1、第三节 蛋白质,3.1 氨基酸 3.2 蛋白质 3.3 蛋白质的变性 3.4 蛋白质的功能性质 3.5 新蛋白质资源,教学目的：掌握氨基酸、蛋白质、核酸的化学组成、分类、理化性质。重点掌握蛋白质的理化性质对食品加工过程中食品品质的影响。了解蛋白质的提取、分离和测定方法。 教学重点: 8种必需氨基酸、蛋白质的理化性质及功能性质、蛋白质的测定法、等电点、盐析 教学难点：8种必需氨基酸、蛋白质的分类及理化性质,概 况,1.组成 蛋白质由C、H、O、N、S、P以及某些金属元素Zn、Fe等组成的复杂大分子，它是细胞的主要成分(占干重50以上),2. 功能,1.是维持生命活动和生长所必需的物质；2. 可以
2、作为生物催化剂(酶和激素)控制机 体的生长、消化、代谢、分泌及能量转移等化学变化；3. 是机体内生物免疫作用所必需的物质，可以形成抗体以防止机体感染；4.在食品中蛋白质对食品的质地、色、香、味等方面还起着重要的作用。,3.化学组成,蛋白质虽然是复杂大分子，但是它们都含有基本结构单元氨基酸组成。 蛋白质就是由不同的氨基酸由酰胺键连接而成的，不同蛋白质分子之间的区别就在于其氨基酸组成及排布次序的不同。,氨基酸与蛋白质,4.分类 单纯蛋白：仅由氨基酸组成的蛋白质； 结合蛋白：由氨基酸和非蛋白质化合物组成（如，糖、磷酸基）； 衍生蛋白：由酶或化学方法处理蛋白质后得到的相应化合物。 # 为了满足人类对蛋
3、白质的需要，不仅要充分利用现有的蛋白质资源，研究影响蛋白质结构、性质的加工处理因素，改进蛋白质的性质，尤其是蛋白质的营养价值和功能性质，而且还应寻找新的蛋白质资源和开发蛋白质利用新技术。,3.1 氨基酸(Aminoacids：AA) 氨基酸是组成蛋白质的基本单元，天然蛋白质中一般含有20种氨基酸，另外还有一些其它较少见的氨基酸存在于自然界中并具有特殊的生物功能。一、结构与分类： 结构：除脯氨酸外，所有的氨基酸都是-氨基酸，即在-碳上有一个氨基，并且多以L-构型存在，某些微生物中有D-型氨基酸。,R: 代表不同的侧链,分类,根据氨基酸侧链R的极性不同可将其分为四类，它们分别是： 1. 碱性氨基酸
4、：侧链上带正电荷它们是赖氨酸、精氨酸、组氨酸，侧链含有氨基或亚氨基。,R基,2. 酸性氨基酸：侧链上带负电荷，它们是天冬氨酸和谷氨酸，侧链上均含一个羧基。,3. 不带电荷的极性氨基酸：此种AA侧链含有极性基团，可以形成氢键，溶解度比非极性氨基酸增大。有：丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、天冬酰胺及谷氨酰胺。,4.非极性氨基酸：具有一个疏水性侧链，在水中的溶解度比极性氨基酸低。共有：甘氨酸，丙氨酸、缬氨酸，亮氨酸、甲硫氨酸和异亮氨酸(蛋氨酸),二、氨基酸的物理性质,1. 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸的碳原子均是手性碳原子，所以具有旋光性。旋光方向和大小取决于其侧链R基性质，也与水溶液的pH有关。,
5、2. 紫外吸收：20种AA在可见区内无吸收，但在紫外光区酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸有吸收，其最大吸收波man分别为278nm、279nm和259nm，故此利用此性质对这三种氨基酸进行测定。酪氨酸、色氨酸残基同样在280nm处有最大的吸收，可用紫外分光光度法定量分析蛋白质。,# 在不同的pH条件下既可作为碱接受质子： # 又可作为酸离解出一质子： 当氨基酸呈电中性(即净电荷为零)时，所处环境的pH值即为该氨基酸的等电点(pI)。,3. 离解：在中性溶液中氨基酸是以偶极离子或两性离子的形式存在：,三、氨基酸的化学性质 氨基酸上的各个官能团可进行多种反应，在这里介绍氨基、羧基及侧链的一些主要反应：1.
