食品胶体两相界面的蛋白质.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,食品胶体,第五章 两相界面的蛋白质,许多食品胶体的稳定性是由吸附在界面（油,-,水，气,-,水）的蛋白质吸附层提供。为了认识影响胶体稳定性的因素，必须弄清这类吸附层的组成、结构及性质。,食品胶体产品的特点：,吸附层往往是多种分子的蛋白质的混合物，而不是单一的、纯净的蛋白质。,吸附层还包括各种小分子表面活性剂（例如食用油中极性类酯和外加的乳化剂等）以及其它小分子和离子。,许多场合下含有多糖（如软饮料中常用作提供胶体性乳化剂），有的多糖是作为增稠剂加入而后再吸附在蛋白质吸附层的外面。,为了正确了解在复杂的食品胶体如冰淇淋中吸附层的性质我们不但要研究,简单的蛋白膜,的性质，还有必要了解诸如混合液中的,蛋白质竞争吸附,和,包含有蛋白质、类酯和多糖的复合膜,的性质。,蛋白质分子中包含了大约22中各具有不同亲水性质的氨基酸，因此它们或多或少地表现出双亲性质，通常都是较高的表面活性。另外，沿着肽键的侧链上连接的许多氨基酸基团都是电离性的。,影响自由能的因素,吸附的,Gibbs,自由能方程,Gads=Hads-TSads ，ads,过程影响最大的是正的熵变,TSads，,焓变,Hads,不是主要的影响。,从分子角度来说，对,Gads,的影响依次为：,界面憎水区域的脱水,蛋白质的二级和三级结构的变化,由于蛋白质界面电场相互作用导致的电荷的重新分配,离子从溶液向吸附蛋白质层转移的环境的变化,氨基酸侧链质子化程度的变化,蛋白质和界面之间的范德华相互作用,其中，和促进,ads，,和降低,ads，,和对,ads,的影响不是很显著。,熵驱动力：,在呈憎水性界面的区域里规则的结合水分子被取代,吸附时蛋白质分子结构的展开,是主要因素；而的作用由所用的蛋白质的性质决定，在静电作用导致对吸附较大影响时它会成为重要的影响因素。,蛋白质吸附的可逆性,蛋白质吸附被认为是“不可逆”的。原因,：,a,蛋白质对憎水表面有强烈的亲合性。,b,蛋白质在憎水表面的铺展（展开）形成一“变性”层,表现：通常情况下用溶剂稀释不会产生解吸。,不过，这种“不可逆”并不是绝对的，当改变溶剂条件（,pH，,离子强度等）或者是加入表面活性更大的分子如低分子量乳化剂并使之发生竞争吸附时，液液界面的蛋白质有时会部分地甚至完全地被取代。,蛋白质吸附效率与表面活性,吸附效率：用实现对表面的饱和覆盖时体相浓度的大小量度。,表面活性：对界面张力降低的能力，它与吸附介质在界面上的排列情况有关。,与其它大分子一样，蛋白质吸附也是随着蛋白质分子量的增加，其与界面的亲合性也增强。,在比较蛋白质吸附与小分子量两种化合物吸附的热力学时，有必要弄清吸附效率和表面活性。,上图中，我们可以看到,-casein,比起硬脂酸钠来是一种更为有效的吸附层，因为：,a,它能在更低的体相浓度时实现在界面上的饱和覆盖。,b,另一方面，相对于简单的双亲分子表面活性剂，在较低浓度下蛋白质能在更大的程度上降低表面张力,。,（表面压力）,=,0,-,，其中,0,是指没有表面活性剂时的界面张力。,溶菌酶,理由：,小分子表面活性剂在界面上能更高紧密地排列（装填）因而其对表面自由能的降低比聚合物分子更有效。蛋白质在界面的装填（,packing）,由于链的缠绕而显的不如前者有效。,分子在界面的排列：蛋白质疏松，小分子紧密；前者的表面自由能降低小，后者的大。,热力学上，表面活性大的蛋白质在平衡条件下更多地吸附在界面上，在相同的体相浓度时，降低表面张力越多的蛋白质，我们说它的表面活性越大。