食品化学05第五章蛋白质.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,*,1,一,.,概述,Introduction,1.,蛋白质在食品加工中的意义,蛋白质是食品中,三大营养素之一,-,产品开发过程中重要的依据。,蛋白质对食品的,色、香、味及组织结构等具有重要意义,-,对于产品的加工、保藏中变化的影响。,一些蛋白质,具有生物活性功能,，是开发功能性食品原料之一,-,对于功能性食品开发过程中重要的考察对象。,2,2.,蛋白质的元素组成,The elements of protein,C,：,50-55%,H,：,6-7%,O,：,20-23%,S,：,0-4%,N,：,12-19%,微量元素：,P,、,Fe,、,Zn,、,Cu,、,I,等。,蛋白质完全水解的产物是,a-,氨基酸，它的侧链结构和性质各不相同，大多数蛋白质由,20,种不同的氨基酸组成。蛋白质分子中的氨基酸残基依靠肽键连接，形成含多达几百个氨基酸残基的多肽链。,一,.,概述,Introduction,3,3.,蛋白质的分类,The classification of protein,按蛋白质的,结构,进行分类,-,对蛋白质的功能特性分析时采用,1,、单纯蛋白质：,仅含有氨基酸,构成的多肽蛋白质。,(,水解后只产生氨基酸而不产生其他物质的蛋白质,),2,、结合蛋白质：,是,单纯蛋白质和其他化合物结合构成,，被结合的其他化合物通常称为结合蛋白质的非蛋白部分,(,辅基,),。按其非蛋白部分的不同而分为核蛋白,(,含核酸,),、糖蛋白,(,含多糖,),、脂蛋白,(,含脂类,),、磷蛋白,(,含磷酸,),、金属蛋白,(,含金属,),及色蛋白,(,含色素,),等,3,、衍生蛋白质,：用化学或酶学方法得到的蛋白质化合物,-,改性蛋白质,。,一,.,概述,Introduction,6,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,1,结构,氨基酸的性质特点，例如溶解度、化学反应活力等主要取决于,R,基团,7,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,1,结构,2,分类,天然蛋白质中含有,20,种氨基酸，仅含,L,氨基酸。其中有,8,种必需氨基酸。（色、赖、苯、蛋；亮、异亮、苏、缬）,其结构和相对分子量见,P124,图,5-1,，注意氨基酸的三位字母缩写。,8,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,按,R,的极,性分类,非极性氨基酸：,Ala,（丙）,Ile,（异）,Leu,（亮）,Phe,Met,Trp,Val,Pro,极性氨基酸,无电荷侧链氨基酸,:,Ser,（丝）,Thr,（苏）,Tyr,（酪）,Asn,Gln,Cys,（半胱）,Gly,（甘）,带正电荷侧链氨基酸,:,Lys,Arg,His,带负电荷侧链氨基酸,:,Asp,Glu,具有非极性或疏水性侧链的氨基酸,因为其,R,基团为非极性，而水为极性，根据相似相溶原理，在水中的溶解度较极性氨基酸小，其疏水程度随侧链的长度增大而增大。,带有极性、无电荷侧链的氨基酸,这些带极性，无电荷的侧链主要含羟基，酰氨基、巯基等。因为在,PH,值接近中性时，这些基团可以产生部分电离，从而可以和水形成氢键。,侧链含有碱性基团的氨基酸（带正电荷）,因为在这些碱性基团上，具有一些氨基基团，而这些基团在中性,pH,范围内离解成阳离子，使这些氨基酸带有正电荷。,侧链含有酸性基团的氨基酸（带负电荷）,在这样的酸性基团上，含有羧基这样一些基团，而这些基团在中性,PH,范围内离解成阴离子，使这类氨基酸带有负电荷。,9,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,3,酸碱性质,1,结构,2,分类,pH=7,时，氨基酸的,a-,氨基和,a-,羧基都是处于离子化状态，此时的氨基酸分子成为,偶极离子或两性离子,。,当偶极离子以电中性状态存在时的,pH,称为,等电点,pI,。