第五章---蛋白质化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 蛋白质Chapter 5 Protein,内容提要,1.氨基酸,氨基酸的分类,氨基酸的理化性质,2.蛋白质,蛋白质的分类和结构,蛋白质的化学性质,蛋白质的功能性质,食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响,5.1 氨基酸（Amino acids）,1.氨基酸的分类,按氨基酸的基团的极性可分四类:,A非极性中性,甘、丙、苯丙、缬、亮、异亮、蛋、脯、色,B极性不带电,有,羟基(,HO-CH,2,-)：丝、苏、酪,有,巯基,(HS-CH,2,-)：半胱、胱,有,酰胺基,:谷氨酰胺、天冬酰胺,5.1 氨基酸（Amino acids,）,C带正电荷,碱性,氨基酸 3种,赖：,+,H,3,N-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-,精、组,D带负电荷（,酸性,氨基酸）,谷：-OOC-CH,2,CH,2,-,天门冬：-OOC-CH,2,-,5.1 氨基酸（Amino acids）,2 氨基酸的理化性质,溶解度,一般地，溶于水，不（微）溶于醇、溶于醚,脯氨酸和羟脯氨酸溶于乙醇及乙醚,大多数氨基酸可用有机溶剂提取,所有的氨基酸都溶于酸和碱的溶液,氨基酸是,_,化合物，在强酸性溶液中，以,_,离子形式存在，在强碱性溶液中以,_,离子形式存在。,简述氨基酸的呈味性质。（简）,（,1,）甜味和苦味：,一般说来，除了小环亚胺氨基酸以外，,D-,型氨基酸大多以甜味为主。在,L-,型氨基酸中，当侧基很小时，一般以甜感占优势，如甘氨酸。当侧基较大并带碱基时，通常以苦味为主，如亮氨酸。当氨基酸的侧基不大不小时，呈甜兼苦味，如缬氨酸。若侧基属酸性基团时，则以酸味为主，如天冬氨酸。,（,2,）鲜味：,谷氨酸型鲜味剂：属脂肪族化合物，它们的定味基是两端带负电的功能团，助味基是具有一定亲水性的基团。肌苷酸型鲜味剂：属芳香杂环化合物，其定味基是亲水的核糖磷酸，助味基是芳香杂环上的疏水取代基。,氨基酸对食品可呈现出不同的风味，其往往能提供令人愉快地鲜香味，论述不同氨基酸所呈现的不同风味，并举例说明。（论）,氨基酸的苦味：,氨基酸是多官能团分子，能与多种味受体结合，味感丰富。一般说来，除了小环亚胺氨基酸以外，,D-,型氨基酸大多以甜味为主。在,L-,型氨基酸中，当侧基很小时，一般以甜感占优势，如甘氨酸。当侧基较大并带碱基时，通常以苦味为主，如亮氨酸。当氨基酸的侧基不大不小时，呈甜兼苦味，如缬氨酸。若侧基属酸性基团时，则以酸味为主，如天冬氨酸。所有氨基酸的肽都含有数目相当的,AH,极性基团，但各种肽分子量的大小及其含有疏水基团的本质差别很大，因而这些疏水基与苦味受体相作用的能力也很不一样。因此肽的苦味可通过计算平均疏水值来预测。因为多肽参与疏水结合的能力与非极性氨基酸侧链疏水性的总和有关，这些相互作用对多肽展开的自由能有重要影响。,氨基酸的鲜味：,有人认为，鲜味分子需要有一条相当于,39,个碳原子长的脂链，而且两端都带有负电荷，当,n=46,时鲜味最强。脂链不限于直链，也可为脂环的一部分。保持分子两端的负电荷对鲜味至关重要，若将羧基经过酯化、酰胺化，或加热脱水形成内酯、内酰胺后，均将降低鲜味。