食品中蛋白质的功能特性综述.doc

. 食品中蛋白质的功能特性综述王盼盼 (西南大学食品科学学院,重庆400716)摘要:蛋白质的功能性质是指食品体系在加工,贮藏,制备和消费期间影响蛋白质 在食品体系中 性能的那些物理和化学性质.了解蛋白质的功能特性,有助于在食品加工业中正确 使用蛋白质,也 利于食品营养成分的保持和利用,本文系统地介绍了蛋白质的结构,蛋白质功能性 质的定义,分 类,影响因素与蛋白质的功能特性在加工中的变化及食品中常见的蛋白质资源. 关键词:蛋白质;功能特性 FunctionalityofFoodProtein WANGPanpan (CollegeofFoodScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China) Abstract:Functionalityoffoodproteinreferstothatfoodproteinisaffectedbyphysicalandch emical propertiesduringtheprocessing,storage,preparationandconsumption.Proteinfunctionalp roperties arestudiedisnotonlyadvantagetouseproteinintheproperwaybutalsoisadvantagetomaintai nand utilizenutritionoffood.Thispapersummarizedthestructureoffoodproteinandcommonprot ein.The definition,classification,impactfactorsandchangesintheprocessingarealsosummarized Keywords:protein;functionality 主要内容 (1) 蛋白质的四个功能特性:蛋白质的水合性质,蛋白质的表面性质,与蛋白质分子 之间的相互作用有关的性 质及蛋白质的感官性质 (2)蛋白质的结构:一级结构,二级结构,三级结构,四级结构 (3)影响蛋白质功能特性的内在因素,物理因素和化学因素 (4)蛋白质在热处理,低温处理,脱水处理,辐照处理,碱处理,氧化处理,机械处理,酶 处理等作用下.蛋 白质功能特性的变化 (5)常见的食品蛋白质及蛋白质新资源 (6)肉制品中蛋白质的功能特性 前言 蛋白质是一种复杂的生物大分子,构成单位为氨 基酸,是由碳,氢,氧,氮,硫等元素构成,某些蛋 白质分子还含有铁,碘,磷,锌等.蛋白质是生物体 细胞的重要组成成分,在细胞的结构和功能中蛋白质也 起着重要的作用;蛋白质还是食品的主要成分,给机体 提供必需氨基酸,蛋白质还是一类重要的产能营养素. 蛋白质会对食品的质构,风味和加工性状产生重 大影响,这主要是因为蛋白质具有不同的功能性质. 蛋白质的功能性质是指食品体系在加工,贮藏,制备和 消费期间影响蛋白质在食品体系中性能的那些物理和化 学性质.如蛋白质的凝胶作用,溶解性,泡沫,乳化作 用和黏度等在食品中发挥重要作用的诸多性质. 1 蛋白质的功能特性 蛋白质的功能性质影响食品的感官性质,也对食 品和食品成分在制备,加工或贮藏过程中的物理特性 起主要的作用.根据蛋白质所发挥作用的特点,可以 将蛋白质功能特性分为以下几类: 1.1 蛋白质的水合性质 蛋白质的水合是通过蛋白质的德肽键和氨基酸侧 链与水分子间的相互作用而实现的.食品中蛋白质及 其它成分的物理性质,化学性质及流变学性质,不仅 受体系中水分的影响,而且还受水分活度的影响. 干的浓缩蛋白质或离析物在应用时必须水合, 食品的流变性质和质构性质也取决于水与其他食品组 分,尤其像蛋白质与多糖等大分子的相互作用,水能 改变蛋白质的物理化学性质.此外,蛋白质的许多功 能性质,如分散性,湿润性,溶解性,持水能力,凝 胶作用,增稠,黏度,凝结,乳化和气泡等,都取决 于水一蛋白质的相互作用.因此了解食品蛋白质的水 合性质和复水性质在食品加工中有重要的意义. 在食品加工和保藏过程中,蛋白质的持水能力比 其结合水的能力更为重要,持水能力是指蛋白质吸水 并将水分保留在蛋白质组织中的能力,蛋白质的持水 能力与结合水的能力正相关,蛋白质截留睡的能力与 绞肉制品的多汁性和嫩度有关,也与焙烤食品合其他 凝胶类食品的质构相关. 1.1.1 溶解性 蛋白质的溶解度是蛋白质一蛋白质和蛋白质一 溶剂相互作用达到平衡的热力学表现形式.