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《食品化学与营养学》课程教案(食品化学部分)第四章 蛋白质

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第四章蛋白质 一、概述 根据蛋白质的分子组成,蛋白质可分为两类: 简单蛋白质:仅含有氨基酸的蛋白质; 结合蛋白质:由氨基酸和非蛋白质成分组成。结合蛋白质中的非蛋白质成分称为辅基。 根据辅基的不同可将结合蛋白质分为: 核蛋白:如核糖体蛋白, 脂蛋白:如高密度脂蛋白, 糖蛋白:如血浆粘蛋白,
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食品化学与营养学》教案 食品化学部分 第四章蛋白质 概述 根据蛋白质的分子组成,蛋白质可分为两类: 简单蛋白质:仅含有氨基酸的蛋白质 结合蛋白质:由氨基酸和非蛋白质成分组成。结合蛋白质中的非蛋白质成分称为辅基 根据辅基的不同可将结合蛋白质分为: 核蛋白:如核糖体蛋白, 脂蛋白:如高密度脂蛋白, 糖蛋白:如血浆粘蛋白, 磷蛋白:如酪蛋白 血红素蛋白:如血红蛋白, 金属蛋白:如醇脱氢酶 根据蛋白质的空间形状可分为 纤维蛋白:胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白; 球蛋白:溶菌酶;混合蛋白:肌动蛋白等。 根据蛋白质的功能性质分类:结构蛋白,生物活性蛋白,食品蛋白。 蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用 1蛋白质与水的相互作用:蛋白质的水溶性 蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键(偶极-偶极相互作用或氢键),或氨基 酸的侧链(解离的、极性甚至非极性基团)同水分子之间发生了相互作用 影响蛋白质水溶性的应素很多 (1)pH>pl时,蛋白质带负电荷,pH=pl时,蛋白质不带电荷,pH<pl时,蛋白质带正 电荷。溶液的pH低于或高于蛋白质的pl都有利于蛋白质水溶性的增加,一方面是加强了蛋 白质与水分子的相互作用,另一方面蛋白质链之间的相互排斥作用。等电沉淀。 (2)离子强度:μ=0.5∑CiZi,Ci表示离子强度,i表示离子价数。盐溶:当溶液 中的中性盐浓度在0.5mol/L时,可增加蛋白质的溶解性,盐作用减弱蛋白质分子之间的相 互作用。盐析:当溶液中的中性盐的浓度大于1mol/L时,蛋白质会沉淀析出,这是盐与蛋 白质竞争水分的结果。不同盐类对蛋白质的盐析作用强弱不同。将这种强弱顺序称为感胶离 FF: S04<F<CH3C00'<CI<Br<NO, <I<CI O4 <SCN, NHA'cK'<Na'<Li'<Mg"<Ca" (3)非水溶剂:有些有机溶剂可引起蛋白质变性沉淀,主要是有机溶剂降低了水的介 电常数,蛋白质之间的静电斥力降低。 (4)温度:温度低于40-50℃时,随温度的增大水溶性增大,当温度大于50℃,随温

《食品化学与营养学》教案 食品化学部分 13 第四章 蛋白质 一、概述 根据蛋白质的分子组成,蛋白质可分为两类: 简单蛋白质:仅含有氨基酸的蛋白质; 结合蛋白质:由氨基酸和非蛋白质成分组成。结合蛋白质中的非蛋白质成分称为辅基。 根据辅基的不同可将结合蛋白质分为: 核蛋白:如核糖体蛋白, 脂蛋白:如高密度脂蛋白, 糖蛋白:如血浆粘蛋白, 磷蛋白:如酪蛋白, 血红素蛋白:如血红蛋白, 金属蛋白:如醇脱氢酶。 根据蛋白质的空间形状可分为: 纤维蛋白:胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白; 球蛋白:溶菌酶;混合蛋白:肌动蛋白等。 根据蛋白质的功能性质分类:结构蛋白,生物活性蛋白,食品蛋白。 二、蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用 1 蛋白质与水的相互作用:蛋白质的水溶性 蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键(偶极-偶极相互作用或氢键),或氨基 酸的侧链(解离的、极性甚至非极性基团)同水分子之间发生了相互作用。 影响蛋白质水溶性的应素很多: (1)pH>pI 时,蛋白质带负电荷,pH=pI 时,蛋白质不带电荷,pH<pI 时,蛋白质带正 电荷。溶液的 pH 低于或高于蛋白质的 pI 都有利于蛋白质水溶性的增加,一方面是加强了蛋 白质与水分子的相互作用,另一方面蛋白质链之间的相互排斥作用。等电沉淀。 (2)离子强度:μ=0.5∑CiZi2 ,Ci 表示离子强度,Zi 表示离子价数。盐溶:当溶液 中的中性盐浓度在 0.5mol/L 时,可增加蛋白质的溶解性,盐作用减弱蛋白质分子之间的相 互作用。盐析:当溶液中的中性盐的浓度大于 1mol/L 时,蛋白质会沉淀析出,这是盐与蛋 白质竞争水分的结果。不同盐类对蛋白质的盐析作用强弱不同。将这种强弱顺序称为感胶离 子序:SO42-<F- <CH3COO- <Cl- <Br- <NO3 - <I- <ClO4 - <SCN- ,NH4 + <K+ <Na+ <Li+ <Mg2+ <Ca2+ 。 (3)非水溶剂:有些有机溶剂可引起蛋白质变性沉淀,主要是有机溶剂降低了水的介 电常数,蛋白质之间的静电斥力降低。 (4)温度:温度低于 40-50℃时,随温度的增大水溶性增大,当温度大于 50℃,随温