6、 氨基的反应（4个）：（1）-AA 能与亚硝酸定量作用，产生氨气和羟基酸；测定N2的体积就可以计算氨基酸含量。但是，NH2与HNO2反应较慢，脯氨酸、精氨酸、组氨酸、色氨酸中的环结合氮不与HNO2作用。,（2）与醛类化合物反应：氨基与醛类化合物反应生成Schiff碱，而Schiff碱是美拉德反应中间产物，与褐变反应有关,（3）酰基化反应：例如氨基可与苄氧基甲酰氯在弱碱性条件下反应 ：,#在合成肽的过程中可利用此反应保护氨基,（4)烃基化反应：AA-氨基可以与二硝基氟苯反应生成稳定的黄色化合物：,该反应可用于对肽的N一末端氨基酸来进行分析。,2. 羧基的反应（2个）,（1）成酯或成盐反应： 氨基
7、酸在干燥HCl存在下与无水甲醇或乙醇作用生成甲酯或乙酯：,（2）脱羧反应：大肠杆菌中含有一种谷氨酸脱羧酶，可使谷氨酸脱羧。,3. 由氨基与羧基共同参加的反应（2个）：（1）形成肽键（酰胺键）：氨基酸之间的羧基和氨基缩合反应，可以形成肽：,（2）与茚三酮反应：在微酸性条件下茚三酮与氨基酸共热可发生下列反应，终产物为蓝紫色化合物，可用于氨基酸的定性、定量分析。只有脯氨酸生成黄色化金物。,4. 侧链的反应,1.-氨基酸的侧链R基反应：（）R基上含有酚基，可还原Folin血试剂，生成钼蓝和钨蓝，可用于蛋白质的定量分析；,（）R基上含有巯基（SH ），在氧化剂存在下生成双硫健（SS），在还原剂存在下亦可
8、重新变为一SH基等。,（）R基上含有羟基（OH），可以发生磷酸化。,-OH+P O-P,四、氨基酸的制备方法,1. 蛋白质水解：天然蛋白质用酸、碱或酶催化水 解，生成游离氨基酸，然后通过等电析出使之结晶，再经精制而得到各种氨基酸。其中以酶法水解较为理想。,2. 人工合成法：一般只用于制备少数难以用其它方法制备的氨基酸，如色氨酸、甲硫氨酸。,3. 生物发酵法：可以用来制备多种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸、g-氨基丁酸（GABA）等在生产上应用最多。,3.2 蛋白质,一、蛋白质的结构： 蛋白质是以AA为基本结构单位构成的结构复杂高分子化合物。其结构分为低级结构（一级结构）和高级结构（二、三、四级结构）
9、： 1. 一级结构：是氨基酸通过肽键（酰胺键）组成的肽链中，氨基酸残基的种类、数目、排列顺序为Pr的一级结构。 在多肽链中带有氨基的一端称作N端，而带有羧基的一端称作C端。,2. 二级结构：指多肽链借助氢键排列成沿一个方 向、具有周期性结构的构象，并不考虑侧链的构象和片断间的关系。Pr的二级结构主要有-螺旋和-折叠，氢键在其中起着稳定构象的作用。,3. 三级结构：是指多肽链借助各种作用力在二级结构基础上，进一步折叠卷曲形成紧密的复杂球形分子的结构。 稳定蛋白质三级结构的作用力有氢键、离子键、二硫键和范德华力。,肌球素的三级结构,肌球素的三级结构,4. 四级结构：蛋白质的四级结构是二条或多条肽链