蛋白质的 溶解性,可以用水溶性蛋白质(WSP),水可分散性 蛋白质(WDP),蛋白质分散性指标(PDI),氮溶 解性指标(NSI)来评价.蛋白质溶解度的大小与pH 值,离子强度,温度和蛋白质浓度有关. 蛋白质在水中形成的实际是胶体分散体,作为有 机大分子化合物,蛋白质在水中以胶体态存在,并不 是真正化学意义上的溶解态,所以蛋白质在水中形成 的是胶体分散系,只是习惯上将它称为溶液. 蛋白质的溶解度影响其功能性质,包括增稠,气 泡,乳化和凝胶作用,起始溶解性较大的蛋白质,能 使蛋白质分子迅速地在体系中扩散,也有利于蛋白质分 子向空气或油水界面扩散,有利于蛋白质其他功能性质 的提高.蛋白质溶解度大小在实际应用中非常重要,蛋 白质溶解也是判断蛋白质潜在应用价值的一个指标,此 外,蛋白质的溶解性也与其在饮料中的应用直接相关. 1.1.2 黏度 溶液的黏度反映了它对流动的阻力,黏度不仅可 以稳定食品中的被分散成分,同时也直接提供良好的 口感,或间接改善口感,例如控制食品中一些成分结 晶,限制冰晶的成长等.影响蛋白质黏度的主要因素 是溶液中蛋白质分子或颗粒的表观直径,表观直径主 要取决于蛋白质分子固有的特性,蛋白质一溶剂间的 相互作用,蛋白质一蛋白质间的相互作用.在常见的 加工处理中如高温杀菌,蛋白质水解,无机离子的存 在等因素也均会严重影响蛋白质溶液的黏度. 1.2 蛋白质的表面性质 蛋白质是两性分子,它flfi自发地迁移至气一水 界面或油一水界面,所有的蛋白质都是两亲的,但是 它们在表面性质上存在显着的差别,因为蛋白质的界 面性质非常复杂,目前关于它的了解还不是很充分. 1.2.1 蛋白质的乳化特性 乳化性是指两种以上的互不相溶的液体,例如 油和水,经机械搅拌或添加乳化液,形成乳浊液的 性能.一些天然加工食品,如牛奶,蛋黄,椰奶,豆 奶,奶油,人造奶油,色拉酱,冷冻甜食,法兰克福 香肠,香肠和蛋糕,都是乳状液类型产品. 蛋白质是天然的两亲物质,既能同水相互作用,又 能同脂质作用.在油/水体系中,蛋白质能自发地迁移至 油水界面和气水界面,到达界面上以后,疏水基定向 到油相和气相,而亲水基定向到水相并广泛展开和散步, 在界面形成蛋白质吸附层,从而起到稳定乳状液的作用. 很多因素影响着蛋白质的乳化性质,包括内在 因素,1pH,离子强度,温度,低分子量的表面活 性剂,糖,油相体积分数,蛋白质类型和使用的油的 熔点等;外在因素,如制备乳状液的设备类,几何形 状,能量输入强度和剪切速度等. 测定蛋白质乳化性质的常用的方法有乳化能力, 乳化活性指数和乳状液的稳定性. 1.2.2 蛋白质的起泡性质 泡沫通常是指气泡分散在含有表面活性剂的连续 液相或半固体的分散体系.许多加工食品是泡沫型产 品,如搅打奶油,蛋糕,蛋白甜饼,面包,蛋奶酥, 冰激淋,啤酒等.蛋白质能作为起泡剂主要取决于 蛋白质的表面活性和成膜性,例如鸡蛋清中的水溶 性蛋白质在鸡蛋液搅打时可被吸附到气泡表面来降 低表面张力,又因为搅打过程中的变性,逐渐凝固 在气液界面问形成有一定刚性和弹性的薄膜,从而使 泡沫稳定. 形成泡沫通常采用的方法有:一是将气体通过一 个多孔分配器鼓入低浓度的蛋白质溶液中产生泡沫; 二是在有大量气体存在的条件下,通过打擦或振荡蛋 白质溶液而产生泡沫;三是将一个预先被加压的气体 溶于要生成泡沫的蛋白质溶液中,突然减压,系统中 的气体则会膨胀而形成泡沫. 蛋白质起泡性的评价指标主要有:泡沫的密度, 泡沫强度,气泡的平均直径和直径分布,蛋白质气泡 能力和泡沫的稳定性,最常使用的蛋白质起泡力合泡 沫的稳定性. 1.3 与蛋白质分子之问的相互作用有关的性质 与蛋白质分子之间的相互作用有关的性质主要有 凝胶作用,织构化,面团的形成等. 1.3.1 蛋白质的织构化 蛋白质是许多食物质地或结构的构成基础,但 是自然界中的一些蛋白质,不具备相应的组织结构和 咀嚼性,如从植物组织中分离出的植物蛋白或从牛乳 中得fU-L 蛋白,因此在食品中应用时就会存在一些限 制.通过一些加工处理可以使它们形成咀嚼性能和良 好的持水性能的薄膜或者纤维状的制品,仿造出肉或 其代用品,这就是蛋白质的组织化.此外,织构化加 工方法还可用于一些动物蛋白重组织化或重 整.蛋白质的织构化是在开发利用植物蛋白和新蛋 白质中特别强调的一种功能性质. 常见的蛋白质织构化方式有三种:热凝固和形成 薄膜;热塑性挤压;纤维的形成.