhì)流體粘度性質(zhì)的因素：

蛋白質(zhì)被分散的分子或粒子的表觀直徑蛋白質(zhì)---溶劑的相互作用蛋白質(zhì)---蛋白質(zhì)的相互作用蛋白質(zhì)----蛋白質(zhì)溶劑---溶劑蛋白質(zhì)----溶劑

實(shí)質(zhì)疏水相互作用離子相互作用蛋白質(zhì)的溶解度大小+三、溶解度

影響蛋白質(zhì)溶解度性質(zhì)的主要的相互作用具有疏水和離子的本質(zhì)。

疏水相互作用能促進(jìn)蛋白質(zhì)---蛋白質(zhì)相互作用，使蛋白質(zhì)溶解度降低；離子相互作用能促進(jìn)蛋白質(zhì)---水相互作用，使蛋白質(zhì)溶解度增加。

根據(jù)溶解度性質(zhì)，蛋白質(zhì)可分為：清蛋白：溶于pH6.6的水血清清蛋白、卵清蛋白和-乳白蛋白球蛋白：溶于pH7.0的稀鹽溶液大豆球蛋白、菜豆球蛋白和β-乳球蛋白谷蛋白：僅能溶于酸（pH2）和堿（pH12）小麥谷蛋白醇溶谷蛋白：溶于70%乙醇玉米醇溶蛋白和麥醇溶蛋白

谷蛋白和醇溶谷蛋白是高疏水性蛋白質(zhì)。pH和溶解度當(dāng)pH高于或低于pI時(shí)，促進(jìn)溶解；在pI時(shí)，溶解度最低；大多數(shù)是酸性蛋白質(zhì)，在pH4～5之間，溶解度最小，堿性pH時(shí)溶解度最高；某些具有大量親水性AA的蛋白質(zhì)（如β-Lg和BSA），在pI時(shí)仍然可溶。離子強(qiáng)度和溶解度離子強(qiáng)度的計(jì)算

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）——離子效應(yīng)SO42-、

F-～鹽析，溶解度降低ClO4-、SCN-～鹽溶，提高溶解度,導(dǎo)致沉淀

溫度和溶解度在0～40℃內(nèi)，溫度↑，溶解度↑；

T＞40℃，蛋白質(zhì)變性，非極性基團(tuán)暴露，促進(jìn)聚集和沉淀例外：高疏水性蛋白質(zhì)，如β-酪蛋白和一些谷類蛋白質(zhì)，溶解度與溫度負(fù)相關(guān)。

T<40℃溫度升高溶解度增大T>40℃溫度升高溶解度減少

有機(jī)溶劑和溶解度與水互溶的有機(jī)溶劑（如乙醇和丙酮）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；

導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度下降或沉淀；

三、蛋白質(zhì)的界面性質(zhì)概念：指蛋白質(zhì)能自發(fā)地遷移至汽-水界面或油-水界面的性質(zhì)。性質(zhì)上的差異主要與構(gòu)象有關(guān)：重要的構(gòu)象因素包括多肽鏈的穩(wěn)定性/柔性、對環(huán)境改變適應(yīng)的難易程度和親水與疏水基團(tuán)在蛋白質(zhì)表面的分布模式。蛋白質(zhì)在界面區(qū)域的濃度總是高于體相

具有界面性質(zhì)的蛋白質(zhì)的必要條件：能快速地吸附至界面；能快速地展開并在界面上再定向；

一旦達(dá)到界面，能與鄰近分子相互作用，形成具有強(qiáng)的粘合和粘彈性質(zhì)的膜，并能忍受熱和機(jī)械運(yùn)動。

內(nèi)在因素外在因素氨基酸組成pH非極性AA與極性AA之比

離子強(qiáng)度和種類疏水性基團(tuán)與親水性基團(tuán)的分布

蛋白質(zhì)濃度二級、三級和四級結(jié)構(gòu)

時(shí)間二硫鍵

溫度分子大小和形狀分子柔性

影響蛋白質(zhì)界面性質(zhì)的因素（一）乳化性質(zhì)許多傳統(tǒng)或新型食品，都是含乳狀液的多相體系。乳狀液的形成使食品具有期望的口感，有助于包合油溶性和水溶性配料，并能掩蔽不期望有的風(fēng)味。一些蛋白質(zhì)是理想的乳化劑。測定乳狀液平均液滴大小的方法①光學(xué)顯微鏡法②電子顯微鏡法③光散射法④質(zhì)子相關(guān)譜⑤