,10,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,氨基酸为两性电解质，既表现出酸性，又表现出碱的性质,3,酸碱性质,（上式）当被碱滴定时，反应往右进行，当,NH,3,和,NH2,相等时的,pH,为,pKa,2,（下式）当被酸滴定时，反应往右进行，当,COO,和,COOH,的浓度相等时的,pH,为,pKa,1,11,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,氨基酸的等电点（,pI of amino acids,）的估算：,是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的,pH,值。,3,酸碱性质,可估算等电点：,侧链不带电荷基团氨基酸：,pI=,（,pK,a1,+pK,a2,)/2,当两性离子被酸滴定时，,COO-,基变成去质子化，当,COO,-,和,COOH,的浓度相等时的,pH,被称为,pK,a1,（即解离常数,Ka1,的负对数。）,当两性离子被碱滴定时，,NH,3+,基变成去质子化，当,NH,3+,和,NH2,浓度相等时的,pH,被称为,pK,a2,。,例,pI,（蛋）,=1/2,（,2.28+9.21,）,=5.75,12,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,3,酸碱性质,酸性氨基酸：,pI=(pK,a1,+pK,a3,)/2,例：,pI,（谷）,=(2.19+4.25)/2=3.22,碱性氨基酸：,pI=,（,pK,a2,+pK,a3,)/2,例：,pI,（赖）,=,（,8.95+10.53)/2=9.74,pK,a3,的值可以在,P,128,的表中查询。,13,4,氨基酸的光学性质及光谱,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,3,酸碱性质,1,结构,2,分类,14,氨基酸具有旋光性（除甘氨酸,-C,上面连有,2,个,H),立体异构体：,L,、,D,型，天然只存在,L,型异构体,4,氨基酸的光学性质及光谱,=210nm,氨基酸都有吸收峰,=278nm,色氨酸都有最大吸收峰,=274.5nm,酪氨酸都有最大吸收峰,=260.0nm,苯丙氨酸都有最大吸收峰,因此在氨基酸的分析检测中，一般都用,=210nm,，如果测定特殊的氨基酸，则可用其最大吸收波长。,另外，氨基酸的荧光最大吸收波长，还可以用来考察蛋白质的构象。,15,4,氨基酸的光学性质及光谱,二 氨基酸的一般性质,General Properties of Amino Acids,3,酸碱性质,1,结构,2,分类,5,氨基酸的化学反应,-,用于氨基酸的定性或者定量反应,16,5,氨基酸的化学反应,a,）与茚三酮反应,440nm,时呈黄色，测定,脯氨酸和羟脯氨酸,；,570nm,时呈蓝色或紫色，测定,其它氨基酸,。,17,b,）与荧光胺反应,5,氨基酸的化学反应,生成强荧光物质，可用于氨基酸、肽和蛋白质的快速定量。激发波长,390nm,，发射波长,475nm,。,a,）与茚三酮反应,18,三 蛋白质的分子构象,the conformation of protein,1,、概述（,Introduction,）,构象,构象是指分子内各原子或基团之间的立体关系。构象的改变是由于氢键的旋转而产生的，他,不涉及共价键的变化，仅涉及到氢键等次级键的改变,。,当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成,不同的空间排布,，这些不同的空间排列称为,不同的构象,。,为了避免构象和构型的混淆，,1969,年,IUPAC(,国际纯粹与应用化学联合会,),规定，在描述蛋白质等生物大分子的空间结构时,使用构象,。,19,2,、稳定蛋白质构象的作用力,三 蛋白质的分子构象,the conformation of protein,1,、概述（,Introduction,）,氢键,静电相互作用,疏水相互作用,Protein,分子固有的作用力，所形成的分子内相互作用,受作为溶剂影响的分子内相互作用,影响,protein,结构的分子内作用力包括两类,范德华相互作用,空间相互作用,20,2,、稳定蛋白质构象的作用力,A,范德华相互作用,范德华力也叫分子间力,包括,色散力,是分子的,瞬时偶极,间的作用力，它的大小与分子的变形性等因素有关。一般分子量愈大，分子内所含的电子数愈多，分子的变形性愈大，色散力亦愈大。,诱导力,是分子的,固有偶极,与,诱导偶极,间的作用力，它的大小与分子的极性和变形性等有关。,取向力,是分子的固有偶极间的作用力，它的大小与分子的极性和温度有关。极性分子的偶极矩愈大，取向力愈大；温度愈高，取向力愈小。