生物學五蛋白質(zhì)

生物學五蛋白質(zhì)第1頁/共161頁蛋白質(zhì)的元素分析C50～55%H6～7%O20～23%N12～19%（16%，6.25）S0.2～3.0%第2頁/共161頁蛋白質(zhì)的分類

根據(jù)組成分類簡單蛋白質(zhì)（homoproteins）在細胞中未經(jīng)酶催化改性的蛋白質(zhì)結合蛋白質(zhì)（conjugatedproteins）或雜蛋白質(zhì)（heteroproteins）經(jīng)過酶催化改性或與非蛋白質(zhì)組分復合的非蛋白質(zhì)組分稱為輔基第3頁/共161頁結合蛋白質(zhì)包括：核蛋白（核蛋白體）糖蛋白（卵清蛋白、κ-酪蛋白）磷蛋白（α-和β-酪蛋白、激酶、磷酸化酶）脂蛋白（蛋黃蛋白質(zhì)、幾種肌漿蛋白質(zhì)）金屬蛋白（血紅蛋白、肌紅蛋白和幾種酶）第4頁/共161頁球蛋白(globular)以球狀或橢圓狀存在的蛋白質(zhì)由多肽鏈自身折疊而造成纖維狀蛋白（棒狀分子）(fibrous)含有相互纏繞的多肽鏈根據(jù)大體上的結構形式分類第5頁/共161頁蛋白質(zhì)的生物功能酶催化結構蛋白收縮蛋白（肌球蛋白、肌動蛋白、微管蛋白）激素（胰島素、生長激素）傳遞蛋白（血清蛋白、鐵傳遞蛋白、血紅蛋白）抗體（免疫球蛋白）貯藏蛋白（蛋清蛋白、種子蛋白）保護蛋白（毒素和過敏素）第6頁/共161頁食品蛋白質(zhì)易于消化無毒富有營養(yǎng)顯示功能特性來源豐富第7頁/共161頁第二節(jié)氨基酸的物理化學性質(zhì)

一、氨基酸的一般性質(zhì)（一）一般結構和分類

－氨基酸是組成蛋白質(zhì)的最基本單位

決定物化性質(zhì)第8頁/共161頁據(jù)其分子結構分為六類中性氨基酸一氨基，一羧基Ala(丙),Gly(甘),Val(纈),Leu(亮),Ile(異亮)酸性氨基酸一氨基，二羧基Asp(天),Glu(谷)堿性氨基酸二氨基，一羧基Arg(精),Lys(賴),His(組)含羥氨基酸一氨基，一羧基，一羥基Ser(絲),Thr(蘇)含硫氨基酸一氨基，一羧基，一巰基Cys(半),Met(蛋)含環(huán)氨基酸一氨基，一羧基，一環(huán)

Phe(苯),Pro(脯),Trp(色),Tyr(酪)第9頁/共161頁甘丙纈亮異脂鏈絲蘇半蛋羥硫添脯酪色苯雜芳環(huán)天谷精賴組酸堿第10頁/共161頁按側鏈基團R的極性分為四類非極性氨基酸或疏水性氨基酸脂肪族（Ala，Ile，Leu，Val）芳香族側鏈的氨基酸(Phe,Trp)是疏水的不帶電荷的極性氨基酸側鏈與水結合形成氫鍵，Ser,Thr,Cys在pH7時帶正電荷的極性氨基酸堿性氨基酸，Lys,Arg,His(略帶）在pH7時帶負電荷的極性氨基酸酸性氨基酸，Asp,Glu

堿性和酸性氨基酸具有很強的親水性

第11頁/共161頁必需氨基酸有些氨基酸，機體合成不足，必需從食物或飼料中供給，如果食物或飼料中缺乏這些氨基酸，就會影響機體的正常生長和健康。人體必需氨基酸有Lys，Phe,Val,Met,Thr,Trp,Leu及Ile八種，此外，His對于嬰兒的營養(yǎng)也是必需的。第12頁/共161頁（二）氨基酸的立體化學除甘氨酸外都具有旋光性。在植物或動物組織的蛋白質(zhì)水解物中，僅發(fā)現(xiàn)Ｌ－型異構體。第13頁/共161頁Ile和Thr的-碳原子也是不對稱的，因此它們都有4個對映體。第14頁/共161頁（三）氨基酸的酸-堿性質(zhì)羧基能電離成COO-和H+；氨基能接受質(zhì)子，形成銨鹽。氨基酸是兩性電解質(zhì)甘氨酸