,二、动力学：,特点：慢。,由于蛋白质的结构复杂，分子尺寸大，故而相对于简单的两亲化合物来说，吸附的过程十分地慢。在浓度不高时，小分子吸附只需要,数秒钟,即可达到表面浓度和界面张力的平衡状态，而蛋白质有时需要,若干小时,。,原因：,蛋白质分子吸附到界面上，通常发生一个分子展开和重排的过程。这是因为界面上提供给蛋白质分的热力学环境不同于它在体相溶液中，所以决定它的构象的各种力也随之改变。其结果蛋白质分子需要展开并重排以获得最低自由能来适应新的环境。,蛋白质吸附要经历三个过程：,扩散到界面，,增大,吸附蛋白质的铺展和展开,增大,吸附蛋白质构象重排（原则上使自由能最低）,不变。,静止条件下，新生成的油-水或气-水界面上的蛋白质的吸附量取决于以分子扩散或对流方式进行的物质传递过程。,以扩散为主的吸附过程，根据,Ward-Tordai,理论，水平界面上表面浓度,变化的初始速率为,d/dt=C,b,(D/t),1/2,.(1),t：,时间；,D：,扩散系数；,C,b,：,初始体相的蛋白质浓度。,这个公式是在设定了一系列边界条件后对,Fick,定律求解获得的。（1）式只能适用于新生成的截面开始发生吸附的情况。,到时间,t,时，积累在界面的蛋白质的量为,=2C,b,(Dt/),1/2,（2）,（2）,式说明，扩散控制的吸附过程，,t,1/2,曲线是过原点的直线。,Fig6.3（p145）,图示了卵白在不同体相浓度时在气-水界面的吸附情况，初始阶段,C,b,=10,-4,，,曲线无论是否直线，在实际误差范围都是过原点。而且由（2）式计算的扩散系数,D,与文献报道的卵白蛋白的数据非常吻合。这说明传质是,扩散控制,的。文献中还报道其他蛋白质的,D,值，有的大于理论预测，这种情况说明对流也参与了传质过程。,在高浓度下，（,C,b,10,-3,wt%）,吸附过程太快。难以测定初始的吸附情况，从图中不能判断（2）是否适用于这种情况。,在实验理想条件下，平面的界面上蛋白质的传递机理主要是扩散控制。在高速的动力流动条件下（如乳化），对流就成了主要的方式。,根据各向同性的湍流理论，对流,与时间,t,的关系可表达为：,=C,d,C,b,1+（dp/d）,3,t,d,和,dp：,分别是胶粒和蛋白质的大小；,C,是常数。,由此吸附速度与蛋白质尺寸成正比，而与粒子尺寸成反比。对均质时的体系可用此式讨论。,实验室中研究的蛋白吸附动力学更多的是测量油-水或气-水界面的界面张力与时间的关系。,见,Fig 6.4 P146,条件与上图同。,不过从图看到，在低的蛋白质浓度时表面压力,在相当的时间里呈零即,=,0,。,这是因为粒子表面的覆盖必须达到相当量时（例如1,mg/m,2,）,变化的量才能被测到。,当超过1,mN/m,2,后，,的变化并不遵循,Ward-Tordai,理论（边界）。扩散控制的传质过程。,在渡过最初的扩散控制阶段后，,的变化不仅是由于新的分子到达界面，而且是因为已使吸附的蛋白分子构象发生构象重排。,5-2蛋白吸附的结构与功能,1,.结构：,无序的柔顺蛋白 如,-casein（,酪蛋白）形成吸附层厚，但不紧密,紧密的球蛋白 如,-lactogloblin（,乳球蛋白）吸附层厚，但紧密,许多研究指出，柔顺大分子吸附时，只有一部分链段直接与界面接触，其余部分伸入体相以形成一“界面区域”,柔顺蛋白质与小分子吸附单分子层的不同点：只有30-40%的表面被,trains,覆盖，也就是说，大分子吸附饱和覆盖率仅有30-40%。