目前用于植物蛋白 质织构化的主要方法是热塑性挤压,挤压较为经济, 工艺也较为简单,原料要求比较宽松.采用这种方法 得到干燥的纤维状多孔颗粒或小块,等复水时具有咀 嚼质地,蛋白质含量较低的原料如脱脂大豆粉可以进 行热塑性挤压组织化加工,蛋白质含量为90%以上的 分离蛋白也可以作为加工原料. 1.3.2 面团的形成 小麦,大麦,燕麦等谷物食品具有一个共同的特 性,就是胚乳中面筋蛋白质在与水一起混合和揉搓后 形成粘稠,有弹性和可塑的面团,其中小麦粉的这种 能力最强,这是小麦面粉转化为面团,并经发酵烘烤 形成面包的基础. 面筋蛋白主要是由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成, 在面粉中占总蛋白量的80%,面团的特性与它们的性 质直接有关.首先,这些蛋白质的可以离解氨基酸含 量低,在中性水中不溶解;其次,面筋蛋白含有大量 的谷氨酸酰胺和羟基氨基酸,所以易形成分子间氢 键,使面筋具有强吸水能力和黏聚性质;最后,面筋 蛋白含有巯基,能形成双硫键,增强疏水作用,使面 筋蛋白转化形成立体结构,形成网状结构. 焙烤不会再引起面筋蛋白的变形,因为面筋蛋白 在面粉中已经部分伸展,在揉搓面团时进一步伸展, 在正常温度下焙烤面包时面筋蛋白不会再伸展.当焙 烤温度高于80时,面筋蛋白释放出来的水分能被部 分糊化的淀粉粒吸收,因此即使在焙烤时,面筋蛋白 质也能使面包柔软和保持水分,但是焙烤能使面粉中 可溶性蛋白质变形和凝集,这种部分胶凝作用有利于 面包心的形成. 1.3.3 蛋白质的胶凝作用 变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络 结构过程称为胶凝作用.胶凝作用是蛋白质非常重要 的功能性质,在食品制备中起着重要的作用,主要包 括各种乳品,呆冻,凝结蛋白,明胶凝胶,各种加热 的碎肉或鱼制品,大豆蛋白质凝胶,膨化或膨丝的组 织化植物蛋白和面包面团的制作,豆腐的制作等. 食品蛋白凝胶大致可以分为:加热后再冷却形成的 凝胶;在加热下形成的凝胶;与金属盐形成的凝胶;不 加热而经部分水解或pH 调整形成的凝胶等.食品蛋白质 胶凝作用不仅可以形成固态弹性凝胶,而且还能增稠, 提高吸水性,颗粒粘结,乳浊液或者泡沫的稳定性. 迄今为止,对蛋白质凝胶的形成机制和相互作用 还不十分清楚,但一般认为,蛋白质网络的形成是由 于蛋白质一蛋白质和蛋白质一溶剂的相互作用以及邻 近肽链之问的吸引力和排斥力达到平衡的结果. 1.4 蛋白质的感官性质 涉及蛋白质在食品体系中的感官性质有颜色,气 味,口味,适口性,咀嚼度,爽滑感和混浊度等. 1.4.1 风味物质结合 食品中存在着醛,酮,酸,酚和氧化脂肪的分解 产物,可以产生相应的异味,这些物质与蛋白质或其 他物质产生结合,在加工过程中或食用时释放出来, 被食用者所察觉,从而影响食品的感官质量.蛋白质 与风味物质的结合包括物理吸附和化学吸附.物理吸 附抓哟是通过范德华力和毛细血管作用吸附;化学吸 附主要是静电吸附,氢键的结合和共价键的结合等. 蛋白质结合风味物的性质也有非常有利的一面, 20f0 牟第5 期总第1;5 期 = 善 在制作食品时,蛋白质可以用作风味物的载体和改良 剂,在加工含有植物蛋白质的仿真肉制品时,成功地 模仿肉类风味是这类产品能使消费者接受的关键.为 使蛋白质起到风味载体的作用,必须同风味物牢固结 合并在加工中保留它们,当食品被咀嚼时,风味就能 释放出来. 1.4.2 蛋白质与其他物质结合 蛋白质除了与水分,脂类,挥发性物质结合之 外,还可以与金属离子,色素,燃料等物质结合,也 可以与其他生物活性的物质结合.这种结合会产生解 毒作用,但有时还会使蛋白质的营养价值降低,甚至 产生毒性增强作用.从有利的角度看,蛋白质与金属 离子的结合会促进一些矿物质的吸收,与色素的结合 可以便于对蛋白质的定量分析,而与大豆蛋白的异黄 酮的结合,保证了大豆蛋白健康有益的作用. 2 蛋白质结构与特性的关系 每一种蛋白质都有其特定的一级结构和高级结 构,这些特定的结构是蛋白质行使其功能的物质基 础,蛋白质的各种功能又是其结构的表现.蛋白质按 照不同的结构水平通常分为一级结构,二级结构,三 级结构及四级结构. 2.1 蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构,又称化学结构,是指氨基酸 在肽链中的排列顺序及二硫键的位置,肽链中的氨基 酸以肽键为连接键. 蛋白质的种类和生物活性都与肽链的氨基酸和排 列顺序有关.