提供質(zhì)子，可釋放質(zhì)子提供電子對，可接受質(zhì)子第15頁/共161頁在中性pH范圍，-氨基和

-羧基都處在離子化狀態(tài)，此時氨基酸分子是偶極離子或兩性離子。偶極離子以電中性狀態(tài)存在時的pH被稱為等電點（isoelectricpoint,pI）。第16頁/共161頁當-COO-和-COOH的濃度相等時的pH被稱為pKa1當-NH3+和-NH2濃度相等時的pH被稱為pKa2

第17頁/共161頁除

-氨基和

-羧基外，Lys、Arg、His、Asp、Glu、Cys和Tyr的側鏈也含有可離子化的基團。側鏈不含有帶電荷基團的氨基酸，

pI=（pKa1+pKa2）/2酸性氨基酸，pI=（pKa1+pKa3）/2堿性氨基酸，pI=（pKa2+pKa3）/2*下標1、2和3分別指

-羧基、

-氨基和側鏈上可離子化的基團。第18頁/共161頁第19頁/共161頁（四）氨基酸的疏水性(hydrophobic)蛋白質(zhì)在水中的溶解度主要取決于氨基酸組分側鏈上極性（帶電或不帶電）和非極性（疏水）基團的分布。氨基酸從乙醇(ethanol)轉移到水的自由能變化

ΔGt（Et→W）被用來表示氨基酸的疏水性。ΔGt是一個很大的正值，則說明它的疏水性就很大。第20頁/共161頁ΔGt具有加和性纈氨酸ΔGt,Val=ΔGt,Gly+ΔGt,異丙基側鏈ΔGt,異丙基側鏈=ΔGt,Val-ΔGt,Gly第21頁/共161頁第22頁/共161頁具有大的正的ΔGt的AA側鏈疏水性的優(yōu)先選擇處在有機相疏水性AA殘基傾向于配置在蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部具有負的ΔGt的AA側鏈親水性的(hydrophilic)配置在蛋白質(zhì)分子的表面第23頁/共161頁（五）氨基酸的光學性質(zhì)

(opticalproperties)芳香族的氨基酸Trp(色)、Tyr(酪)和Phe在近紫外區(qū)（250-300nm）吸收光。Trp和Tyr在紫外區(qū)還顯示熒光。氨基酸所處環(huán)境的極性影響它們的吸收和熒光性質(zhì)，因此可以將氨基酸光學性質(zhì)的變化作為考察蛋白質(zhì)構象變化的手段。第24頁/共161頁第25頁/共161頁二、氨基酸的化學反應性存在于游離氨基酸和蛋白質(zhì)分子中的反應基團氨基、羧基、巰基、酚羥基、羥基、硫醚基（Met）、咪唑基和胍基改變蛋白質(zhì)和肽親水-疏水性質(zhì)或者功能性質(zhì)被利用來定量氨基酸和蛋白質(zhì)分子中特定的氨基酸第26頁/共161頁與茚三酮反應1摩爾的氨基酸，與2摩爾茚三酮生成1摩爾紫色物質(zhì)，在570nm顯示最高吸收。脯氨酸和羥脯氨酸產(chǎn)生一種黃色物質(zhì)，它在440nm顯示最高吸收。常用來定量游離氨基酸。第27頁/共161頁與鄰苯二甲醛反應當存在2-巰基乙醇時氨基酸與鄰-苯二甲醛反應（1，2-苯二甲醛）反應生成高熒光的衍生物在380nm激發(fā)時在450nm具有最高熒光發(fā)射定量氨基酸、蛋白質(zhì)和肽第28頁/共161頁與熒光胺反應含有伯胺的氨基酸、肽和蛋白質(zhì)與熒光胺反應成高熒光的衍生物在390nm激發(fā)時，在475nm具有最高熒光發(fā)射被用于定量氨基酸以及蛋白質(zhì)和肽。第29頁/共161頁第三節(jié)蛋白質(zhì)的結構（一）一級結構(primarystructure)指氨基酸通過共價鍵連接而成的線性序列構成蛋白質(zhì)的主要氨基酸有20種主鏈-N-C-C或-C-C-N第30頁/共161頁n個氨基酸殘基構成(n-1)個肽鍵游離的

-氨基末端稱為N端，開始端游離的

-羧基末端稱為C端，末端鏈長(n)和序列決定蛋白質(zhì)的物化性質(zhì)、結構和功能性質(zhì)序列——密碼（code）第31頁/共161頁C—N鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)第32頁/共161頁CO—NH鍵不可以自由旋轉N-C

鍵——φC-C鍵——ψ理論上具有轉動自由度，但因C

原子上側鏈原子的立體位阻而被限制主鏈扭轉角第33頁/共161頁-NH-Cα-

CO–NHφψω第34頁/共161頁幾乎所有的蛋白質(zhì)肽鍵都以反式構型存在在熱力學上反式比順式穩(wěn)定

第35頁/共161頁（二）二級結構(secondarystruture)氨基酸殘基周期性的（有規(guī)則的）空間排列氨基酸殘基側鏈之間近鄰或短距離的非共價相互作用導致局部自由能下降，這就驅動了φ和ψ角的扭轉。第36頁/共161頁1、螺旋結構(helicalstructure)

