蛋白质加工化学课件.ppt

1、第十九章第十九章 蛋白质加工化学蛋白质加工化学第1页，共58页。主要内容主要内容第一节第一节 蛋白质的功能性质蛋白质的功能性质第二节第二节 蛋白质的分离制备蛋白质的分离制备第三节第三节 食品加工对蛋白质的影响食品加工对蛋白质的影响第2页，共58页。第一节第一节 蛋白质的功能性质蛋白质的功能性质1、概念、概念 在食品加工、保藏、制备和消费期在食品加工、保藏、制备和消费期 间影响蛋白质在食品体系中的性能间影响蛋白质在食品体系中的性能 的那些蛋白质的物理和化学性质。的那些蛋白质的物理和化学性质。第3页，共58页。功能功能食品食品 蛋白质类型蛋白质类型 溶解性溶解性饮料饮料 乳清蛋白乳清蛋白 粘度粘度

2、汤、调味汁汤、调味汁 明胶明胶 持水性持水性香肠、蛋糕香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白，鸡蛋蛋白胶凝作用胶凝作用肉和奶酪肉和奶酪 肌肉蛋白和乳蛋白肌肉蛋白和乳蛋白 粘结粘结-粘合粘合肉、香肠、面条肉、香肠、面条 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白，鸡蛋蛋白 弹性弹性肉和面包肉和面包 肌肉蛋白，谷物蛋白肌肉蛋白，谷物蛋白 乳化乳化香肠、蛋糕香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白，鸡蛋蛋白泡沫泡沫冰淇淋、蛋糕冰淇淋、蛋糕 鸡蛋蛋白，乳清蛋白鸡蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和风脂肪和风味的结合味的结合油炸面圈油炸面圈 谷物蛋白谷物蛋白 食品蛋白质在食品体系中的功能作用食品蛋白质在食品体系中的功能作用第4页，共5

3、8页。2、蛋白质的功能性质分类、蛋白质的功能性质分类 水的吸收与保留水的吸收与保留 流体动力学性质流体动力学性质 粘着性和粘度粘着性和粘度 沉淀和胶凝沉淀和胶凝 溶胀性溶胀性 湿润性、分散性和溶解度湿润性、分散性和溶解度 表面性质表面性质 表面张力和乳化作用表面张力和乳化作用 脂肪和风味物质的结合脂肪和风味物质的结合 蛋白质的起泡特性蛋白质的起泡特性第5页，共58页。一、水化性质一、水化性质蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Asn、Gln的酰胺基、Ser、Thr和非极性残基团与水分子相互结合的性质。第6页，共58页。干蛋白质干蛋白质 水分子通过与极性水分子通过与极性 多层水吸附多层水吸附 部位

4、结合而被吸附部位结合而被吸附 蛋白质的水化过程蛋白质的水化过程 （1）（2）液态水凝聚液态水凝聚（3）肿胀肿胀（4）溶剂分散溶剂分散（5）溶液溶液肿胀的不溶肿胀的不溶性粒子或块性粒子或块第7页，共58页。蛋白质结合水蛋白质结合水温度温度pH盐的种类盐的种类离子强度离子强度影响蛋白质结合水的环境因素影响蛋白质结合水的环境因素第8页，共58页。蛋白质总吸水量随蛋白质浓度的增加而增加；在等电点时蛋白质间的相互作用最强，缔合和收缩后的蛋白质呈现最低的水化和膨胀；随着温度的升高，氢键减少，蛋白结合水也随之下降；在低盐浓度，蛋白质水化增加；在高盐浓度，水盐相互作用大于水和蛋白质间的作用，蛋白脱水产生“盐析

5、”。第9页，共58页。二、粘度二、粘度蛋白质的粘度系数随流动速度的增加而降低这种性质称为假塑或剪切变稀，可表示为：=mr.n 式中，为剪切力；r.为流动速度；m为稠度系数；n为流动指数。第10页，共58页。蛋白质剪切变稀的原因：分子在流动的方向逐步定向，因而摩擦阻力下降；分子在流动的方向逐步定向，因而摩擦阻力下降；蛋白质水化球在流动方向变形；蛋白质水化球在流动方向变形；氢键和其他弱键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的解体。氢键和其他弱键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的解体。第11页，共58页。影响蛋白质流体粘度性质的因素：蛋白质被分散的分子或粒子的表观直径 蛋白质-溶剂的相互作用蛋白质-蛋白