,特点：,引力随作用基团之间距离的增大而迅速减小，但两个作用基团只互相吸引，并不相碰。,瞬间偶极是因为分子中核时刻在震动，电子时刻在运动、跃迁，在它们运动的时候，即使是非极性分子偶尔也会产生极性，只不过这个过程持续时间很短，故称,瞬间偶极,。,分子中由于组成元素不同，其吸引电子的能力各有差异（元素周期律），这就使得分子中有电子偏移的现象，这样就产生了极性，并且偶极持续存在，称为,固有偶极,诱导偶极是指分子在电场中或者有其他极性分子在较近距离的情况下，由于电子带负电，核带正电，它们会发生偏移，这种现象称为,诱导偶极,；,21,2,、稳定蛋白质构象的作用力,A,范德华相互作用,B,空间相互作用,分子中的基团理论上具有,360,度的转动自由度，而实际上氨基酸残基的侧链原子的空间位阻使其转动受到很大的限制。,故键的伸展和变形都会导致分子自由能的增加。,22,2,、稳定蛋白质构象的作用力,A,范德华相互作用,B,空间相互作用,C,氢键,与,电负性,大的原子,X,（氟、氧、氮等）共价结合的氢，如与负电性大的原子,Y,（与,X,相同的也可以）接近，在,X,与,Y,之间以氢为媒介，生成,X-H,Y,形的键。这种键称为,氢键。,氢键能降低蛋白质的自由能，被 认为是蛋白质折叠的驱动力，能维持蛋白质的稳定性。,23,2,、稳定蛋白质构象的作用力,A,范德华相互作用,B,空间相互作用,C,氢键,D,静电相互作用,是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集在一起的集合力。,由于疏水作用是极性基团溶于水的逆过程，因此疏水相互作用是,吸热过程,，因此，该作用在高温下是较强的，在低温下较弱。,F,疏水相互作用：,是由带相反电荷的两个基团间的静电吸引所形成。,24,2,、稳定蛋白质构象的作用力,三 蛋白质的分子构象,the conformation of protein,1,、概述（,Introduction,）,3,、蛋白质变性（,Protein Denaturation,）,A,蛋白质变性的概念,(The concept of protein denaturation),蛋白质变性定义：,由于外界因素的作用，使天然蛋白质分子的构象发生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常变化，不包括一级结构上肽键的断裂。,蛋白质变性本质：,蛋白质分子次级键的破坏引起的二级、三级、四级结构的变化。,变性后的蛋白质称为变性蛋白质。,25,3,、蛋白质变性（,Protein Denaturation,）,A,蛋白质变性的概念,(The concept of protein denaturation),B,蛋白质变性对其结构和功能的影响,（,1,）、由于疏水基团暴露在分子表面，引起溶解度降低。改变对水的结合能力，发生絮集，形成不可逆的凝胶。,（,2,）、由于变性后的蛋白质分子空间结构破坏，很难保持原有的生物活性。,（,3,）、由于肽键暴露，易受到蛋白酶的攻击，对蛋白质的敏感性升高。,（,4,）、粘度升高，不能形成结晶。,（,5,）、,酶水解速度增加（,由于肽键的暴露，容易受到蛋白酶的攻击，对酶水解的敏感性增加）,.,（,6,）、,某些变性蛋白质具有更好的起泡性和乳化性。,26,C,可逆变性,Conformational adaptability of protein,除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由变性态恢复到天然态。,如,:,核糖核酸酶用,8mol/L,的尿素和,巯基乙醇作用时，由于分子中的二硫键被还原，酶的空间结构也随之破坏，酶即变性失活。但是，用透析法除去这些试剂后，变性的酶蛋白质就自动氧化恢复原来的空间结构，酶的活性也随之恢复。,3,、蛋白质变性（,Protein Denaturation,）,A,蛋白质变性的概念,(The concept of protein denaturation),B,蛋白质变性对其结构和功能的影响,27,D,不可逆变性,The protein denaturation,除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象由变性态不能恢复到天然态。,如：鸡蛋，大豆蛋白质。