-螺旋：主要的，最穩(wěn)定的310-螺旋π-螺旋第37頁/共161頁

-螺旋

(-helix)每圈包含3.6個氨基酸殘基每一個氨基酸殘基的轉角為100?依靠氫鍵穩(wěn)定，氫鍵圈中包含13個主鏈原子，3.613螺旋。氫鍵平行于螺旋軸而定向。氫鍵的N、H和O原子幾乎處在一條直線上。第38頁/共161頁2.β-折疊片結構(β-sheet)一種鋸齒形結構。它比螺旋較為伸展第39頁/共161頁C=O和N-H垂直于主鏈氫鍵：片斷之間側鏈垂直于平面根據(jù)多肽主鏈N→C的指向,存在著兩類平行β-折疊片，各股指向相互平行反平行β-折疊片結構，各股指向彼此相反反平行中，N-H…O原子處在一條直線上（鍵角0°），增加了穩(wěn)定性反平行β-折疊片結構更為穩(wěn)定第40頁/共161頁穩(wěn)定性

β-折疊片＞-螺旋β-折疊片～高變性溫度-螺旋β-折疊加熱和冷卻×第41頁/共161頁β-旋轉（β-turn）β-折疊片結構中多肽鏈反轉180°就形成β-旋轉。一個β-旋轉結構包含4個氨基酸殘基，由氫鍵所穩(wěn)定最常見于β-旋轉結構中的氨基酸殘基是Asp、Cys、Asn、Gly、Tyr和Pro。第42頁/共161頁第43頁/共161頁（三）三級結構(tertiarystrucure)二級結構進一步折疊成緊密的三維結構多肽鏈的空間排列第44頁/共161頁不同的基團之間相互作用（疏水、靜電和范德華爾）和氫鍵的優(yōu)化，使得蛋白質(zhì)分子的自由能盡可能地降至最低。幾何排布親水性——蛋白質(zhì)-水界面疏水性——內(nèi)部氨基酸的序列決定著蛋白質(zhì)分子的形狀親水性氨基酸殘基——呈拉長或棒狀疏水性氨基酸殘基——呈球狀

大多數(shù)蛋白質(zhì)由100個以上的氨基酸殘基構成第45頁/共161頁（四）四級結構(quarternary)是指含有多于一條多肽鏈的蛋白質(zhì)分子的空間排列以二聚體、三聚體、四聚體等形式存在四級復合物（寡聚體）由蛋白質(zhì)亞基（單體）存在，亞基可以是相同的（同類）或者是不同的（異類）四級結構是亞基非共價結合的結果第46頁/共161頁熱力學角度，疏水性亞基埋藏，驅動四級結構疏水性氨基酸殘基高于30%，無法埋藏疏水小區(qū)相互作用第47頁/共161頁4412366一些低聚體食品蛋白質(zhì)第48頁/共161頁（五）穩(wěn)定蛋白質(zhì)結構的作用力蛋白質(zhì)的天然構象是一種熱力學狀態(tài)對此狀態(tài)有利的相互作用達到最大不利的相互作用降到最小影響蛋白質(zhì)結構的作用力包括兩類：蛋白質(zhì)分子固有的作用力所形成的分子內(nèi)相互作用范德華相互作用和空間相互作用受周圍溶劑影響的分子內(nèi)相互作用氫鍵、靜電相互作用和疏水相互作用第49頁/共161頁1.空間相互作用(stericstrains)氨基酸殘基側鏈φ和ψ角的轉動受到很大的限制構象有限避免自由能的增加鍵長和鍵角的變形第50頁/共161頁2.VanderWaals相互作用存在于極性或非極性原子之間距離增大，相互作用減小偶極-誘導偶極和誘導偶極-誘導偶極相互作用產(chǎn)生的凈的吸引作用對蛋白質(zhì)的折疊和穩(wěn)定性的貢獻很大第51頁/共161頁3.氫鍵hydrogenbond氫鍵主要通過羰基及亞氨基通過氫氧而形成的一種鍵?？稍趦呻逆滈g，或一條肽鏈的不同部位形成氫鍵。在-螺旋和β-折疊片結構中肽鍵的N-H和C=O之間形成的氫鍵數(shù)目最大。氫鍵對于維持蛋白質(zhì)二級結構，保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，起著重要的作用。第52頁/共161頁第53頁/共161頁4.靜電相互作用

electrostaticinteractions蛋白質(zhì)含有一些帶有可離解基團的氨基酸殘基。Asp、Glu殘基帶負電荷（中性pH）Lys、Arg和His帶正電荷在中性pH，凈電荷取決于分子中正、負電荷殘基的相對數(shù)目蛋白質(zhì)分子凈電荷為0時的pH為等電點（pI）等離子點是指不存在電解質(zhì)時蛋白質(zhì)溶液的pH