6、质的相互作用第12页，共58页。蛋白质蛋白质-蛋白质蛋白质溶剂溶剂-溶剂溶剂蛋白质蛋白质-溶剂溶剂 实实 质质疏水相疏水相 互作用互作用离子相离子相 互作用互作用蛋白质的溶解度大小蛋白质的溶解度大小+三、溶解度三、溶解度第13页，共58页。影响蛋白质溶解度性质的主要的相互作用具有疏水和离子的本质。疏水相互作用能促进蛋白质-蛋白质相互作用，使蛋白质溶解度降低；离子相互作用能促进蛋白质-水相互作用，使蛋白质溶解度增加。第14页，共58页。根据溶解度性质，蛋白质可分为：根据溶解度性质，蛋白质可分为：清蛋白：溶于清蛋白：溶于pH 6.6 的水的水 血清清蛋白、卵清蛋白和血清清蛋白、卵清蛋白和-乳白蛋白

7、乳白蛋白 球蛋白：溶于球蛋白：溶于pH 7.0 的稀盐溶液的稀盐溶液 大豆球蛋白、菜豆球蛋白和大豆球蛋白、菜豆球蛋白和-乳球蛋白乳球蛋白 谷蛋白：仅能溶于酸（谷蛋白：仅能溶于酸（pH 2）和碱（）和碱（pH 12）小麦谷蛋白小麦谷蛋白 醇溶谷蛋白：溶于醇溶谷蛋白：溶于70%乙醇乙醇 玉米醇溶蛋白和麦醇溶蛋白玉米醇溶蛋白和麦醇溶蛋白 谷蛋白和醇溶谷蛋白是高疏水性蛋白质。谷蛋白和醇溶谷蛋白是高疏水性蛋白质。第15页，共58页。pH和溶解度当pH高于或低于pI时，促进溶解；在pI时，溶解度最低；大多数是酸性蛋白质，在pH45之间，溶解度最小，碱性pH时溶解度最高；某些具有大量亲水性AA的蛋白质（如-

8、Lg和BSA），在pI时仍然可溶。第16页，共58页。第17页，共58页。离子强度和溶解度离子强度的计算离子强度的计算 低离子强度（低离子强度（0.5）电荷屏蔽效应电荷屏蔽效应 高比例疏水区域溶解度下降高比例疏水区域溶解度下降 高比例亲水区域溶解度提高高比例亲水区域溶解度提高 高离子强度（高离子强度（1）离子效应离子效应 SO42-、F-盐析，溶解度降低盐析，溶解度降低 ClO4-、SCN-盐溶，提高溶解度盐溶，提高溶解度,导致沉淀导致沉淀 25.0iiZc第18页，共58页。温度和溶解度在040内，温度，溶解度；T40，蛋白质变性，非极性基团暴露，促进聚集和沉淀例外：高疏水性蛋白质，如-酪蛋

9、白和一些谷类蛋白质，溶解度与温度负相关。第19页，共58页。T40温温 度度 升升 高高溶解度减少溶解度减少第20页，共58页。有机溶剂和溶解度与水互溶的有机溶剂（如乙醇和丙酮）降低水介质的介电常数；提高静电作用力；静电斥力导致分子结构的展开；促进氢键的形成和反电荷间的静电吸引；导致蛋白质溶解度下降或沉淀；第21页，共58页。三、蛋白质的界面性质三、蛋白质的界面性质概念：指蛋白质能自发地迁移至汽-水界面或油-水界面的性质。性质上的差异主要与构象有关：重要的构象因素包括多肽链的稳定性/柔性、对环境改变适应的难易程度和亲水与疏水基团在蛋白质表面的分布模式。蛋白质在界面区域的浓度总是高于体相 第22

10、页，共58页。具有界面性质的蛋白质的必要条件：能快速地吸附至界面；能快速地展开并在界面上再定向；一旦达到界面，能与邻近分子相互作用，形成具有强的粘合和粘弹性质的膜，并能忍受热和机械运动。第23页，共58页。内在因素内在因素外在因素外在因素 氨基酸组成氨基酸组成 pH非极性非极性AA与极性与极性AA之比之比 离子强度和种类离子强度和种类疏水性基团与亲水性基团疏水性基团与亲水性基团的分布的分布 蛋白质浓度蛋白质浓度二级、三级和四级结构二级、三级和四级结构 时间时间二硫键二硫键 温度温度分子大小和形状分子大小和形状分子柔性分子柔性 影响蛋白质界面性质的因素影响蛋白质界面性质的因素第24页，共58页。