10、之间以特殊方式结合，形成有生物活性的蛋白质；其中每条肽键都有自己的一、二、三级结构，这些肽链称为亚基，它们可以相同，也可以不同。,四级结构,一级结构二级结构三级结构四级结构,蛋白质的各种结构的关系,二、蛋白质的分类,蛋白质根据其化学组成和溶解度分为三大类：即单纯蛋白质、结合蛋白质和衍生蛋白质。 (一)单纯蛋白质：仅含氨基酸的一类蛋白质： 1清蛋白(Albumin)：它们是分子量很低的蛋白质，能溶于中性无盐的水中。例如蛋清蛋白、乳清蛋白、血清蛋白、牛乳中的乳清蛋白、谷物中的麦谷蛋白和豆科种子里的豆白蛋白等即是。,2球蛋白(Globulin)：不溶于水，但可溶于稀酸、稀碱及中性盐溶液，如牛乳中的乳
11、清球蛋白、血清球蛋白，肉中的肌球蛋白和肌动蛋白与大豆中的大豆球蛋白即是。,3谷蛋白(Glutelin)：不溶于水、乙醇及盐溶液中，能溶于很稀的酸和碱溶液中。例如小麦中的谷蛋白和水稻中的米谷蛋白即是。,4醇溶谷蛋白(Prolamines)：不溶于水及中性有机溶剂中，能溶于5090酒精中。例如玉米醇溶谷蛋白。,5硬蛋白(Scleroprotein)：不溶于水和中性溶剂 中并能抵抗酶的水解。这是一种具有结构功能和结合功能的纤维状蛋白。例如肌肉中的胶原蛋白、腱中的弹性蛋白和毛发及角蹄中的角蛋白。,6组蛋白(Histone)：为一种碱性蛋白质，因为它含有大量的赖氨酸和精氨酸，能溶于水中。,7鱼精蛋白(P
12、rotamine)：为一种低分子量(4008000Da)的碱性很强的蛋白质，它含有丰富的精氨酸，例如鲱鱼中的鲱精蛋白。,(二)结合蛋白质,结合蛋白质：是单纯蛋白质与非蛋白质成分，如碳水化合物、油脂、核酸、金属离子或磷酸盐结合而成的蛋白质。 1脂蛋白：为油脂与蛋白质结合的复合物，具有极性的乳化能力，存在于牛乳和蛋黄中。与蛋白质结合的油脂有甘油三脂、磷脂、胆固醇及其衍生物。有些蛋白质如视紫红蛋白能与细胞的生物膜相结合，与生物膜的脂双层结合的部分为富含疏水氨基酸的肽段，它们呈一螺旋结构，这类蛋白质称为膜蛋白。,2糖蛋白：糖蛋白是碳水化合物与蛋白质结合的复合物。这些碳水化合物是氨基葡萄糖、氨基半乳糖、
13、半乳糖、甘露糖、海藻糖等中的一种或多种，与蛋白质间的共价键或羟基生成配糖体。糖蛋白可溶于碱性溶液。哺乳动物的物的粘性分泌物、血浆蛋白、卵粘蛋白及大豆某些部位中之蛋白质都属于糖蛋白。,3核蛋白：由核酸与蛋白质结合而成的复合物。存在细胞核及核糖体中。,4磷蛋白：为许多主要食物中一种很重要的蛋白质。磷酸基团是与丝氨酸或苏氨酸中的羟基结合，如牛乳中的酪蛋白和鸡蛋黄中的磷蛋白即是。,5色蛋白：为蛋白质与有色辅基结合而成的复合物，后者多为金属。色蛋白有许多种，如血红蛋白、肌红蛋白、叶绿素蛋白及黄素蛋白等。,肌红蛋白,(三) 衍生蛋白质,衍生蛋白质是用化学方法或酶学方法处理蛋白质得到的一类衍生物。 根据其变
14、化程度可分为： 一级衍生物：一级衍生物的改性程度较小、不溶于水，如凝乳酶凝结的酪蛋白。,二级衍生物：二级衍生物改性程度较大，包括(proteose) (peptone)胨和肽(peptide)，这些降解产物因在大小和溶解度上有所不同，溶于水、加热不凝集，在许多食品加工过程中如干酪成熟时易生成肽这类降解产物。,三、蛋白质的物理化学性质,1. 蛋白质的酸碱性质 蛋白质是两性电解质，分子内既有游离氨基，又有游离羧基，同时又侧链基团如COOH、 -NH2、咪唑基、胍基等。在一定条件下，这些基团解离为带电基团，从而是蛋白质带电，所带电荷的性质和数量与可解离基团有关，也与溶液的pH值有关。 蛋白质在某pH
