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蛋白质功能性质的检测
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1、实验目的
通过本实验定性地了解蛋白质的主要功能性质。
2、实验原理
蛋白质的功能性质是指食品体系在加工、贮藏、制备和消费过程中蛋白质对食品产生需要特征的那些物理、化学性质。这些性质对食品的质量及风味起着重要的作用。蛋白质的功能性质与蛋白质在食品体系中的用途有着十分密切的关系，是开发和有效利用蛋白质资源的重要依据。 
蛋白质的功能性质可分为水化性质、表面性质、蛋白质-蛋白质相互作用的有关性质三个主要类型。主要包括吸水性、溶解性、保水性、分散性、粘度和粘着性、乳化性、起泡性、凝胶作用等。蛋白质的功能性质及其变化规律非常复杂，受多种因素的相互影响，比如，蛋白质种类、蛋白浓度、温度、溶剂、pH、离子强度等。
本实验以卵蛋白为例，通过某些定性实验来认识蛋白质的主要功能性质。
3、实验材料、试剂和仪器
3.1 实验材料
（1） 2%蛋清蛋白溶液：取2g蛋清加98ml蒸馏水稀释，过滤取清夜。
（2） 卵黄蛋白：鸡蛋除蛋清后剩下的蛋黄捣碎。
3.2 试剂
(1) 硫酸铵、饱和硫酸铵溶液
(2) 氯化钠、饱和氯化钠溶液
(3) 花生油
(4) 酒石酸
3.3 仪器
(1) 刻度试管
(2) 100ml烧杯
(3) 冰箱
4、操作步骤
4.1 蛋白质水溶性的测定
在10ml刻度试管中加入05ml蛋清蛋白，加入5ml水，摇匀，观察其水溶性，有无沉淀产生。在溶液中逐滴加入饱和氯化钠溶液，摇匀，得到澄清的蛋白质的氯化钠溶液。
取上述蛋白质的氯化钠溶液3ml，加入3ml饱和硫酸铵溶液，观察球蛋白的沉淀析出，再加入粉末硫酸铵至饱和，摇匀，观察清蛋白从溶液中析出，解释蛋清蛋白质在水中及氯化钠溶液中的溶解度以及蛋白质沉淀的原因。
4.2 蛋白质乳化性的测定
取0.5ml卵黄蛋白于10ml刻度试管中，加入4.5ml水和5滴花生油；另取5ml水于10ml刻度试管中，加入5滴花生油；再将两支试管用力振摇2~3min，然后将两支试管放在试管架上，每隔15min观察一次，共观察4次，观察油水是否分离。
4.3蛋白质起泡性的测定
(1) 在二个100ml的烧杯中，各加入2%的蛋清蛋白溶液30ml，一份用玻璃棒不断搅打1~2min；另一份用吸管不断吹入空气泡1~2min，观察泡沫的生成、泡沫的多少及泡沫稳定时间的长短。
(2) 在二支10ml刻度试管中，各加入2%的蛋清蛋白溶液5ml，一支放入冰箱中冷至10℃，另一支保持常温（30~35℃），以相同的方式振摇1~2min，观察泡沫产生的数量及泡沫稳定性有何不同。
(3) 在三支10ml刻度试管中，各加入2%的蛋清蛋白溶液5ml，其中一支试管加入酒石酸0.1g，一支加入氯化钠0.1g；另一支作对照用，以相同的方式振摇1~2min观察泡沫的多少及泡沫稳定性有何不同。
4.4蛋白质凝胶作用的测定
在试管中加入1ml蛋清蛋白，再加1ml水和几滴饱和食盐水至溶解澄清，放入沸水中，加热片刻观察凝胶的形成。
5、实验结果及分析
5.1白质水溶性的测定
现象：蛋清蛋白加入水，有白色沉淀产生。在溶液中逐滴加入饱和氯化钠溶液，摇匀，得到澄清的蛋白质的氯化钠溶液。在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐（如氯化钠），会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。加入粉末硫酸铵至饱和，摇匀，白色絮状物从溶液中析出。
分析：蛋白质在水溶液中的溶解度取决于蛋白质分子表面离子周围的水分子数目，即主要是由蛋白质分子外周亲水基团与水形成水化膜的程度以及蛋白质分子带有电荷的情况决定的。蛋白质溶液中加入中性盐后，由于中性盐与水分子的亲和力大于蛋白质，知识蛋白质分子周围的水化层减弱乃至消失。同时，中性盐加入蛋白质溶液后由于离子强度发生变化，蛋白质表面的电荷大量被中和，更加导致蛋白质溶解度降低，蛋白质分子之间聚集而沉淀。由于各种蛋白质在不同盐浓度中的溶解度不同，不同饱和度的盐溶度沉淀的蛋白质不同，从而使之其他蛋白中分离出来。即将硫酸铵加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀。