11、（一）乳化性质许多传统或新型食品，都是含乳状液的多相体系。乳状液的形成使食品具有期望的口感，有助于包合油溶性和水溶性配料，并能掩蔽不期望有的风味。一些蛋白质是理想的乳化剂。第25页，共58页。测定乳状液平均液滴大小的方法 光学显微镜法光学显微镜法 电子显微镜法电子显微镜法 光散射法光散射法 质子相关谱质子相关谱 Counlter计数器计数器第26页，共58页。乳化能力（EC）定义定义：相转变前（相转变前（O/WW/O）每克蛋白质所能乳化的油的体积）每克蛋白质所能乳化的油的体积 测定方法测定方法：加入油至蛋白质溶液中，根据粘度、颜色、电阻的突变加入油至蛋白质溶液中，根据粘度、颜色、电阻的突变检测

12、相变检测相变 相转变：相转变：=0.650.85 并非瞬时过程，先形成并非瞬时过程，先形成W/O/W双重乳状液双重乳状液第27页，共58页。乳状液稳定性剧烈的处理方法（高温、离心力）剧烈的处理方法（高温、离心力）在数月内稳定在数月内稳定 乳状液稳定性表示方法乳状液稳定性表示方法 乳状液稳定性指标（乳状液稳定性指标（ESI）：）：浊度达到起始值的一半所需要的时间。浊度达到起始值的一半所需要的时间。%100乳状液总体积乳油层体积ES第28页，共58页。影响蛋白质乳化作用的因素内在因子内在因子：pH、离子强度、温度、存在的低分子量表面活性剂、离子强度、温度、存在的低分子量表面活性剂、糖、油相体积、蛋

13、白质类型和使用的油的熔点糖、油相体积、蛋白质类型和使用的油的熔点。外在因素外在因素：制备乳状液的设备类型、能量输入的速度和剪切速制备乳状液的设备类型、能量输入的速度和剪切速 度。度。目前没有一致认可的系统地评价蛋白质乳化性质的标准方法。第29页，共58页。（1）溶解度蛋白质的乳化能力与溶解度成正比；高度不溶性的蛋白质不是良好的乳化剂；100%的溶解度不是绝对必要的，一定 程度的溶解度可能是必需的；良好的乳化性质所必需的最低溶解度取决于蛋白质的品种。第30页，共58页。（2）pH在在pI具有最佳的乳化性质的蛋白质具有最佳的乳化性质的蛋白质 例如血清清蛋白、明胶和蛋清蛋白缺乏净电荷和静电推斥相互作

14、用，有助于在界面达到最高蛋白质载量和促使高粘弹膜的形成具有最高乳化活力和乳化能力。大多数食品蛋白质大多数食品蛋白质 酪蛋白、商品乳清蛋白、肉蛋白、大豆蛋白在pI时是微溶和缺乏静电推斥力的，不是良好的乳化剂。在远离pI时可能是有效的乳化剂。第31页，共58页。（3）疏水性与蛋白质表面疏水性与蛋白质表面疏水性弱正相关联弱正相关联 第32页，共58页。（二）凝胶作用概念：是指变性的蛋白质分子聚集并形成有规则的蛋白质网络结构是指变性的蛋白质分子聚集并形成有规则的蛋白质网络结构的过程。的过程。机制：加热、酶加热、酶 二价金属离子二价金属离子溶胶状态溶胶状态 预凝胶预凝胶 凝胶凝胶 冷却冷却加热加热第33

15、页，共58页。凝胶化的相互作用氢键、静电相互作用氢键、静电相互作用可逆凝胶可逆凝胶 明胶明胶 疏水相互作用疏水相互作用不可逆凝胶不可逆凝胶 蛋清蛋白蛋清蛋白 二硫键二硫键不可逆凝胶不可逆凝胶 乳清蛋白乳清蛋白第34页，共58页。两类凝胶凝结块（不透明）凝胶凝结块（不透明）凝胶 大量非极性氨基酸残基疏水性聚集，不溶性聚集体不可逆凝胶聚集和网状结构的形成速度高于变性速度。透明凝胶透明凝胶 少量非极性氨基酸残基变性时形成可溶性复合物缔合速度低于变性速度在加热后冷却时才能凝结成凝胶形成有序的透明的凝胶网状结构。第35页，共58页。影响蛋白质凝胶作用的因素氨基酸残基的类型氨基酸残基的类型 高于高于31.