蛋白质的一级结构是最基本的结构,决 定着它的二级结构和三级结构,其三维结构所需的全 部信息也都贮存于氨基酸的顺序之中.蛋白质的功能 都是通过其肽链上各种氨基酸残基的不同功能集团来 实现的,可以说,蛋白质的一级结构确定了,蛋白质 的功能也就确定了. 2.2 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构是指多肽链中彼此靠近的氨基 酸残基之间由于氢键相互作用而形成的空间关系,是 指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式,主要是一 螺旋结构,其次是p 折叠结构和p 一转角. d 一螺旋结构是最常见,含量最丰富的二级结 构.一条多肽链是否形成a 一螺旋,一级形成的螺旋 是否稳定,与它的氨基酸组成,排列顺序;IJR 集的大 小以及电荷性质有极大的关系. 2.3 蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础 上,进一步折叠,盘曲而形成特定的球状分子结构. 多肽链所发生的盘旋主要是由蛋白质分子中氨基 酸残基侧链的顺序和分子内的各种相互作用决定的. 在球状蛋白质中,极性的R 基团由于其亲水性大部分 水位于分子的外表,而非极性的R 基团则位于分子内 部,从而在内部形成一个疏水的环境. 2.4 蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构是有两条或者两条以上具有三 级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质 构象,其中每条多肽链称为亚基.一般地,游离的亚基无 生物衙眭,只有聚合成四级结构后才有完整的生物活性. 蛋白质四级结构的形成是多肽链之间特定的相互 作用的结果,这些相互作用是非共价键性质如疏水作 用,氢键等.当蛋白质中疏水性氨基酸残基所占比例 高于30%时,它形成四级结构的倾向大干含有较少疏 水性氨基酸残基的蛋白质. 从某种程度上说,蛋白质的二级结构,三级结 构,四级结构比一级结构与功能的关系更大. 3 蛋白质功能特性的影响因素 影响蛋白质功能特性的因素很多,主要分为三个 方面:环境因素,加工条件和内在因素.这些因素并 非完全独立,是相互影响,相互作用的. 3.1 内在因素 影响食品蛋白质功能特性的内在因素即蛋白质 分子组成和结构特征,主要包括蛋白质分子组成和 大小,亚基大小和组成,疏水性或亲水性,二硫键多 寡,氧化或还原状态,亚基缔合或解离形式,热变性 和热聚集,功能集团修饰或分解,蛋白质与其他物质 之间相互作用等方面. 3.2 物理因素 3.2.1 加热 温度是影响蛋白质功能特性的最普通的物理因 素,包括热和冷,蛋白质在加热时会发生变性作用, 常见的蛋白质变形包括:疏水集团的暴露,蛋白质在 水中溶解度降低;某些蛋白质生物活性丧失;肽键更 多地暴露出来,容易被蛋白酶结合而水解;蛋白质分 散系黏度发生变化;蛋白质结合水的能力发生变化; 蛋白质结晶能力丧失.加热对蛋白质影响也有有利的 一 方面,如热烫可以使酶失活;植物组织中存在的大 多数抗营养因子或蛋白质毒素通过加热变性或钝化; 适当的热处理还会使蛋白质发生伸展,从而暴露被掩 埋的一些氨基酸残基,利于蛋白质的催化水解,提高 其消化率;适当的热处理还会产生一定的风味物质. 3.2.2 冷冻 低温也会导致蛋白质的变性,蛋白质冻结变性主 要是由于蛋白质周围的水与其他结合状态发生变化, 破坏了一些维持蛋白质原构象的力,同时由于水保护 2070 牟第5 期总第7j5 期藏 : 层的破坏,蛋白质的一些集团就可以相互直接作用,间的静电作用力增加;或破坏/ 增加蛋白质分子内的氢 蛋白质会聚集或者原来的亚基会重排;另外,由于大键;或进入蛋白质的疏水性区 域,破坏蛋白质分子的疏 量水形成冰之后,剩余的水中无机盐浓度大大提高,水相互作用,有些有机溶剂会 导致稳定蛋白质构象的原 这种局部高浓度盐会引起蛋白质的变性. 3.2.3 流体静压 压力诱导蛋白质变性的主要是蛋白质的柔性和 可压缩性,虽然氨基酸残基被紧密地包裹在球状蛋白 质分子结构内部,但一些空穴仍存在,会导致蛋白质 分子结构的可压缩性.大多数纤维状蛋白质不存在空 穴,它们对静水压作用的稳定性高于球状蛋白质,压 力诱导的球状蛋白质变性通常伴随着体积的减少,但 该过程是可逆的.