食品化学与营养学》教案 食品化学部分 度的增大,水溶性降低 根据蛋白质的溶解性对蛋白质分类;(1)清蛋白:可溶于pH6.6的水中,血清清蛋白, 卵清蛋白,α-乳清蛋白;(2)球蛋白:能溶于pH7的稀碱溶液,β-乳球蛋白;(3)醇溶蛋 白:能溶于η0%的乙醇,玉米醇溶蛋白;(4)谷蛋白:在上述溶剂中都不溶解,但可溶于酸 (pH2)或碱(pH12)。 2织构化 在许多食品体系中,蛋白质是构成食品结构和质地的基础,无论是生物组织(鱼和肉的 肌原纤维蛋白),还是配制食品(如面团、香肠、肉糜等)。还可以通过织构化加工植物蛋白 使其具有咀嚼性及持水性的纤维状产品 般蛋白质织构化的方法有 (1)热凝固和薄膜形成:豆浆在95℃保持几小时,表面会形成一层薄膜,如腐竹的生 产。一般工业化蛋白质织构化是在光滑的金属表面进行的; (2)纤维形成:纤维纺丝。大豆蛋白纺丝:在pH10时制备高浓度10-40%的纺丝溶液 脱气→澄清→通过管蕊板,每平方厘米1000孔,孔径为50-150μm→酸性氯化钠溶液(等 电沉淀或盐析)→压缩→成品。 (3)热塑挤压:使蛋白质中的含水量为10-30%,在高压下10000-2000kPa,使其在 20-150s内温度升高到150-200℃。挤压通过蕊板,一般在蛋白质中加入淀粉可改善其质地 3凝胶形成 蛋白质形成凝胶的机制和相互作用至今还没有完全研究清楚,但有研究表明蛋白质形成 凝胶有两个过程,首先是蛋白质变性而伸展,而后是伸展的蛋白质之间相互作用而积聚形成 有序的蛋白质网络结构。 影响蛋白质凝胶形成的因素有 (1)蛋白质的浓度:蛋白质溶液的浓度越大越有利于蛋白质凝胶的形成,高浓度蛋白 质可在不加热、与等电点相差很大的pH条件下形成凝胶。 (2)蛋白质的结构:蛋白质中二硫键含量越高,形成的凝胶的强度也越高,甚至可以 形成不可逆凝胶,如卵清蛋白,β-乳球蛋白。相反含二硫键少的蛋白质可形成可逆凝胶 如白明胶等 (3)添加物:不同的蛋白质相互混合,可促进凝胶的形成,将这种现象称为蛋白质的 共凝胶作用。在蛋白质溶液中添加多糖,如在带正电荷的明胶与带负电荷的褐藻酸盐或果胶 酸盐之间通过离子相互作用形成高熔点凝胶。 (4)pH:pH在pl附近时易形成凝胶。 4面团形成 小麦胚乳中的面筋蛋白质在当有水分存在时在室温下混合和揉搓能够形成强内聚力和 粘弹性糊状物的过程。水合的面粉在混合揉搓时,面筋蛋白质开始取向,排列成行或部分伸