16、5%31.5%非极性非极性AAAA凝结块类型凝结块类型 低于低于31.5%31.5%非极性非极性AAAA透明类型透明类型 pH pH pIpI凝结块类凝胶凝结块类凝胶 极端极端pHpH弱凝胶，半透明弱凝胶，半透明 形成凝胶的最适形成凝胶的最适pHpH约约7 78 8 第36页，共58页。CaCa2+2+等两价离子等两价离子 强化了凝胶结构强化了凝胶结构 过量钙桥产生凝结块过量钙桥产生凝结块 蛋白质浓度蛋白质浓度 最低浓度终点最低浓度终点 影响蛋白质凝胶作用的因素第37页，共58页。（三）起泡性质起泡能力是指在汽-液界面形成坚韧的薄膜,使大量气泡并入和稳定的能力。膨胀率 起泡力%100起始液体的

17、体积起始液体的体积泡沫体积膨胀率%100)(液体的体积并入的气体的体积起泡力 FP第38页，共58页。蛋白质蛋白质起泡力起泡力 牛血清清蛋白 280 乳清分离蛋白 600 鸡蛋蛋清 240 卵清蛋白 40 牛血浆 260 -乳球蛋白 480 血纤维蛋白原 360 大豆蛋白（酶水解）500明胶（酸法加工猪皮明胶）760 不同蛋白质溶液的起泡力不同蛋白质溶液的起泡力 第39页，共58页。蛋白质作为起泡剂的必要条件 作为一个有效的起泡剂，必须满足：作为一个有效的起泡剂，必须满足：快速地吸附至气-水界面易于在界面上展开和重排通过分子间相互作用在界面上形成粘合性膜。第40页，共58页。溶解度溶解度快速扩

18、散至界面快速扩散至界面疏水性（或两亲性）疏水性（或两亲性）带电、极性和非极性残基的分布促进界面相互作用带电、极性和非极性残基的分布促进界面相互作用分子分子(或链段或链段)的柔性的柔性 推进在界面上的展开推进在界面上的展开具有相互作用活性的具有相互作用活性的链段链段具有不同功能性链段的配置促进在气、水和界面相具有不同功能性链段的配置促进在气、水和界面相的相互作用的相互作用带电基团的配置带电基团的配置在邻近气泡之间的电荷推斥在邻近气泡之间的电荷推斥极性基团的配置极性基团的配置防止气泡和紧密靠近；水合作用、渗透和空间效应防止气泡和紧密靠近；水合作用、渗透和空间效应（受此性质和蛋白质膜的成分的影响）（

19、受此性质和蛋白质膜的成分的影响）蛋白质分子的性质与起泡性的关系蛋白质分子的性质与起泡性的关系第41页，共58页。影响起泡性质的环境因素（1）pH 在在pI时，若溶解性好时，若溶解性好 起泡能力强，泡沫稳定性较好起泡能力强，泡沫稳定性较好，如球蛋白，面筋蛋白，乳清蛋白如球蛋白，面筋蛋白，乳清蛋白。在在pI时，若溶解度很低时，若溶解度很低 起泡能力差，但稳定性很高起泡能力差，但稳定性很高，如，如多数食品蛋白质多数食品蛋白质。在在pI以外以外 起泡能力好，稳定性差起泡能力好，稳定性差。第42页，共58页。影响起泡性质的环境因素（2）盐 盐能影响蛋白质的溶解度、粘度、盐能影响蛋白质的溶解度、粘度、展开

20、和聚集。展开和聚集。取决于盐的种类和蛋白质的性质。取决于盐的种类和蛋白质的性质。NaClNaCl大豆蛋白（盐析）大豆蛋白（盐析）促进起泡能力，降低稳定性促进起泡能力，降低稳定性 NaClNaCl乳清蛋白（盐溶）乳清蛋白（盐溶）降低起泡能力，降低稳定性降低起泡能力，降低稳定性 二价阳离子（二价阳离子（CaCa2+2+、MgMg2+2+）在蛋白质的羧基之间形成桥接在蛋白质的羧基之间形成桥接 改进起泡性和稳定性改进起泡性和稳定性第43页，共58页。影响起泡性质的环境因素（3）糖蔗糖、乳糖和其他糖能增加粘度 在界面上较难展开损害起泡能力 降低了泡沫中薄层液体的排出增强稳定性（4）脂 磷脂，具有比蛋白质

