10-食品化學(xué)-氨基酸、肽和蛋白質(zhì)-2部分

10-食品化學(xué)(huàxué)-氨基酸、肽和蛋白質(zhì)-2局部第一頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)〔Proteins〕蛋白質(zhì)是通過酰胺鍵〔肽鍵〕連接氨基酸組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的聚合物。一、按組成成分分類：簡(jiǎn)單蛋白：是一類僅含有氨基酸的簡(jiǎn)單蛋白；結(jié)合(jiéhé)蛋白：是由單純蛋白質(zhì)和其他非蛋白質(zhì)化合物〔輔基〕組成的結(jié)合(jiéhé)蛋白。衍生蛋白：用化學(xué)或酶學(xué)方法得到的蛋白質(zhì)化合物。第二頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的分類(fēnlèi)二、按功能分類：結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)如角蛋白、膠原和彈性蛋白等存在多種不同組織中，它們的功能主要是和它們的纖維狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。食品蛋白質(zhì)食品蛋白質(zhì)并不能代表特殊的一類，因?yàn)樵S多結(jié)構(gòu)蛋白和生物活性蛋白質(zhì)也都是食品蛋白質(zhì)。因此凡可供人類食用、易消化、無(wú)毒和可供人體吸收利用(lìyòng)的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為食品蛋白質(zhì)。第三頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的分類(fēnlèi)具有生物活性的蛋白質(zhì)具有高度(gāodù)專一性的催化劑,酶；能調(diào)節(jié)代謝反響的激素〔胰島素和生長(zhǎng)激素〕；收縮蛋白質(zhì)〔肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和微管蛋白〕；保護(hù)脊椎動(dòng)物的免疫球蛋白、儲(chǔ)藏蛋白質(zhì)等〔卵清蛋白、麥醇溶蛋白和玉米醇溶蛋白〕。有些蛋白質(zhì)是對(duì)高等動(dòng)物有毒的〔肉毒桿菌毒素、葡萄球菌毒素〕。有些蛋白質(zhì)是對(duì)微生物有毒的〔如抗菌素〕。還有一些蛋白質(zhì)具有抗?fàn)I養(yǎng)性質(zhì)〔如胰蛋白酶抑制劑〕，另有一些蛋白質(zhì)還會(huì)導(dǎo)致食物過敏。第四頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的分類(fēnlèi)三、按結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式分類：球狀蛋白：以球狀或橢圓狀存在的蛋白質(zhì)，多由多肽鏈自身折疊造成的〔如肌動(dòng)蛋白、血纖維蛋白原；纖維狀蛋白：是棒狀分子，含有相互纏繞的多肽鏈，也能由小球狀蛋白線性聚集而成〔如膠原蛋白、角蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白〕。四、按來源分類：動(dòng)物蛋白植物蛋白海洋蛋白第五頁(yè)，共52頁(yè)。五、按蛋白質(zhì)溶解度分類：清蛋白：又稱白蛋白，溶于水中，存在于動(dòng)物組織、體液和某些植物的種子中，其重要代表是血清蛋白、乳清蛋白、卵清蛋白、麥清蛋白、豆清蛋白及有毒的蓖麻蛋白。谷蛋白：含于谷類中，是不溶于純水、中性鹽溶液、酒精，而溶于稀酸或稀堿的蛋白質(zhì)總稱。是制造面筋的根底。代表性的例子是小麥面筋中的麥谷蛋白。球蛋白：不溶于純水，易溶于稀鹽水，加熱(jiārè)即沉淀或凝固。存在于所有動(dòng)植物細(xì)胞和體液中。最熟知的球蛋白是人血清球蛋白，還有乳球蛋白、肌球蛋白等。植物種籽中的蛋白質(zhì)多屬此類。醇溶蛋白：不溶于水，可溶于50%～90%乙醇。小麥醇溶蛋白，玉米醇溶蛋白，椰子肉中的醇溶蛋白。第六頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括4個(gè)水平，即一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。