食品生物化学 第4章ppt课件.ppt

食品生物化学,第一节 概述第二节 蛋白质的化学组成第三节 氨基酸的化学第四节 蛋白质的结构第五节 蛋白质的理化性质第六节 蛋白质的分类第七节 食物中的蛋白质第八节 食品加工储藏对蛋白质的影响,第四章 蛋白质的化学,食品生物化学,学习目标 1掌握常见氨基酸的种类、结构/重要的性质以及常见氨基酸名称和符号。 2掌握蛋白质的组成、结构与功能的关系。 3掌握蛋白质的重要性质及在食品工业上应用。 4了解蛋白质的分类方法。,食品生物化学,第一节 概述,一、蛋白质的重要性 蛋白质占人体干重的45%。动物的肌肉、皮肤、血液、毛发、指甲、内脏都以蛋白质为主要成分。最简单的生物如病毒，除了一小部分核酸外，其余的几乎都是蛋白质。在高等植物中，各种农作物种子是植物蛋白质丰富的来源。蛋白质是生物体的主要组成成分，更是与生命活动有着十分密切的关系，许多生命现象和生理活动往往是通过蛋白质来实现的。蛋白质还可以向生物体供能，大约占能量的14%。,食品生物化学,二、蛋白质的含量与分布 动物性食品和植物性食品都含有丰富的蛋白质。动物性食品蛋白质常分布于肌肉、皮、骨骼、血液、乳和蛋中。植物性食品常分布于籽实和块根、块茎中。另外在微生物中也含有丰富的蛋白质。一般食物蛋白质含量:肉类(包括鱼类)为10%30%；乳类为1.5%3.8%；蛋类为11%14%；干豆类20%49.8%，坚果类(核桃仁、榛子仁等)为15%26%；谷类果实6%10%，薯类约为2%3%。 从食品科学的角度来看，蛋白质除了保证食品的营养价值外，对决定食品的色、香、味及质量特征方面也起着重要作用。,食品生物化学,第二节 蛋白质的化学组成,一、蛋白质的元素组成 都含有碳、氢、氧、氮及少量硫，在蛋白质中以一定的比例关系存在。有些蛋白质还含有少量的磷、铁、铜、锌、锰、钴及钼等元素。一般干燥蛋白质的主要元素分析平均值为： 碳50%55% 氮15 %17% 氢6.5%7.3% 硫0.3%2.5% 氧20%23% 磷0%1.5%,食品生物化学,糖和脂肪中一般只含碳、氢、氧三种元素，氮元素是蛋白质区别于糖和脂肪的特征，而且大多数蛋白质的含氮量都相当接近，一般都在15%17%范围内，平均约为16%，即每100克蛋白质中含氮16克。因此在蛋白质的定量分析中，每测得1克氮即相当于6.25克蛋白质（100/166.25），6.25称为蛋白质系数。 二、蛋白质的基本结构单位 蛋白质的基本组成单位是氨基酸(amino acid)。蛋白质是生物体内主要的生物大分子，因生物种类不同，其蛋白质的种类和含量有很大的差别，但蛋白质都主要是由20种氨基酸构成，称天然氨基酸或基本氨基酸。,食品生物化学,表4-1 20种氨基酸的中英文名称及简写符号,食品生物化学,第三节 氨基酸的化学,一、氨基酸的结构特征 组成蛋白质的各种氨基酸在结构上有一个共同特点：在与羧基-COOH相连的碳原子(-碳原子)上都有一个氨基，因而称为-氨基酸。20种氨基酸不同之处在于它们的侧链(用R表示)。,图4-1 氨基酸的结构通式,食品生物化学,食品生物化学,游离的氨基酸和蛋白质温和水解得到的氨基酸绝大多数是L-型氨基酸，D-型氨基酸主要存在于微生物中。 二、氨基酸的分类 1根据氨基酸的化学结构分类 分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。如苯丙氨酸、酪氨酸是芳香族氨基酸，而组氨酸、色氨酸、脯氨酸是杂环族氨基酸，其余是脂肪族氨基酸。也可根据R上的特殊基团分为含硫氨基酸如半胱氨酸和蛋氨酸；含亚氨基氨基酸如脯氨酸；含羟基氨基酸如丝氨酸和苏氨酸；含吲哚环氨基酸如色氨酸；含咪唑基氨基酸如组氨酸；含酰胺基氨基酸如天冬酰胺和谷氨酰胺；含羧基氨基酸如天冬氨酸和谷氨酸；含氨基氨基酸如赖氨酸。,食品生物化学,2.根据氨基酸的R基团或侧链特性可分四类 （1）R基团无极性，疏水 如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸。蛋白质分子中带有这些疏水氨基酸的部分在水中往往折叠到大分子的内部而远离水相。 （2）R基团有极性，不带电荷、亲水 如丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。蛋白分子中带有这类氨基酸的部分在水相中大多露在蛋白质分子表面与水接触。半胱氨酸能形成二硫键(-S-S-),有稳定蛋白质分子构象和使蛋白质折叠起来的作用。上述两类氨基酸即R基团无极性和R基团有极性的氨基酸也称中性氨基酸。 （3）R基团带负电或称酸性氨基酸，如天冬氨酸和谷氨酸。