《食品化学与营养学》教案 食品化学部分 14 度的增大,水溶性降低。 根据蛋白质的溶解性对蛋白质分类:(1)清蛋白:可溶于 pH6.6 的水中,血清清蛋白, 卵清蛋白,α-乳清蛋白;(2)球蛋白:能溶于 pH7 的稀碱溶液,β-乳球蛋白;(3)醇溶蛋 白:能溶于 70%的乙醇,玉米醇溶蛋白;(4)谷蛋白:在上述溶剂中都不溶解,但可溶于酸 (pH2)或碱(pH12)。 2 织构化 在许多食品体系中,蛋白质是构成食品结构和质地的基础,无论是生物组织(鱼和肉的 肌原纤维蛋白),还是配制食品(如面团、香肠、肉糜等)。还可以通过织构化加工植物蛋白 使其具有咀嚼性及持水性的纤维状产品。 一般蛋白质织构化的方法有: (1)热凝固和薄膜形成:豆浆在 95℃保持几小时,表面会形成一层薄膜,如腐竹的生 产。一般工业化蛋白质织构化是在光滑的金属表面进行的; (2)纤维形成:纤维纺丝。大豆蛋白纺丝:在 pH10 时制备高浓度 10-40%的纺丝溶液 →脱气→澄清→通过管蕊板,每平方厘米 1000 孔,孔径为 50-150μm→酸性氯化钠溶液(等 电沉淀或盐析)→压缩→成品。 (3)热塑挤压:使蛋白质中的含水量为 10-30%,在高压下 10000-20000kPa,使其在 20-150s 内温度升高到 150-200℃。挤压通过蕊板,一般在蛋白质中加入淀粉可改善其质地。 3 凝胶形成 蛋白质形成凝胶的机制和相互作用至今还没有完全研究清楚,但有研究表明蛋白质形成 凝胶有两个过程,首先是蛋白质变性而伸展,而后是伸展的蛋白质之间相互作用而积聚形成 有序的蛋白质网络结构。 影响蛋白质凝胶形成的因素有: (1)蛋白质的浓度:蛋白质溶液的浓度越大越有利于蛋白质凝胶的形成,高浓度蛋白 质可在不加热、与等电点相差很大的 pH 条件下形成凝胶。 (2)蛋白质的结构:蛋白质中二硫键含量越高,形成的凝胶的强度也越高,甚至可以 形成不可逆凝胶,如卵清蛋白,β-乳球蛋白。相反含二硫键少的蛋白质可形成可逆凝胶, 如白明胶等。 (3)添加物:不同的蛋白质相互混合,可促进凝胶的形成,将这种现象称为蛋白质的 共凝胶作用。在蛋白质溶液中添加多糖,如在带正电荷的明胶与带负电荷的褐藻酸盐或果胶 酸盐之间通过离子相互作用形成高熔点凝胶。 (4)pH:pH 在 pI 附近时易形成凝胶。 4 面团形成 小麦胚乳中的面筋蛋白质在当有水分存在时在室温下混合和揉搓能够形成强内聚力和 粘弹性糊状物的过程。水合的面粉在混合揉搓时,面筋蛋白质开始取向,排列成行或部分伸