,蛋白质分子在界面展开的速度和程度取决于分子本身的柔顺性，即取决于那些维持二级或三级结构的力。,实验证明，无规线团的蛋白质如,-,酪蛋白在界面上的展开十分迅速（它具有十分柔顺的结构）；而球蛋白的展开则十分缓和并不彻底，因为这种蛋白质由于具有二硫键和有序的二级结构而使得整个分子结构十分紧密。,球状蛋白紧密的原因：,1、界面上的蛋白质仍有球状蛋白质二级结构还占相当部分，使蛋白质膜比较坚固。,2、随着时间的延长，这些球状蛋白质还会随着分子的展开而暴露，由于这些暴露的氨基酸残基与周围的分子发生作用形成共价键结合，使吸附更稳固。,3、蛋白质吸附膜由于氢键范德华作用力使蛋白质分子还会发生功能分子之间的连接，加强机械性能，更加完善。,已经发现,在界面上吸附的球蛋白仍保留着很大比例的二级结构。这说明球蛋白质吸附作成的膜装填的更紧密。,原来埋在结构内部的氨基酸残基会随着分子展开而暴露出来，它们会与临近的的蛋白质分子发生剧烈的反应。即非极性基团的暴露带来并加强了蛋白质分子间的疏水键合；而自由硫醇或二硫化合物基团的暴露会通过分子间硫醇-二硫化的交换反应而形成共价键的分子间连接。,另外还有氢键和范德华反应都会使蛋白吸附膜更为坚实和紧密。,大分子吸附不可逆性,许多情况下是一种误导。事实上，在许多体系中都发现原先吸附的大分子被另一个或一种分子从界面上所取代。而吸附量不出现多少变动。这种情况下，会对胶体的稳定的其它方面均带来重要的影响，至少改变吸附膜的组成。,2、功能性乳化和稳定能力,水溶性：,尽管几乎所有的蛋白质都能强烈地吸附到油-水或气-水的界面，但它们的乳化能力依旧是各有差异的。关键就在于它们的水溶性，即实践中水溶性决定了它们的乳化功能。,溶解度决定了乳化能力的大小，而针对于蛋白质的化学或物理改性大多是为了提高其溶解度。当靠近其等电点,pH,值，或者是蛋白质分子由于超滤、冻干而紧密的聚集在一起的，蛋白质就很难被有效的溶解。,柔顺性：,对于具有良好水溶的蛋白质乳化剂，还要求它具有足够有效的,憎水能力,和,主链柔顺性,。因为乳化能力或起泡能力是取决于它的降低界面张的能力。当蛋白吸附时，疏水相互作用会在蛋白质的疏水基团与界面的非水相间形成，蛋白质失去其三级结构，但二级结构能够保存。,乳化和稳定：,乳化和稳定是不同的概念，好的乳化剂不一定就是好的稳定剂，反之亦然。,-casein,是一个良好的乳化剂（或起泡剂），其分子具有良好的柔顺性，憎水性、而且分子本身不大。虽然纯的,-casein,起泡或高体积分数的泡沫，但体积非常的不稳定，因为吸附膜的表面粘度低，而且机械强度亦低。相反,BSA（,牛血清白蛋白）的起泡能力不如,-,酪蛋白，但它的吸附膜却具有较高的机械强度。,影响泡沫稳定性在蛋白质的等电点时可获最大，因为在最小的静电排斥力和水化时，吸附膜中的分子内聚最佳，这样增加了它的粘弹性。,影响功能性的因素有：,a：,球蛋白变性,球蛋白的变性能使分子变得更柔顺和展开更多的憎水基团（结构的蛋白总是把憎水基团包在内部），故而变性能改善乳化或起泡。,b：,酶的影响,控制的酶水解能减少蛋白质的尺寸、展开隐蔽的憎水基团和增加总的溶解能力，所以也能提高乳化和起泡能力。不过酶水解对乳状液和泡沫的稳定性却有不利的影响，因为它能降低膜的粘弹性，而且能造成小的更高憎水的断片在界面上取代那些大的断片。,C：,化学的方法,通过改善蛋白质的溶解性而影响蛋白质的乳化和起泡能力。,通过改变蛋白质的净电荷进而影响膜内聚和粘弹性，最后实现影响乳状液或泡沫的稳定性。,D：,物理方法变性,高剪切场的作用力能破坏蛋白质分子中的一些弱作用力而使大分子实现有限的变性，进而改善乳化能力。