,C,可逆变性,Conformational adaptability of protein,3,、蛋白质变性（,Protein Denaturation,）,A,蛋白质变性的概念,(The concept of protein denaturation),B,蛋白质变性对其结构和功能的影响,28,D,不可逆变性,The protein denaturation,C,可逆变性,Conformational adaptability of protein,3,、蛋白质变性（,Protein Denaturation,）,A,蛋白质变性的概念,(The concept of protein denaturation),B,蛋白质变性对其结构和功能的影响,F,影响蛋白质变性的因素,The factors affecting denaturation,29,物理因素 化学因素,温度（热、低温）酸碱,机械处理（剪切）金属和盐,液压 有机溶剂,辐射 尿素和胍盐,界面 表面活性剂,还原剂,F,影响蛋白质变性的因素,The factors affecting denaturation,30,熔化温度（变性温度）（,Td,）：,当蛋白质溶液逐渐加热，并超过临界温度，它产生了从天然状态至变性状态的剧烈转变，这个转变的中点的温度称之为熔化温度。,在此温度蛋白质的天然和变性状态的浓度之比为,1,。,物理因素,温度（热、低温）,31,差示扫描量热仪（,DSC,）,32,33,伴随热变性，蛋白质的伸展程度相当大。,变性速率取决于温度，当温度上升,10,，速率可增加,600,倍左右。,蛋白质在有水存在时易变性。,热变性的敏感性取决于多种因素：蛋白质的性质、蛋白质浓度、水活性、,pH,、离子强度和离子种类。,温度（热、低温）,例如，天然血清清蛋白分子是椭圆形的，长、宽比为,3,：,1,，经过热变性后变为,5,：,5,。,一般化学反应的温度系数,Q10=12,而变性反应的,Q10,可达,600,左右，很多高温短时灭菌的依据是变性反应的,Q10,。,在干燥状态，蛋白质具有一个静止的结构，多肽链序列的运动受到了限制。,当向干燥蛋白质中添加水时，水渗透到蛋白质表面的不规则空隙或进入蛋白质的小毛细管，并发生水合作用，引起蛋白质溶胀。水的加入，增加了多肽链的离子迁移率和分子的柔顺性，这时蛋白质分子处于动力学上更有利的熔融结构。当加热时，蛋白质的这种动力学柔顺性结构，相对于干燥状态，则可提供给水更多的几率接近盐桥和肽链的氢键，结果,变性温度,降低。,34,温度（热、低温）,低温,一般认为，温度越低，蛋白质的稳定性愈高，然而，实际情况并非如此。,其实，通过对一些蛋白质作稳定性和温度变化的曲线，可以发现，绝大多数蛋白质都有一个最稳定的温度范围，这个比较稳定的温度主要取决于极性和非极性的相互作用。（或者说亲水性和疏水性的相互作用）,当蛋白质分子中极性相互作用超过非极性相互作用，那么蛋白质在低于冻结温度时比在较高温度时更稳定。,例如：,L-,苏氨酸脱氨酶在室温下稳定，而在,0,时不稳定，鸡蛋和牛乳蛋白在冷却或冷冻时会发生凝集和沉淀，但是有些蛋白质却在低温下能保持活性，例如：脂酶和氧化酶。,35,物理因素,温度（热、低温）,机械处理（剪切）,剪切速率愈高，蛋白质变性程度则愈大。同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，则发生不可逆变性。,由振动、捏合、打擦产生的机械剪切能导致蛋白质的变性。,、由于在剪切过程中空气泡的并入和蛋白质分子吸附至气,-,液界面，气,-,液界面的能量高于体相的能量，因此，,蛋白质在界面上经受构相变化,。,、由于在,剪切过程中摩擦产生的高温,，也促使了蛋白质的变性。,36,物理因素,温度（热、低温）,机械处理（剪切）,液压（静水压）,压力诱导变性发生的原因：,蛋白质是柔性和可压缩的，虽然氨基酸残基被紧密的包裹在球状蛋白质分子结构的内部，但其中仍然,存在一些空洞，这就导致蛋白质分子结构的可压缩性,。（大多数纤维状蛋白质不存在空洞，因此它们对静水压作用的稳定性高于球状蛋白质）。,温度诱导的蛋白质变性一般发生在,40-80,温度范围和,0.1Mpa,下。,压力诱导的蛋白质变性能在,25,发生，条件是必须有,充分高的压力,存在。,37,液压（静水压）,压力诱导的蛋白质变性是高度可逆的,大多数酶的稀溶液当压力下降到,0.1Mpa,时，因压力诱导蛋白质变性而失去的酶活能复原和再生，然而，酶的再生往往需要几个小时。,压力诱导低聚蛋白质和酶的变性时，亚基首先在,0.1-200Mpa,压力下离解，然后亚基在更高的压力下变性，当除去压力作用时，亚基重新缔合，在几小时内酶活几乎完全恢复。