Loading... # 引言 # 蛋白质变性 ## 概念 - 蛋白质分子在受到某些物理化学因素时，其生物活性丧失、溶解度降低，不对称性增高以及其他的物理化学常数发生改变的过程，不包括一级结构上肽键的断裂 ## 现象 - 物理性质 - 粘度 - 旋光值 - 紫外吸收 - 凝聚沉淀 - 化学性质 - 酶水解速率升高 - 基团暴露 - 生物性能 - 抗原性质改变 - 生物功能丧失 ## 可逆变性 - 去除变性因素后，在适当情况下蛋白质可由变性态恢复为天然态 ## 不可逆变性 - ~不可恢复 ## 测定蛋白质变性的方法 - 比活性 - 化学指标 - 物理性质 - 溶解性 - 抗原性 ## 影响蛋白质变性的因素 - 温度，加热时，肽键产生强烈的热震荡，导致维持蛋白质结构的次级键破坏，天然构象解体 - 剪切（搅拌），振动、捏和、打擦产生的机械剪切能导致的蛋白质变性 - 静水压 - 加压25℃，100～1200MPa可使三级结构解体 - 不会损害蛋白质中的必须氨基酸的风味 - 不会导致有毒化合物的形成 - 辐照，芳香族氨基酸残基（色氨酸、酪氨酸）可吸收紫外线 - pH，离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子的构象发生变化 - 表面活性剂，SDS（十二烷基硫酸钠），强有力的蛋白质变性剂 - 有机溶剂 - 改变水的介电常数，改变静电作用 - 非极性侧链在有机溶剂中比在水中更易溶解，有机溶剂能穿透到疏水区，削弱或打断疏水相互作用 - 促溶盐 - 低浓度（离子强度≤0.2）静电中和作用稳定了蛋白质的结构 - 较高的浓度（＞1mol/L）离子特异效应Na2SO4、NaF能促进结构稳定；NaSCN和NaClO4是强变性剂 # 蛋白质水合性质 - 蛋白质分子中是某些基团与水分子相互结合的性质 - 带电基团、主链肽基团、Asn、Gln的酰胺基、Ser、Thr和非极性残基团 - 食品生产过程中关注水的结合度，因为结合水后，口感变好，成本降低 -  - 蛋白质结合水的能力 - 当干蛋白质粉与相对湿度为90%-95%的水蒸汽达到平衡时每克蛋白质所结合的水的克数 - 蛋白质水合过程 1. 干蛋白质极性位点结合吸附水分子 2. 多分子层水吸附 3. 液体水凝聚 4. 溶胀 5. 宏观溶解 - 各种蛋白质的水合能力 -  - 影响蛋白质结合水的因素 - pH，等电点时，水和能力最低 - pH和溶解度的关系 -  - 温度，温度升高，水合能力下降 - 极性氨基酸越多，水合能力越高 - 盐的种类 - 盐离子与蛋白质的相互作用 - !盐离子与蛋白质的相互作用](img/05盐离子与蛋白质的相互作用.png "盐离子与蛋白质的相互作用") - 离子强度，低浓度的盐可提高水合能力 - 水合性是蛋白质溶解性的基础 - 蛋白质的溶解度由疏水相互作用和离子相互作用决定 - 由Biglow的蛋白质溶解度理论，影响蛋白质溶解度的因素为 - 电荷频率高低 - 氨基酸残基的平均疏水性的大小 # 蛋白质的凝胶性 ## 凝胶 - 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 - 凝胶化作用机制 - 蛋白质变性伸展为溶胶状态（无序），聚集为似凝胶状态，接着聚集有序的网络结构状态 ## 凝胶化作用在食品加工中的应用 - 凝胶化的相互作用 - 氢键 - 疏水相互作用 - 静电相互作用 - 金属离子的交联相互作用 - 二硫键 - 凝胶强度的测定 - 凝胶强度测定仪 ## 凝胶的形成过程 - 溶胶 - 肌动球蛋白加热，高级结构松散，产生分子间化学键，形成三维网状结构。 - 自由水被封锁在网目中形成弹性凝胶体 ## 蛋白质凝胶的三级结构 - 定义：在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构 - 维系三级结构的力 - 氢键 - 疏水键 - 离子键 - 范德华力 ## 影响蛋白质凝胶化作用的因素 - 蛋白质浓度 - 高蛋白浓度有利于蛋白质凝胶的形成 - 高蛋白浓度下，即使不加热、pH与等电点相差大，也可凝胶 - 蛋白质结构 - 二硫键有助于提高凝胶强度，甚至形成不可逆凝胶 - 如卵清蛋白、β-乳球蛋白 - 含二硫键少的蛋白质可形成可逆凝胶 - 如白明胶 - 添加物 - 蛋白质的共凝胶作用：不同蛋白质混合可促进凝胶形成 - 添加多糖，明胶带正电，褐藻酸盐带负电，通过离子相互作用形成高熔点凝胶 - pH：等电点处易凝胶 # 蛋白质的沉淀与析出 ## 基本概念 - 蛋白质为两性电解质，能与酸碱作用 - 可解离的基团 - 肽链末端的α-氨基与α-羧基 - 肽链氨基酸残基侧链基团 - ε-氨基 - β-羧基 - γ-羧基 - 咪唑基 - 胍基 - 酚基 - 疏基 - 蛋白质等电点 - 当某蛋白质在一定的pH的溶液中，所带的正负电荷相等，它在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值叫做该蛋白质的等电点 - 蛋白质带电性质与溶液pH有关，利用蛋白质的两性解离可以通过电泳分离纯化蛋白质 ## 使蛋白质的沉淀的试剂 ### 高浓度中性盐 - 原理：中和蛋白质的电荷 - 盐析：这种加入盐使蛋白质沉淀析出的现象 - 试剂：（NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl ### 有机溶剂 - 原理：破坏蛋白质水膜 - 试剂：丙酮、乙醇 ### 重金属盐 - 原理：与蛋白质中带负电基团形成不易溶解的盐,或改变蛋白质的空间结构 - 试剂：Hg2+、Ag+、Pb+ - 为什么钠不行？钙盐？ ### 生物碱试剂 - 原理：与蛋白质中带正电荷的基团生成不溶性盐 - 试剂：苦味酸、钼酸、钨酸 # 蛋白质的乳化性 - 蛋白质将油与水均匀的分散开，形成均匀的乳化液 - 蛋白质作为水与油的界面 ## 评价蛋白质乳化性质 - 油滴大小分布 $A=\dfrac{3\phi}{R}$ - 乳化活力emulsifying activity $EAI=\dfrac{3\phi}{Rm}$ - 乳化能力emulsion capacity - 乳化稳定性emulsion stability $\phi$——分散相的体积分数 $R$——乳状液粒子的平均半径 $m$——蛋白质质量 ## 影响蛋白质乳化性质的因素 ### 蛋白质的溶解度 ### pH - pH=PI 溶解度减少时，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度增加，增加其乳化作用 血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在pH=PI，具有较高的溶解度，此时，乳 化作用增加。 - 与蛋白质表面疏水性存在弱正相关 - 适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用 # 论述 1. 扼要叙述蛋白质的一、二、三和四级结构。 1. 蛋白质的一级结构为多肽链中氨基酸残基的排列顺序，氨基酸残基的排列顺序是决定蛋白质空间结构的基础，而蛋白质的空间结构则是实现其生物学功能的基础。 2. 蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及测链部分的构象。蛋白质二级结构的基本形式：α-螺旋结构和β-片层结构。 3. 蛋白质的三级结构为蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成一定规律的三维空间结构。除疏水作用外，维系蛋白质的三级结构的动力还有氢键、盐键、范德华力和二硫键等。 4. 