蛋白質在加工和貯藏中的變化

1、蛋白質在加工和貯藏中的變化2013級食品質量與安全X班 XXX 201330520XXX摘要：本文以蛋白質為研究對象，探索了其在加工和貯藏這兩大過程中理化性質的變化，包括熱處理、堿處理、脫水處理、輻射處理等等，發(fā)現(xiàn)蛋白質在這些因素的作用下均有一定程度的改變。其中研究發(fā)現(xiàn)，在加工過程中，會有不利的如熱變性、美拉德反應、賴丙復合物(LAL)生成、氨基酸的變旋等，而有利的有酶促褐變的制止、滅菌、含氮化合物利用率提高等；而在干燥后的貯藏過程中，熱風干燥對蛋白質的不良影響較大，真空、冷凍干燥技術較小，真空干燥技術效果最佳。輻射處理對于蛋白質食品的保藏影響甚小，要避免強輻射情況。關鍵詞：蛋白質 加工 貯藏

2、 理化性質引言在日常飲食中，我們常常會接觸到富含蛋白質的食品，如蛋制品、雞肉、豬肉、牛肉和水產品等等。而這些食品在生產到出售的過程中，都會必然會經歷加工和貯藏這兩個重要的過程，在很大程度上決定了最終產品的口感、風味、外觀和營養(yǎng)價值。所以，研究蛋白質在加工和貯藏中的變化就顯得尤為重要。本文綜合性地研究了蛋白質在加工和貯藏中在理化層面上的變化，如熱堿和低溫處理、化學反應和脫水處理等等，發(fā)現(xiàn)這些因素都會對蛋白質性質造成一定有利或有弊的影響。1 品蛋白在加工過程中的變化1.1 熱處理1.1.1蛋白質熱變性以牛乳為例，我國國家標準將液態(tài)奶分為巴氏殺菌奶(Pasteurized milk) 和殺菌奶(St

3、erilized milk)。根據(jù)企業(yè)生產的實際情況， 巴氏殺菌奶還包括超巴氏殺菌奶。殺菌奶的主要產品形式為超高溫瞬時滅菌奶， 即UHT 奶(Ultra hightemperaturesterilized milk)1-2。乳蛋白主要由酪蛋白和乳清蛋白組成， 還含有少量其他蛋白質， 如乳脂肪球膜蛋白。Douglas Jr 等(1981)研究了不同熱加工產品的乳清蛋白中的氮含量， 結果顯示生鮮乳中無變性乳清蛋白檢出， 高溫短時滅菌(HTST, high temperatureshort time)乳中含0.4%的變性乳清蛋白， UHT乳中的含量為56%。加熱會造成乳清蛋白由于變性而變得不可溶，

4、影響人體的吸收， 同時也會造成賴氨酸降解， 造成必需氨基酸的損失3-4。進一步針對乳清蛋白中可利用賴氨酸的含量的研究表明： 生鮮奶、HTST 奶及UHT 乳中賴氨酸的含量有輕微減少， 但這種減少不會影響牛乳的營養(yǎng)價值5-6。1.1.2美拉德反應美拉德(Maillard)反應常導致蛋白質非酶褐變的發(fā)生，是由于食品在熱處理中，還原性性糖與氨基酸反應生成糠氨酸、shiff堿、羥甲基糠醛等中間產物所致。美拉德反應不僅會使蛋白質外觀變化，還會大大降低其營養(yǎng)價值。在乳粉的加工中，美拉德反應能夠改變乳粉的顏色和風味，而且與乳脂的氧化息息相關，它的產生不僅影響蛋白質的營養(yǎng)價值，損壞維生素和生物素，而且會產生抗

5、營養(yǎng)和有毒的化合物，同時改變牛乳的感官和功能特性，羥甲基糠醛是美拉德反應( 氨基和羰基反應)的中間產物,生乳中并不含羥甲基糠醛，加熱過程中羥甲基糠醛的產生與加熱處理的溫度和時間有關，乳中含羥甲基糠醛越多，褐變越嚴重7。然而也有研究表明，在不添加還原糖的情況下，UHT 乳中的糠氨酸含量比巴氏乳高，然而糠氨酸含量降低有利于提高牛乳中含氮化合物的生物利用率8。因此在食品加工過程中應選擇性避免產生美拉德反應。1.1.3蛋白質的保鮮熱處理對蛋白質的影響也有其有利的一面。一般的溫和型的熱處理，如熱燙和蒸煮可以使酶失活，可避免酶促氧化產生不良的色澤和風味，還可以使腐敗微生物不可逆性死亡，延長食品的保質期。但