,38,液压（静水压）,由于静水压以上的一些特性，很多人正在研究将高静水压作为食品加工的一种手段,应用于灭菌,和,蛋白质的凝胶作用,。,由于高静水压能被破坏细胞膜和导致微生物中细胞器的离解，这样就能起到杀灭微生物的作用。,这种方法不同于热加工，它不会损害蛋白质中的必须氨基酸和天然色泽、风味，也不会导致有毒化合物的产生。,并且能导致肌纤维部分地碎裂，也可以作为肉嫩化的一种手段。,综上,：采用静水压加工食品对一些不耐高温的食品十分有效。,应用,39,温度（热、低温）,机械处理（剪切）,液压（静水压）,物理因素,辐射,辐射对蛋白质的影响随,波长和能量,而变化。,芳香族氨基酸残基能吸收,紫外线,，如果紫外线能量水平足够高，那么二硫交联键就会断裂，从而导致蛋白质构象的改变。,-,射线和其它离子射线,也能导致蛋白质构象的改变。,40,辐射,在辐射过程中，容易出现两种情况：,、,如果辅照仅引起蛋白质构象的改变，那么不会显著影响蛋白质的营养质量。,例如：在,-5-40,下，照射牛肉时，牛肉蛋白质的氨基酸残基没有变化。,、,如果辅照导致蛋白质分子中氨基酸残基的变化，那么必须考虑蛋白质的营养质量是否受到损害。,牛乳对辅照十分敏感，在辅照剂量低于灭菌所需的水平就能导致牛乳产生不良风味，从经辐射的脱脂乳和酪蛋白酸钠溶液中检出甲基硫化物，这显然与蛋白质分子中含硫氨基酸的残基的变化有关。,41,温度（热、低温）,机械处理（剪切）,液压（静水压）,物理因素,辐射,界面,42,变性机理,远离界面的水分子处于低能状态，靠近界面的水分子处于高能状态，在蛋白质从低能态水向高能态水运动过程中，一些基团和化学键会发生变化。,最后蛋白质在界面上进一步伸展，这时亲水基团和疏水基团就会在水相和非水相中作定向排列，以上的一系列原因使吸附在界面上的蛋白质发生变性。,界面,43,化学因素,pH,大多数蛋白质在,一定的,pH,范围,内是稳定的,若与,十分高或低的,pH,介质接触，则一般会发生变性,因为在一定的,pH,值附近，,静电推斥能量其它稳定蛋白质的相互作用的能量，,因此大多数蛋白质是稳定的,然而在极端,pH,时，,净电荷引起的强烈的分子静电推斥力导致蛋白质分子的肿胀与展开,，因为这时，部分包埋在蛋白质分子内部的羧基、酚羟基和巯基离子化，因而造成多肽链的散开。,44,化学因素,pH,金属,碱金属,(,例如,Na+,和,K+),只能有限度地与蛋白质起作用,Ca2+,、,Mg2+,略微活泼些,过渡金属,例如,Cu,、,Fe,、,Hg,和,Ag,等离子很容易与蛋白质发生作用，其中许多能与巯基形成稳定的复合物（牛奶解毒）。,45,化学因素,pH,金属,有机溶剂,大多数有机溶剂可以被看作是蛋白质的变性剂。,、,改变介电常数,，从而改变了稳定蛋白质结构的静电力。,、非极性溶剂进入蛋白质的疏水区，,打断疏水相互作用,，从而导致蛋白质的变性。,46,化学因素,pH,金属,有机溶剂,表面活性剂,表面活性剂例如十二烷基磺酸钠（,SDS,）是一种很强的变性剂,。,SDS,浓度在,3,8m mol/L,范围可引起大多数球状蛋白质变性。而且是不可逆变性。,变性机理,由于,SDS,可以在蛋白质的疏水和亲水环境之间起着乳化介质的作用，且能优先与变性蛋白质强烈地结合，因此，破坏了蛋白质的疏水相互作用，促使天然蛋白质伸展，非极性基团暴露于水介质中，导致了天然与变性蛋白质之间的平衡移动。,47,化学因素,pH,金属,有机溶剂,表面活性剂,盐,易溶盐对蛋白质稳定性的影响：,在低盐浓度时,，离子与蛋白质之间为非特异性静电相互作用。当盐的异种电荷离子中和了蛋白质的电荷时，有利于蛋白质的结构稳定，这种作用与盐的性质无关，只依赖于离子强度。一般离子强度,0.2,时即可完全中和蛋白质的电荷。,在较高浓度（,1mol/L,），,盐具有特殊离子效应，影响蛋白质结构的稳定性。,48,四 蛋白质的功能特性,Functional Properties of Proteins,49,四 蛋白质的功能特性,Functional Properties of Proteins,食品蛋白质的功能性质分为四个方面：,水化性质,：取决于蛋白质与水的相互作用，包括水吸收和保留、湿润性、溶胀性、粘着性、分散性、溶解度和粘度等。通常与蛋白质的大小、形状和柔顺性有关。,表面性质,：与蛋白质的表面张力、乳化作用、起泡特性、成膜性以及风味结合等有关的性质。,结构性质,：与蛋白质的相互作用有关的性质，如产生弹性、沉淀、胶凝作用及形成其它结构（面团形成、纤维化等）的性质。,感官性质,：颜色、气味、适口性、咀嚼感、爽滑度、浑浊度等。