21、更好的表面活性，其以竞争的方式在界面上取代蛋白质减少了膜的厚度和粘接性，使泡沫稳定性下降。一般不含脂类的蛋白质有较好的起泡性质 有表面活性的极性脂类妨碍了吸附蛋白质的起泡性能。第44页，共58页。影响起泡性质的环境因素（5）蛋白质浓度 蛋白质浓度增加，气泡稳定性提高。蛋白质浓度的增加提高了粘度，产生了较小的气泡和坚硬的膜。蛋白质浓度为28%（w/v），起泡能力最大。（6）温度 温度降低，疏水作用下降，膨胀率下降；部分热变性可改进起泡性质过高。第45页，共58页。制备泡沫的方法 鼓泡 气体通过一个多孔的喷洒器进入一个低蛋白质浓度的水溶液（0.012）。搅打或振荡 打擦 激烈的机械应力和剪切作用

22、充气食品 预先被加压的溶液突然减压第46页，共58页。蛋白质蛋白质风味风味蛋白质蛋白质-风味风味+良好风味载体良好风味载体与不良风味结合与不良风味结合（四）风味结合性质第47页，共58页。蛋白质的构象与风味物的结合机制机制 ：非极性配位体（风味物分子）与蛋白质非极性配位体（风味物分子）与蛋白质 表面的疏水小区或空穴的相表面的疏水小区或空穴的相互作用互作用 与极性基团间的氢键和静电相互作用。与极性基团间的氢键和静电相互作用。完全可逆完全可逆 构象发生了变化构象发生了变化 打断了链段间的相互作用打断了链段间的相互作用 蛋白质结构失去稳定性蛋白质结构失去稳定性第48页，共58页。影响风味结合的因素温

23、度：影响很小。温度：影响很小。热变性：较高的结合能力。热变性：较高的结合能力。盐溶：降低风味结合（疏水作用下降）。盐溶：降低风味结合（疏水作用下降）。盐析：提高风味结合。盐析：提高风味结合。pHpH：碱性下变性，促进风味结合。：碱性下变性，促进风味结合。第49页，共58页。（五）组织化 在一定条件下，可溶性植物蛋 或乳蛋白质能够形成具有咀嚼性和良好持水性的膜状或纤维状产品的特性。这些产品在随后的水化和加热处理中仍能保持所形成的组织化特性。第50页，共58页。蛋白质组织化的机制及应用（1）热凝结和膜形成 （2）纤维形成 （3）热塑挤压第51页，共58页。第二节第二节 蛋白质的分离制备蛋白质的分离

24、制备蛋白质分离制备的工艺：原料预处理 蛋白质提取 分离提纯 干燥、包装（1）预处理包括除杂、破碎、提油、去毒等，使原料适合于所选定分离提纯方法的要求。（2）提取时应尽量采用温和的条件，防止蛋白质变性和失去所要求的功能性质。一般用水提取清蛋白，稀盐溶液（0.1mol/L NaCl）提取球蛋白。第52页，共58页。蛋白质分离制备的工艺：（3）通过常规过滤法或离心过滤法将溶剂抽提出的蛋白质溶液和渣分离，真空浓缩后直接喷雾干燥；或采用调pH值到该分离蛋白质的等电点沉淀，也可直接采用超滤、反渗透、离子交换、电渗析等分离技术来分离提纯。第53页，共58页。第三节第三节 食品加工对蛋白质的影响食品加工对蛋白

25、质的影响第54页，共58页。一、热处理有利方面：适宜的加热条件使蛋白质发生变 性，易被消化酶水解，从而提高消化率；加热还可破坏植物蛋白质胰蛋白酶和其他抗营养的抑制素。不利方面：过度加热会导致氨基酸的氧化、键交换、形成新酰胺键等，从而难以被消化酶水解，造成消化迟滞，食品的风味也随之降低。第55页，共58页。二、碱处理有利方面：蛋白质经过碱处理后，能发生很多变化，生成各种新的氨基酸。不利方面：碱处理可使精氨酸、胱氨酸、色氨酸、丝氨酸和赖氨酸等发生构型变化，由天然的L-型转变为D型，降低了营养价值。第56页，共58页。三、冷冻加工有利方面：能抑制微生物的繁殖、酶活性及化学变化，从而延缓或防止蛋白质的腐败。不利方面：解冻时间过长，会引起相当量的蛋白质降解，而且水-蛋白质结合状态被破坏，代之以蛋白质-蛋白质之间的相互作用，形成不可逆的蛋白质变性。这些变化 导致蛋白质持水力丧失。第57页，共58页。四、脱水与干燥有利方面：食品经过脱水干燥后，便于贮存与运输。不利方面：干燥时，如果温度过高，时间过长，蛋白质结构受到破坏，则引起蛋白 质的变性，因而食品的复水性降低，硬度增加，风味变劣。第58页，共58页。