由共價(jià)鍵結(jié)合在一起的氨基酸殘基的排列順序被稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)式多肽鏈某些(mǒuxiē)片斷的氨基酸殘基周期性的空間排列，它不包括與其他鏈段之間的相互關(guān)系和側(cè)鏈構(gòu)象，被稱為蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)主要二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺旋結(jié)構(gòu)、β結(jié)構(gòu)、β彎曲和無(wú)規(guī)那么卷曲結(jié)構(gòu)。第七頁(yè)，共52頁(yè)。第八頁(yè)，共52頁(yè)。第九頁(yè)，共52頁(yè)。折疊螺旋(luóxuán)彎曲無(wú)規(guī)那么第十頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)當(dāng)線性蛋白質(zhì)鏈〔含有二級(jí)結(jié)構(gòu)局部〕進(jìn)一步折疊成緊密的三維形式(xíngshì)時(shí)就形成了蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。第十一頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)是指含有多于一條多肽鏈的蛋白質(zhì)分子的空間排列。某些生理上重要的蛋白質(zhì)以二聚體、三聚體、四聚體等形式(xíngshì)存在。這些四級(jí)復(fù)合物由蛋白質(zhì)亞基〔單體〕構(gòu)成，這些亞基可以是相同的，也可是不同的。第十二頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和維持(wéichí)力量特點(diǎn)維持力量一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸排列順序和二硫鍵位置共價(jià)鍵，二硫鍵二級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈折疊方式，如α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角等氫鍵力三級(jí)結(jié)構(gòu)分子進(jìn)一步折疊和盤曲偶極作用，疏水作用，二硫鍵，靜電力，氫鍵力等四級(jí)結(jié)構(gòu)不同亞基之間的聚合疏水作用，范德華力，靜電力，氫鍵力等第十三頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的變性(biànxìng)蛋白質(zhì)變性是指在用各種物理和化學(xué)因素處理時(shí)，其構(gòu)象會(huì)發(fā)生不同程度的改變。蛋白質(zhì)的變性是指二級(jí)、三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)的改變。并不伴隨(bànsuí)一級(jí)機(jī)構(gòu)總肽鍵的斷裂，其根本原因是蛋白質(zhì)二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)確定的分子構(gòu)象是不穩(wěn)定的。蛋白質(zhì)變性對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能的影響有如下幾方面：溶解度降低；對(duì)水結(jié)合能力的改變；失去生物活性；容易受到蛋白酶的攻擊；特征黏度增大；不能結(jié)晶。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)受到強(qiáng)變性劑處理是，蛋白質(zhì)的變性是不可逆的，但在某些情況下，變性蛋白質(zhì)也可以不同程度地復(fù)原。第十四頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的變性(biànxìng)一、物理因素?zé)幔寒?dāng)一個(gè)蛋白質(zhì)溶液被逐漸加熱并超過臨界溫度時(shí)，它產(chǎn)生了從天然狀態(tài)至變性狀態(tài)的劇烈轉(zhuǎn)變。主要涉及到非共價(jià)鍵相互作用的去穩(wěn)定作用。液壓：大多數(shù)蛋白質(zhì)在1100-1200MPa壓力范圍經(jīng)受壓力破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)變性。壓力誘導(dǎo)變性主要是因蛋白質(zhì)是柔性的和可壓縮的。機(jī)械處理：由振動(dòng)、捏合、打擦產(chǎn)生的機(jī)械剪切能導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性。主要由于空氣(kōngqì)泡的并入和蛋白質(zhì)分子吸附至氣-液界面。輻射：電磁輻射對(duì)蛋白質(zhì)的影響隨波長(zhǎng)和能量而變化。