食品化學氨基酸肽和蛋白質部分第1頁/共51頁

氨基酸,肽&蛋白質第2頁/共51頁蛋白質（Proteins）蛋白質是通過酰胺鍵（肽鍵）連接氨基酸組成的結構復雜的聚合物。一、按組成成分分類：簡單蛋白：是一類僅含有氨基酸的簡單蛋白；結合蛋白：是由單純蛋白質和其他非蛋白質化合物（輔基）組成的結合蛋白。衍生蛋白：用化學或酶學方法得到的蛋白質化合物。第3頁/共51頁蛋白質的分類二、按功能分類：結構蛋白質

結構蛋白質如角蛋白、膠原和彈性蛋白等存在多種不同組織中，它們的功能主要是和它們的纖維狀結構有關。食品蛋白質食品蛋白質并不能代表特殊的一類，因為許多結構蛋白和生物活性蛋白質也都是食品蛋白質。因此凡可供人類食用、易消化、無毒和可供人體吸收利用的蛋白質統稱為食品蛋白質。第4頁/共51頁蛋白質的分類具有生物活性的蛋白質

具有高度專一性的催化劑,酶；能調節代謝反應的激素〔胰島素和生長激素）；收縮蛋白質（肌球蛋白、肌動蛋白和微管蛋白）；保護脊椎動物的免疫球蛋白、儲藏蛋白質等（卵清蛋白、麥醇溶蛋白和玉米醇溶蛋白）。有些蛋白質是對高等動物有毒的（肉毒桿菌毒素、葡萄球菌毒素）。有些蛋白質是對微生物有毒的（如抗菌素）。還有一些蛋白質具有抗營養性質（如胰蛋白酶抑制劑），另有一些蛋白質還會導致食物過敏。第5頁/共51頁蛋白質的分類三、按結構形式分類：球狀蛋白：以球狀或橢圓狀存在的蛋白質，多由多肽鏈自身折疊造成的（如肌動蛋白、血纖維蛋白原；纖維狀蛋白：是棒狀分子，含有相互纏繞的多肽鏈，也能由小球狀蛋白線性聚集而成（如膠原蛋白、角蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白）。四、按來源分類：動物蛋白植物蛋白海洋蛋白第6頁/共51頁五、按蛋白質溶解度分類：清蛋白：又稱白蛋白，溶于水中，存在于動物組織、體液和某些植物的種子中，其重要代表是血清蛋白、乳清蛋白、卵清蛋白、麥清蛋白、豆清蛋白及有毒的蓖麻蛋白。谷蛋白：含于谷類中，是不溶于純水、中性鹽溶液、酒精，而溶于稀酸或稀堿的蛋白質總稱。是制造面筋的基礎。代表性的例子是小麥面筋中的麥谷蛋白。球蛋白：不溶于純水，易溶于稀鹽水，加熱即沉淀或凝固。存在于所有動植物細胞和體液中。最熟知的球蛋白是人血清球蛋白，還有乳球蛋白、肌球蛋白等。植物種籽中的蛋白質多屬此類。醇溶蛋白：不溶于水，可溶于50%～90%乙醇。小麥醇溶蛋白，玉米醇溶蛋白，椰子肉中的醇溶蛋白。