第54頁/共161頁除少數(shù)例外，蛋白質(zhì)中幾乎所有的帶電基團都分布在分子的表面。相同電荷間的排斥作用或許會導致蛋白質(zhì)結構不穩(wěn)定。相反電荷間的吸引作用有助于蛋白質(zhì)結構的穩(wěn)定。影響蛋白質(zhì)分子折疊的模式第55頁/共161頁5.疏水相互作用

hydrophobicinteractions驅動蛋白質(zhì)折疊的主要力量非極性基團溶于水

ΔG=ΔH–TΔS

即使ΔH＜0，由于ΔS＜0，ΔG＞0在水溶液中水結構誘導的非極性基團之間的相互作用被稱為疏水相互作用吸熱過程，高溫下較強＜第56頁/共161頁二硫鍵(-S-S-)

disulfidebonds球狀蛋白二個半胱氨酸分子接近時共價鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結構起著重要作用二硫鍵數(shù)目多、穩(wěn)定，如毛、發(fā)分子內(nèi)，也能分子間第57頁/共161頁7.金屬離子蛋白質(zhì)結合特定的金屬離子如鈣，鎂和鈉離子等能穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結構穩(wěn)定的機制中和電荷的效應促進其他相互作用（疏水相互作用)

由鈣穩(wěn)定的蛋白質(zhì)牛乳清蛋白-淀粉酶第58頁/共161頁

一個獨特的三維蛋白質(zhì)結構的形成是各種排斥和吸引的非共價相互作用以及幾個共價二硫鍵的凈結果。第59頁/共161頁（六）構象穩(wěn)定性和適應性蛋白質(zhì)是高度柔性的構象適應性對蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)很重要第60頁/共161頁第四節(jié)蛋白質(zhì)的變性

denaturation天然狀態(tài)是熱力學最穩(wěn)定狀態(tài)環(huán)境的變化驅動分子結構新的平衡構象適應性分子結構的細微變化而沒有劇烈變化變性蛋白質(zhì)的二級，三級和四級結構上的重大變化，但不涉及主鏈上肽鏈的斷裂，使天然蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)改變并失去原來的生理活性第61頁/共161頁在某些情況下，變性過程是可逆的，例如，有的蛋白質(zhì)在加熱時發(fā)生變性，冷卻后，又可復原。可逆變性～三級和四級結構變化不可逆變性～二級結構也發(fā)生變化二硫鍵的斷裂→不可逆變性第62頁/共161頁變性后物化性質(zhì)變化因疏水性基團的暴露而導致溶解度的下降結合水能力的改變失去生物活力（酶活力或免疫活力）對蛋白酶敏感性提高（肽鍵暴露）蛋白質(zhì)固有粘度增加沒有結晶能力消化率和生物有效率提高起泡性能和乳化性能提高第63頁/共161頁一、變性熱力學典型的蛋白質(zhì)變性曲線兩狀態(tài)轉變第64頁/共161頁

二、變性因素物理因素溫度紫外線超聲波高壓化學因素pH有機溶劑重金屬鹽類脲、胍表面活性劑第65頁/共161頁（一）物理因素1.熱熱變性影響功能性質(zhì)從天然狀態(tài)至變性狀態(tài)的轉變中點稱為熔化溫度Tm或變性溫度Td第66頁/共161頁熱變性的機理非共價相互作用的去穩(wěn)定作用在較高溫度下，保持蛋白質(zhì)空間構象的各種鍵發(fā)生斷裂，破壞了肽鏈的特定排列，原來在分子內(nèi)部的一些非極性基團暴露到了分子的表面，因而降低了蛋白質(zhì)的溶解度，促進了蛋白質(zhì)分子之間相互結合而凝集，形成不可逆的凝膠而凝固。第67頁/共161頁疏水相互作用的影響氫鍵、靜電和范德華相互作用具有放熱的性質(zhì)（熱焓驅動）。它們在高溫下去穩(wěn)定而在低溫下穩(wěn)定。疏水相互作用是吸熱的（熵驅動）。它們在高溫下穩(wěn)定，而在低溫下去穩(wěn)定。第68頁/共161頁疏水相互作用的穩(wěn)定性不會隨溫度的提高而無限制地增強某溫度下，當疏水作用的穩(wěn)定作用被克服時，產(chǎn)生熱變性第69頁/共161頁多肽鏈的構象熵的影響△GD=GU-GN

