蛋白質(zhì)功能特性課件

蛋白質(zhì)功能特性一、蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)（溶解性、黏度） 蛋白質(zhì)的水合是通過蛋白質(zhì)的德肽鍵和氨基酸側(cè)鏈與水分子間的相互作用而實(shí)現(xiàn)的。 干的濃縮蛋白質(zhì)或離析物在應(yīng)用時必須水合，食品的流變性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)也取決于水與其他食品組分，尤其像蛋白質(zhì)與多糖等大分子的相互作用，水能改變蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。此外，蛋白質(zhì)的許多功能性質(zhì)，如分散性、濕潤性、溶解性、持水能力、凝膠作用、增稠、黏度、凝結(jié)、乳化和氣泡等，都取決于水—蛋白質(zhì)的相互作用。因此了解食品蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)和復(fù)水性質(zhì)在食品加工中有重要的意義。1、溶解性 蛋白質(zhì)的溶解度是蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)—溶劑相互作用達(dá)到平衡的熱力學(xué)表現(xiàn)形式。蛋白質(zhì)的溶解性，可以用水溶性蛋白質(zhì)（WSP）、水可分散性蛋白質(zhì)（WDP）、蛋白質(zhì)分散性指標(biāo)（PDI）、氮溶解性指標(biāo)（NSI）來評價。蛋白質(zhì)溶解度的大小與pH值、離子強(qiáng)度、溫度和蛋白質(zhì)濃度有關(guān)。 蛋白質(zhì)在水中形成的實(shí)際是膠體分散體，作為有機(jī)大分子化合物，蛋白質(zhì)在水中以膠體態(tài)存在，并不是真正化學(xué)意義上的溶解態(tài)，所以蛋白質(zhì)在水中形成的是膠體分散系，只是習(xí)慣上將它稱為溶液。 影響蛋白質(zhì)的溶解性因素1.氨基酸組成與疏水性：疏水相互作用增加了蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，使其溶解下降，離子相互作用有利于蛋白質(zhì)與水的相互作用，增加溶解性。2.PH：PH不在PI（等電點(diǎn)）時蛋白質(zhì)分子帶點(diǎn)溶解性大，等電點(diǎn)是溶解度最小。（例外β-乳球蛋白呵呵牛血清蛋白在等電點(diǎn)時溶解度高）3.離子強(qiáng)度：μ<0.5時鹽溶效應(yīng)，增加了蛋白質(zhì)的溶解性；μ>1時鹽析作用，蛋白質(zhì)和鹽離子之間掙奪水，其溶解度下降。4.溫度：0°C~40或50°C隨溫度的增加溶解增大，高于這個范圍隨溫度的增加而減低。5.有機(jī)溶劑的影響：有機(jī)溶劑使水的介電常數(shù)降低，增加了蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子之間的靜電作用，溶解度降低。在恒定的pH值和離子強(qiáng)度下，大多數(shù)蛋白質(zhì)的溶解度在0-40℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高而提高，而一些高疏水性蛋白質(zhì)，像β-酪蛋白和一些谷類蛋白質(zhì)溶解性與溫度呈負(fù)相關(guān)。等溫度超過40℃時，由于熱導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變性，促進(jìn)聚集和沉淀作用，使得蛋白質(zhì)的溶解度下降。 加入有機(jī)溶劑，會降低水分子的介電常數(shù)，提高蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的靜電作用力，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的展開；而且介電常數(shù)的降低促進(jìn)暴露的肽集團(tuán)之間氫鍵的形成和帶相反電荷集團(tuán)之間的靜電相互吸引作用，這些相互作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑-水體系中溶解度減少甚至沉淀。2、黏度