6、如果熱處理過度，蛋白質會發(fā)生氨基酸的脫氫、脫硫、脫二氧化碳反應，使氨基酸被破壞，從而降低了蛋白質的營養(yǎng)價值。1.2 堿處理1.2.1 賴丙復合物(LAL)的生成蛋白質在經過堿處理后, 除了氨基酸發(fā)生變旋, 某些氨基酸殘基重新組合生成新的物質, 賴丙復合物(Lysinoalanine , LAL)，其分子結構式如圖1。圖1賴丙復合物分子式LAL的生成與其他氨基酸的減少存在直接的關系。以腌制皮蛋的過程中為例，LAL 與賴氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸損失量的關系見表1 9。表1 賴丙復合物對賴氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的影響賴氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸都是人體必需的氨基酸，而LAL卻不能被

7、人體消化吸收，影響人們的健康。另外，據(jù)研究表明，pH、溫度對LAL的生成有一定影響，故在蛋白質的加工過程中可適量地控制pH和溫度，從而盡可能地避免LAL的產生或降低其生成量。Hung-Min Chang et al .(1999)對各個時期堿腌制皮蛋過程中蛋清和蛋黃中LAL 的形成情況與皮蛋中氨基酸含量的變化進行了分析, 結果表明:在前6 天, 蛋清中LAL 形成很快, 最后逐步增加到7mmol /100g 蛋白質。pH 由自然的8.95 增加到11.73 蛋清, 然后到12 。在前6d , 影響LAL 形成的主要是蛋清的pH , 隨后是蛋清和堿處理的時間。蛋黃中的LAL 的形成是逐步的直到最

8、后2.1mmol /100g 蛋白。在20d 的堿腌制過程中前9 天, 蛋黃的pH 從自然的5.84 快速升到8.92 , 隨后逐步升到10.12 。因此, 蛋黃中LAL 的形成主要受pH 的影響（見圖210 ）。圖2 pH對LAL含量的影響在20 80 , LAL 含量隨著溫度的升高而大大增加, 但增加幅度和含量因蛋白質的種類而有所不同。LAL 的增加不是一直隨著時間的增加而增加,在100 , LAL 的含量降低(見圖311)。在50 產生的LAL 比在95 產生的多, 這種情況可能由于高溫下LAL 發(fā)生分解。圖3 溫度對LAL含量的影響1.2.2 氨基酸的變旋作用堿可以使蛋白質的氨基酸發(fā)生

9、變旋，氨基酸發(fā)生異構化，天然氨基酸的L-型結構將有部分轉化為D-型結構。其中，pH和溫度都會影響氨基酸的變旋現(xiàn)象。aniel E .Schwass et al . (1984)對pH3.3 到12.8 的變旋進行了研究（見圖4）。在酸性的條件下, 11 種氨基酸很少發(fā)生變旋。絲氨酸和Asp -Asn 殘基的變旋較為引人注目。在苜蓿葉蛋白和大豆分離蛋白中, 絲氨酸甚至在pH7.0 就發(fā)生變旋。pH8.5 發(fā)生顯著變旋。但是, 在LA 中, 此種情況下就沒有發(fā)生變旋。這表明在此pH 范圍絲氨酰在不同的蛋白質變性條件下變旋是不同的。在pH10 , 所有蛋白中的絲氨酸都發(fā)生了較大程度的變旋(25 %

10、37 %)。所有蛋白質中Asp Asn 直到pH10 才發(fā)生變旋。LA 中的Asp-Asn 變旋程度較小。在pH10 12.8 , 和絲氨酸相比, Asp-Asn 的變旋程度較小。這種不同可能是蛋白質固有的, 與結構有關。一般的, 除了絲氨酸和天門冬氨酸, 在低于pH10 條件下, 蛋白質的殘基很少發(fā)生顯著的變旋。谷氨酸和苯丙酸在很多蛋白質中變旋的程度很相近。圖4pH 對氨基酸變旋的影響許多蛋白質在進行堿處理時, 溫度對氨基酸的變旋有重要影響, 影響程度D 因構成蛋白質的氨基酸種類的不同有所差異。例如Daniel E .Schwasset al .(1984)用0.1N 的NaOH 分別在22