,总之，上述讨论的前提：,油-水，气-水界面上的蛋白质膜都是相似的；,乳化和起泡性质在本质上是等价的。,如果没有小分子表面活性剂存在，对纯的蛋白质和液态油体系。假定是成功的，但则与实际情况有出入。这是因为在实验中用来制造和评价乳状液和泡沫的方式不同，进而时间不对等所致。,用打泡方式产生泡沫，允许有一致相当长的时间以让蛋白质分子展开生成一层连续的内聚膜，因此,表面的流变性质,不但对泡沫的稳定性而且对起泡能力都产生重要的影响。,而乳化时，吸附中的蛋白质只有很短的时间来稳定新生成的粒子（油珠）以不致重新凝集,。,在这种条件下，,表面活性,就显得比表面流变性质更为重要。即能促进分子的表面活性的因素，皆能提高乳化能力。,蛋白质膜的表面流变学决定于蛋白质的结构和吸附层中分子间相互反应的性质。,无序的酪蛋白形成的膜具有较低的表面粘度，,而球形乳清蛋白形成的膜却具有较高的粘弹性。,影响稳定性的其它因素：,（1）蛋白质吸附层的表面覆盖率（表面浓度）：,a.,若完全覆盖，可造成空间稳定作用，胶体稳定；,b.,若未完全覆盖，造成桥联絮凝，胶体失稳,（2）,pH,pH,低，蛋白质带正电，它会中和带负电的粒子表面的电荷，进而双电层由于蛋白质的存在而被压缩，引起粒子聚集。,pH,高，蛋白质带负电，对负电的胶粒在不存在盐时是不会导致絮凝的。不过当带负电的蛋白质表面覆盖率低时，若加入少量电解质会引起聚集-桥联作用,接近蛋白质等电点时，胶体稳定性最大，但原因还不大清楚。,（3）温度,一般情况，温度升高，加速破乳，这是因为（对小分子表面活性剂稳定的体系）连续相粘度降低，界面膜粘度下降，膜强度下降，易破裂。,但若考虑到下列情况亦可能例外：温度升高，蛋白质易变性，分子展开，反而增加连续相粘度，胶体稳定性提高。不过，只有当变性蛋白质不发生析出才有此可能。,5-3界面竞争吸附,以上讨论的是单一的、纯净的蛋白质在界面的吸附情况。事实上，食品胶体体系几乎不存在这种情况，由于它们的多组分特性。大多含有表面活性的类酯，以及溶于体系的碳水化合物。有的体系还有加入的表面活性剂。,例如：在,egg,或,milk,中，自然的乳化剂就包含了许多蛋白质组分，即使单一的酪蛋白，也包含了好几种不同的蛋白质单体（,s1,casein,s2,-casein,-casein,-casein,等），这些不同种类的蛋白质，吸附特性应有所区别，最后导致吸附膜结构和性能的差别。,牛乳中的 6 种主要蛋白质,乳蛋白质命名和方法委员会（1953，美国）,s,1,酪蛋白,s,2,酪蛋白,酪蛋白,酪蛋白,乳球蛋白（,Lg）,乳白蛋白（,La）,酪蛋白,乳清蛋白,在生产和实践中，我们需要了解各种条件（加工、贮藏）下蛋白质的功能性质，所以有必要理解蛋白质的竞争吸附以及混合膜的性质。,5-3-1蛋白质与其它蛋白质之间的竞争,不同蛋白质表现出不同的吸附特性，取代的驱动力就是,Gibbs,自由能的降低。,下面介绍油-水界面出现的情况。以两种蛋白为例,1、,s1,casein+-casein,体系（两种均无序线状结构1：1）,（占牛奶中酪蛋白的75%）,实验发现：,-casein,主要吸附在油珠表面,-casein,对油-水界面降低界面张力程度比,s1,-casein,快,实验方法：,不是同时加入，先加入一种以形成单一的吸附层，再加入另一种到连续相。随时间而变化的竞争吸附通过离心后对溶液的蛋白质组分的变化分析获得。另一种方法亦不是对界面的界面张力或表面流变学分析获得。