低溫界面第十五頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的變性(biànxìng)二、化學(xué)因素酸和堿：蛋白質(zhì)在pH4-10穩(wěn)定，超過這個(gè)范圍就會(huì)發(fā)生變性。有機(jī)化合物水溶液：破壞氫鍵結(jié)構(gòu)引起蛋白質(zhì)變性，尿素和胍鹽。外表活性劑：一些外表活性劑是很強(qiáng)的變性劑，如十二(shíèr)烷基硫酸鈉〔使蛋白質(zhì)伸展，增加電性斥力等〕。有機(jī)溶劑：大多數(shù)有機(jī)溶劑是蛋白質(zhì)的變性劑〔破壞疏水作用和靜電力〕、2-氯乙醇。金屬：Na+,K+,Ca+,Mg2+,Cu,Fe,Hg,Ag第十六頁(yè)，共52頁(yè)。加工因素(yīnsù)與蛋白質(zhì)的變化高溫處理下的變化氧化(yǎnghuà)條件下的變化輻照處理下的變化其他加工因素下的變化第十七頁(yè)，共52頁(yè)。1.高溫處理(chǔlǐ)下的變化適當(dāng)加熱：熱變性〔有利(yǒulì)〕過度加熱：發(fā)生不利于營(yíng)養(yǎng)、品質(zhì)和平安的化學(xué)變化熱解反響和有害物質(zhì)形成氨基酸的消旋化加熱導(dǎo)致異肽鍵形成加熱導(dǎo)致羰氨反響氨基酸的分解第十八頁(yè)，共52頁(yè)。1.高溫(gāowēn)處理下的變化適當(dāng)加熱適度熱處理時(shí)〔60-90℃〕蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性。變性蛋白質(zhì)廣泛失去(shīqù)溶解性。1、蛋白質(zhì)變性可改進(jìn)它們的消化率和必需氨基酸的生物有效性。2、蛋白質(zhì)變性可使一些酶失活。3、蛋白質(zhì)變性可降低含蛋白質(zhì)類抗?fàn)I養(yǎng)因子的生物有效性。第十九頁(yè)，共52頁(yè)。熱解反響(fǎnxiǎng)和有害物質(zhì)形成過度加熱燒、烤、煎炸等加工方式可能導(dǎo)致食品外表蛋白質(zhì)溫度超過200℃。200℃以上高溫下，可能發(fā)生氨基酸的分解，其中很多產(chǎn)物具有致癌或致突變活性。易受破壞(pòhuài)的氨基酸包括Arg〔精氨酸〕、Ser〔絲氨酸〕、Thr〔蘇氨酸〕、Lys〔賴氨酸〕和Trp〔色氨酸〕等。其中Trp〔色氨酸〕和Glu〔谷氨酸〕裂解產(chǎn)物致癌性最強(qiáng)。第二十頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)分解(fēnjiě)產(chǎn)生致癌物質(zhì)咔啉第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。氨基酸的消旋化

蛋白質(zhì)在堿性條件下加熱或200℃以上高溫加熱時(shí)可產(chǎn)生L-氨基酸局部消旋化〔是指某些旋光化合物在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榉切馔庀w的過程，消旋化通常是在某些物理或化學(xué)因素(如加壓、溶解、光、熱)或某些試劑的作用下進(jìn)行的〕。消旋化導(dǎo)致蛋白質(zhì)消化吸收率下降。電子密度較大的Asp〔天冬氨酸〕、Ser〔絲氨酸〕、Cys〔半胱氨酸〕、Glu〔谷氨酸〕、Phe〔苯丙氨酸〕、Asn〔天冬酰胺〕、Thr〔蘇氨酸〕較易發(fā)生消旋化。堿性條件下加熱還可導(dǎo)致β-消除(xiāochú)反響，生成脫氫丙氨酸。第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。消旋化脫氫(tuōqīnɡ)丙氨酸的

形成H+堿性(jiǎnxìnɡ)條件脫氫(tuōqīnɡ)丙氨酸第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。加熱導(dǎo)致異肽鍵(tàijiàn)形成中性或堿性條件(tiáojiàn)下，高熱(150℃以上)引起賴氨酸的ε-氨基和谷氨酸或天冬氨酸的游離羧基形成酰胺鍵，生成“異賴氨酰丙氨酸〞。半胱氨酸、磷酸絲氨酸所生成的脫氫丙氨酸(DHA)也會(huì)與賴氨酸的ε-氨基和其他氨基酸的硫醇基、氨基和咪唑基等發(fā)生反響而產(chǎn)生交聯(lián)。該交聯(lián)不能被人體胰蛋白酶水解，并影響周圍氨基酸水解，從而降低了蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。Glu和Lys形成(xíngchéng)異肽鍵Glu(谷氨酸〕Lys(賴氨酸〕+ProPro第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。