蛋白质四级结构，具有两条或两条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构。 2. 试述蛋白质变性及其影响因素，举出几个食品加工过程中利用蛋白质变性的例子。 1. 变性：蛋白质分子受到某些物理、化学因素的影响时，发生生物活性丧失，溶解度降低等性质改变，但是**不涉及一级结构改变**，而是蛋白质分子空间结构改变。 2. 变性的实质：蛋白质分子次级键的破坏引起二级、三级、四级结构的变化。 3. 蛋白质变性的影响因素有： 1. 物理因素：热、辐射、超声波、剧烈震荡等 2. 化学因素：酸、碱、化学试剂、金属盐等。 3. 例如， 压力和热结合处理使牛肉中蛋白质变性可提高牛肉的嫩度和强化灭菌效果的同时，可以使肌肉的构成发生变化，从而影响制品的功能性质，如颜色、组织结构、脂肪氧化和风味等。 3. 什么叫蛋白质的胶凝作用？它的化学本质是什么？如何提高蛋白质的胶凝性？ 1. 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的过程。 2. 蛋白质的胶凝作用的本质是蛋白质的变性。 3. 提高蛋白质的胶凝性 1. 大多数情况下，热处理是蛋白质凝胶必不可少的条件，但随后需要冷却，略微酸化有助于凝胶的形成。 2. 添加盐类，特别是钙离子可以提高凝胶速率和凝胶的强度。 4. 使蛋白质的发泡的方式有哪些？ 1. 食品泡沫：气泡在连续的液相或含可溶性表面活性剂的半固体相中形成的分散体系。 2. 产生泡沫主要有三种方法： 1. **多孔分配器通气**：最简单的是让鼓泡的气体通过多孔分配器，然后通入低浓度蛋白质水溶液中，最初的气体乳胶体因气泡上升和排出而被破坏，使泡沫产生一个大的分散相体积。如果通入大量气体，液体可完全转变为泡沫。 2. **打发**：第二种起泡方法是有大量气相存在时搅打或振摇蛋白质溶液产生泡沫，与鼓泡法相比，搅打产生更强的机械应力和剪切作用，使气体分散更均匀。 3. **卸压**：第三种产生泡沫的方法是突然解除预先加压溶液的压力，例如在分装气溶胶容器中加工成的掼奶油。 5. 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？ 1. 维持蛋白质空间结构的作用力： 1. 氢键、盐键、疏水键和范德华力等非共价键，又称次级键。 2. 此外，在某些蛋白质中还有二硫键，二硫键在维持蛋白质构象方面也起着重要作用。 2. 各级结构的作用力： 1. 蛋白质一级结构的主要是通过肽键连接； 2. 维系二级结构的化学键主要是氢键； 3. 三级结构的形成和稳定主要靠疏水键、盐键、二硫键、氢键和范德华力。其中疏水键是最主要的稳定力量。疏水键是蛋白质分子中疏水基团之间的结合力，酸性和碱性氨基酸的R基团可以带电荷，正负电荷互相吸引形成盐键，与氢原子共用电子对形成的键为氢键； 4. 在四级结构中，各亚基之间的结合力主要是疏水作用，氢键和离子键也参与维持四级结构。 6. 简述氨基酸的呈味性质。 1. 甜味和苦味： - 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。 7. 简述蛋白质的变性机理 - **天然蛋白质的紧密结构**：天然蛋白质分子因环境的种种影响，从有秩序而紧密的结构变为无秩序的散漫构造，而天然蛋白质的紧密结构是由分子中的次级键维持的。 - **次级键的破坏**：这些次级键容易被物理和化学因素破坏，从而导致蛋白质空间结构破坏或改变。因此蛋白质变性的本质就是蛋白质分子次级键的破坏引起二级、三级、四级结构的变化。 - **性质的改变**：由于蛋白质特殊的空间构象改变，从而导致溶解度降低、发生凝结、形成不可逆凝胶、-SH等基团暴露、对酶水解的敏感性提高、失去生理活性等性质的改变。 8. 哪些因素影响食品蛋白质的消化率？ 1. 蛋白质的构象： 1. 