=△H-T△SDGU：變性狀態(tài)的自由能GN：天然狀態(tài)的自由能-T△SD：構象熵△GD

＞0，穩(wěn)定△GD

＜0，去穩(wěn)定第70頁/共161頁第71頁/共161頁溫度～穩(wěn)定性一般認為，溫度愈低蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性愈高但并非總如此冷誘導變性3012.5第72頁/共161頁極性和非極性相互作用～穩(wěn)定性蛋白質(zhì)顯示最高穩(wěn)定性的溫度取決于極性和非極性相互作用對蛋白質(zhì)穩(wěn)定性貢獻的相對值極性＞非極性相互作用蛋白質(zhì)在凍結溫度和低于凍結溫度時比較高溫度時更穩(wěn)定主要依靠疏水相互作用在室溫時比在凍結溫度時更穩(wěn)定（吸熱）第73頁/共161頁氨基酸的種類～熱穩(wěn)定性含有較高比例的疏水性氨基酸殘基（尤其是Val、Ile、Leu和Phe）的蛋白質(zhì)比親水性較強的蛋白質(zhì)一般更為穩(wěn)定。-SH含量↑，熱穩(wěn)定性↓如大豆蛋白質(zhì)(含硫氨基酸較少)穩(wěn)定性高脯氨酸或羥脯氨酸能阻礙蛋白質(zhì)分子彼此形成交聯(lián)，使蛋白質(zhì)不易凝固。如醇溶谷蛋白(含脯及羥脯氨酸較多)。第74頁/共161頁某些蛋白質(zhì)的氨基酸的組成與凝固溫度關系

第75頁/共161頁正相關負相關第76頁/共161頁水～熱穩(wěn)定性水↑，熱變性↑,Td↓水分愈少所需變性溫度愈高干蛋白質(zhì)粉對熱非常穩(wěn)定機理在干燥狀態(tài)，多肽鏈段的移動受到限制水分含量的增加導致蛋白質(zhì)的腫脹提高了多肽鏈的移動性和柔性穩(wěn)定性下降，較低的Td值第77頁/共161頁第78頁/共161頁↑↓第79頁/共161頁電解質(zhì)～穩(wěn)定性電解質(zhì)的存在，穩(wěn)定性降低高價離子易使蛋白質(zhì)凝固例如制造豆腐豆?jié){中的球蛋白僅加熱是不會凝固的但在70℃以上添加氯化鎂或硫酸鈣即可凝固

第80頁/共161頁2.靜水壓溫度誘導：40～80℃，0.1MPa壓力誘導：25℃，100~1200MPa

轉變中點400~800MPa蛋白質(zhì)是柔性的和可壓縮的球狀蛋白——內(nèi)部有一些空穴，可壓縮纖維蛋白——無空穴，對靜水壓穩(wěn)定高度可逆應用滅菌制備蛋白質(zhì)凝膠牛肉嫩化第81頁/共161頁3.機械處理揉搓、振動、打擦導致蛋白質(zhì)變性。激烈攪動時產(chǎn)生變性和沉淀。當分子吸附在兩相界面時，導致不可逆變性。高柔性的比剛性蛋白質(zhì)較易在氣-液界面變性。剪切速度愈高，蛋白質(zhì)變性程度愈高。高溫和高剪切力相結合能導致蛋白質(zhì)不可逆的變性。第82頁/共161頁4.輻照芳香族氨基酸殘基吸收紫外線若能量高，能打斷二硫鍵，導致構象變化γ和其它射線也能導致構象變化第83頁/共161頁（二）化學因素1.

pH在等電點時比其他pH值對變性作用更加穩(wěn)定中性pH大多數(shù)蛋白質(zhì)帶負電荷凈靜電推斥能量＜其他相互作用的能量因此大多數(shù)蛋白質(zhì)是穩(wěn)定的在極端pH值強烈的分子內(nèi)斥力導致分子的腫脹和展開第84頁/共161頁變性機理多肽鏈中某些基團發(fā)生解離，從而破壞了靜電作用形成的鍵。多數(shù)是可逆的然而，如果肽鍵的部分水解，Asn和Gln的脫酰胺，堿性pH巰基的破壞或者聚集作用能導致蛋白質(zhì)的不可逆變性。酸和堿可以加速熱變性。一般水果罐頭的殺菌溫度較蔬菜低。第85頁/共161頁2.有機溶質(zhì)尿素和鹽酸胍（GuHCl）的水溶液變性中點4～6mol/L尿素