例如，谷氨酸型鲜味剂属于脂肪族化合物，在结构上有空间专一性要求，若超出其专一性范围，将会改变或失去味感。它们的定位基是两端带负电的功能团；助味基是具有一定亲水性的基团。,5.1 氨基酸（Amino acids）,疏水性,非极性基团所具有的性质,氨基酸侧链具有一定的疏水性,可用1mol氨基酸从乙醇中转移到的水中自由能变化表示,5.1 氨基酸（Amino acids）,与茚三酮作用,氨基酸可与茚三酮等摩尔反应，产物在570nm处有最大吸收,；脯氨酸、羟脯氨酸的产物在570nm处有最大吸收,应用：用于比色（荧光）测定氨基酸的含量,与亚硝酸反应（樊氏）测定方法,氨基酸与亚硝酸作用可生成相应的,羟基酸并释放出N,2,。,应用：可测定氨基酸中的氨基氮的含量,氨基酸和一级氨反应生产强荧光衍生物:,可快速定量测定氨基酸、肽、蛋白质,应用:用于比色（荧光）测定氨基酸的含量。此法灵敏度高(激发波长390 nm，发射波长475nm),在巯基乙醇存在时，1,2苯二甲醛与氨基酸反应生产强荧光吲哚衍生物,应用:用于比色(荧光)测定氨基酸的含量。激发波长390nm，发射波长475nm,5.1 氨基酸（Amino acids）,与金属离子反应,许多,重金属离子,都能和氨基酸的羧基、氨基、硫氢基(-SH)反应生成不可解离的,螯合物,应用:临床医学的解救重金属中毒病人，可用高蛋白食物先灌肠如牛奶，豆浆等，然后再洗胃,氨基酸含有羧基和氨基，因而能起氨基和羧基的化学反应，较重要的化学反应有：,_,、,_,、,_,、,_,、,_,、,_,等。,5.2 蛋白质的分类和结构,蛋白质的分类,（一）按,组成,分,1.简单蛋白质:,水解产物全部为氨基酸,如清蛋白、球蛋白,2.结合蛋白质:,水解产物中除了氨基酸外，,还有其它非蛋白质的成分,如脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、核蛋白、色蛋白,5.2 蛋白质的分类和结构,（二）按,形状,分,1.,球形蛋白质,粘度小，溶解性好，结构复杂,自然界绝大多数的蛋白质属于球状蛋白,血红、肌红、球、清蛋白及酶类等,2.,纤维状蛋白质,粘度大，溶解性差,肌纤维、胶原、网状、角蛋白等,5.2 蛋白质的分类和结构,（三）按,生物功能,分,1.,活性蛋白质,:具有,生物活性,的蛋白质,酶、免疫蛋白质、运动蛋白、受体蛋白、贮运蛋白等,2.,非活性蛋白质,:,支撑或保护作用,的蛋白质 胶原蛋白质、网状蛋白质、弹性蛋白质、角蛋白质和丝心蛋白质,5.2 蛋白质的分类和结构,（四）按,溶解度,和,组成,分,1.简单蛋白质按,溶解度,分,(1)清蛋白（Albumines）:,溶于水和稀盐、稀酸、稀碱溶液,为饱和硫酸铵所沉淀,加热时可凝固,化学组成上含色氨酸较多,广泛存在于生物体，如血清蛋白，乳清蛋白、蛋清蛋白、麦清蛋白等,5.2 蛋白质的分类和结构,(2)球蛋白（Globulins):,不溶于水,而溶于稀酸、稀盐和稀碱溶液,为半饱和硫酸铵所沉淀,动物性球蛋白遇热凝固,植物性蛋白遇热不凝固,化学组成上色氨酸含量较低，精氨酸含量较高,普遍存在于动植物体中,如血清球蛋白、肌球蛋,白、植物种子球蛋白等,5.2 蛋白质的分类和结构,(3)谷蛋白（Glutellines）,不溶于水、乙醇及中性盐溶液,，溶于稀酸、稀碱,化学组成上谷氨酸较多,仅存于植物组织中，如小麦的麦谷蛋白、大米的,米谷蛋白等,5.2 