加熱導(dǎo)致(dǎozhì)羰氨反響非酶褐變?cè)斐?zàochénɡ)賴氨酸的損失。賴氨酸在形成Schiff’sbase〔席夫堿〕時(shí)可以吸收，但形成酮糖胺之后便不能被人體吸收。非酶褐變的中間產(chǎn)物不飽和羰基化合物可能引起其他氨基酸的氧化，如Met〔蛋氨酸〕,Tyr〔酪氨酸〕,His〔精氨酸〕,Trp〔色氨酸〕等。第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。氨基酸的分解(fēnjiě)氨基酸加熱中可能導(dǎo)致脫硫、脫酰胺、異構(gòu)化等變化，還可能發(fā)生美拉德反響(fǎnxiǎng)。含硫氨基酸損失較多，產(chǎn)生H2S。影響到食物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Pr-CH2SH+H2OPr-CH2OH+H2S2Pr-CH2SHPr-CH2-S-CH2-Pr+H2S第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。脫酰胺反響(fǎnxiǎng)蛋白質(zhì)超過100℃加熱會(huì)產(chǎn)生脫酰胺反響，不阻礙(zǔài)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但會(huì)引起功能性質(zhì)改變。Pr-(CH2)2—CONH2Pr-(CH2)2—COOH+NH3第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。2.氧化(yǎnghuà)處理下的變化氧化(yǎnghuà)劑引起蛋白質(zhì)氧化(yǎnghuà)：食品中的氧化(yǎnghuà)劑和氧化(yǎnghuà)酶，加工中添加的過氧化(yǎnghuà)氫、次氯酸鈉、過氧乙酸、過氧化(yǎnghuà)苯甲酰等物質(zhì)。其他物質(zhì)氧化(yǎnghuà)引起蛋白質(zhì)氧化(yǎnghuà)光敏物質(zhì)引起氨基酸的光氧化(yǎnghuà)第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。其他物質(zhì)氧化(yǎnghuà)引起蛋白質(zhì)氧化(yǎnghuà)1、與脂肪的反響脂肪氧化產(chǎn)生(chǎnshēng)的自由基可與蛋白質(zhì)形成脂-蛋白質(zhì)自由基，使蛋白質(zhì)產(chǎn)生(chǎnshēng)聚合交聯(lián)。脂肪的氫過氧化物分解產(chǎn)生(chǎnshēng)醛和酮，這些羰基化合物與蛋白質(zhì)反響影響蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能性質(zhì)。2、與多酚的反響酚類化合物氧化產(chǎn)生(chǎnshēng)醌類或縮合產(chǎn)生(chǎnshēng)單寧與蛋白質(zhì)反響，使蛋白質(zhì)中的賴氨酸和半胱氨酸殘基的消化率和生物有效性降低。第三十頁(yè)，共52頁(yè)。其他物質(zhì)氧化(yǎnghuà)引起蛋白質(zhì)氧化(yǎnghuà)3、與亞硝酸鹽的反響亞硝酸鹽與仲胺反響生成N-亞硝基胺，是最具毒性的致癌物質(zhì)。酸性加熱條件(tiáojiàn)下反響加速。4、與亞硫酸鹽的反響亞硫酸鹽復(fù)原蛋白質(zhì)中的二硫鍵產(chǎn)生S-磺酸鹽衍生物，在酸性和堿性pH值下分解產(chǎn)生二硫化合物。硫代磺化作用雖不降低半胱氨酸的生物有效性，但由于s-磺化作用使蛋白質(zhì)的電負(fù)性增加和二硫鍵斷裂，這樣會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子展開和影響它們的功能性質(zhì)。第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。光敏物質(zhì)(wùzhì)引起氨基酸的光氧化Trp〔色氨酸〕在核黃素、葉綠素等光敏素作用下氧化，生成(shēnɡchénɡ)致癌產(chǎn)物犬尿氨酸。Cys〔半胱氨酸〕,His〔精氨酸〕,Met〔蛋氨酸〕,Tyr〔酪氨酸〕都易受到光氧化破壞。第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。3.輻照(fúzhào)處理下的變化輻照引起蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性下降，敏感鍵斷裂(duànliè)，生成自由基、正碳離子或負(fù)碳離子，導(dǎo)致分解和聚合反響。蛋白質(zhì)中的芳香氨基酸和含硫氨基酸最易受到影響，包括脫硫、脫酰胺、交聯(lián)等變化。輻射影響到蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)和吸收利用率。