3～4mol/LGuHCl完全轉變8mol/L尿素，6mol/LGuHCl除去變性劑后，可以逆轉完全可逆有時很困難第86頁/共161頁變性機制尿素和鹽酸胍優(yōu)先和變性蛋白質(zhì)結合，驅動N→D向右移動促進疏水氨基酸殘基在水相中增溶，也降低了疏水相互作用打斷了水的氫鍵結構使蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的非極性殘基展開第87頁/共161頁3.表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）強有力的變性劑3～8mmol/L可使大多數(shù)球蛋白變性作用：疏水區(qū)和親水區(qū)的媒介物，打斷了疏水相互作用與變性蛋白質(zhì)強烈結合，使它帶大量的負電不可逆第88頁/共161頁4.有機溶劑大多數(shù)有機溶劑是變性劑乙醇、丙酮機制改變水的介電常數(shù)，改變靜電作用非極性側鏈在有機溶劑中比在水中更易溶解，有機溶劑能穿透到疏水區(qū)，削弱或打斷疏水相互作用第89頁/共161頁5.促溶鹽（chaotropicsalts）

兩種影響方式低濃度（離子強度≤0.2）靜電中和作用穩(wěn)定了蛋白質(zhì)的結構較高的濃度（＞1mol/L）離子特異效應Na2SO4和NaF這樣的鹽能促進結構穩(wěn)定NaSCN和NaClO4是強變性劑

第90頁/共161頁o–Na2SO4Δ-NaCl□-NaBr

■-脲素●-NaClO4▲-NaSCN各種鈉鹽對變性溫度的影響Td↑Td↓第91頁/共161頁高濃度的鹽總是對蛋白質(zhì)的結構穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。Hofmeister系列或促溶系列

F-<SO42-<Cl-<Br-<I-<ClO4-<SCN-氟化物、硫酸鹽和氯化物是結構穩(wěn)定劑其它陰離子鹽是結構去穩(wěn)定劑NaSCN和NaClO4是強變性劑第92頁/共161頁第五節(jié)蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)蛋白質(zhì)對食品的感官品質(zhì)具有重要的影響蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)指的是能使蛋白質(zhì)對人們所期望的食品特征作出貢獻的那些物理化學性質(zhì)。“功能性質(zhì)”（“Functionality”）的定義在食品加工、保藏、制備和消費期間影響蛋白質(zhì)在食品體系中的性能的那些蛋白質(zhì)的物理和化學性質(zhì)。第93頁/共161頁第94頁/共161頁決定功能性質(zhì)的物化性質(zhì)大??；形狀；氨基酸組成和順序；凈電荷和電荷的分布；疏水性和親水性之比;二級、三級和四級結構；分子柔性和剛性；分子間相互作用和同其它組分作用的能力。

第95頁/共161頁功能性質(zhì)是兩類分子性質(zhì)

的表現(xiàn)形式流體動力學性質(zhì)粘度（增稠）、膠凝作用和組織化蛋白質(zhì)分子的大小、形狀和柔性表面性質(zhì)濕潤性、分散性、溶解性、起泡、乳化以及與脂肪與風味物的結合取決于表面化學性質(zhì)第96頁/共161頁功能性質(zhì)分成三類

水化性質(zhì)（取決于蛋白質(zhì)－水的相互作用）包括水吸收及保留、濕潤性、腫脹、粘著性、分散性、溶解度和粘度。

與蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用有關的性質(zhì)沉淀作用、凝膠作用和面團形成

表面性質(zhì)表面張力、乳化作用和泡沫特征。

上述這幾類性質(zhì)不是完全獨立的。第97頁/共161頁一、蛋白質(zhì)的水合食品的流變和質(zhì)構性質(zhì)取決于水與其他食品組分蛋白質(zhì)-多糖的相互作用取決于水-蛋白質(zhì)相互作用的功能性質(zhì)：分散性、濕潤性、腫脹、溶解性、增稠、粘度、持水能力、膠凝作用、凝結、乳化和起泡第98頁/共161頁水-基團的結合離子（帶電基團）-偶極偶極（極性基團）-偶極相互作用偶極-誘導偶極（非極性基團）相互作用疏水（非極性基團）相互作用

第99頁/共161頁水合能力定義當干蛋白質(zhì)粉與相對濕度為90-95%的水蒸汽達到平衡時，每克蛋白質(zhì)所結合的水的克數(shù)第100頁/共161頁水合能力～氨基酸組成帶電的氨基酸殘基數(shù)目↑，水合能力↑a：水合能力，g水/g蛋白質(zhì)；fc,fp,fN：帶電的、極性和非極性的分數(shù)第101頁/共161頁帶電基團為6mol水/mol殘基不帶電的極性殘基為2mol/mol殘基非極性殘基為1mol/mol殘基第102頁/共161頁