15、值时其所带电荷数为零，此时它所在溶液的pH就是它的等电点pI 。当 pH pI 时蛋白质为阴离子，在电场中可向阳极移动；而当 pH pI 时蛋白质作为阳离子，在电场中向阴极移动。,2.蛋白质的水解,蛋白质经过酸、碱或酶催化水解后，经过一系列中间产物，最后生成氨基酸，中间产物主要是蛋白胨和各种肽类：状态：蛋白质 蛋白胨 小肽 二肽 氨基酸大小：10kDa 10kDa 10的条件下，高浓度的蛋白溶液通过静电斥力而分子离解并充分伸展。 制作方法：将该溶液在高压下通过一个有许多小孔的喷头,六、面团的形成(Dough formation),1.面团的形成： 小麦胚乳中面筋蛋白质在有水存在下室温混和、揉捏
16、能够形成强内聚力和粘弹性糊状物，这是小麦面粉转化为面包面团，并经发酵烘烤形成面包的基础。2.面团形成的本质：面筋蛋白主要由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成，面团的特性与它们密切相关。,影响面团的因素：（1）在面包制作过程中麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的平衡非常重要。大分子的麦谷蛋白与面包的强度有关，它的含量过高会抑制发酵过程中残留CO2的膨胀，抑制面团的鼓起；麦醇溶蛋白含量过高会导致过度的膨胀，产生的面筋膜易破裂和易渗透，面团塌陷。,（2）在面团中加入极性脂类、变性球蛋白有利于麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的相互作用，提高面筋的网络结构，而中性脂肪、球蛋白则不利面团网络结构的形成。,（3）面筋蛋白的组成：面筋蛋白中大量
17、的谷氨酰胺与羟基氨基酸易形成氢键，使面筋具有吸水能力和粘聚性质，含有一SH 的面筋蛋白能形成双硫键，在面团中它们紧密连在一起。当面粉被揉捏时分子伸展，二硫键形成，疏水作用增强，面筋蛋白转化形成了立体的具有粘弹性的蛋白质网络。 加入还原剂能破坏SS,则可破坏面团的内聚结构，但加入KBrO3氧化剂则有利于面团的弹性和韧性。,兰州拉面的制作巧妙运用了面粉的物理性能，即面筋蛋白质的延伸性和弹性。 用新鲜的高筋面粉加适量碱，和面的水温30，因如此面中的蛋白质吸水性高，面筋多，面的延伸性和弹性最好醒面，可使蛋白质有充分的吸水时间溜条，将面反复捣、揉、抻、摔，增加面筋的强度,七、乳化性质 (Emulsify
18、ing properties) 1.蛋白质在食品乳胶体中的稳定作用： 许多食品（如牛乳、冰淇淋）属于乳胶体，蛋白质对稳定这些乳胶体起着重要作用。可溶性Pr的乳化特性是由于Pr具有亲水基团和疏水基团，它们浓集在油-水表面，降低体系的表面张力和减少形成乳浊液所需的能量。一般认为蛋白质的疏水性越大，界面上吸附的蛋白质浓度越大，界面张力越小，乳浊液因而也就更稳定。,2.影响乳化作用的因素： （1） Pr的种类： 球蛋白（如血清蛋白、乳清蛋白）具有很稳定的结构和很强的亲水性，故不是很好的乳化剂； 酪蛋白由于其无规则卷曲的结构特点及肽链上的高度亲水区域和高度疏水区域是很好的乳化剂。 大豆蛋白离析物、肉和鱼