蛋白质的分类和结构,(4)醇溶谷蛋白（Prolamines),不溶于水和无水乙醇，溶于70-80%乙醇、稀酸、稀碱,仅存在于植物体内，如小麦、玉米大麦及麦芽醇溶谷蛋白,组成上含脯氨酸和酰胺较多,分子结构中非极性侧链比极性侧链多,5.2 蛋白质的分类和结构,(5)组蛋白（Histones）,溶于水及稀酸，不溶于氨水,化学组成上,含有大量碱性氨基酸,，如精氨酸和赖氨酸,较多，呈弱碱性,加热不凝固,从动物脑腺、胰腺可分离得到，如小牛胸腺蛋白,5.2 蛋白质的分类和结构,(6)精蛋白（Protamines）,溶于水及稀酸，不溶于氨水,化学组成上精氨酸、组氨酸和赖氨酸特别多，,超过组蛋白，呈碱性,加热不凝固,在鱼精、鱼卵和脑腺较多，如鲑精蛋白等,5.2 蛋白质的分类和结构,(7)硬蛋白（Seleroproteins）,不溶于水、盐、稀酸或稀碱,是作为结缔组织及保护功能的蛋白质,如骨、软骨、腱、角、毛发等,5.2 蛋白质的分类和结构,结合蛋白质（Conjugated）按其,配基部分,可分,(1)核蛋白（Nucleoproteins）,辅基是核酸,，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、烟草花叶病毒等,是构成细胞核的主要成分,在生物的生长和繁殖过程中有特殊的功能,5.2 蛋白质的分类和结构,(2)脂蛋白（Lioproteins）,与脂质(磷脂、固醇和中性脂)结合的蛋白质，,脂蛋白是脂质贮存和运输的一种形式,如血中的1,脂蛋白、卵黄球蛋白等,5.2 蛋白质的分类和结构,(3)糖蛋白和粘蛋白（Glycoproteins）,非蛋白部分是碳水化合物(粘多糖),存在于骨骼、肌腱、唾液及其它动物的软组织和粘液中,鱼类等水产动物的体表粘液中也存在这种物质,5.2 蛋白质的分类和结构,(4)磷蛋白（Phosphoproteins）,单纯蛋白质和,磷酸,组成的,磷酸与丝氨酸和苏氨酸残基的羟基相结合,如:卵黄中的卵黄磷蛋白、乳中的酪蛋白,(5)色蛋白（Chromoproteins）,蛋白质与,有色泽的辅基基团,(金属)结合,如含铁：血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C,含镁：叶绿蛋白,含铜的血兰蛋白,5.2 蛋白质的分类和结构,蛋白质的结构,1.一级结构,氨基酸排列顺序,一级结构,2.二级结构,2.主链上,原子的空间排列,二级结构,其排列方式有：,螺旋三维结构(A、B、Z型)：,链内,形成氢键的结果,折叠结构：,链间,形成氢键的结果，必须是两条链或以上的,弯曲（,转角,）结构,无规卷曲,胶元螺旋,-,螺旋,折叠结构,稳定性：,-,折叠片,-,螺旋,加热和冷却,-,螺旋,-,折叠,-,螺旋,折叠结构,氢键,稳定性：,-,折叠片,-,螺旋,加热和冷却,-,螺旋,-,折叠,过渡结构：超二级结构、结构域,3.三级结构,由,二级结构形成一定构象,三级结构,“,螺旋之螺旋,”,，,“,折叠再折叠,”,5.2 蛋白质的分类和结构,肌红蛋白,亲水性,蛋白质,-,水界面；疏水性,内部,-,乳球,蛋白,4.四级结构,由,n个亚基聚集成的聚合体,n 条多肽链在三级结构的基础缔合聚集，构成四级结构,5.2 蛋白质的分类和结构,作用力和键,形成,二、三、四级结构,的作用力：,氢键(二级),疏水键(三级),二硫交联键(链间共价键),静电作用力,空间张力(分子内作用力),范德华力,维持蛋白质的空间结构的作用力有哪几种？