,50,四 蛋白质的功能特性,Functional Properties of Proteins,51,四 蛋白质的功能性质,Functional Properties of Proteins,1,蛋白质的水合性质（,Hydration properties of proteins,）,定义：,当干蛋白粉与相对湿度为,90%95%,的水蒸气达到平衡时，每克蛋白质所结合水的克数即为蛋白质结合水的能力。,干燥蛋白质逐步水化过程如下：,干蛋白 极性点吸附水多分子层水单分子层水蛋白质溶胀溶剂化分散作用,溶液,溶胀的不溶性颗粒、块,52,1,蛋白质的水合性质（,Hydration properties of proteins,）,蛋白质与水结合的性质，主要是蛋白质分子中,极性基团的含量,及,极性的强弱,决定的，影响蛋白质与水结合的因素包括蛋白质的氨基酸组成、构象特征、表面性质、,PH,值、温度、离子的种类和浓度。,53,影响蛋白质结合水的环境因素,蛋白质,结合水,温度,（反比，,变性高,10,）,离子强度,（低有利，高不利）,pH,（等电点）,盐的种类,钠有利，钙镁不利,蛋白质的浓度（正比）,PH,的变化影响着蛋白质分子的解离和净电荷量，因而可以改变蛋白质间相互吸引力和排斥力，及其与水缔合的能力。在等电点时，蛋白质,-,蛋白质的相互作用最强，蛋白质的水合作用和溶涨性最小。,随着温度的提高，由于氢键作用和离子基团的水合作用的减弱，蛋白质结合水的能力随之下降。这是由于蛋白质变性时，随着一些原来埋藏的疏水基团的暴露。,在低浓度时,，盐能提高蛋白质结合水的能力，蛋白质结合水能力的提高，基上来自于与结合的离子缔合的水，这也就是常说的,“,盐溶作用,”,（,C0.2mol/l,）,高盐浓度时,，水和盐之间的相互作用超过水和蛋白质之间的相互作用，从而引起蛋白质的脱水，即常说的,“,盐析作用,”,54,四 蛋白质的功能性质,Functional Properties of Proteins,1,蛋白质的水合性质（,Hydration properties of proteins,）,蛋白质的功能性质往往会受到蛋白质溶解度的影响，其中最受影响的功能性质是增稠、起泡、乳化和胶凝作用。不溶性蛋白质食品中的应用是非常有限的。,2,溶解度,蛋白质的溶解度是一种作用力平衡的表现形式：,蛋白质,-,蛋白质,+,溶剂,-,溶剂 蛋白质,-,溶剂,疏水相互作用,：促进蛋白质,-,蛋白质相互作用，是蛋白质溶解度降低。,离子相互作用,：促进蛋白质,-,水互作用，是蛋白质溶解度增加,影响蛋白质溶解性质的主要的相互作用有疏水和离子的作用：,55,2,溶解度,清蛋白：,能溶于,PH6.6,的水，（血清蛋白质，卵清蛋白）,球蛋白,：能溶于,PH7.0,的稀盐溶液。（大豆球蛋白）,谷蛋白,：仅能溶于酸（,PH2,）和（,PH12,）的溶液。（小麦谷蛋白）,醇溶谷蛋白,：能溶于,70%,乙醇，（麦醇溶蛋白）,根据蛋白质的溶解度性质，可以将它们分成四类：,56,2,溶解度,影响因素,A pH,和溶解度,蛋白质分子结构表面的疏水区域越小，蛋白质溶解度越大。,等电点,等电点外,由于蛋白质分子带,正电荷或负电荷,而在蛋白质分子间产生静电推斥力,蛋白质表面的,亲水性和疏水性基团,蛋白质出现沉淀现象,大多数蛋白质是酸性蛋白质，因此它们在,PH4-5,（等电点）具有最低的溶解度，而在碱性,PH,值具有最高溶解度。,57,2,溶解度,影响因素,A pH,和溶解度,盐的离子中和蛋白质表面的电荷，从而产生了,电荷屏蔽效应,，这种电荷屏蔽效应以两种不同方式影响蛋白质的溶解度，这取决于蛋白质表面的性质。,如果蛋白质含有高比例的非极性区域，那么此电荷使它的溶解度下降。,反之，溶解度升高。,B,离子强度和溶解度,58,2,溶解度,影响因素,A pH,和溶解度,B,离子强度和溶解度,C,温度和溶解度,大多数蛋白质的溶解度在,0-40,范围内随温度的升高而提高（但是，一些高疏水性蛋白质，象酪蛋白和一些谷蛋白却例外，它们的溶解度和温度呈负相关）。,当温度超过,40,，由于热动能的增加，导致蛋白质结构的展开（变性），于是原先埋藏在蛋白质结构内部的非极性基团暴露，促进了聚集和沉淀作用，使蛋白质溶解度下降。,在恒定的,pH,值和离子强度条件下，,59,2,溶解度,影响因素,A pH,和溶解度,B,离子强度和溶解度,C,温度和溶解度,D,有机溶剂和溶解度,这些分子间的极性相互作用，导致蛋白质在有机溶剂,-,水体系中,溶解度下降或沉淀。