食品化学与营养学》教案 食品化学部分 展,这样将增强蛋白质的疏水相互作用并通过二硫交换反应形成二硫键。最初的面筋颗粒形 成薄膜,形成三维空间上具有粘弹性的蛋白质网络。 影响蛋白质面团形成的因素有很多 (1)氧化还原剂:还原剂可引起二硫键的断裂,不利于面团的形成,如半胱氨酸;相 反氧化剂可增强面团的韧性和弹性,如溴酸盐; (2)面筋含量:面筋含量高的面粉需要长时间揉搓才能形成性能良好的面团,对低面 筋含量的面粉揉搓时间不能太长,否则会破坏形成的面团的网络结构而不利于面团的形成 (3)面筋蛋白质的种类:利用不同比例的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白进行实验,发现麦谷 蛋白决定面团的弹性、粘结性、混合耐受性等,而麦醇溶蛋白决定面团的延伸性和膨胀性。 5乳化性质 蛋白质在许多乳胶体食品体系中起着重要的作用,如牛奶、冰淇淋、肉馅等。蛋白质对 水/油体系的稳定性差,而对油/水体系的稳定性好 影响蛋白质乳化的因素 (1)盐:0.5-1.0mol/L的氯化钠有利于肉馅中蛋白质的乳化 (2)蛋白质的溶解性:蛋白质的溶解性越好,其乳化性也越好,但蛋白质的乳化性主 要与蛋白质的亲水-亲油平衡性有关; (3)pH:有些蛋白质在pl时乳化性最好,而有些蛋白质在p乳化性最差; (4)热作用:热不利于蛋白质乳化性的发挥。 6起泡性质 在食品体系中蛋白质起泡的现象非常常见,如蛋糕、棉花糖、蛋奶酥、啤酒泡沫、面包 等。蛋白质泡沫其实质蛋白质在一定条件下与水分、空气形成的一种特殊形态的混合物。 影响蛋白质起泡的因素有 1)盐类:氯化钠一般能提高蛋白质的发泡性能,但会使泡沫的稳定性降低,Ca则能 提高蛋白质泡沫的稳定性。 (2)糖类:糖类会抑制蛋白质起泡,但可以提高蛋白质泡沫的稳定性。 (3)脂类:脂类对蛋白质的起泡和泡沫的稳定性都不利。 (4)其他:蛋白质浓度为2-8%时,起泡效果最好,除此之外还与搅拌时间,强度、方 向等有关。 有时由于蛋白质的起泡而影响加工工艺的操作,要对蛋白质泡沫进行消除,常用的方法 就是加入消泡剂一一硅油。 7风味结合作用 蛋白质可以使食品中的挥发性风味化合物在贮藏及加工过程中不发生变化,并在进入口 腔时完全不失真的释放出来 影响蛋白质风味结合作用的因素有:

《食品化学与营养学》教案 食品化学部分 15 展,这样将增强蛋白质的疏水相互作用并通过二硫交换反应形成二硫键。最初的面筋颗粒形 成薄膜,形成三维空间上具有粘弹性的蛋白质网络。 影响蛋白质面团形成的因素有很多: (1)氧化还原剂:还原剂可引起二硫键的断裂,不利于面团的形成,如半胱氨酸;相 反氧化剂可增强面团的韧性和弹性,如溴酸盐; (2)面筋含量:面筋含量高的面粉需要长时间揉搓才能形成性能良好的面团,对低面 筋含量的面粉揉搓时间不能太长,否则会破坏形成的面团的网络结构而不利于面团的形成; (3)面筋蛋白质的种类:利用不同比例的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白进行实验,发现麦谷 蛋白决定面团的弹性、粘结性、混合耐受性等,而麦醇溶蛋白决定面团的延伸性和膨胀性。 5 乳化性质 蛋白质在许多乳胶体食品体系中起着重要的作用,如牛奶、冰淇淋、肉馅等。蛋白质对 水/油体系的稳定性差,而对油/水体系的稳定性好。 影响蛋白质乳化的因素: (1)盐:0.5-1.0mol/L 的氯化钠有利于肉馅中蛋白质的乳化; (2)蛋白质的溶解性:蛋白质的溶解性越好,其乳化性也越好,但蛋白质的乳化性主 要与蛋白质的亲水-亲油平衡性有关; (3)pH:有些蛋白质在 pI 时乳化性最好,而有些蛋白质在 pI 乳化性最差; (4)热作用:热不利于蛋白质乳化性的发挥。 6 起泡性质 在食品体系中蛋白质起泡的现象非常常见,如蛋糕、棉花糖、蛋奶酥、啤酒泡沫、面包 等。蛋白质泡沫其实质蛋白质在一定条件下与水分、空气形成的一种特殊形态的混合物。 影响蛋白质起泡的因素有: (1)盐类:氯化钠一般能提高蛋白质的发泡性能,但会使泡沫的稳定性降低,Ca2+则能 提高蛋白质泡沫的稳定性。 (2)糖类:糖类会抑制蛋白质起泡,但可以提高蛋白质泡沫的稳定性。 (3)脂类:脂类对蛋白质的起泡和泡沫的稳定性都不利。 (4)其他:蛋白质浓度为 2-8%时,起泡效果最好,除此之外还与搅拌时间,强度、方 向等有关。 有时由于蛋白质的起泡而影响加工工艺的操作,要对蛋白质泡沫进行消除,常用的方法 就是加入消泡剂——硅油。 7 风味结合作用 蛋白质可以使食品中的挥发性风味化合物在贮藏及加工过程中不发生变化,并在进入口 腔时完全不失真的释放出来。 影响蛋白质风味结合作用的因素有:

食品化学与营养学》教案 食品化学部分 (1)水:水可以提高蛋白质对极性风味化合物的结合作用,但对非极性风味化合物的 结合没有影响; (2)盐:凡能使蛋白质解离或二硫键断裂的盐类,都能提高蛋白质的风味结合能力 (3)水解作用:蛋白质水解后其风味结合作用严重被破坏 (4)热变性:热变性一般会使蛋白质的风味结合作用有所加强; (5)其他:脱水,脂类存在。 三、蛋白质在加工贮藏过程中的变化 1蛋白质的变性 蛋白质变性是指当天然蛋白质受到物理或化学因素的影响时,使蛋白质分子内部的二 三、四级结构发生异常变化,从而导致生物功能丧失或物理化学性质改变的现象。常见的引 起蛋白质变性的因素有:物理因素:热作用、高压、剧烈震荡、辐射等;化学因素有:酸 碱、重金属离子、高浓度盐、有机溶剂等。 变性对蛋白质功能性质的影响 (1)失去生物活性,如酶、免疫球蛋白等 (2)理化性质改变:不能结晶、溶解度降低、特性粘度增大、旋光值改变等; (3)生物化学性质改变:营养功能,血蛋白持氧能力 (4)构象发生改变。 2加工对蛋白质营养价值的彩响 (1)热变性虽然会导致蛋白质生物活性的丧失,但经热变性后的蛋白质更易于消化吸 (2)热烫或蒸煮可以使对食品保藏不利的酶失活,如脂酶、脂肪氧化酶、多酚氧化酶 从而可以防止食品在贮藏过程中发生变色、风味变差、维生素损失等现象 (3)热变性可使一些具有毒性的蛋白质和抗营养因子失活,如肉毒杆菌毒素在100℃ 失活,而金黄色葡萄球菌毒素在100℃仍然不失活,蛋白酶抑制剂、凝集素等 四、蛋白质新资源 (1)单细胞蛋白质:酵母:产朊假丝酵母;细菌:丝菌、杄菌;藻类:螺旋藻;真菌: 洋菇等。 (2)叶蛋白:苜蓿、甘薯等 (3)浓缩鱼蛋白

《食品化学与营养学》教案 食品化学部分 16 (1)水:水可以提高蛋白质对极性风味化合物的结合作用,但对非极性风味化合物的 结合没有影响; (2)盐:凡能使蛋白质解离或二硫键断裂的盐类,都能提高蛋白质的风味结合能力; (3)水解作用:蛋白质水解后其风味结合作用严重被破坏; (4)热变性:热变性一般会使蛋白质的风味结合作用有所加强; (5)其他:脱水,脂类存在。 三、蛋白质在加工贮藏过程中的变化 1 蛋白质的变性 蛋白质变性是指当天然蛋白质受到物理或化学因素的影响时,使蛋白质分子内部的二、 三、四级结构发生异常变化,从而导致生物功能丧失或物理化学性质改变的现象。常见的引 起蛋白质变性的因素有:物理因素:热作用、高压、剧烈震荡、辐射等;化学因素有:酸、 碱、重金属离子、高浓度盐、有机溶剂等。 变性对蛋白质功能性质的影响: (1)失去生物活性,如酶、免疫球蛋白等; (2)理化性质改变:不能结晶、溶解度降低、特性粘度增大、旋光值改变等; (3)生物化学性质改变:营养功能,血蛋白持氧能力; (4)构象发生改变。 2 加工对蛋白质营养价值的影响 (1)热变性虽然会导致蛋白质生物活性的丧失,但经热变性后的蛋白质更易于消化吸 收; (2)热烫或蒸煮可以使对食品保藏不利的酶失活,如脂酶、脂肪氧化酶、多酚氧化酶, 从而可以防止食品在贮藏过程中发生变色、风味变差、维生素损失等现象; (3)热变性可使一些具有毒性的蛋白质和抗营养因子失活,如肉毒杆菌毒素在 100℃ 失活,而金黄色葡萄球菌毒素在 100℃仍然不失活,蛋白酶抑制剂、凝集素等 四、蛋白质新资源 (1)单细胞蛋白质:酵母:产朊假丝酵母;细菌:丝菌、杆菌;藻类:螺旋藻;真菌: 洋菇等。 (2)叶蛋白:苜蓿、甘薯等 (3)浓缩鱼蛋白

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