各级结构的作用力主要有哪几种？,5.3 蛋白质的化学性质,1.两性性质,含有大量的酸性和碱性基团,对酸和碱都具有强大的缓冲能力,广泛应用在食品加工中:,蛋白质的提取,蛋白质凝胶体的形成,5.3 蛋白质的化学性质,2.蛋白质的疏水性,氨基酸组成的平均疏水性，可预测其水解物是否产生苦味,平均疏水性5.85kJ/mol残基，水解物可能有苦味,平均疏水性5.43KJ/mol，水解物无苦味,5.3 蛋白质的化学性质,3.渗透压和透析现象,蛋白质溶液渗透压很低,应用：,肉类、水产的腌制,蛋白质的透析分离提纯,细菌不能在高浓度的盐、糖溶液中生存等,5.3 蛋白质的化学性质,*4.蛋白质的变性作用,定义,因环境因素的影响，蛋白质分子的天然构象遭到破坏，而使其理化性质发生改变，乃至生物功能丧失的过程,变性只涉及二、三、四级结构的变化,变性实质,天然蛋白质分子从有序而紧密的结构变为松散而无序结构,5.3 蛋白质的化学性质,蛋白质变性主要因素,(1),热处理,T，氢键、静电力、范德华力，疏水键，H或,变性机理,肽键因热处理产生剧烈的热震荡而,导致次级键,的破坏的结果,影响因素,蛋白质的性质、浓度、水活性、PH、离子种类、离子强度,5.3 蛋白质的化学性质,疏水性氨基酸残基比例高,的蛋白质热稳定性大,如：11S大豆蛋白、乳酪蛋白,水能促进蛋白质的热变化(干的稳定),大豆粉 10%H,2,O Td=115,40%H,2,O Td=97,单体球状蛋白质的热变性经短时热处理是可逆的,5.3 蛋白质的化学性质,5.3 蛋白质的化学性质,(2)机械处理,振动、揉捏、打擦产生机械剪切力，,破坏,螺旋，,导致蛋白质的网络结构改变,应用：,面团的揉捏,肉燕、灌肠、鱼丸等的制作时的机械揉捏,5.3 蛋白质的化学性质,(3)pH,pH=410稳定,极端pH改变盐键，使基团离子化，造成肽链展开,一般可逆,变性机理：,蛋白质分子上,可解离基团发生不同程度的解离，,使蛋白质高级结构中的盐键被破坏,5.3 蛋白质的化学性质,(4)有机试剂,穿透疏水区，打断疏水作用,大多数可使蛋白质产生变性,变性机理：,可,改变介质的介电常数，剥夺蛋白质分子表面的水化层，,使蛋白质颗粒的静电引力增加，而与邻近分子相互吸引产生沉淀,5.3 蛋白质的化学性质,(5)金属离子,过渡金属离子如汞、铜、铁可使蛋白质发生变性，,这种作用在高于蛋白质等电点时更为显著,变性机理:,可与蛋白质分子形成复合物,Ca,2+,、Fe,2+,、Cu,2+,、Mg,2+,等可成为蛋白质分子或其缔,合物的组成部分,5.3 蛋白质的化学性质,6.界面,界面作用引起的蛋白,质变性属不可逆，,该性质对,各种食品体系都很重要,例如:,蛋白质在界面上的吸附有利于乳浊液和泡沫的形,成和稳定,变性机理:,界面吸附的蛋白质分子受力不平衡的结果,如:蛋清起泡,5.3 蛋白质的化学性质,（7）辐照：,芳香族,氨基酸（色、酪、苯丙）吸收光能，使构象发生改变,导致二硫键断裂,（8）静水压：,蛋白质具有柔性和可压缩性（球状），压力可引起变性，一般可逆,5.3 蛋白质的化学性质,(9)表面活性剂,打断,疏水相互作用,，导致蛋白质展开,(10)有机溶质,可与蛋白质,形成复合物,5.3 蛋白质的化学性质,变性对性质的影响,生物活性丧失（酶、激素、毒素、抗体,）,溶解度降低（疏水基团暴露）,改变水合性质,易于酶水解,粘度增大,不能结晶,#5.4 蛋白质的功能性质,1.