溶液的黏度反映了它對流動的阻力，黏度不僅可以穩(wěn)定食品中的被分散成分，同時也直接提供良好的口感，或間接改善口感，例如控制食品中一些成分結(jié)晶、限制冰晶的成長等。影響蛋白質(zhì)黏度的主要因素是溶液中蛋白質(zhì)分子或顆粒的表觀直徑，表觀直徑主要取決于蛋白質(zhì)分子固有的特性，蛋白質(zhì)—溶劑間的相互作用，蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)間的相互作用。在常見的加工處理中如高溫殺菌、蛋白質(zhì)水解、無機(jī)離子的存在等因素也均會嚴(yán)重影響蛋白質(zhì)溶液的黏度。 蛋白質(zhì)體系的黏度和稠度是流體食品如飲料、肉湯、沙司和奶油的主要功能性質(zhì)，影響食品的品質(zhì)和質(zhì)地，黏度在泵的輸送、混合、加熱、冷卻和噴霧干燥等食品加工中也要實(shí)際意義。 黏度和溶解性之間具有相關(guān)性，將不溶性的蛋白質(zhì)置于水介質(zhì)中不顯示高的黏度；吸水性差和溶脹性小的易溶蛋白質(zhì)在中性或等電點(diǎn)pH值時黏度也低；而在起始吸水性大的可溶性蛋白質(zhì)具有高具有高黏度。影響蛋白質(zhì)流體黏度特性的主要因素是溶液中蛋白質(zhì)分子或顆粒的表觀直徑，表觀直徑越大，黏度越大。表觀直徑取決于下列參數(shù)： （1）蛋白質(zhì)分子固有的特性，如：摩爾質(zhì)量、大小、體積、結(jié)構(gòu)、電荷等； （2）蛋白質(zhì)—溶劑之間的相互作用，這種作用會影響蛋白質(zhì)的溶脹、水合作用和溶解性等； （3）蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用，它取決于聚集體的大小。對于高濃度蛋白質(zhì)體系，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用是主要因素。（1）相對濕度法 測定一定水分活度時所吸收或丟失的水量，該法可用于評價蛋白粉的吸濕性和結(jié)塊現(xiàn)象。（2）溶脹法 將蛋白質(zhì)粉末置于下端有刻度毛細(xì)管的沙芯玻璃過濾器，使其自發(fā)地吸收過濾器下面毛細(xì)管中的水，即可以測定水合作用的速度和程度。（3）水飽和法 水飽和法是測定蛋白質(zhì)飽和溶液所需要的水量。（4）過量水法 使得蛋白質(zhì)樣品同超過蛋白質(zhì)所能結(jié)合的過量水接觸，通過過濾或低速離心或擠壓，使得過剩水分離。這種方法適用于溶解度低的蛋白質(zhì)，但對于含有可溶性蛋白質(zhì)的樣品必須校正。溶脹法、過量水法、水飽和法可以用來測定結(jié)合水、不可凍結(jié)水及蛋白質(zhì)分子間借助于物理作用保持的毛細(xì)血管水。1、蛋白質(zhì)的乳化特性 乳化性是指兩種以上的互不相溶的液體，例如油和水，經(jīng)機(jī)械攪拌或添加乳化液，形成乳濁液的性能。一些天然加工食品，如牛奶、蛋黃、椰奶、豆奶、奶油、人造奶油、色拉醬、冷凍甜食、法蘭克福香腸、香腸和蛋糕，都是乳狀液類型產(chǎn)品。 蛋白質(zhì)是天然的兩親物質(zhì)，既能同水相互作用，又能同脂質(zhì)作用。在油/水體系中，蛋白質(zhì)能自發(fā)地遷移至油—水界面和氣—水界面，到達(dá)界面上以后，疏水基定向到油相和氣相，而親水基定向到水相并廣泛展開和散步，在界面形成蛋白質(zhì)吸附層，從而起到穩(wěn)定乳狀液的作用。（1）乳化容量 乳化容量又叫乳化能力是指在乳狀液相轉(zhuǎn)變前每克蛋白質(zhì)所能乳化油的體積（mL）。它是將一定量的蛋白質(zhì)配成水溶液，在不斷攪拌下以不變的速度加入油或溶化的脂，在顏色變化、黏度變化或者是電阻突然增加是測定相轉(zhuǎn)變到來時加入油的體積。一般EC隨著蛋白質(zhì)濃度的增加而降低，在測定乳化能力時需要固定蛋白質(zhì)溶液的濃度。（2）乳狀液的穩(wěn)定性乳狀液形成后，測量乳狀液的最初體積，然后在低速離心機(jī)或者靜置狀態(tài)下放幾小時后測定乳狀液中未分離的最終體積。ES=（乳狀液的最終體積/乳狀液的最初體積）×100（3）乳化活性指數(shù)乳化活性指數(shù)是反映蛋白質(zhì)乳化活性的大小。 EAI=2T/ΦC T為渾濁度； Φ為乳濁液中油相的體積分?jǐn)?shù)； C為單位體積蛋白質(zhì)水溶液中蛋白質(zhì)的質(zhì)量。 乳化性質(zhì)是蛋白質(zhì)重要功能之一，蛋白質(zhì)與脂類的相互作用有利于食品體系中的分散及乳濁液的穩(wěn)定，但是也可能產(chǎn)生不利的影響，特別是從富含脂肪的原料中提取蛋白質(zhì)時，會因為乳濁液的形成而影響蛋白質(zhì)的提取和純化，這些在具體的加工生產(chǎn)中必須注意。