11、 、37 、55 、85 、100 , 對乳白蛋白(lactalbumin LA)、苜蓿葉蛋白(alfalfa leaf protein , LPC)、大豆分離蛋白(isolated soy protein , ISP)幾種蛋白質堿處理, 每隔30 、60 、120 、240min 對消旋程度進行測定, 結果見圖4。異亮氨酸、脯氨酸、蘇氨酸和纈氨酸發(fā)生消旋現(xiàn)象的傾向很小，而其他氨基酸的變旋程度隨溫度的升高而增大。圖5 溫度對氨基酸變旋的影響2 食品蛋白在儲藏過程中的變化2.1 低溫處理食品在冷藏過程中會發(fā)生的變化程度與食品的種類、成分、食品的冷卻、冷藏條件密切相關。除肉類在冷卻過程中的成熟作用

12、有助于提高肉的品質外，其他變化均會引起食品品質的下降。研究和掌握這些變化及其規(guī)律將有助于改進食品冷卻冷藏的工藝，以避免和減少冷藏過程中食品品質的下降。2.1.1水分蒸發(fā)干耗在低溫處理中常常會出現(xiàn)。肉類在冷卻和冷藏過程中的水分蒸發(fā)會在肉的表面形成干化層，質地變硬，保水性變差，也加劇了脂肪的氧化。肌肉中的水分以自由水、結合水和不易流動水三種形式存在, 肌肉的保水性受肌節(jié)長度、pH、離子強度等因素的影響。肌肉在屠宰后立即冷凍, 由于肌漿和線粒體沒有恢復釋放鈣離子的能力, 使肌肉發(fā)生冷收縮, 在解凍時會發(fā)生解凍僵直, 肌動蛋白與肌球蛋白交聯(lián)引起肌纖維收縮會使肉中的水分流失, 肉的保水性變差, 這樣的肉

13、食用硬度大、缺少多汁性10。2.1.2結構被破壞 肉類食品經冷凍及解凍，組織及細胞膜被破壞，并且蛋白質之間發(fā)生了不可逆的結合替代了蛋白質和水之間的結合，解凍后自動氧化生成的過氧化物和游離基再與肌肉蛋白作用，是蛋白質聚合，氨基酸也被破壞。在凍藏過程中, 由于冰晶增大而使肌肉纖維蛋白質脫水變性, 電鏡結果顯示肌纖維出現(xiàn)明顯的裂縫、空隙, 粗細絲排列紊亂、松散, 肌節(jié)、A帶、I帶以及橫紋結構模糊甚至消失, Z板扭曲、斷裂, 嚴重時溶解消失, 肌漿網(wǎng)體變形、破壞直至消失, 肌原纖維中產生大量空泡等10。2.1.3變色、變味和變質肉類的變色、變味和變質往往與自身的氧化作用及微生物的作用有關。在冷藏過程中

14、食品物料中嗜冷耐冷微生物的數(shù)量會增加，這是微生物繁殖的結果。2.2 脫水處理2.2.1 熱風干燥以廣式臘腸為研究對象，研究熱風干燥對其水分、彈性的影響。擬采用以下工藝如表211。表2 廣式臘腸熱風干燥工藝設計在圖611中，熱風干燥工藝條件對廣式臘腸的干燥效果具有明顯影響，提高溫度或者延長干燥時間均能明顯提高廣式臘腸的干燥效果，其干燥失重變化符合一般物料的干燥規(guī)律。不同熱風干燥階段提高溫度對成品的干燥失重具有一定影響，在第一減速干燥期（1224 h，即工藝2）提高溫度對廣式臘腸的干燥效果要強于第二減速干燥期后半段（3648 h，即工藝4）同樣條件的干燥效果；不過總體而言，在第二減速干燥期的前半段

15、（2436 h，即工藝3）提高溫度，廣式臘腸的干燥效果優(yōu)于工藝2和工藝4，其最終的干燥失重達到85.47%11。圖6 不同熱風干燥工藝下廣式臘腸水分含量的變化彈性表示物體在外力作用下發(fā)生形變，撤去外力后恢復原來狀態(tài)的能力。肉制品的彈性除與原料肉的種類有關外，還與產品中的蛋白質在儲存及加工過程中的物理化學性質有關12 。不同熱風干燥工藝條件下廣式臘腸彈性的變化如下圖7表示。從圖7 可知，延長熱風干燥時間能明顯提高廣式臘腸的彈性；與工藝1 相比，在熱風干燥階段提高溫度也能提高廣式臘腸的彈性，其中在第二減速干燥期的后半段提高干燥溫度對廣式臘腸彈性的影響最大（工藝4），彈性值高達2.30 mm，其次為