定义,使食品产生必要的需宜特征的蛋白质的理化性质,2.种类,水合性质,：蛋白质与水的相互作用,水吸收和保持、湿润性、溶胀性、粘附性、分散性、溶解度和粘度等,结构性质,：蛋白质与蛋白质的相互作用,沉淀、胶凝和形成其它各种结构时性质,表面性质,：蛋白质的表面张力、乳化作用、发泡性质等,5.4 蛋白质的功能性质,1 水合性质,蛋白质与H,2,O的作用,与水可形成氢键、偶极,偶极作用，离子,偶极作,干燥蛋白质逐步水化过程如下：,5.4 蛋白质的功能性质,水化影响因素,浓度C：,水的总吸收量随C 而,pH：,pH=PI时，P,P作用最强，水合作用最小，溶胀最小,离子强度C：,当C为0.51M中性盐，S,产生,“,盐溶效应,”,当C1M时，S，,“,盐析效应,”,P,P P,H,2,O P沉淀,温度T：,一般蛋白质变性温度为5070，T，氢键,，,P,H,2,O作用。即T，P沉淀,5.4 蛋白质的功能性质,2.,溶解度与溶胶,蛋白质固有性质之一,应用：,A、可确定天然资源中蛋白质分离、提纯的最适条件,B、为蛋白质的应用提供重要指标,C、评价蛋白质饮料,溶解度的影响因素,溶解度与pH、T、种类有关,5.4 蛋白质的功能性质,溶胶,蛋白质溶液是一种胶体溶液,P 表面有各种亲水基,将H,2,O分子吸附表面而形成一层水膜,5.4 蛋白质的功能性质,提高蛋白质溶解度的方法：,加,碱,处理可促进其解离,加,还原剂,如半胱氨酸、巯基乙醇、乙醇等,切断二硫键,的试剂,5.4 蛋白质的功能性质,3.粘度,反映流体对流动的阻力，用表示,影响蛋白质流体粘度特性的因素：,浓度:C,蛋白质分子的形状和表面状况,球形分子的粘度纤维状分子的粘度,带电荷多的分子表观直径大，则粘度也大,5.4 蛋白质的功能性质,4 结构性质,4.1 胶凝作用,定义:,P胶体体系失去流动性，成为,“,软胶,”,状态的过程,形成P-P P-H,2,O 有序网络凝结,水分分散在蛋白质颗粒之中形成的胶体体系,凝胶有一定形状、弹性，半固体性质,5.4 蛋白质的功能性质,2.形成机理：,是蛋白质,蛋白质、蛋白质,溶剂之间的相互作用，以及邻近的肽链之间的吸引力和排斥力最终平衡的结果,3 形成条件：,A、热处理、冷却 B、加酸,C、添加盐类 D、酶水解,E、先碱化、再恢复至中性或PI 点,F、与多糖胶凝剂作用,5.4 蛋白质的功能性质,4.2 织构化,定义：,构成食品特征结构和质地的基础,蛋白质织构化的方法：,热凝固和薄膜的形成：腐竹的生产,纤维的形成：人造鱼、蟹肉等生产,热塑性挤压：如大豆蛋白人造肉的制作,5.4 蛋白质的功能性质,4.3 面团的形成,特点：,面筋蛋白质具有独特的性质,面筋形成三维网络的原因：,1.含有大量谷氨酰胺（约33%）和羟基氨基酸,2.有许多极性氨基酸的存在,3.形成大量的二硫交联键,4.面筋颗粒转变成薄膜而形成立体的具有粘弹性的三维蛋白质网络,5.4 蛋白质的功能性质,5 表面性质,5.1 乳化性质,P的疏水性越强，P在界面的浓度越大，表面张力愈低，乳状液愈稳定,疏水值，表面张力,乳化活力(乳化活性指数，m,2,/g),5.4 蛋白质的功能性质,乳化性评价指标,5.4 蛋白质的功能性质,影响因素,A、蛋白质的溶解度（乳化能力）,溶解、乳化能力;不溶解、乳化稳定,B、pH PI时，C,乳化能力,C、加热:乳化能力,D、添加小分子表面活性剂,蛋白质保留界面能力，使乳化能力,F、一定蛋白质起始浓度一般为0.5%,5.4 