干蛋白質(zhì)水分子通過與極性多層水吸附部位結合而被吸附

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第103頁/共161頁D第104頁/共161頁蛋白質(zhì)的吸著等溫線S形曲線Aw=0.05-0.30，單層水Aw=0.3-0.7，多層水Aw=0.9，水合約0.3-0.5gH2O/g蛋白質(zhì)多數(shù)在0℃時不能凍結。Aw＞0.9，體相水第105頁/共161頁影響水合能力的環(huán)境因素pH離子強度鹽的種類溫度蛋白質(zhì)構象第106頁/共161頁1.pH在

pI時，蛋白質(zhì)顯示最低的水合作用高于或低于pI，由于凈電荷和推斥力的增加，使蛋白質(zhì)腫脹和結合較多的水pH9-10時水合能力較大第107頁/共161頁2.鹽低濃度（＜0.2mol/L）能提高蛋白質(zhì)結合水的能力水合鹽離子與蛋白質(zhì)分子上帶電基團微弱地結合高濃度的鹽導致蛋白質(zhì)的脫水因為更多的水與鹽離子結合第108頁/共161頁3.

溫度溫度升高后，氫鍵作用和離子基團的水合作用減弱，蛋白質(zhì)結合水的能力一般隨之下降。變性蛋白質(zhì)結合水的能力一般比天然蛋白質(zhì)約高10%。因為蛋白質(zhì)變性時，隨著一些原來埋藏的疏水基團的暴露，表面積與體積之比增加。第109頁/共161頁二、溶解度最受蛋白質(zhì)溶解度影響的功能性質(zhì)：增稠、起泡、乳化和膠凝作用。高的起始溶解度是其它功能性質(zhì)的先決條件，不溶性蛋白質(zhì)在食品中的應用非常有限。第110頁/共161頁蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)+溶劑-溶劑蛋白質(zhì)-溶劑

影響蛋白質(zhì)溶解性質(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蛋白質(zhì)-水相互作用，使蛋白質(zhì)溶解度增加。第111頁/共161頁根據(jù)溶解度性質(zhì)的蛋白質(zhì)分類清蛋白：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)。第112頁/共161頁（一）pH～溶解度當pH高于或低于pI時，促進溶解在pI時，溶解度最低大多數(shù)是酸性蛋白質(zhì)，pH4～5溶解度最小，堿性pH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仍然可溶第113頁/共161頁U-形曲線第114頁/共161頁（二）離子強度～溶解度離子強度的計算低離子強度（＜0.5）——電荷屏蔽效應高比例疏水區(qū)域～溶解度下降高比例親水區(qū)域～溶解度提高高離子強度（＞1）——離子效應SO42-、F-～鹽析，溶解度降低ClO4-、SCN-～鹽溶，提高溶解度,導致沉淀第115頁/共161頁（三）溫度～溶解度0～40℃內(nèi)，溫度↑，溶解度↑＞40℃，蛋白質(zhì)變性，非極性基團暴露，促進聚集和沉淀例外：高疏水性蛋白質(zhì)，如β-酪蛋白和一些谷類蛋白質(zhì)，溶解度與溫度負相關。第116頁/共161頁第117頁/共161頁（四）有機溶劑～溶解度與水互溶的有機溶劑（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致分子結構的展開促進氫鍵的形成和反電荷間的靜電吸引導致蛋白質(zhì)溶解度下降或沉淀第118頁/共161頁三、蛋白質(zhì)的界面性質(zhì)兩親物質(zhì)自發(fā)地遷移至界面（氣-水或油-水）在界面區(qū)域的濃度總是高于體相蛋白質(zhì)(高粘彈性薄膜)優(yōu)于表面活性劑不取決于疏水和親水AA之比植物蛋白～卵清蛋白差別主要與構象上的差別有關重要的構象因素包括多肽鏈的穩(wěn)定性/柔性、對環(huán)境改變適應的難易程度和親水與疏水基團在蛋白質(zhì)表面的分布模式。第119頁/共161頁影響界面性質(zhì)的因素第120頁/共161頁理想的表面活性蛋白質(zhì)具有三個性能：

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到界面能與鄰近分子相互作用，形成具有強的粘合和粘彈性質(zhì)的膜，并能忍受熱和機械運動的。第121頁/共161頁疏水小區(qū)和親水小區(qū)分布的模式第122頁/共161頁多肽鏈在界面上采取的構型列車狀(train)當多肽片段直接與界面接觸時呈列車狀圈狀(loop)當多肽片段懸浮在水相時呈圈狀尾狀(tails)蛋白質(zhì)分子的N-和C-末端片段通常處在水相呈尾狀第123頁/共161頁列車狀構象的比例愈大，蛋白質(zhì)愈是強烈地與界面相結合，并且表面張力愈是低。第124頁/共161頁界面上蛋白質(zhì)膜的機械強度取決于內(nèi)聚的分子間相互作用靜電相互作用氫鍵疏水相互作用疏水作用太強，蛋白質(zhì)在界面聚集、沉淀，損傷膜的完整性斥力遠大于引力，妨礙粘結厚膜的形成吸引、推斥和水合作用力之間適當?shù)钠胶馐切纬煞€(wěn)定的粘彈膜的必要條件。第125頁/共161頁（一）乳化性質(zhì)

(emulsifyingproperties)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味一些蛋白質(zhì)是理想的乳化劑第126頁/共161頁1.