,图示为,-casein,迅速取代,s1,-casein,的实验结果,先加,s1,-casein，,测定吸附；后加入,-casein，,再测定。研究证明原界面先由,s1,占据，随着,加入，,s1,逐渐下降，,上升，在足够长时间,-casein,基本能完全取代,s1,在,-casein,乳化的乳状液中引入,s1,-casein，,发现,s1,-casein,仅少量的取代，取代程度有限，远远不如上一种情况。,2、,-casein(,无序线状)+,-lactoglobulin(,球状)(1：1),（,Fig 6.9 p159）,（a）-casein,乳状液+,-lactoglobulin,溶液,（,b）-lactoglobulin,乳状液+,-casein,溶液,与,s1,-casein,和,-casein,体系比较，两个不同点：,两种蛋白质的相互取代不明显。,即使发生取代，所发生的少许取代非常缓慢，48小时后仍未达到平衡。,情况（,a）：-lactoglobulin,慢慢地贴向表面，但并未取代,-casein,情况（,b）：,加入的,-casein,迅速到达表面，并取代部分,-lactoglobulin，-casein,的表面浓度很快达到平衡。此后，,-lactoglobulin,又缓慢地回到表面，被再次吸附，最终形成混合（,casein+lactoglobulin）,吸附层。,3、,-Lactoglobulin(,球状)+,-lactoglobumin(,球)体系,结果发现，相互取代仍旧发生，但程度有限。,除了牛奶中的蛋白质（75%,casein,无序线状)，食品胶体中的蛋白质基本上都是球状，因而可以,得此结论,：,食品胶体中的蛋白吸附竞争不明显,无论其表面活性如何，在粒子界面被吸附的主要是最先引入体系的蛋白质。,蛋白质吸附在界面的时间越长，其被另一表面活性的蛋白质取代的可能性越小。（由于界面分子的相互作用膜的结构完善）,总之，人们发现蛋白质在界面的取代是相当普遍的，而且在许多情况下，还发现被取代下来的蛋白质确实在构象上存在着不能恢复的改变。不同蛋白质之间的相互取代被称之为“,Vroman effect”。,5-3-2 蛋白质与表面活性剂,食品胶体中两类强烈吸附性的分子（蛋白质；脂类及其衍生物-表面活性剂），所以竞争性吸附不但发生在蛋白质之间，亦发生在蛋白质-表面活性剂之间，这包括溶液中和界面上的相互作用。,线性大分子吸附的统计理论，表面上某一位置被溶剂或大分子占据，体系自由能为：,G=-X,S,RT=,大分子链段-表面,与,溶剂-表面接触的自由能之差。,X,S,：Flosy-Huggins,系数。它对应着在失去溶剂-表面接触时而生成大分子-表面接触所导致自由能的变化。,这个理论推测：,a,只有当,X,S,X,c,s,临界值，大分子长柔顺链才会在界面发生吸附。而大分子吸附时，它的构型熵会减少，（构型熵减少，自由能；体系欲稳定存在，自由能要）此时自由能也得降低使得大分子-表面的接触必须能超过构型熵的变化（可以用热力学方程分析）。,b,在有吸附的大分子的体系中，任何使,X,S,降低到,X,c,s,以下的变化，都会导致大分子部分基团或全部地解吸（被取代）。,通过加入小分子的表面活性剂，可以使,X,S,降低到,X,c,s,能实现。,如图：,随着小分子表面活性剂加入，大分子表面吸附缓慢下降。,小分子浓度达到一定,s,c,，,大分子完全被小分子取代。,s,c,取决于,X,s,c,，,还受体系中其他因素影响：,大分子之间作用；,大分子与表面活性剂作用；,表面活性剂之间作用；,表面活性剂与表面作用；,表面活性剂与溶剂的作用。