Counlter計(jì)數(shù)器

乳化能力（EC）定義：相轉(zhuǎn)變前（O/W→W/O）每克蛋白質(zhì)所能乳化的油的體積測定方法：加入油至蛋白質(zhì)溶液中，根據(jù)粘度、顏色、電阻的突變檢測相變相轉(zhuǎn)變：φ=0.65～0.85并非瞬時(shí)過程，先形成W/O/W雙重乳狀液

乳狀液穩(wěn)定性劇烈的處理方法（高溫、離心力）在數(shù)月內(nèi)穩(wěn)定乳狀液穩(wěn)定性表示方法

乳狀液穩(wěn)定性指標(biāo)（ESI）：濁度達(dá)到起始值的一半所需要的時(shí)間。

影響蛋白質(zhì)乳化作用的因素內(nèi)在因子：

pH、離子強(qiáng)度、溫度、存在的低分子量表面活性劑、糖、油相體積、蛋白質(zhì)類型和使用的油的熔點(diǎn)。外在因素：制備乳狀液的設(shè)備類型、能量輸入的速度和剪切速度。

目前沒有一致認(rèn)可的系統(tǒng)地評價(jià)蛋白質(zhì)乳化性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)方法。

（1）溶解度蛋白質(zhì)的乳化能力與溶解度成正比；高度不溶性的蛋白質(zhì)不是良好的乳化劑；100%的溶解度不是絕對必要的，一定程度的溶解度可能是必需的；良好的乳化性質(zhì)所必需的最低溶解度取決于蛋白質(zhì)的品種。

（2）pH在pI具有最佳的乳化性質(zhì)的蛋白質(zhì)例如血清清蛋白、明膠和蛋清蛋白缺乏凈電荷和靜電推斥相互作用，有助于在界面達(dá)到最高蛋白質(zhì)載量和促使高粘彈膜的形成具有最高乳化活力和乳化能力。大多數(shù)食品蛋白質(zhì)酪蛋白、商品乳清蛋白、肉蛋白、大豆蛋白在pI時(shí)是微溶和缺乏靜電推斥力的，不是良好的乳化劑。在遠(yuǎn)離pI時(shí)可能是有效的乳化劑。

（3）疏水性與蛋白質(zhì)表面疏水性弱正相關(guān)聯(lián)（二）凝膠作用

概念：是指變性的蛋白質(zhì)分子聚集并形成有規(guī)則的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程。機(jī)制：

加熱、酶二價(jià)金屬離子溶膠狀態(tài)

預(yù)凝膠

凝膠冷卻加熱

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

少量非極性氨基酸殘基變性時(shí)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(shí)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

pHpI——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7～8

Ca2+等兩價(jià)離子強(qiáng)化了凝膠結(jié)構(gòu)過量鈣橋產(chǎn)生凝結(jié)塊蛋白質(zhì)濃度最低濃度終點(diǎn)

影響蛋白質(zhì)凝膠作用的因素（三）起泡性質(zhì)起泡能力是指在汽-液界面形成堅(jiān)韌的薄膜,使大量氣泡并入和穩(wěn)定的能力。

膨脹率

<穩(wěn)定狀態(tài)泡沫值>

起泡力

<泡沫膨脹>

蛋白質(zhì)起泡力

牛血清清蛋白280

乳清分離蛋白600

雞蛋蛋清240

卵清蛋白40

牛血漿260

β-乳球蛋白480

血纖維蛋白原360

大豆蛋白（酶水解）500明膠（酸法加工豬皮明膠）760

不同蛋白質(zhì)溶液的起泡力

蛋白質(zhì)作為起泡劑的必要條件

作為一個(gè)有效的起泡劑，必須滿足：快速地吸附至氣-水界面易于在界面上展開和重排通過分子間相互作用在界面上形成粘合性膜。溶解度快速擴(kuò)散至界面疏水性（或兩親性）帶電、極性和非極性殘基的分布促進(jìn)界面相互作用分子(或鏈段)的柔性推進(jìn)在界面上的展開具有相互作用活性的鏈段具有不同功能性鏈段的配置促進(jìn)在氣、水和界面相的相互作用帶電基團(tuán)的配置在鄰近氣泡之間的電荷推斥極性基團(tuán)的配置防止氣泡和緊密靠近；水合作用、滲透和空間效應(yīng)（受此性質(zhì)和蛋白質(zhì)膜的成分的影響）