第7頁/共51頁蛋白質的結構蛋白質的結構包括4個水平，即一級、二級、三級和四級結構。由共價鍵結合在一起的氨基酸殘基的排列順序被稱為蛋白質的一級結構。蛋白質的二級結構式多肽鏈某些片斷的氨基酸殘基周期性的空間排列，它不包括與其他鏈段之間的相互關系和側鏈構象，被稱為蛋白質的二級結構。蛋白質主要二級結構：螺旋結構、β結構、β彎曲和無規則卷曲結構。第8頁/共51頁第9頁/共51頁第10頁/共51頁折疊螺旋彎曲無規則第11頁/共51頁蛋白質的結構當線性蛋白質鏈（含有二級結構部分）進一步折疊成緊密的三維形式時就形成了蛋白質的三級結構。第12頁/共51頁蛋白質的結構四級結構是指含有多于一條多肽鏈的蛋白質分子的空間排列。某些生理上重要的蛋白質以二聚體、三聚體、四聚體等形式存在。這些四級復合物由蛋白質亞基（單體）構成，這些亞基可以是相同的，也可是不同的。第13頁/共51頁蛋白質的結構和維持力量特點維持力量一級結構氨基酸排列順序和二硫鍵位置共價鍵，二硫鍵二級結構多肽鏈折疊方式，如α-螺旋、β-折疊和β-轉角等氫鍵力三級結構分子進一步折疊和盤曲偶極作用，疏水作用，二硫鍵，靜電力，氫鍵力等四級結構不同亞基之間的聚合疏水作用，范德華力，靜電力，氫鍵力等第14頁/共51頁蛋白質的變性蛋白質變性是指在用各種物理和化學因素處理時，其構象會發生不同程度的改變。蛋白質的變性是指二級、三級或四級結構的改變。并不伴隨一級機構總肽鍵的斷裂，其根本原因是蛋白質二級和三級結構確定的分子構象是不穩定的。蛋白質變性對其結構和功能的影響有如下幾方面：溶解度降低；對水結合能力的改變；失去生物活性；容易受到蛋白酶的攻擊；特征黏度增大；不能結晶。當蛋白質受到強變性劑處理是，蛋白質的變性是不可逆的，但在某些情況下，變性蛋白質也可以不同程度地復原。第15頁/共51頁蛋白質的變性一、物理因素熱：當一個蛋白質溶液被逐漸加熱并超過臨界溫度時，它產生了從天然狀態至變性狀態的劇烈轉變。主要涉及到非共價鍵相互作用的去穩定作用。液壓：大多數蛋白質在1100-1200MPa壓力范圍經受壓力破壞細胞結構誘導變性。壓力誘導變性主要是因蛋白質是柔性的和可壓縮的。機械處理：由振動、捏合、打擦產生的機械剪切能導致蛋白質的變性。主要由于空氣泡的并入和蛋白質分子吸附至氣-液界面。輻射：電磁輻射對蛋白質的影響隨波長和能量而變化。低溫界面第16頁/共51頁蛋白質的變性二、化學因素酸和堿：蛋白質在pH4-10穩定，超過這個范圍就會發生變性。有機化合物水溶液：破壞氫鍵結構引起蛋白質變性，尿素和胍鹽。表面活性劑：一些表面活性劑是很強的變性劑，如十二烷基硫酸鈉（使蛋白質伸展，增加電性斥力等）。有機溶劑：大多數有機溶劑是蛋白質的變性劑（破壞疏水作用和靜電力）、2-氯乙醇。金屬：Na+,K+,Ca+,Mg2+,Cu,Fe,Hg,Ag第17頁/共51頁加工因素與蛋白質的變化高溫處理下的變化氧化條件下的變化輻照處理下的變化其他加工因素下的變化第18頁/共51頁1.高溫處理下的變化適當加熱：熱變性（有利）過度加熱：發生不利于營養、品質和安全的化學變化熱解反應和有害物質形成氨基酸的消旋化加熱導致異肽鍵形成加熱導致羰氨反應氨基酸的分解第19頁/共51頁1.高溫處理下的變化適當加熱適度熱處理時（60-90℃）蛋白質產生變性。變性蛋白質廣泛失去溶解性。1、蛋白質變性可改進它們的消化率和必需氨基酸的生物有效性。2、蛋白質變性可使一些酶失活。3、蛋白質變性可降低含蛋白質類抗營養因子的生物有效性。第20頁/共51頁熱解反應和有害物質形成過度加熱燒、烤、煎炸等加工方式可能導致食品表面蛋白質溫度超過200℃。

200℃以上高溫下，可能發生氨基酸的分解，其中很多產物具有致癌或致突變活性。易受破壞的氨基酸包括Arg（精氨酸）、Ser（絲氨酸）、Thr（蘇氨酸）、Lys（賴氨酸）和Trp（色氨酸）等。其中Trp（色氨酸）和Glu（谷氨酸）裂解產物致癌性最強。第21頁/共51頁蛋白質分解產生致癌物質咔啉第22頁/共51頁氨基酸的消旋化