蛋白质的结构状态影响着它们酶催化水解， 2. 天然蛋白质通常比部分变性蛋白质较难水解完全。 2. 抗营养因子：大多数植物分离蛋白和浓缩蛋白含有胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶抑制剂以及外源凝集素。 3. 结合：蛋白质与多糖及食用纤维相互作用也会降低它们的水解速度和彻底性。 4. 加工：蛋白质经受高温和碱处理会导致化学变化包括赖氨酸残基产生，此类变化也会降低蛋白质的消化率。 9. 为什么蛋白质可作为较为理想的表面活性剂？ 1. 蛋白质具有快速的吸附到界面的能力； 2. 蛋白质在达到界面后可迅速伸展和取向； 3. 达到界面后，即与邻近分子相互作用形成具有强内聚力和黏弹性的膜，能耐受热和机械作用。 10. 蛋白质的界面性质并举例。 1. 乳化性：蛋白质在稳定乳胶体食品中起着非常重要的作用，并且存在着诸多因素影响着蛋白质的乳化性质，如仪器设备的类型、输入能量的强度、加油速率、温度、离子强度、糖类和低分子量表面活性剂与氧接触的程度、油的种类等等。 2. 起泡性：食品泡沫通常是气泡在连续的液相或含有可溶性表面活性剂的半固相中形成的分散体系。种类繁多的泡沫其质地大小不同，例如蛋白质酥皮、蛋糕、棉花糖和某些其他糖果产品、冰淇淋、啤酒泡沫和面包等。 11. 蛋白质结构与功能的关系：当蛋白质以特定的适当空间构象存在时才具有生物活性。 1. 蛋白质一级结构与其构象及功能的关系 1. 蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持 2. 在生物体内，蛋白质的多肽链一旦被合成后，即可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象。 3. 一级结构相似的蛋白质，其基本构象及功能也相似 - 不同种属的生物体分离出来的同一功能的蛋白质，其一级结构只有极少的差别，而且进化位置相距愈近的差异愈小。 2. 蛋白质空间结构与功能活性的关系 1. 蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间构象密切相关，蛋白质的空间构象是其功能活性的基础，构象发生变化，其功能活性也随之改变。 2. 蛋白质变性时，由于其空间构象被破坏，故引起功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，活性即能恢复。 12. 论述不同氨基酸所呈现的不同风味，并举例说明。 1. 氨基酸的甜与苦： 1. D-型氨基酸 1. 大多以甜味为主 2. 除小环亚胺氨基酸外 2. L-型氨基酸 1. 侧基很小时，一般以甜感占优势，如甘氨酸。 2. 侧基较大并带碱基时，通常以苦味为主，如亮氨酸。 3. 侧基不大不小时，呈甜兼苦味，如缬氨酸。 2. 氨基酸的酸 1. 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（见第10章），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。 3. 氨基酸的鲜味： 1. 脂链 - 需要有一条相当于3~9个碳原子长的脂链 - 脂链不限于直链，也可为脂环的一部分 - 当n=4~6时鲜味最强 2. 定味基为分子两端带负电的功能团 - 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 3. 助味基为亲水性的基团。 4. 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。 13. 试论述变性蛋白质的特性以及高压、热及冷冻对蛋白质变性的影响？ 1. 蛋白质分子受到某些物理、化学因素的影响时，发生生物活性丧失，溶解度降低等性质改变，但是不涉及一级结构改变，而是蛋白质分子空间结构改变，这类变化称为变性作用。