蛋白质的功能性质,5.2 发泡性,A、泡沫:,气泡在连续的液相或半固相中形成分散体系,B、构成:,气体/表面活性剂/液体,表面活性剂 气/液界面张力,C、形成方法：,搅打、鼓泡、减压,5.4 蛋白质的功能性质,典型食品泡沫的特点：,含有大量的气体（低密度）,在气相和连续的液相间有较大的表面积,在表面有较高的溶质浓度,有能胀大、有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁,有可反射的光,5.4 蛋白质的功能性质,形成稳定泡沫的三个重要因素：,界面张力小,液相粘度大,吸附蛋白膜牢固、有弹性,5.4 蛋白质的功能性质,影响泡沫形成及稳定环境因素,A、不溶性蛋白质粒子,对稳定泡沫起着稳定作用,B、盐类,NaCl 使泡沫膨胀率稳定性(降低粘度),Ca,2+,使泡沫膨胀率(形成 羧-Ca,2+,-羧桥键),5.4 蛋白质的功能性质,影响泡沫形成及稳定环境因素,C、糖,抑制膨胀、增加稳定 (粘度),泡沫形成后加入,D、脂肪,脂肪破坏蛋白质的起泡性质,E、蛋白质浓度,在C半胱氨酸胱氨酸和色氨酸,5.5 食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,A 蛋氨酸的氧化,蛋氨酸在氧化剂、光、敏化剂作用下，生成蛋氨酸亚砜、蛋氨酸砜,B,色氨酸（游离）氧化,色氨酸在强氧化剂作用下，生成：,-,氧化吲哚基丙氨酸,N-,甲醛基犬尿氨酸,5.5,食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,C 半胱、胱氨酸的氧化,（1）可部分利用：,半胱、胱氨酸的氧化为胱氨酸（一、二）亚砜,半胱、胱氨酸的氧化为胱氨酸（一、二）砜,(2)不能利用,半胱、胱氨酸氧化为半胱氨亚磺酸,半胱、胱氨酸氧化为半胱氨磺酸,5.5,食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,5.5 食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,D 与脂类作用,1.自由基反应,脂类游离基LOO,.,与P发生加成反应形成脂类-蛋白质自由基：,2.羰氨反应,不饱和脂肪酸自动氧化产生的醛类可与蛋白质反应发生共价交联。,3.形成非共价键复合物,蛋白质与脂类，以疏水键结合生成复合物,5.5 食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,E 与多酚的作用与多酚的作用,多酚在O,2,（碱性条件）存在下or在中性，多酚氧化酶作用下生成醌,5.5 食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,6 辐射的变化,首先水分子游离成自由基和水合电子,再与蛋白质反应而使蛋白质变性,P中的含硫氨基酸和芳香氨基酸残基最易分解,并引起低水分食品中多肽链断裂,5.5 食品加工对蛋白质功能和营养价值影响,7 机械处理的变化,有利于P功能性质的产生,干磨的蛋白粉和浓缩物有较大的表面积可提高其吸水性、溶解度、发泡性,蛋白质的悬浊液在强剪切力的作用下，可使蛋白质颗粒细微化，以提高其乳化能力面团的揉捏、蛋白质与多糖混合物的挤压膨化均可使蛋白质产生织构化,