压力加工不同于热加工,它不会损 害蛋白质中的必需氨基酸或天然色泽和风味,也不会 导致有毒化合物的形成. 3.2.4 辐照 电磁辐照对蛋白质的影响因波长和能量大小而 异,紫外辐照,Y 一辐射和其他辐射能改变蛋白质的 构象,也使氨基酸残基氧化,共价键断裂,离子化, 形成蛋白质自由基以及它们之间重新聚合和结合.有 些电离辐射能改变蛋白质的构象,也能使氨基酸残基 氧化,共价键断裂,离子化,形成蛋白质自由基以及 它们之间重新结合和聚合等.如果辐照导致蛋白质分 子中氨基酸残基的变化,蛋白质的营养价值可能会受 到损害;如果辐照仅引起蛋白质构象的改变,那么将 不会显着影响蛋白质的营养价值. 3.2.5 剪切 一 些食品在加工时能产生高压,高剪切和高温, 如挤压,打擦,捏合,高速搅拌和均质等.高温和高 剪切力相结合能导致蛋白质不可逆的变性,剪切速度 越大,蛋白质变性程度也越大. 3.3 化学因素 影响蛋白质的化学因素比较多,主要有pH 值, 盐类,蛋白质浓度,有机溶剂等. 3.3.1pH 值 大多数蛋白质在特定的pH 值范围内是稳定的,超 出这范围则会发生变性.在较温和的酸碱条件下,变 性是可逆的,在强酸或强碱条件下,变性是不可逆的. 3.3.2 盐类 盐以两种不同的方式影响蛋白质的稳定性,在 低盐浓度时,盐的离子与蛋白质发生非特异性的静电 相互作用,起到稳定蛋白质结构的作用;在高盐浓度 时,盐对蛋白质的稳定性不利. 3.3.3 有机溶剂 大部分有机溶剂可导致蛋白质的变性,有机溶剂 可以降低溶液的介电常数,使蛋白质分子内带电集团 越 有作用力改变,使构象发生改变,导致蛋白质变性. 4 蛋白质在加工中的变化 食品的加工和贮藏涉及到冷却,加热,干燥,发 酵,辐照,化学试剂处理或其他各种处理,在这些处理 中不可避免地将引起蛋白质物理,化学和营养变化.4.1 热处理下的变化 大多数蛋白质食品是以加热方法来进行杀菌,热 处理是对蛋白质影响较大的处理方法.影响的程度取 决于热处理的时间,湿度,温度以及有无氧化还原物 质存在等因素.热处理涉及的化学反应有:热变性, 热分解,氨基酸氧化,氨基酸键之间的交换,氨基酸 新键的形成等. 加热对食品的营养价值有有害的一面,也有有利 的一面,大多数食品蛋白质只有在较窄的温度范围内 才表现出生物活性或功能性质,大多数蛋白质加热后 营养价值得到提高,在适宜的加热条件下,蛋白质发 生变性以后,原有的肽链因受热而断裂,使原来折叠 部分的肽链松散,使其易受到消化酶的作用,提高消 化率和必需氨基酸的生物有效性.适度的热处理也能使 一 些酶失活,酶失活能防止食品产生非适宜的色泽,质 地,风味的变化和纤维素含量的降低,并且保证食品在 保藏期间不发生酸败,质构变化和变色.植物蛋白中存 在的大多数天然蛋白质毒素或抗营养因子可以通过加热 使之变性或钝化.豆科食物的种子或叶片中存在的蛋白 酶抑制剂,能抑制人体内的蛋白质水解酶,进而影响 蛋白质的利用率及其营养价值,豆类和油料种子经烘 烤和大豆粉经湿热处理后能使外源凝集素和蛋白酶抑 制剂失活,提高蛋白质的消化率.许多蛋白质如大豆 球蛋白,卵清蛋白经适度加热处理后更容易消化. 但是,有时过度热处理也会发生某些不利的反 应.蛋白质或蛋白质食品在不添加其他物质的情况下 进行热处理,可引起氯基酸脱硫,脱酰胺,异构化等 化学变化,有时甚至伴随有毒化合物产生;在热处理 过程中,蛋白质还会与食品的中的其他成分如糖类, 脂类,污染物和食品添加剂等反应,产生各种有利 和不利变化.所以在食品加工中选择适宜的热处理条 件,对保持蛋白质的营养价值有重要的意义. 4.2 低温处理下的变化 食品的低温贮藏可延缓或阻止微生物的生长并抑 制酶的活性及化学反应.常见的低温处理有冷却和 冷冻两种,冷却是将温度控制在稍高于冻结温度之 上,蛋白质较稳定,微生物生长也受到抑制;冷冻 是将温度控制在低于冻结温度之下,对食品的风味 多少有些损害,但如果控制好,蛋白质的营养价值 不会降低. 肉类食品经过冷冻,解冻,细胞及细胞膜被破坏, 酶被释放出来,随着温度的上升酶活性增强致使蛋白 质降解,而且蛋白质一蛋白质问的不可逆结合,代替 了水一蛋白质间的结合,使蛋白质的质地发生变化, 保水陛也降低,但对蛋白质的营养价值影响很小. 冷冻使蛋白质变性的原因,主要是由于蛋白质质 点分散密度的变化而引起的,由于温度降低,冰晶逐 渐形成,使蛋白质的水化膜减弱甚至消失,蛋白质侧 链暴露出来,同时由于冰晶的挤压,使蛋白质质点相 互靠近而结合,导致蛋白质质点凝集沉淀.