16、工藝2，彈性最小的為工藝3，為1.72 mm11。圖7 不同熱風干燥工藝下廣式臘腸彈性的變化2.2.2 真空干燥真空干燥技術可保持食品原有的形狀并具有很好的速溶性和復水性。由于物料在升華前先凍結, 形成了穩(wěn)定的固體骨架, 所以水分升華后固體骨架基本保持不變。在升華干燥過程中, 固態(tài)冰晶升華成水蒸氣后在食品物料中留下了大量空隙, 使得凍干食品具有海綿狀多孔性結構, 食品因此而具有理想的速溶性和快速復水性。復水后的食品無論其外觀和形態(tài)及口味都與凍干前沒有多大差異, 復水率可達90%以上13。真空干燥技術還可以降低氧化速度、減少美拉德反應和其他化學反應的發(fā)生，對蛋白質的影響=小，是一種效果較好的干燥

17、技術，尤其在在水產品加工方面有著廣闊的應用前景。2.2.3 冷凍干燥為防止蛋白質變性, 目前廣泛應用的是冷凍干燥技術(freeze-drying)。冷凍干燥技術是將含水物質在低溫下凍結,然后在真空條件下通過對凍干物料加熱使冰升華, 再除去物料中部分吸附水, 得到干制品。用這種方法的特征是:結構穩(wěn)定, 生物活性基本不變,易揮發(fā)性成分和受熱易變性成分損失很少, 呈多孔狀。然而冷凍干燥過程存在著一些潛在的損傷危險。在預冷、一次干燥、二次干燥和儲存過程中,蛋白質可能存在一定程度的變性。從二十世紀八、九十年代至今, 普遍認為在冷凍干燥過程中冷凍和干燥都會引起蛋白質變性。Dean 14 認為在冷凍過程中缺

18、少保護劑的情況下, 蛋白質將失去活性;而脫水過程本身能使蛋白質損傷, 從而使復水后的蛋白質失去活性。關于蛋白質在凍結過程中變性的機理, 大多數(shù)研究者認為蛋白質分子周圍分布著多層水分子, 在降溫過程中, 蛋白質分子周圍的水分子不斷凍結, 但只要蛋白質分子表面的單層水分子沒有凍結, 則蛋白質就不會變性, 反之, 蛋白質就會變性。2.3 輻射處理林若泰等15研究認為，輻照后冷卻豬肉中會產生一些含硫有機揮發(fā)性異味化合物，主要是二甲硫、二甲二硫、二甲三硫、甲硫醇等，隨著吸收劑量增大，異味物質生成量增加。而李軍等16研究發(fā)現(xiàn)，在低劑量范圍內，電子束輻射處理對冷凍雞肉的蛋白質、脂肪和感官品質沒有影響，僅造成

19、維生素A、維生素B1等維生素有明顯的損失。但在強輻射情況下，會產生蛋白質游離基發(fā)生聚合使蛋白質分子之間交聯(lián)，會導致蛋白質功能性質的改變。結語蛋白質在加工和貯藏過程中容易受到損害導致理化學上的變化，其中可分為有利變化和不利變化。有利變化包括對蛋白質制品的滅菌、酶鈍化、含氮化合物利用率提高、維持形狀等；而不利變化包括蛋白質的變性、營養(yǎng)物質流失、干耗、氧化敗變等。在蛋白質在加工和貯藏過程中，應注意熱處理的溫度和時間、低溫處理的溫度和速度、堿處理的pH和溫度、脫水處理的溫度和時間和輻射處理的強度等。針對某一蛋白質制品，研究其特性找到最佳平衡點，能得出最佳的加工和貯藏方式和技術，避免損耗敗壞現(xiàn)象的發(fā)生。

20、參考文獻1 巴氏殺菌乳S.國家標準化管理委員會:全國食品工業(yè)標準化技術委員會,1999-12-17.2 滅菌乳S.國家標準化管理委員會:全國食品工業(yè)標準化技術委員會,1999-12-17.3 Jelen P, Rattray W. Thermal denaturation of whey proteinM.Belgium:International Dairy Federation,1995:66-80.4 Pallini M, Compagnone D, Di Stefano S, et al. Immunodetectionof lactosylated proteins as a use

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