19、肉蛋白质等也是很好的乳化剂。,（2） 蛋白质的溶解度：与其乳化性质呈正相关。一般来讲，蛋白质的溶解性有利于蛋白质的乳化性，如肉糜中有NaCl存在时（0.51M）可提高蛋白质的乳化容量。不过一旦乳浊液形成，不溶蛋白质对其稳定性起促进作用。,（3）pH对乳化作用的影响：因蛋白质种类的不同而不同， 如明胶、卵清蛋白在pI时具有良好的乳化性，而大多蛋白质如大豆蛋白、花生蛋白、酪蛋白、肌原纤维蛋白、乳清蛋白等在非PI时的乳化性更好，因为此时氨基酸侧链的离解，产生了有利于乳浊液稳定的静电斥力，避免了液滴的聚集同时还有利于蛋白质的溶解。,（4）加热：加热会降低吸附在界面上蛋白质膜的粘度，因而降低乳浊液的稳定
20、性，但是如果加热蛋白质产生了胶凝作用就能提高其粘度和硬度，提高乳浊液的稳定性，例如肌原纤维蛋白的胶凝作用对灌肠等食品的乳浊稳定性十分有益，它提高了保水性和脂肪的稳定性，还增强了粘结性。,（5）表面活性剂：低分子表面活性剂不利于蛋白质乳浊液的稳定性，它们会降低蛋白膜的硬度，减弱了蛋白质吸附于界面的作用力，从而降低乳液的稳定性。,八、发泡性质（Foaming properties）,1.食品泡沫：食品泡沫通常是气泡在连续的液相或含可溶性表面活性剂的半固相中形成的分散体系。 如蛋白质酥皮、蛋糕、棉花糖、冰淇淋、蛋奶酥、啤酒泡沫、奶油冻等。,分布均匀的细微气泡可以使食品产生稠性、细腻和松软性，提高分散
21、性和风味感。,糖类通常能抑制泡沫膨胀，但可提高泡沫的稳定性。后者是因为糖类物质能增大体相粘度，降低了薄片流体的脱水速率。由于糖类提高了蛋白质结构的稳定性，使蛋白质不能够在界面吸附和伸长，因此，在搅打时蛋白质就很难产生大的界面面积和大的泡沫体积。所以制作蛋白酥皮和其它含糖泡沫甜食，最好在泡沫膨胀后再加入糖。,脂类会严重损害蛋白质的起泡性能，因此，无磷脂的大豆蛋白质制品、不含蛋黄的蛋白质、“澄清的”乳清蛋白或低脂乳清蛋白离析物与它们的含脂对应物相比，其起泡性能更好。这可能是由于具有表面活性的脂类化合物占据了空气-水界面，对吸附蛋白质膜的最适宜构象产生干扰，从而抑制了蛋白质在界面的吸附，使泡沫的内聚
22、力和粘弹性降低，最终造成搅打过程中泡沫破裂。,蛋白质加热部分变性，可改善泡沫的起泡性。因此在产生泡沫前，适当加热处理可提高大豆蛋白（70-80）、乳清蛋白（4060）、卵清蛋白（卵清蛋白和溶菌酶）等蛋白质的起泡性能，热处理虽然能增加膨胀量，但会使泡沫稳定性降低。若用比上述更剧烈的条件热处理则会损害起泡能力。,要想形成足够量的泡沫，必须使搅动的持续时间和强度适合于蛋白质的充分伸展和吸附。过度强烈搅拌会降低膨胀量和泡沫的稳定性，卵清对过度搅拌特别敏感，搅打卵清蛋白超过68min可引起蛋白质在空气-水界面发生聚集-絮凝。这些不溶解的蛋白质在界面不能被完全吸附，使液体薄片的粘性不能满足泡沫高度稳定性的