蛋白質在堿性條件下加熱或200℃以上高溫加熱時可產生L-氨基酸部分消旋化（是指某些旋光化合物在一定條件下轉變為非旋光外消旋體的過程，消旋化通常是在某些物理或化學因素(如加壓、溶解、光、熱)或某些試劑的作用下進行的）。消旋化導致蛋白質消化吸收率下降。電子密度較大的Asp（天冬氨酸）、Ser（絲氨酸）、Cys（半胱氨酸）、Glu（谷氨酸）、Phe（苯丙氨酸）、Asn（天冬酰胺）、Thr（蘇氨酸）較易發生消旋化。堿性條件下加熱還可導致β-消除反應，生成脫氫丙氨酸。第23頁/共51頁消旋化脫氫丙氨酸的

形成H+堿性條件脫氫丙氨酸第24頁/共51頁加熱導致異肽鍵形成中性或堿性條件下，高熱(150℃以上)引起賴氨酸的ε-氨基和谷氨酸或天冬氨酸的游離羧基形成酰胺鍵，生成“異賴氨酰丙氨酸”。半胱氨酸、磷酸絲氨酸所生成的脫氫丙氨酸(DHA)也會與賴氨酸的ε-氨基和其他氨基酸的硫醇基、氨基和咪唑基等發生反應而產生交聯。該交聯不能被人體胰蛋白酶水解，并影響周圍氨基酸水解，從而降低了蛋白質的營養價值。第25頁/共51頁Glu和Lys形成異肽鍵Glu(谷氨酸）Lys(賴氨酸）+ProPro第26頁/共51頁加熱導致羰氨反應非酶褐變造成賴氨酸的損失。賴氨酸在形成Schiff’sbase（席夫堿）時可以吸收，但形成酮糖胺之后便不能被人體吸收。非酶褐變的中間產物不飽和羰基化合物可能引起其他氨基酸的氧化，如Met（蛋氨酸）,Tyr（酪氨酸）,His（精氨酸）,Trp（色氨酸）等。第27頁/共51頁氨基酸的分解氨基酸加熱中可能導致脫硫、脫酰胺、異構化等變化，還可能發生美拉德反應。含硫氨基酸損失較多，產生H2S。影響到食物蛋白質的營養價值。Pr-CH2SH+H2OPr-CH2OH+H2S2Pr-CH2SHPr-CH2-S-CH2-Pr+H2S第28頁/共51頁脫酰胺反應蛋白質超過100℃加熱會產生脫酰胺反應，不妨礙營養價值，但會引起功能性質改變。Pr-(CH2)2—CONH2Pr-(CH2)2—COOH+NH3第29頁/共51頁2.氧化處理下的變化氧化劑引起蛋白質氧化：食品中的氧化劑和氧化酶，加工中添加的過氧化氫、次氯酸鈉、過氧乙酸、過氧化苯甲酰等物質。其他物質氧化引起蛋白質氧化光敏物質引起氨基酸的光氧化第30頁/共51頁其他物質氧化引起蛋白質氧化1、與脂肪的反應脂肪氧化產生的自由基可與蛋白質形成脂-蛋白質自由基，使蛋白質產生聚合交聯。脂肪的氫過氧化物分解產生醛和酮，這些羰基化合物與蛋白質反應影響蛋白質的營養價值和功能性質。2、與多酚的反應酚類化合物氧化產生醌類或縮合產生單寧與蛋白質反應，使蛋白質中的賴氨酸和半胱氨酸殘基的消化率和生物有效性降低。第31頁/共51頁其他物質氧化引起蛋白質氧化3、與亞硝酸鹽的反應亞硝酸鹽與仲胺反應生成N-亞硝基胺，是最具毒性的致癌物質。酸性加熱條件下反應加速。4、與亞硫酸鹽的反應