5.2蛋白质乳化性地测定
现象：
时间
观察物质
15min
30min
45min
60min
卵黄蛋白和油
混浊，无明显变化现象
较混浊，开始逐渐分层现象
溶液由分层迹象，界限不清晰，上层呈乳白色，下层呈黄色并带有沉淀
溶液较明显分层，界限较清晰上层呈乳白色，下层呈浅黄色，并与试管底有黄色沉淀
水和油
溶液由分层迹象，上下层均为透明，界限较为模糊
溶液明显分层，上下层均为透明，界限清晰
溶液明显分层，上下层均为透明，界限清晰
溶液明显分层，上下层均为透明，界限清晰
分析：根据相似相溶原理，而水的极性很强，油的极性相对小得多，所以两种物质是不相溶的。卵黄蛋白有一定的乳化性，当与油两者成分混合后，改变油性物质的分子结构，在其分子上接上一些亲水基团，可以使油性物质具有水溶性。两种以上互不相容液体其中之一以独立/微细液滴的形式存在另一液体之中，故可以暂时相溶，随着时间的延长，水与油慢慢失去稳定性，会逐渐分离出来。
5.3蛋白质起泡性的测定
现象：
（1）在两个烧杯中，各加入2%的蛋清蛋白溶液30ml，一份用玻璃棒不断搅拌，不断有少量小泡沫生成，较不稳定；另一份用吸管不断吹入空气泡，生成泡沫由少变多，由大泡沫变小泡沫，越来越稳定。
（2）在两支10ml刻度试管中，各加入2%的蛋清蛋白溶液5ml，一支放入冰箱中冷至10℃，振摇，产生小气泡，多气泡，稳定；另一支保持常温，振摇，产生小气泡，少气泡，较不稳定。
（3）在三支10ml刻度试管中，各加入2%的蛋清蛋白溶液5ml，其中一支试管加入酒石酸0.1g（较多），一支加入氯化钠0.1g（较多）；另一支作为对照，以相同的方式振摇1-2min，观察泡沫的多少及泡沫稳定性有何不同。
表2
试剂
泡沫
酒石酸
NaCl
空白
泡沫多少
较少
多
较多
泡沫稳定性
不稳定
较稳定
稳定
结论及分析：影响蛋白质起泡性的因素有外在因素和内在因素。内在因素指蛋白质的分子组成和结构特征，主要包括蛋白质分子组成及大小、亚基大小及组成、疏水性、亲水性、二硫键多寡、氧化或还原状态、亚基缔合或解离形式、热变形和热聚性、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。外在因素主要是一些物理因素和化学物质的影响，物理因素主要是对蛋白质进行的一些处理，如微波、超高压、超声波、高压脉冲、均质、热处理、冷冻、酶处理等；化学因素主要是一些化学物质对蛋白质起泡性的影响，如盐、糖类、pH值、有机溶剂等。内部的疏水基团和巯基进一步暴露，极化的蛋白分子之间通过非共价键重新形成更大的分子聚集体，水-空气界面膜的稳定性下降，因此稳泡能力下降。酒石酸作为一种酸，根据酸碱对蛋白质变性影响，可以使一部分蛋白质变性，故溶液中的蛋白质含量下降，蛋白质浓度为2-8%时，起泡效果最好，在蛋白质中加氯化钠，会吸收大量水分子与这些无机盐离子水合，于是蛋白质表面暴露出来的疏水性区域增加，彼此靠着疏水性作用力结合，水解程度过大时，电荷数目增加过多，使气液薄膜强度降低，泡沫易破裂。
5.4蛋白质凝胶作用的测定
在试管中加入1ml蛋清蛋白，再加1ml水和几滴饱和食盐水至溶解澄清，放入沸水中，加热片刻，变成白色凝胶。蛋白质溶液在适当条件下（加热）转变为凝胶（冻胶）的过程，可看到溶胶聚沉过程中的一个阶段。
6、思考题
（1）酒石酸和氯化钠对蛋白质形成的泡沫稳定性有何影响？为什么？
答：酒石酸和氯化钠之所以能是蛋白质形成泡沫就因为都造成了蛋白质的变性沉淀。而酒石酸所造成的是酸碱对于蛋白质造成的变性沉淀，而氯化钠则是盐对蛋白质的沉淀效应。 两者间造成的蛋白质空间结构上的变性程度不尽相同，稳定性也不同。
（2）什么是凝胶作用？
答：溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体），这样一种特殊的分散体系称作凝胶。