,表面活性剂的离子性：作为取代剂的表面活性剂，其是否呈离子性对与蛋白质的竞争吸附是有影响的。,非离子型：对蛋白质有微弱的亲合性,离 子 型：对蛋白质有强烈的反应性,蛋白质+非离子型（微弱亲合性）,酪蛋白酸钠+,C,12,E,8,（,非离子型表面活性剂）（其,CMC,为1.110,-4,，,HLB,为13.1）,（图示略去）油（,n-tetradecane）-,水界面的界面张力-表面活性剂浓度,在低的,C,s,时，蛋白质的存在使,下降，但随着,C,s,的升高，其与无蛋白质时的,逐渐接近。当,C,s,达到约10,-2,wt%,时，两种体系间的差别几乎消失，而超过这一点后，蛋白质是否存在对,没有影响，说明蛋白质已完全被取代。,由这个结果可知：,在低,C,s,时（例如,C,s,=10,-4,wt%）,界面主要是由蛋白质的链段占据，因为此时测得的,与无表面活性剂时几乎相同。而随着,C,s,的增大，表面剂带来的取代增多。,同样地，在乳状液体系里,C,12,E,8,对,caseinate,的取代也被发现。即在,caseinate,乳化的体系中，当,C,12,E,8,加入已均质的乳状液中，蛋白质逐渐地部分至全部被,C,12,E,8,取代。,在,-casein+Tween 20,体系中同样有此情况。,蛋白质+离子型表面活性剂,在这个体系中，,强烈的键合,（在蛋白质和表面活性剂之间）使得竞争吸附更加复杂，两种极端的情况：（,a）,特别高的亲合力的键合（在表面活性剂低,C,s,时）,表面活性剂分子与蛋白质的特殊位置上发生在强烈的静电作用和憎水反应，非键合部位的键合是疏水结合。,（,b）,无特别性的键合（在表面活性剂高,C,s,时）,蛋白质与表面活性剂分子形成胶束缔合相似,在任何特定的,C,s,，,都有着两种反应的平衡：,（表面活性剂-表面：亲和平衡，,表面活性剂-蛋白质：反应平衡）,当,C,s,/C,pro,的值较低时，表面活性剂-蛋白质的反应就尤其重要，这是因为自由能用以吸附到界面的表面活性剂分子比无反应性的表面能用于吸附到界面的自由表面活性剂分子较少（部分由于蛋白质反应）。正是因为这一点，相对非离子型表面活性剂来说，需要更多的离子型表面活性剂用以完全取代蛋白质。,图示,n-tetradecane-,水界面的,-C,s,SDS：,十二烷基磺酸钠,高,C,s,区域（刚大于,CMC），,有蛋白质的体系具有较高的,，,而且在,-log C,s,曲线上出现平台（10,-3,wt%C,s,10,-1,wt%）。,此时蛋白质的可反应基团已完全被表面活性剂饱和，未参与表面吸附。,到,C,增加到一定浓度后，此时多余的,SDS,分子开始取代界面上的表面剂+蛋白质复合物。,特别高,C,s,区域（远高于,CMC），,相同（不管是否有蛋白质）说明蛋白质已被完全取代。,相似的结果也发现在其它蛋白质如明胶，,-lactoglobulin,的体系。,表面活性剂与蛋白质的反应对乳状液稳定性影响：,这取决于所用表面活性剂的浓度和表面活性剂-蛋白质之间反应的性质。总之，若这个反应使界面形成复合膜，则影响是正面的。非反应性表面活性剂对蛋白质的部分取代对稳定性不利，这是因为静态下，它导致桥联絮凝，剪切流动下，它引起部分凝结。,对蛋白质饱和的乳状液，若出于改善其短期稳定性和分散性，可通过添加过量的小分子表面活性剂实现。这种取代一般不会改变粒子尺寸。故而可用于乳状液的浊度试验。,5.4 蛋白质与多糖的反应,多糖：具有较低的表面活性，所以它们很少被用做乳化剂或起泡剂，较多的做增稠剂。