乳化的影響因素溶解度：溶解度在25%~80%時乳化液容量和乳化穩(wěn)定性之間存在正相關(guān)。PH：血清蛋白和卵清蛋白在PI處乳化性好，β-乳球蛋白在堿性條件乳化性質(zhì)好溫度：加熱可以降低蛋白質(zhì)的粘度和剛性乳濁液穩(wěn)定性降低。蛋白質(zhì)的乳濁液的表特性：向兩相界面擴(kuò)散和在界面吸附的能力，因為泡沫的形成包括可溶性蛋白在空氣和水界面擴(kuò)散、伸展、濃集和快速擴(kuò)展降低界面張力。2、蛋白質(zhì)的起泡性質(zhì)泡沫通常是指氣泡分散在含有表面活性劑的連續(xù)液相或半固體的分散體系。許多加工食品是泡沫型產(chǎn)品，如攪打奶油、蛋糕、蛋白甜餅、面包、蛋奶酥、冰激淋、啤酒等。蛋白質(zhì)能作為起泡劑主要取決于蛋白質(zhì)的表面活性和成膜性，例如雞蛋清中的水溶性蛋白質(zhì)在雞蛋液攪打時可被吸附到氣泡表面來降低表面張力，又因為攪打過程中的變性，逐漸凝固在氣液界面間形成有一定剛性和彈性的薄膜，從而使泡沫穩(wěn)定。 形成泡沫通常采用的方法有：一是將氣體通過一個多孔分配器鼓入低濃度的蛋白質(zhì)溶液中產(chǎn)生泡沫；二是在有大量氣體存在的條件下，通過打擦或振蕩蛋白質(zhì)溶液而產(chǎn)生泡沫；三是將一個預(yù)先被加壓的氣體溶于要生成泡沫的蛋白質(zhì)溶液中，突然減壓，系統(tǒng)中的氣體則會膨脹而形成泡沫。 蛋白質(zhì)起泡性的評價指標(biāo)主要有：泡沫的密度、泡沫強(qiáng)度、氣泡的平均直徑和直徑分布、蛋白質(zhì)氣泡能力和泡沫的穩(wěn)定性，最常使用的蛋白質(zhì)起泡力合泡沫的穩(wěn)定性。2、測泡沫穩(wěn)定性的方法 泡沫穩(wěn)定性的測定一是在泡沫起泡后，迅速測定泡沫體積，然后放置一段時間后測定泡沫的體積，繼而得泡沫穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定性也隨著蛋白質(zhì)濃度的變化而變化。 泡沫穩(wěn)定性=(泡沫放置30min后體積/泡沫的初體積)×100 泡沫穩(wěn)定性的測定二是測定液膜完全排水或排水一半所需要的時間。如果是攪打起泡，測定需要在特制不銹鋼儀器中進(jìn)行，有專門的下水裝置收集排水，連續(xù)測量排水過程和時間。氣泡的必要條件 1.快速的吸附到水-氣界面 2.必須易在界面上易展開重排 3.必須在界面上形成一層粘合性膜影響泡沫穩(wěn)定的因素 1.PH：PH可以影響蛋白質(zhì)的溶解度， 2.鹽類:加鹽減少溶液的粘性，有利于泡沫膨脹，但降低了泡沫穩(wěn)定性。 3.糖類：加糖可增加溶液的沾性，泡沫穩(wěn)定性增加，但抑制泡沫膨脹。 4.脂類：脂類嚴(yán)重影響氣泡穩(wěn)定性，可以作為消泡劑 5.蛋白質(zhì)濃度：蛋白質(zhì)在2%~8%之間顯示最高的起泡性。 6.溫度：適當(dāng)加熱蛋白質(zhì)部分變性改善泡沫的起泡性7.攪動時間和和強(qiáng)度：是蛋白質(zhì)充分的伸展、吸附。1、蛋白質(zhì)的織構(gòu)化蛋白質(zhì)是許多食物質(zhì)地或結(jié)構(gòu)的構(gòu)成基礎(chǔ)，但是自然界中的一些蛋白質(zhì)，不具備相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)和咀嚼性，如從植物組織中分離出的植物蛋白或從牛乳中得到乳蛋白，因此在食品中應(yīng)用時就會存在一些限制。通過一些加工處理可以使它們形成咀嚼性能和良好的持水性能的薄膜或者纖維狀的制品，仿造出肉或其代用品，這就是蛋白質(zhì)的組織化。此外，織構(gòu)化加工方法還可用于一些動物蛋白“重組織化”或“重整”。蛋白質(zhì)的織構(gòu)化是在開發(fā)利用植物蛋白和新蛋白質(zhì)中特別強(qiáng)調(diào)的一種功能性質(zhì)。常見的蛋白質(zhì)織構(gòu)化方式有三種：熱凝固和形成薄膜；熱塑性擠壓；纖維的形成。目前用于植物蛋白質(zhì)織構(gòu)化的主要方法是熱塑性擠壓，擠壓較為經(jīng)濟(jì)，工藝也較為簡單，原料要求比較寬松。采用這種方法得到干燥的纖維狀多孔顆?；蛐K，等復(fù)水時具有咀嚼質(zhì)地，蛋白質(zhì)含量較低的原料如脫脂大豆粉可以進(jìn)行熱塑性擠壓組織化加工，蛋白質(zhì)含量為90%以上的分離蛋白也可以作為加工原料。 常見的蛋白質(zhì)織構(gòu)化方式有三種：熱凝固和薄膜形成；熱塑性擠壓；纖維形成。 （2）纖維形成（fiberformation） 蛋白質(zhì)還可以借鑒合成纖維的生產(chǎn)原理形成組織化結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)溶液經(jīng)過脫氣、澄清處理，然后在高壓下通過多孔噴頭，從噴頭出來的液體進(jìn)入含氯化鈉的酸性溶液，在等電點(diǎn)和鹽析效應(yīng)作用下蛋白質(zhì)發(fā)生凝結(jié)，蛋白分子在氫鍵、離子鍵和二硫鍵相互作用下形成水合蛋白纖維，該法可用于人造肉類的蛋白質(zhì)加工制品。 （3）熱塑性擠壓（thermoplasticextrusion） 目前植物蛋白織構(gòu)化常用的方法是熱塑性擠壓，熱塑擠壓可以得到纖維多孔狀顆粒或小塊產(chǎn)品，復(fù)水后具有良好的咀嚼性能和良好的質(zhì)地，而且熱塑擠壓較為經(jīng)濟(jì)，工藝也較為簡單，原料要求比較寬松。熱塑性擠壓所得到的組織化蛋白，雖然不具有肌肉纖維那樣明顯的結(jié)構(gòu)，但具有同肌肉組織相似的口感。熱塑擠壓是將含蛋白質(zhì)的混合物在旋轉(zhuǎn)螺桿的作用下通過一個圓筒，在高溫高壓和強(qiáng)剪切力的作用下使固態(tài)物料轉(zhuǎn)化為粘稠狀，然后迅速進(jìn)入常壓環(huán)境，物料水分蒸發(fā)后，就形成織構(gòu)化的蛋白質(zhì)。2、面團(tuán)的形成小麥、大麥、燕麥等谷物食品具有一個共同的特性，就是胚乳中面筋蛋白質(zhì)在與水一起混合和揉搓后形成粘稠、有彈性和可塑的面團(tuán)，其中小麥粉的這種能力最強(qiáng)，這是小麥面粉轉(zhuǎn)化為面團(tuán)、并經(jīng)發(fā)酵烘烤形成面包的基礎(chǔ)。3、蛋白質(zhì)的膠凝作用 變性的蛋白質(zhì)分子聚集并形成有序的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過程稱為膠凝作用。膠凝作用是蛋白質(zhì)非常重要的功能性質(zhì)，在食品制備中起著重要的作用，主要包括各種乳品、果凍、凝結(jié)蛋白、明膠凝膠、各種加熱的碎肉或魚制品、大豆蛋白質(zhì)凝膠、膨化或膨絲的組織化植物蛋白和面包面團(tuán)的制作、豆腐的制作等。 食品蛋白凝膠大致可以分為：加熱后再冷卻形成的凝膠；在加熱下形成的凝膠；與金屬鹽形成的凝膠；不加熱而經(jīng)部分水解或pH調(diào)整形成的凝膠等。食品蛋白質(zhì)膠凝作用不僅可以形成固態(tài)彈性凝膠，而且還能增稠，提高吸水性、顆粒粘結(jié)、乳濁液或者泡沫的穩(wěn)定性。 迄今為止，對蛋白質(zhì)凝膠的形成機(jī)制和相互作用還不十分清楚，但一般認(rèn)為，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的形成是由于蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)—溶劑的相互作用以及鄰近肽鏈之間的吸引力和排斥力達(dá)到平衡的結(jié)果。四、蛋白質(zhì)的感官性質(zhì)（風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)結(jié)合） 涉及蛋白質(zhì)在食品體系中的感官性質(zhì)有顏色、氣味、口味、適口性、咀嚼度、爽滑感和混濁度等。1、風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合食品中存在著醛、酮、酸、酚和氧化脂肪的分解產(chǎn)物，可以產(chǎn)生相應(yīng)的異味，這些物質(zhì)與蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合，在加工過程中或食用時釋放出來，被食用者所察覺，從而影響食品的感官質(zhì)量。蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)合包括物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附抓喲是通過范德華力和毛細(xì)血管作用吸附；化學(xué)吸附主要是靜電吸附、氫鍵的結(jié)合和共價鍵的結(jié)合等。 蛋白質(zhì)結(jié)合風(fēng)味物的性質(zhì)也有非常有利的一面，在制作食品時，蛋白質(zhì)可以用作風(fēng)味物的載體和改良劑，在加工含有植物蛋白