23、要求。,大多数蛋白质是一种复合蛋白，因此，它们的起泡性质受吸附在界面上的蛋白质组分之间的相互作用影响。例如，蛋清之所以具有优良的起泡性能，是与它的蛋白质组成有关。酸性蛋白质如果适当与碱性蛋白结合，则可提高起泡性，蛋白质的乳化能力和起泡能力之间不存在紧密的相关性。,意大利咖啡卡布奇诺（cappuccino）意大利特浓（Espresso）等的调制中常用到奶沫，而奶沫是用搅打热牛奶来制作的。鸡蛋糕的制作中就利用了蛋白质的起泡性,3.5 新蛋白质资源,开发利用传统蛋白质资源和新蛋白质资源是目前研究、发展的方向，对传统蛋白的研究则主要集中于对大豆蛋白的开发利用，而在新蛋白质资源中单细胞蛋白、叶蛋白、藻类
24、蛋白等是研究的主要方向。,一、大豆蛋白和其它油籽蛋白 在油籽作物中以大豆蛋白最为重要，一是因为它的种植面积非常大，二是它的必需氨基酸组成与动物蛋白十分接近。大豆经脱脂加工以得到三种不同的商品大豆蛋白： 1.脱脂豆粉：大豆脱皮压浸去油脂蛋白质和碳水化合物加热灭活抗营养因子胰蛋白酶抑制物和血球凝集素脱脂豆粉（蛋白质含量约为50）。,2.浓缩大豆蛋白： 脱脂豆粉用PH4.5水或含一定浓度乙醇的水浸提处理除去低聚糖(胀气因子)和降低胰蛋白酶抑制物的量 蛋白质的含量在70左右。由于浸提使脱脂豆粉中相当量的蛋白质损失。,3.大豆蛋白分离物(大豆分离蛋白)： 脱脂豆粉用PH10的稀碱浸提分离出残渣后溶液酸化
25、至等电点 沉淀中和 干燥大豆分离蛋白，在水中的溶解度也比前二者高，但回收率较浓缩蛋白低得多。,二、单细胞蛋白,单细胞蛋白一般是指以微生物中的蛋白质作为食物蛋白，其优点是单细胞蛋白的生产一般不受气候、地域条件的限制，生长繁殖快，产量高，易控制。它们主要有酵母蛋白，细菌蛋白，藻类和真菌蛋白。,酵母蛋白：它们的蛋白质的含量超过了干重的一半，缺乏含硫氨基酸，其生物价可因添加甲硫氨酸而增加；但由于含有较高量的核酸，若摄入过量则会形成尿酸的血浆液水平升高，造成代谢紊乱。一般它们可作为动物饲料蛋白用，也可经化学分离提取蛋白或去掉核酸后供人食用。,细菌蛋白：细菌蛋白的生产一般是以碳氢化合物或甲醇作为底物，它们
26、的蛋白含量占干重的34以上，缺乏含硫氨基酸一般不直接食用。常作为饲料蛋白或经过加工以用作为食用蛋白原料。,藻类： 以小球藻和螺旋藻最引人注意，二者蛋白含量分别为50、60(干重)，必需氨基酸中除含硫氨基酸较少外，其它必需氨基酸丰富。,真菌： 蘑菇是食用最广的一种食用真菌它的蛋白质含量较低(不超过干重30，鲜蘑菇中蛋白质约4)，其蛋白质也不是完全蛋白。,三、叶蛋白,植物的叶片是进行光合作用及合成蛋白质的场所，许多禾谷类、豆类作物的叶片中约含24%Pr。若经过脱色处理后会改善其适口性，添加到谷类食物中提高谷类食物中赖氨酸的不足。,四、鱼蛋白,生鱼磨粉后，用有机溶剂浸提除掉脂类和水分，再经适当的研磨制成颗料即为无臭味的浓缩鱼蛋白，其蛋白质含量达75以上。鱼蛋白的必需氨基酸组成与鸡蛋蛋白、酪蛋白相似，但是它的一些功能性质如溶解性、分散性、吸湿性等不好，所以不太适用于食品加工。必须经过一些特殊的加工处理后方可在食品中应用，如组织化、水解等。降低了Pr的溶度并可能产生焦糊味；,二、解释下列名词： 1、蛋白质的等电点 2、蛋白质的一、二、三、四级结构 3、蛋白质的不可逆性 4、蛋白质的盐析 5、米伦氏反应,