蛋白质在 冷冻条件下的变性程度与冷冻速度有关.一般来说, 冻结速度越快,冰结晶越小,挤压作用也越小,变性 程度就越小.可以根据这原理采用快速冷冻,避免蛋 白质变性,保持食品原有的风味. 4.3 脱水处理下的变化 食品脱水的目的在于延长食品的保减期限,减轻 食品重量以及增加稳定性,同时也会有不利的反应发 生,当蛋白质溶液中的水分被全部除去时,由于蛋白 质一蛋白质的相互作用,引起蛋白质的大量聚集,特别 是在高温下除去水分时就会导致蛋白质溶解度和表面活 性的降低.干燥条件对粉末颗粒的大小以及内部和表面 孔率的影响,会改变蛋白质的可湿润性,吸水性,分 散性和溶解度.通常干燥时制备蛋白质配料的最后一 道工序,要注意干燥处理对蛋白质功能特性的影响. 食品工业中常用的脱水方法有很多,不同的干燥 方法引起蛋白质变化的程度也不同: (1)传统干燥法以自然的温热空气干燥,脱 水后的肉类,鱼肉会变得坚硬,萎缩且回复性差,烹 调后感觉坚韧而无原来的香味. (2)真空干燥这种方法对肉的品质损害较 小,因无氧气,所以氧化反应较慢,在低温下还可以 减少非酶褐变及其他化学反应. (3)冷冻干燥冷冻干燥时食品冷冻后,在低 压下使水分由冰直接升华除去.冷冻干燥的食品可以 保持原形及大小,具有多孔性,有较好的回复性.冷 冻干燥是肉类脱水最好的方法,但仍会使部分蛋白质 变质,肉质坚韧,保水性差,但其必需基酸含量及消 化率与新鲜肉品差异不大. (4)喷雾干燥蛋,乳的脱水常用喷雾干燥 法,将液体以雾状喷入快速移动的热空气中,产生下 颗粒状,这种方法对蛋白质的损害较小. (5)鼓膜干燥是将原料置于蒸汽加热的旋转 鼓表面,脱水而成薄膜,常常会因为不易控制恰当而 使产品略有焦味,蛋白质的溶解度也降低. 4.4 辐照处理下的变化 以辐照的方法来保存食品已被许多国家采用, 但不同食品和不同的辐照目的要求不同的辐照剂量, 高剂量(1050kGy)能使肉或肉制品灭菌;中等剂量 (卜lOkGy)能延长冷藏的鲜鱼,鸡,水果和蔬菜的货架 寿命;低剂量(lkGy)可以防止马铃薯和洋葱的发芽, 延迟水果的成熟以及杀死谷类,豌豆和菜豆的昆虫等. 当物质吸收电离辐射,首先形成离子与受激分 子和离子降解或者与邻近分子反应引起化学键断裂而 产生游离基,游离基可以相互结合或扩散到体相介质 中与其他分子反应.辐照对蛋白质的影响还与水的含 量,氧气,pH 值,温度以及辐照剂量等有关,总得来 说,辐射对氨基酸和蛋白质的营养价值影响不大. 4.5 碱处理下的变化 蛋白质的浓缩,分离,气泡,乳化或使溶液中蛋 白质连成纤维状,常常要靠碱处理,对食品进行碱处 理,尤其是与热处理同时进行时,对蛋白质的营养价 值影响很大. 蛋白质经过碱处理后,能发生很多反应,生成 各种新的氨基酸,如导致各种赖氨丙氦酸,羊毛硫氨 酸,鸟氨丙氨酸以及分子间或分子内的共价交联键的 形成,这些交联键是由赖氨酸,半胱氨酸或鸟氨酸等 残基与氨基丙烯酸残基发生缩合反应而产生的. 在碱性热处理下,氨基酸残基也会发生异构化, 由L 一型变为D 一型,营养价值降低;同时蛋白质的功 能性质会发生改变,如用适度碱性pH,促进低聚蛋白 质解离,再经喷雾干燥制备的酪蛋白酸钠盐或大豆蛋 白盐,其溶解度大,并有良好的吸水性和表面性质. 这种解聚方法可用于增溶和提取不易溶解的植物蛋 白,微生物蛋白或鱼蛋白. 4.6 氧化处理下的变化 蛋白质在食品加工中常与脂类接触,脂类的自动氧 化产生的氢过氧化,过氧化自由基和氧化产物能与蛋白 质侧链基团发生氧化和交联.蛋白质氧化反应的发生, 导致蛋白质营养价值的降低,甚至还产生有害物质. 在有氧和光照条件下,特别是在食品中还有天然 光敏物条件下,含硫氨基酸的光氧化很容易发生;很 多植物中存在多酚类物质,在中性或碱性pH 条件下容 易被氧化成醌类化合物,与蛋白质接触时,就会发生 蛋白质残基被氧化的反应;热空气干燥和在食品中发 酵过程中的鼓风也能导致氨基酸的氧化. 4.7 机械处理下的变化 机械处理对食品中的蛋白质有较大的影响,如充 分干磨得蛋白质粉或浓缩物可以形成小的颗粒和大的 表面积,与未磨细的相比,可以提高其吸水性,蛋白 质溶解度,脂肪的吸收和起泡性,机械力对蛋白质的 织构化过程也起着重要作用. 蛋白质悬浊液或溶液体系在强剪切力的作用下,可 以使蛋白质聚集体裂成亚单位,这可提高蛋白质的乳化 能力.在空气界面施加剪切力,通常会引起蛋白质的变 性和聚集,而部分蛋白质的变可以使泡沫变得更稳定. 