,食品胶体体系的特点：大多既有蛋白质也有多糖，因而二者之间的相互作用可能改变吸附膜的结构和性质，从而影响胶体的稳定性。,蛋白质与多糖间的反应：吸引；排斥,吸引：,a.,正的作用是形成既厚又有一定强度的保护膜，使胶体体系的稳定性增加。,b.,负的影响是在吸附有蛋白质的粒子之间通过大分子架桥，是胶体失稳。,排斥：,a.,正的作用是形成凝胶网状结构，使粒子流动减少，从而稳定胶体。,b.,负的影响由相分离或排除絮凝导致胶体失稳。,5-4-1 排斥的反应,a,相分离,热力学上，化学结构不同的聚合物的链段之间如果存在有相互排斥的作用，结果会导致体系组分之间的相互排斥和疏远。在一个体系含有足够高浓度的聚合物时，两种相互排斥的组分在分子级上的作用会使的体系自动地分成两相。这种现象称为热力学不相适性。,常见在中等和高浓度的蛋白质+多糖混合体系。即一相主要是蛋白质，另一相则重要是多糖，据许多观察，当总的大分子浓度超过4,wt%,时相分离才能发生。,影响多糖在蛋白质溶液中引起相分离效率的因素：,分子量越高，需要引起不相适性的浓度越低。,柔顺分子结构的多糖比刚性结构的多糖更易导致相分离。,对离子型多糖，其导致不相适性还受,pH，,离子强度的影响。在高浓度的盐溶液中，因为电子的严重屏蔽作用，不相适性表现更为强烈。,b,凝胶体系的不相适性,静电排斥的出现会影响聚合物组分的凝胶化动力学，以及所生成凝胶的微观结构和流变学性质。,例：6时，明胶（10,wt%）,凝胶化时，加入少许葡聚糖（0.2,wt%，6.510,4,道尔顿），能大大加速胶联结构的形成，即促进凝胶化。,但当葡聚糖的浓度超过0.35,wt%，,在增加浓度只能是降低凝胶化，这是因为相分离的发生。,两相凝胶体系的,形状,取决于大分子组分的相对比例，两个互不相溶的聚合物,A,和,B,混合成凝胶时，这个体系存在着一个特别的浓度比率,A/B“,相变点,”。,相变点：在这个浓度比率时，体系从含有凝胶,B,的,A,凝胶基质转变成含有凝胶,A,的,B,凝胶基质。,排斥反应的热力学,小分子混合溶液的热力学控制因素是熵因素，而大分子混合溶液的热力学控制因素则是热焓（来自链段与链段间的相互作用）。,5-4-2 吸引的反应,蛋白质与多糖的反应：,静电吸引,-形成复合物（水溶性；水不溶性）,共价键,一、体相中静电复合物的形成,可溶性复合物,可溶性蛋白质-多糖复合物可以由具有相同或相反电荷的两种大分子的混合物中产生。,大多数球蛋白与离子型多糖所成的可溶性复合物带净的负电荷。,不溶性复合物,离子型多糖与带正电的蛋白质（,pHpI,时，一般不与球蛋白复合，但,highly chasyed sulphated,多糖在这种状况下能与部分的蛋白质生成可溶性复合物，,pH,能影响复合物的形成、荷电和结构。,b.,蛋白质的构象：蛋白质的部分展开可能会影响球蛋白与多糖的复合。在复合中，蛋白质的带正电的支链很可能参与了过程。而这类“活性点”的数目随着蛋白质的变性而增加的（三、四级结构的破坏导致内部大量的键合基团被释放）因而复合物可溶性亦随之增大。,不过这种情况上出现在即时变性的情况下，原始的或早已变性的蛋白质因为这种“沉淀点”已被“自我调节”，不算成为“活性”的，因而不会对复合物产生显著的影响。,c.,多糖的性质 柔顺性,不同的多糖可对其与蛋白质的复合产生不同作用，如,alginate,分子比,pextate,或,carboxymethylcellulose（CMC）,的分子来得柔顺，所以它与蛋白质的反应比后者强烈，柔顺分子链的多糖与蛋白质反应更好。