第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。在提取和分級(jí)(fēnjí)時(shí)組成的變化從生物材料制備別離蛋白質(zhì)一般包括一些單元操作，如提取、等電點(diǎn)沉淀、鹽沉淀、熱凝聚和超濾等。在這些操作中，粗提液中的一些蛋白質(zhì)可能會(huì)損失。堿處理下的變化加工食品蛋白質(zhì)，尤其在堿性pH值下，可誘導(dǎo)分子內(nèi)或分子間交聯(lián)，在多肽鏈之間形成非天然的共價(jià)交聯(lián)，降低了包含在或接近交聯(lián)的必需氨基酸的消化率和生物有效性。4.其他加工因素(yīnsù)下的變化第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。1、化學(xué)(huàxué)改性蛋白質(zhì)的酸或堿水解(shuǐjiě)蛋白質(zhì)的烷基化蛋白質(zhì)的?；鞍踪|(zhì)的磷酸化第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的酸或堿水解(shuǐjiě)方法：酸或堿處理蛋白質(zhì)，使其局部分解。效果：增加溶解性，結(jié)構(gòu)展開，疏水基團(tuán)暴露，從而提高水合、乳化、起泡等功能性質(zhì)(xìngzhì)。例如：稀鹽酸溶液處理面筋蛋白質(zhì)，提高了其乳化性質(zhì)(xìngzhì)。第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的烷基化方法1：pH8-9條件(tiáojiàn)下用碘乙酸或碘乙酰胺與氨基或SH基反響，引入烷基。效果1：分子中正電荷減少，電子密度增大，不同pH下的溶解性發(fā)生改變，減少二硫鍵交聯(lián)。方法2：在復(fù)原劑存在條件(tiáojiàn)下氨基被復(fù)原烷基化，產(chǎn)生糖蛋白。脂肪醛、酮或復(fù)原糖提供羰基。效果2：蛋白質(zhì)疏水性/親水性變化，改善起泡性和乳化性。第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。烷基化反響(fǎnxiǎng)1碘乙酸(yǐsuān)碘乙酰胺第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。烷基化反響(fǎnxiǎng)1亞胺第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。烷基化反響(fǎnxiǎng)2第四十頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的?；椒?：-NH2與一些酸酐反響，可以使蛋白質(zhì)酰基化。常用乙酸酐和琥珀酸酐。效果：消除了蛋白質(zhì)分子的正電荷，使電子密度增加。如果使用琥珀酸酐等二酸酐，引入羧基，可以使分子負(fù)電荷增加，分子局部解折疊，溶解度、乳化性增強(qiáng)。但琥珀酰化蛋白質(zhì)熱凝膠性能差，對(duì)鈣離子更敏感?？商岣呷芙舛?、起泡能力、泡沫穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，但?；鞍谞I(yíng)養(yǎng)質(zhì)量(zhìliàng)下降。方法2：蛋白質(zhì)與脂肪酰氯或N-羥基琥珀酰亞胺反響引入長(zhǎng)鏈脂肪酸可以有效改善乳化性質(zhì)，有利形成蛋白質(zhì)聚集結(jié)構(gòu)。第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。?；错?fǎnxiǎng)1乙酸酐琥珀(hǔpò)酸酐第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。?；错?fǎnxiǎng)2N-羥基(qiǎngjī)琥珀酰亞胺脂肪(zhīfáng)酰氯第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的磷酸化方法：蛋白質(zhì)與三氯氧磷反響，Ser〔絲氨酸〕和Thr〔蘇氨酸〕中的羥基和Lys〔賴氨酸〕中的氨基可以被磷酸化。效果：磷酸化蛋白質(zhì)對(duì)鈣高度敏感，并可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)的聚合化。由于N-P鍵在胃中可以分解，因此(yīncǐ)不會(huì)影響蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。蛋白質(zhì)的磷酸化三氯氧磷第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。蛋