評價食品乳化性質(zhì)的方法油滴大小分布乳化活力（emulsifyingactivity）乳化能力（emulsioncapacity）乳化穩(wěn)定性（emulsionstability）第127頁/共161頁測定乳狀液平均液滴的大小的方法光學顯微鏡法電子顯微鏡法光散射質(zhì)子相關譜Coulter計數(shù)器第128頁/共161頁界面面積

φ——分散相的體積分數(shù);R——乳狀液粒子的平均半徑。乳化活力指標（EAI）

EmulsifyingActivityIndex單位質(zhì)量的蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的界面面積

m——蛋白質(zhì)質(zhì)量第129頁/共161頁濁度法測定EAI

A：吸光度(500nm)l：光路長度根據(jù)光散射的Mie理論，界面積是濁度的2倍。

φ：油的體積分數(shù)(1-φ)ρ：單位體積乳狀液中總的蛋白質(zhì)量簡便實用，但不是非常準確第130頁/共161頁蛋白質(zhì)的載量

（ProteinLoad）定義：單位界面面積上吸附的蛋白質(zhì)量離心出水相，重復洗滌油相一般情況下，1～3mg/m2第131頁/共161頁3.乳化能力

（Emulsioncapacity,EC）定義相轉變前（O/W→W/O）每克蛋白質(zhì)所能乳化的油的體積測定方法油加至蛋白質(zhì)溶液中，根據(jù)粘度、顏色、電阻的突變檢測相變相轉變：φ=0.65～0.85并非瞬時過程，先形成W/O/W雙重乳狀液第132頁/共161頁4.乳狀液穩(wěn)定性在數(shù)月內(nèi)穩(wěn)定劇烈的處理方法（高溫、離心力）乳狀液穩(wěn)定性表示方法

乳狀液穩(wěn)定性指標（ESI）：濁度達到起始值的一半所需要的時間。

第133頁/共161頁5.影響蛋白質(zhì)乳化作用的因素內(nèi)在因子pH、離子強度、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外在因素制備乳狀液的設備類型、能量輸入的速度和剪切速度。

目前沒有一致認可的系統(tǒng)地評價蛋白質(zhì)乳化性質(zhì)的標準方法。

第134頁/共161頁（1）溶解度溶解度對乳化性質(zhì)很重要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

第135頁/共161頁（2）pH在pI具有高溶解度的蛋白質(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時是微溶和缺乏靜電推斥力的，不是良好的乳化劑。在遠離pI時可能是有效的乳化劑第136頁/共161頁（3）疏水性弱正相關聯(lián)第137頁/共161頁(二)起泡性質(zhì)

(Foamingproperties)一個連續(xù)的水相+一個分散的氣相蛋白質(zhì)是主要的表面活性劑，有助于分散相的形成和穩(wěn)定經(jīng)吹氣泡、攪打和搖振而形成第138頁/共161頁起泡能力的評價指標起泡能力是指在汽-液界面形成堅韌的薄膜使大量氣泡并入和穩(wěn)定的能力。膨脹率（Overrun）穩(wěn)定狀態(tài)泡沫值（Steady-stateFoamValue）起泡力（FoamingPower）泡沫膨脹（FoamExpansion）第139頁/共161頁泡沫穩(wěn)定性（FoamStability）蛋白質(zhì)穩(wěn)定處在重力和機械力下的泡沫的能力。50%液體從泡沫中排出所需要的時間或者泡沫體積減少50%所需要的時間第140頁/共161頁蛋白質(zhì)溶液的起泡力（FP）第141頁/共161頁1.影響泡沫形成和穩(wěn)定的蛋白質(zhì)分子性質(zhì)

作為一個有效的起泡劑，必須滿足：快速吸附至氣-水界面易于在界面上展開和重排通過分子間相互作用形成粘合性膜第142頁/共161頁影響蛋白質(zhì)起泡性質(zhì)的分子性質(zhì)有：溶解度分子柔性疏水性（兩親性）帶電基團和極性基團的配置第143頁/共161頁2.影響起泡性質(zhì)的環(huán)境因素（1）pH在pI時，若溶解性好起泡能力強，泡沫穩(wěn)定性較好如球蛋白，面筋蛋白，乳