变性后的蛋白质称为变性蛋白质。 2. 变性蛋白质的特性： 1. 蛋白质变性后，原来包埋在分子内部的疏水基暴露在分子表面，空间结构遭到破坏同时破坏了水化层，导致蛋白质溶解度显著下降。 2. 蛋白质变性后失去了原来天然蛋白质的结晶能力。 3. 蛋白质变性后，空间结构变为无规则的散漫状态，使分子间摩擦力增大、流动性下降，从而增大了蛋白质黏度，使扩散系数下降。 4. 变性的蛋白质旋光性发生变化，等电点也有所提高。 3. 高压和热结合处理对蛋白质的影响： 1. 通过蛋白质的解链和聚合，改善制品的组织结构，嫩化肉质； 2. 钝化酶、微生物和毒素的活性，延长制品保藏期，提高安全性；增加蛋白质对酶的敏感性； 3. 提高肉制品的可消化性； 4. 通过蛋白质的解链作用，增加分子表面的疏水性以及蛋白质对特种配合基的结合能力，提高保持风味物质、色素、维生素的能力，改善制品风味和总体可接受性等。 4. 冷冻对水产品蛋白质的影响： 1. 冷冻后的贝肉风味降低、外观不够饱满、持水性下降等。 2. 储藏温度比冻结终温重要，在相同的储藏时间下，储藏温度低的贝肉蛋白质变小。 14. 论述新型蛋白质的开发与利用及其应用前景。 1. 油料蛋白： 1. 油料种子制取油脂后，其饼粕常含有大量的蛋白质。 2. 目前，油料蛋白的利用主要是大豆蛋白。它对面粉有增白作用，取代现有的化学增白剂； 3. 添加在面条、饺子中可以提高其韧劲，水煮过程中减少淀粉溶出率，不浑汤； 4. 添加烘焙食品中，可以提高饼干的酥脆度，强化面包的韧劲，改善蛋糕的松软度； 5. 添加在馒头、包子等蒸制食品中，使其表面光滑； 6. 添加在方便面、油条等油炸食品中，可减少油耗，减少食用时的油腻感。 2. 单细胞蛋白 1. 单细胞蛋白质是指以工业方式培养的微生物，这些菌体含丰富的蛋白质，可用作人类食物或动物饲料。 2. 它是一种浓缩的蛋白类产品，含粗蛋白、维生素、无机盐、脂肪和糖类等，其营养价值优于鱼粉和大豆粉。 3. 开发上的优势：原料资源丰富、生产投资少、生产速率高、不需占用大量的耕地、不受生产地区、季节和气候条件的限制。 3. 昆虫蛋白： 1. 昆虫具有食物转化率高、繁殖速度快和蛋白质含量高的特点，被认为是目前最大且最具开发潜力的动物蛋白源。 2. 它的蛋白质中氨基酸组分分布的比例与联合国粮食与农业组织制定的蛋白质中必需氨基酸的比例模式非常接近。 3. 是一类高品质的动物蛋白质资源。目前国内外已大规模工厂化生产昆虫蛋白系列食品。 4. 叶蛋白 1. 叶蛋白是以新鲜的青绿植物茎叶为原料，经压榨取汁、汁液中蛋白质分离和浓缩干燥而制备的蛋白质浓缩物。 2. 没有动物蛋白所含的胆固醇，具有防病治病，防衰抗老，强身健体等多种生理功能，是具有高开发价值的新型蛋白质资源。 15. 论述蛋白质对食品色香味的影响。 - 在食品加工工业中加入蛋白质，可能会产生不同的风味物质。 1. 蛋白质的苦味： 1. 水解蛋白质和发酵成熟的干酪有时具有明显的苦味； 2. 牛奶变质呈苦味均是由于蛋白质水解产生了苦味的短链多肽和氨基酸的缘故。 2. 蛋白质的异味： 1. 醛、酮、醇、酚和氧化脂肪酸可以产生豆腥味、哈味、苦味或涩味 2. 当它们与蛋白结合时，在烧煮和咀嚼后会释出而令人反感。 3. 天然蛋白质衍生物的甜味： 1. 氨基酸及其二肽衍生物和二氨查耳酮衍生物两类甜味剂已经投入工业化生产。 2. 它们是由本来不甜的非糖天然物质经过改性加工成为高天度的安全甜味剂。 4. 风味结合： 1. 油料种子蛋白和乳清浓缩蛋白由于一些异味成分的存在，例如醛、酮、醇、酚和脂肪酸氧化物 2. 它们能够与蛋白质结合，使之在烹煮时不易挥发完全，在咀嚼时能感觉出豆腥味、哈味、苦味和涩味。 最后修改：2021 年 03 月 15 日 © 允许规范转载 赞 如果觉得我的文章对你有用，请随意赞赏