亞硫酸鹽還原蛋白質中的二硫鍵產生S-磺酸鹽衍生物，在酸性和堿性pH值下分解產生二硫化合物。硫代磺化作用雖不降低半胱氨酸的生物有效性，但由于s-磺化作用使蛋白質的電負性增加和二硫鍵斷裂，這樣會導致蛋白質分子展開和影響它們的功能性質。第32頁/共51頁光敏物質引起氨基酸的光氧化Trp（色氨酸）在核黃素、葉綠素等光敏素作用下氧化，生成致癌產物犬尿氨酸。Cys（半胱氨酸）,His（精氨酸）,Met（蛋氨酸）,Tyr（酪氨酸）都易受到光氧化破壞。第33頁/共51頁3.輻照處理下的變化輻照引起蛋白質的穩定性下降，敏感鍵斷裂，生成自由基、正碳離子或負碳離子，導致分解和聚合反應。蛋白質中的芳香氨基酸和含硫氨基酸最易受到影響，包括脫硫、脫酰胺、交聯等變化。輻射影響到蛋白質的功能性質和吸收利用率。第34頁/共51頁在提取和分級時組成的變化從生物材料制備分離蛋白質一般包括一些單元操作，如提取、等電點沉淀、鹽沉淀、熱凝聚和超濾等。在這些操作中，粗提液中的一些蛋白質可能會損失。堿處理下的變化加工食品蛋白質，尤其在堿性pH值下，可誘導分子內或分子間交聯，在多肽鏈之間形成非天然的共價交聯，降低了包含在或接近交聯的必需氨基酸的消化率和生物有效性。4.其他加工因素下的變化第35頁/共51頁1、化學改性蛋白質的酸或堿水解蛋白質的烷基化蛋白質的酰基化蛋白質的磷酸化第36頁/共51頁蛋白質的酸或堿水解方法：酸或堿處理蛋白質，使其部分分解。效果：增加溶解性，結構展開，疏水基團暴露，從而提高水合、乳化、起泡等功能性質。例如：0.05mol/L稀鹽酸溶液處理面筋蛋白質，提高了其乳化性質。第37頁/共51頁蛋白質的烷基化方法1：pH8-9條件下用碘乙酸或碘乙酰胺與氨基或SH基反應，引入烷基。效果1：分子中正電荷減少，電子密度增大，不同pH下的溶解性發生改變，減少二硫鍵交聯。方法2：在還原劑存在條件下氨基被還原烷基化，產生糖蛋白。脂肪醛、酮或還原糖提供羰基。效果2：蛋白質疏水性/親水性變化，改善起泡性和乳化性。第38頁/共51頁烷基化反應1碘乙酸碘乙酰胺第39頁/共51頁烷基化反應1亞胺第40頁/共51頁烷基化反應2第41頁/共51頁蛋白質的酰基化方法1：-NH2與一些酸酐反應，可以使蛋白質酰基化。常用乙酸酐和琥珀酸酐。效果：消除了蛋白質分子的正電荷，使電子密度增加。如果使用琥珀酸酐等二酸酐，引入羧基，可以使分子負電荷增加，分子部分解折疊，溶解度、乳化性增強。但琥珀酰化蛋白質熱凝膠性能差，對鈣離子更敏感。可提高溶解度、起泡能力、泡沫穩定性、熱穩定性，但酰化蛋白營養質量下降。方法2：蛋白質與脂肪酰氯或N-羥基琥珀酰亞胺反應引入長鏈脂肪酸可以有效改善乳化性質，有利形成蛋白質聚集結構。第42頁/共51頁酰基化反應1乙酸酐琥珀酸酐第43頁/共51頁酰基化反應2N-羥基琥珀酰亞胺脂肪酰氯第44頁/共51頁蛋白質的磷酸化方法：蛋白質與三氯氧磷反應，Ser（絲氨酸）和Thr（蘇氨酸）中的羥基和Lys（賴氨酸）中的氨基可以被磷酸化。效果：磷酸化蛋白質對鈣高度敏感，并可能導致蛋白質的聚合化。由于N-P鍵在胃中可以分解，因此不會影響蛋白質的營養價值。第45頁/共51頁蛋白質的磷酸化三氯氧磷第46