,三、静电复合物的应用：,在生产特殊结构食品上有着更广泛的前景，可用于改变食品产品的结构，越来越多地被用作“脂肪代用物”；蛋白质回收（乳蛋白和血清蛋白）；纯化（乳清蛋白）；阻止蛋白沉淀（果脯乳制饮料）和食品贮藏（防止酶作用），在微胶囊化技术中，明胶与其它大分子的静电复合物被广泛采用。,蛋白质-多糖静电产物很早被使用用于稳定甜食牛奶产品，较多的是使用,-casein,和,R-,卡拉胶进行反应。大多数亲水胶体使,casein,不稳定，但卡拉胶具有稳定作用。它在中性,pH,时可使,casein,不会因钙离子作用而析出。其作用核心就是静电复合。,许多蛋白质-多糖复合物的性质及在食品中的应用以被研究。,5-4-2 乳状液界面上的多糖-蛋白质复合物,在不存在其它乳化剂时，大部分多糖不会在油-水界面发生强烈的吸附。,绝大部分食品油/水乳状液最初是由蛋白质吸附层提供稳定性的。多糖的作用通常是通过改变连续相的结构和流变性质而实现。在另外的情况下（取决于多糖和蛋白质的化学性质和溶剂条件），界面上的多糖-蛋白质复合物的生成也会对一个乳状液的稳定性产生积极或消极的影响。即使是排斥的蛋白质-多糖反应也会对乳状液稳定性产生影响。,1,、排斥的反应,完全排斥的蛋白质-多糖反应可能会引起乳状液的不稳定。吸附的蛋白质和不吸性的多糖的早期的热力学不相适会把体系分成两个明显的相-一个是以聚合物为主的相位于底层，一是以油珠为主的相在顶层。,此时由于多糖的排斥，蛋白质尽量吸附到所生成的界面上，如果在乳化时同时存在呈初始(,incipient),热力学不相适性的多糖和蛋白质，则蛋白质会增加吸附量，因而会影响油珠大小分布和乳状液稳定性。,2、吸引的反应,吸引的蛋白质-多糖作用可能会改善乳状液的稳定性（如,PGA+,牛奶蛋白质在油/水乳状液体系）形成更复杂的有效的保护层，亦可能会破坏乳状液的稳定（,by bridging）。,5-4-4 共价键的蛋白质-多糖作用,蛋白质-多糖反应最重要的应用形式之一是以共价键相应的反应产物。其结构较静电复合物稳定，易于控制。,特例：阿拉伯胶：天然的以共价键相连而成的蛋白质-多糖复合物。,优越性：,1、比较好的热稳定性,2、,PH,稳定性：适应较宽的,PH,范围具有功能性,制备,适合于稳定乳状液和泡沫的蛋白质-多糖复合物可通过,Maillard,反应在加热条件下产生。,Maillard,反应：反应很可能发生单分子多糖的还原端基和蛋白质的一个,-,氨基中的之间。,反应的条件：（,pH、,温度、加热时间和水分含量）对生成的混合相的性质会有影响，最佳反应条件下的低水分活度使氨基处于非聚集的反应状态，通过优化湿度和湿度/时间，可制得水溶性的、高乳化性能的复合物。,例，60下对一些蛋白质-多糖使其反应数天，可以制得水溶性的具有良好乳化能力的终合物。,据报道，这样的产物比同样用量的小分子表面活性剂的乳化效果更好。,注意：,反应时间不够或者是过长都会丧失产物的功能性。反应时间不够时，未及反应（吸附）的多糖可能会以排除机理和蛋白质分子的桥联反应导致乳状液的絮凝故而影响体系的稳定性。反应过长时会使产物过于亲水，这意味着它失去了蛋白质的表面活性而不能参加乳化和形成界面膜。,产物的分子量和功能性质与参与反应的这两种大分子物质的比率有关，过多或过少均可能导致如时间过长或过短的同样结果。,当共价蛋白质-多糖络合物达到最佳界面功能效果，应该是现有足够的多糖分子接到蛋白质分子上以增强溶解性和空间稳定作用，又远剩有足够的蛋白质憎水侧链未参与反应以使大分子能较快地和强烈地连接到油-水界面。,