4.8 酶处理下的变化 酶法处理是当前蛋白质改性的研究重点,酶法处理 具有酶促反应速度快,条件温和,专一性强,无氨基酸 破坏或消旋现象,原料中有效成分保存完全,无副产物 和有害物质产生,无环境污染,作用过程可控等优点. 目前采用的酶处理有酶水解法和酶合成法,以前者为主. 酶解处理是利用蛋白酶的内切作用及外切作用, 将蛋白质分子降解成肽类以及更小的氨基酸分子的 过程,其产物的理化特性较原始蛋白质有所改变.蛋 白质酶解处理可以针对性地改善蛋白质加工的功能特 性,影响酶解因素主要有:酶的特性,pH,蛋白质的 变性范围,底物浓度,酶的浓度,离子浓度,温度, 抑制物等,其中酶的特性是关键因素,它影响蛋白质 酶解肽链的位点和区域. 5 食品中常见的蛋白质 食品中常见的蛋白质主要有:乳清蛋白质,酪蛋 白,胶原蛋白,血浆蛋白,大豆蛋白,小麦蛋白,此 外还有几种蛋白质新资源:单细胞蛋白,叶蛋白,浓 缩鱼蛋白等. 5.1 乳清蛋白 乳清蛋白是利用现代生产工艺从牛奶中提取出来 的一种蛋白质或是由干酪生产过程中所产生的副产品 乳清经过特殊工艺浓缩精制而得的一类蛋白质,它是 由一些细小而紧密的球状蛋白质组成.乳清蛋白具有高 蛋白质,低胆固醇,低脂肪和低乳糖的特点,且容易被 人体消化吸收,具有高的营养价值.乳清蛋白的功能特 性主要有:成胶性,搅打起泡性,乳化性,成模性等. 乳清蛋白的主要组成部分是p 一乳球蛋白,一 乳白蛋白,乳铁蛋白,乳过氧化物酶,生长因子等. p 一乳球蛋白是必需氨基酸和支链氮基酸的极好来 源,可以促进蛋白质的合成,减少蛋白质的分解,其 凝胶性优于乳白蛋白,在许多食品系统中功能性高的 配料;仅一乳白蛋白也是必需氨基酸和支链氨基酸的 极好来源,是唯一一种能结合钙的乳清蛋白成分,从 牛奶中分离出来的乳白蛋白在氨基酸功能,结构及功 能特性都与人乳相似,被广泛应用于婴儿配方食品 中;乳铁蛋白在乳清蛋白产品中含量较低,但具有较 巍 高的生物活性,可以被用于乳制品和其他含有益生菌 的营养药品中作为功能性配料;此外,乳过氧化物 酶,生长因子也是乳清蛋白的功能成分. 将乳清蛋白添加到酸奶中,可以缩短培养时间, 改善风味和质地,增强滞水性,减少乳清析出和脱水 现象,延长保质期,促进益生菌生长,增强酸奶的营 养保健功能;将乳清蛋白应用于干酪中可以加速乳 的凝结,改善感官性能,缩短干酪的成熟期,增加干 酪的出品率;在冰激凌生产中,干酪可以替代脱脂乳 粉作为廉价蛋白质的来源,降低产品的成本,并赋予 冰激凌清新的乳香味,还可以应用于冷冻甜食以及裱 花奶油生产中;在焙烤食品中,乳清蛋白可以作为辅 料,增加焙烤食品的体积,提高水分含量,低脂,低 胆固醇的乳清蛋白可以全部或部分替代焙烤食品中鸡 蛋白,脂肪,保证产品的色泽和口感;在肉类制品 中,乳清蛋白可以提高肉制品的营养价值,提高产品 的出产率,可以作为肉制品的乳化剂,在低脂肉制品 中,可以增Di:ifi脂肉制品的弹性和液汁感,还可以 作为肉制品的添加物和替代品;在功能食品中,乳 清蛋白因含有易消化吸收的优质蛋白,能提供额外 能量,节约体内蛋白质,乳清蛋白还富含含硫氨基 酸,能维持人体内抗氧化剂的水平等;在配方食品 中,乳清蛋白作为一种多功能配料,在乳饮料中可 以作为组织改良剂或作为益生菌或者在其他营养疗效 食品中作为载体. 5.2 酪蛋白磷酸肽 酪蛋白磷酸肽是从牛乳中分离提纯得到的富含 磷酸丝氨酸的天然活性多肽,可以在小肠内与钙, 铁等矿物质形成可溶性络合物,促进人体对钙,铁的 吸收.酪蛋白磷酸肽可以促进矿物质的吸收;促进牙 齿,骨骼中钙的沉积和钙化;促进动物体外受精和增 强机体免疫力. 酪蛋白磷酸肽因其能促进矿物质的吸收,是开 发制造钙,铁等功能食品的关键性原料,也是一种生 理活性肽.目前,酪蛋白磷酸肽已被广泛应用于儿 童,孕妇,老人等不同人群的各种保健食品中,如 糖果,饼干,饮料,奶酪食品,甜点,畜肉制品,乳 制品中等. 5.3 胶原蛋白 胶原蛋白是动物体内含量最丰富的蛋白质,广泛 分布于人体各种组织器官中,它是机体内多种组织的 主要组成成分,具有良好的物理性能和生物性能,在 化工,食品,医学,生物材料以及农业领域有广泛的应 用.胶原蛋白富含除色氨酸,半胱氨酸,酪氨酸外的l8 中氨基酸,包括7 种必需氨基酸,胶原蛋白还含有一般蛋 白质中少见的羟脯氨酸,焦谷氨酸,羟基赖氨酸等. 在食品加工中胶原蛋白可以作为功能保健食品, 食品添加剂,食品包装材料及涂层材料等.目前,国 内外对胶原蛋白的研究主要是利用胶原蛋白的宏观物 理特性,用于底片,纺织,造纸等;利用胶原蛋白的 内在性能,可以用于食品保健,化妆品,医用材料等. 