蛋白質(zhì)分子的性質(zhì)與起泡性的關(guān)系

影響起泡性質(zhì)的環(huán)境因素（1）pH

在pI時(shí)，若溶解性好起泡能力強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定性較好，如球蛋白，面筋蛋白，乳清蛋白。在pI時(shí)，若溶解度很低起泡能力差，但穩(wěn)定性很高，如多數(shù)食品蛋白質(zhì)。在pI以外起泡能力好，穩(wěn)定性差。影響起泡性質(zhì)的環(huán)境因素（2）鹽

鹽能影響蛋白質(zhì)的溶解度、粘度、展開和聚集。取決于鹽的種類和蛋白質(zhì)的性質(zhì)。NaCl～大豆蛋白（鹽析）促進(jìn)起泡能力，降低穩(wěn)定性NaCl～乳清蛋白（鹽溶）降低起泡能力，降低穩(wěn)定性二價(jià)陽離子（Ca2+、Mg2+）在蛋白質(zhì)的羧基之間形成橋接改進(jìn)起泡性和穩(wěn)定性影響起泡性質(zhì)的環(huán)境因素（3）糖蔗糖、乳糖和其他糖能增加粘度在界面上較難展開→損害起泡能力降低了泡沫中薄層液體的排出→增強(qiáng)穩(wěn)定性（4）脂

磷脂，具有比蛋白質(zhì)更好的表面活性，其以競爭的方式在界面上取代蛋白質(zhì)減少了膜的厚度和粘接性，使泡沫穩(wěn)定性下降。一般不含脂類的蛋白質(zhì)有較好的起泡性質(zhì)有表面活性的極性脂類妨礙了吸附蛋白質(zhì)的起泡性能。影響起泡性質(zhì)的環(huán)境因素（5）蛋白質(zhì)濃度蛋白質(zhì)濃度增加，氣泡穩(wěn)定性提高。蛋白質(zhì)濃度的增加提高了粘度，產(chǎn)生了較小的氣泡和堅(jiān)硬的膜。蛋白質(zhì)濃度為2～8%（w/v），起泡能力最大。（6）溫度溫度降低，疏水作用下降，膨脹率下降；部分熱變性可改進(jìn)起泡性質(zhì)過高。

制備泡沫的方法①鼓泡氣體通過一個(gè)多孔的噴灑器進(jìn)入一個(gè)低蛋白質(zhì)濃度的水溶液（0.01～2％）。

②攪打或振蕩③打擦激烈的機(jī)械應(yīng)力和剪切作用充氣食品④預(yù)先被加壓的溶液突然減壓蛋白質(zhì)風(fēng)味蛋白質(zhì)----風(fēng)味+良好風(fēng)味載體與不良風(fēng)味結(jié)合（四）風(fēng)味結(jié)合性質(zhì)

蛋白質(zhì)的構(gòu)象與風(fēng)味物的結(jié)合機(jī)制：非極性配位體（風(fēng)味物分子）與蛋白質(zhì)表面的疏水小區(qū)或空穴的相互作用與極性基團(tuán)間的氫鍵和靜電相互作用。完全可逆構(gòu)象發(fā)生了變化打斷了鏈段間的相互作用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性影響風(fēng)味結(jié)合的因素溫度：影響很小。熱變性：較高的結(jié)合能力。鹽溶：降低風(fēng)味結(jié)合（疏水作用下降）。

鹽析：提高風(fēng)味結(jié)合。pH：堿性下變性，促進(jìn)風(fēng)味結(jié)合。（五）組織化

在一定條件下，可溶性植物蛋或乳蛋白質(zhì)能夠形成具有咀嚼性和良好持水性的膜狀或纖維狀產(chǎn)品的特性。這些產(chǎn)品在隨后的