,有机溶剂的加入,降低了水介质的介电常数,提高了分子间和分子内的静电作用力,导致蛋白质分子结构展开,促进暴露的肽基团之间的分子间氢键的形成和带相反电荷的基团之间的分子间静电相互作用,60,四 蛋白质的功能特性,Functional Properties of Proteins,1,蛋白质的水合性质（,Hydration properties of proteins,）,2,溶解度,3,胶凝作用,胶凝作用：,适度变性的蛋白质分子聚集，并形成有序的蛋白质网络结构的过程称为胶凝作用。,凝胶化作用和形成凝胶结构是食品蛋白质重要的功能性质，,牛奶的凝结,和,面团网状结构的形成,也是以蛋白质的凝胶化作用为基础的，并且这也是许多食品产品的基础。,在制造一些加工食品和开发新食品时往往需要使用一些配料，而其中的某些配料通过形成凝胶提供了一种能保持水和其他配料的基本结构，使食品具有希望的质构和口感。,61,加热后冷却产生的凝胶,，这种凝胶多为热可逆凝胶，例如：,明胶,溶液加热后冷却形成的凝胶；,加热状态下产生凝胶,，这种凝胶很多不透明而且是非可逆凝胶；例如：,蛋清蛋白,在煮蛋中形成的凝胶；,由钙盐等二价金属盐形成的凝胶,，例如：,大豆蛋白质,形成豆腐；,不加热而经部分水解或,pH,调整到等电点而产生凝胶,，例如：凝乳酶制作干酪、乳酸发酵制作酸奶和皮蛋等生产中的碱对,蛋清蛋白,的部分水解等。,食品蛋白凝胶可大致可分为以下类,62,3,胶凝作用,凝胶过程,-,例如加热后冷却产生的凝胶,通常是先,加热蛋白质溶液,溶胶状态的蛋白质首先通过变性转变成,“,预凝胶,”,状态,（通常是一种粘稠的液体状态），此时，某种程度的蛋白质聚合作用已经出现导致,蛋白质的展开和功能基团的暴露,，它们是能形成氢键的基团和疏水性基团，使产生网状结构的第二阶段出现当预凝胶被冷却至室温或冷藏温度时，,热动能的降低有助于各种分子上暴露的功能基团之间形成稳定的非共价键,，于是产生了胶凝化作用。,在网状结构形成中所涉及到的相互作用主要是,氢键，疏水和静电相互作用,，这些作用力的大小主要取决于蛋白质的品种、加热条件、变性程度和环境条件。,63,3,胶凝作用,蛋白质形成凝胶的类型取决于它们的分子性质和溶液状况,凝结块凝胶,：,含有大量非极性氨基酸残基的蛋白质,在变性时产生疏水性聚集，随后这些不溶性的聚集体随机缔合而凝结成不可逆的凝结块凝胶。,透明凝胶,：,仅含少量非极性氨基酸残基的蛋白质,在变性时形成可溶性复合物，由于这些可溶性复合物的缔合速度低于变性速度，凝胶网状结构主要是通过氢键相互作用而形成的，因此蛋白质溶液在加热后冷却时才能凝结成凝胶。冷却时可溶性复合物缓慢的缔合速度有助于形成有序的透明凝胶网状结构。,由于聚集和网状结构形成速度高于变性的速度，这类蛋白质甚至在加热时容易凝结成凝胶网状结构，不溶性蛋白质聚集体的无序网状结构产生的光散射造成这些凝胶的不透明性。,64,3,胶凝作用,影响因素,A,蛋白质内在结构和分子性质,例如：平均疏水性、静电荷、相对分子量、蛋白质的浓度,含高于,31.5%,的非极性氨基酸残基的蛋白质能形成凝结块类型的凝胶；,含低于,31.5%,的非极性氨基酸残基的蛋白质能形成半透明类型的凝胶。,65,B,溶液的,PH,较高,PH,，乳清蛋白质溶液形成半透明凝胶,随着,PH,的下降，蛋白质分子带静电荷下降，由于疏水作用占优势，形成凝结块。,3,胶凝作用,A,蛋白质内在结构和分子性质,蛋白质的疏水相互作用,静电相互作用,影响两者的平衡,通过影响蛋白质分子所带的静电荷影响,凝胶的网状结构和凝胶的性质,66,3,胶凝作用,A,蛋白质内在结构和分子性质,B,溶液的,PH,C,金属离子,钙离子或其它两价金属离子,能在相邻多肽的特殊氨基酸残基之间形成交联，交联强化了蛋白质的凝胶结构，因此，通过控制蛋白质交联的程度就能制备所需强度的蛋白质凝胶。,67,四 蛋白质的功能性质,Functional Properties of Proteins,1,蛋白质的水合性质（,Hydration properties of proteins,）,2,溶解度,3,胶凝作用,4,乳化性质,68,4,乳化性质,乳化：,是液,-,液界面现象，两种不相溶的液体，（如油与水，在容器中分成两层，密度小的油在上层，密度大的水在下层。）,若加入适当的表面活性剂在强烈的搅拌下,，油被分散在水中，形成乳状液，该过程叫乳化。,乳化剂：,是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂。乳化剂的作用是：当它分散在分散质的表面时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。,69,4,乳化性质,（,1,）、蛋白质在食品乳胶体系中的稳定作用,形成稳定的原理,1,：,蛋白质吸附在油滴和连续水相界面，并且具有能阻止油滴聚结的物理和流变学性质。氨基酸侧链也能发生解离（解离与,PH,有关），解离可产生有利于乳胶体稳定性的静电排斥力。,70,4,乳化性质,（,1,）、蛋白质在食品乳胶体系中的稳定作用,不同的角度提出了不同的理论解释，这些乳状液的稳定机理，对研究、生产乳状液有着重要的理论指导意义,界面张力理论,2,这种理论认为界面张力是影响乳状液稳定性的一个主要因素。因为乳状液的形成必然使体系界面积大大增加，也就是对体系要做功，从而增加了体系的界面能，这就是体系不稳定的来源。因此，为了增加体系的稳定性，可减少其界面张力，使总的界面能下降。由于,表面活性剂能够降低界面张力,，因此是良好的乳化剂。,凡,能降低界面张力的添加物,都有利于乳状液的形成及稳定。在研究一系列的同族脂肪酸作乳化剂的效应时也说明了这一点。,随着,碳链的增长,，界面张力的降低逐渐增大，乳化效应也逐渐增强，形成较高稳定性的乳状液。,但是，,低的界面张力并不是决定乳状液稳定性的唯一因素,。有些低碳醇（如戊醇）能将油水界面张力降至很低，但却不能形成稳定的乳状液。有些大分子（如明胶）的表面活性并不高，但却是很好的乳化剂。,因此，降低界面张力虽使乳状液易于形成，但单靠界面张力的降低还不足以保证乳状液的稳定性,71,4,乳化性质,（,1,）、蛋白质在食品乳胶体系中的稳定作用,界面膜的稳定理论,3,在体系中加入乳化剂后，在降低界面张力的同时，表面活性剂必然在界面发生吸附，形成一层界面膜。界面膜对分散相液滴具有保护作用，使其在布朗运动中的相互碰撞的液滴不易聚结，而液滴的聚结（破坏稳定性）是以界面膜的破裂为前提，因此，界面膜的机械强度是决定乳状液稳定的主要因素之一。,与表面吸附膜的情形相似，当,乳化剂浓度较低,时，界面上吸附的分子较少，界面膜的强度较差，形成的乳状液,不稳定,。,乳化剂浓度增高至一定程度后,，界面膜则由比较紧密排列的定向吸附的分子组成，这样形成的界面膜强度高，大大,提高了乳状液的稳定性,。大量事实说明，,要有足够量的乳化剂才能有良好的乳化效果,，而且，直链结构的乳化剂的乳化效果一般优于支链结构的。,基于上述两段得讨论，可以得出这样得结论：,降低体系的界面张力，是使乳状液体系稳定的,必要条件,，而形成较牢固的界面膜是乳状液稳定的,充分条件,。,72,4,乳化性质,（,1,）、蛋白质在食品乳胶体系中的稳定作用,（,2,）、蛋白质乳化性质的测定方法,A,蛋白质乳化活力指标（,EAI,）：,EAI=3,Rm,为分散相的体积分数，,R,为乳化粒子的半径，,m,为蛋白质的质量,A=3,R,界面总面积,为分散相的体积分数，,R,为乳化粒子的半径，,单位质量蛋白质所产生的界面面积,-,用以评价蛋白质的活力指标,73,（,2,）、蛋白质乳化性质的测定方法,A,蛋白质乳化活力指标（,EAI,）：,单位质量蛋白质所产生的界面面积。,A:,为,500nm,下的吸光度,L:,为光路长度,蛋白质溶液的浊度,T=2.303A,l,2T,：乳状液的界面积是它浊度的,2,倍，,：每单位体积水相中蛋白质的量,（,1,）,：单位体积乳状液中总的蛋白质量。,这种方法虽然简便，但是这种方法，是采用的,500nm,的波长进行测定的，而乳状液的浊度是与波长有关的，因此，用于估计乳状液中的粒子直径不太准确，主要是用于比较不同方式处理后乳化活力的变化。,74,蛋白质载量：,单位界面面积上吸附的蛋白质量。,（,2,）、蛋白质乳化性质的测定方法,A,蛋白质乳化活力指标（,EAI,）：,B,蛋白质载量：,乳状液中,总蛋白质质量,将乳状液离心，使水相分离，然后,重复洗油相和离心以除去任何松散地被吸附的蛋白质,乳化粒子的总界面面积,蛋白质载量,=,蛋白质载量范围约在,1-3mg/m,2,75,（,2,）、蛋白质乳化性质的测定方法,A,蛋白质乳化活力指标（,EAI,）：,B,蛋白质载量：,C,乳化能力（,emulsion capacity,EC,）,定义：,乳浊液发生相转变之前（水包油变成油包水），每克蛋白质能够乳化油的体积（,ml,）,蛋白质水溶液（或盐溶液）或分散相在搅拌下以恒定的速度不断地加入油或熔化的脂肪，当黏度陡然降低或颜色发生变化（含油溶性染料）或者电阻增大时，即可,察觉出相转变。,76,（,2,）、蛋白质乳化性质的测定方法,A,蛋白质乳