5.4 血浆蛋白 血浆是动物被屠宰后最先获得的副产物,血浆中 的蛋白质部分称为血浆蛋白,是多种蛋白质的总称, 可以分为清蛋白,球蛋白,纤维蛋白原等几种成分. 血浆蛋白可以用于饲料工业,医药工业,食品 工业等.在食品工业中可以应用于肉制品中,如在香 肠,灌肠,火腿和肉脯中,利用其乳化性能,提高产 品的保水性,切片性,弹性,粒度,产率等;用于菜 肴烹饪中,保持菜肴味道鲜美,润滑可IZI,营养丰 富,色香味俱佳;还因其含有丰富的蛋白质,矿物质 元素等可以作为营养添加剂,营养补充剂等;此外, 血浆还可以应用于糖果糕点中等. 5.5 大豆蛋白 大豆蛋白质即大豆类产品所含的蛋白质,大豆富 含蛋白质,含量约为40%,大豆的蛋白质含量几乎是 肉,蛋,鱼的2 倍,是谷类食物的45 倍.大豆蛋白质 的氨基酸组成与牛奶蛋白质相近,除蛋氨酸略低外, 其余必需氨基酸含量均较丰富,是植物性的完全蛋白 质,在营养价值上,可与动物蛋白等同,而且大豆所 含的蛋白质中人体必需氨基酸含量充足,组分齐 全,属于优质蛋白质,也是一种天然的优质蛋白 质,具有良好的营养价值以及多种功能特性,在食品 领域中具有广泛的应用. 大豆蛋白还有着动物蛋白不可比拟的优点.动 物肉类,乳类食品虽可提供大量优质蛋白,但其中含 有较多的胆固醇,容易引发动脉硬化等富贵病. 而大豆既有较高的蛋白营养价值,又不含胆固醇,它 特有的生理活性物质异黄酮还有着降胆固醇的作 用.现在大豆蛋白被广泛应用于焙烤食品,肉制品, 乳制品,饮料制品,水产品,调味品等食品中. 5.6 小麦蛋白 小麦蛋白的主体是面筋.面筋是小麦面粉与水 柔和,洗掉淀粉及其它成分后形成的富有弹性的软胶 体,也是小麦淀粉加工的副产物. 小麦蛋白主要是由清蛋白,球蛋白,麦胶蛋白 和麦谷蛋白组成.小麦蛋白作为优质的植物蛋白质 来源,具有较高的营养价值,其谷氨酸,脯氨酸含量 高,赖氨酸和苏氨酸含量低,脂肪和糖类的含量极 低,在食品应用中具有一定的营养改良和强化作用. 小麦蛋白具有独特的结构,所以它具有良好的粘弹 性,延伸性,吸水性,乳化性,薄膜成型性等功能性 质.目前,小麦蛋白及其深加工产品在食品工业中得 到了广泛的应用. 5.7 单细胞蛋白 单细胞蛋白是以微生物作为食品的方式,它具有 生长速率快,易控制和产量高等优点.常见的单细胞 蛋白有酵母类,细菌,藻类,真菌等. 5.8 叶蛋白 植物的叶片是进行光和作用和合成蛋白质的场 所,是一种取之不尽的蛋白质资源.许多禾谷类及豆 类作物的绿色部分含有24%的蛋白质.叶蛋白能增加 禽类的皮肉部和蛋黄的色泽,可以作为商品饲料,它 对患蛋白质缺乏症的儿童也能起到改善营养的作用, 但是由于叶蛋白的适口性不佳,往往不能为一般人接 受,可以将其作为添加剂用于谷物食品中,会提高人 们对叶蛋白的接受性,且补充谷物中赖氨酸的不足. 5.9 浓缩鱼蛋白 鱼蛋白不仅可以作为食品,也可以作为饲料.它 是先将鱼磨粉,再以有机溶剂抽提,并除去脂肪与水 分,以蒸汽赶走有机溶剂,剩下的是蛋白质粗粉,在 磨成适当的颗粒即成无臭,无味的浓缩鱼蛋白,其蛋 白质含量可达到75%以上. 浓缩鱼蛋白的氨基酸组成与鸡蛋,酪蛋白略相 同,虽然其营养价值高,但因其溶解度,分散性,吸 湿性等不适于食品加工,浓缩鱼蛋白在食品中的用途 还有待于进一步的研究. 6 蛋白质功能特性在肉制品中的应用 在肉制品中蛋白质的功能特性对肉制品的品质起 着决定性的作用.在制品加工中蛋白质的主要功能特 性包括保水性,乳化性,而且肉中的蛋白质还在一定 程度上决定着肉制品的风味与颜色. 6.1 肉中蛋白质的保水性 肉和肉制品的保水性对最终产品的可口性以及消 费者对产品的接受程度起重要作用.保水性通常是 指食物保持它的天然水分或者加工中所含水分的能 力.从物理化学的角度看,肉中的水是以结合水或者 自由水的形式存在.结合水通过带电基团和极性基团 在蛋白质表面与蛋白质分子紧密结合,因此结合水在 肉中的含量主要受蛋白质中氨基酸组成的影响;自由 水通过毛细管作用和表面张力结合在肉中,与蛋白 质的结构无关.在肌肉中的三类蛋白质中,肌原纤 维蛋白对肉的保水性起着很大的作用,这主要是由 于它们在肉中的含量很高,而且既有有利于保水的 特殊结构. 在肉制品的加工过程中,由于在屠宰环节,肉制 品的加工贮藏,熟肉制品的烹调熟制以及变换风味等 等,都会使肉的保水性降低,影响产品的出品率,一些 相关的指标比如肉的形