,食品生物化学,（4）R基团带正电或称碱性氨基酸，如赖氨酸、精氨酸和组氨酸。 3.从营养学角度分 从营养学角度可将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸。 必需氨基酸是人体生长发育和维持氮平衡所必需的，体内不能自行合成，必需由食物中摄取的氨基酸。必需氨基酸包括赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸八种。另外组氨酸、精氨酸在体内虽然能自行合成，但人体在某些情况或生长阶段会出现内源性合成不足，也需要从食物中补充，称为半必需氨基酸。对儿童来说组氨酸也是必需氨基酸。非必需氨基酸是其余的l0种氨基酸，包括甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和丙氨酸。,食品生物化学,表4-2 氨基酸的分类、结构及某些性质,食品生物化学,续表4-2 氨基酸的分类、结构及某些性质,食品生物化学,续表4-2 氨基酸的分类、结构及某些性质,食品生物化学,续表4-2 氨基酸的分类、结构及某些性质,食品生物化学,三、氨基酸的理化性质 1.物理性质 （1）溶解度 氨基酸一般都溶于水，但不同的氨基酸在水中的溶解度不同，酪氨酸、胱氨酸、天冬氨酸、谷氨酸溶解度很小。赖氨酸、精氨酸溶解度很大。所有的氨基酸都能溶于稀酸或稀碱溶液中，而不溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂。因此，配制胱氨酸、酪氨酸等难溶的氨基酸溶液时，可以加一些稀盐酸。 （2）旋光性 蛋白质中的氨基酸，除甘氨酸外，都有不对称碳原子的结构，故都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（）表示，右旋者通常用（+）表示。,食品生物化学,氨基酸的旋光度采用旋光仪测定，它与D/L型没有直接的对应关系，即使同一种L-型氨基酸，在不同的测定条件下，其测定结果也可能不同。 （3）光吸收 组成蛋白质的20种氨基酸都不吸收可见光。R基团含有芳香环共轭双键的色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸对紫外光有吸收，它们在波长280nm附近有最大吸收峰。蛋白质含有这些氨基酸，所以也有紫外吸收能力。在一定条件下，280nm的紫外光吸收与蛋白质溶液浓度成正比，利用该性质可测定蛋白质含量。 （4）味感 氨基酸的味与氨基酸的种类有关,还与它的立体构型有关。如L-型氨基酸一般无味或带有苦味，而D-型氨基酸多数带有甜味。L-谷氨酸钠盐（即味精）具有鲜味，常用来增加食品的风味。很多氨基酸在食品工业中作增味剂。,食品生物化学,表4-3 氨基酸的味感,食品生物化学,续表4-3 氨基酸的味感,食品生物化学,2化学性质 （1）氨基酸两性解离和等电点 分子中既有碱性的氨基 （-NH2），又有酸性的羧基（-COOH），它们可解离形成带正电荷的阳离子及带负电荷的阴离子，因此氨基酸是两性电解质。氨基酸解离过程和带电状态取决于溶液的pH。当某一pH条件时，氨基酸解离的阳离子及阴离子的数量相等，即氨基酸所带的净电荷为零时，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点 (isoelectric point，pI)。由于等电点时净电荷为零，氨基酸易凝集，此时氨基酸的溶解度最小，最易沉淀析出。根据这一原理，对于一个含有多种氨基酸的混合液可以分步调节其pH到某一氨基酸等电点，从而使该氨基酸沉淀达到分离的目的。,食品生物化学,HpI （2）与亚硝酸的反应 反应所放出的氮气，一半来自氨基酸分子上的-氨基氮，一半来自亚硝酸的氮，在一定条件下测定反应所释放的氮气的体积，就可计算出氨基酸的含量。这个反应是范斯莱克 （Van styke）氨基氮测定方法的基础。,食品生物化学,（3）与水合茚三酮的反应 -氨基酸与水合茚三酮一起煮沸，生成蓝紫色物质。只有脯氨酸生成黄色物质。该反应非常灵敏，常用于纸色谱、离子交换法定性、定量测定氨基酸。,食品生物化学,食品生物化学,（4）与甲醛反应 氨基酸在水溶液中主要以两性离子形式存在，既能电离出H+，又能电离出OH，但由于氨基酸水溶液的解离度很低，不能用碱直接滴定氨基酸的含量。当加入甲醛反应后促使氨基酸电离产生H+，使其pH下降，就可以用酚酞作指示剂，用NaOH溶液来滴定。每释放出一个H+，就相当有一个氨基氮，由滴定所消耗的NaOH的量可计算出氨基氮的含量，即氨基酸的含量。此法可用于测定游离氨基酸的含量，也常用来测定蛋白质水解程度。 （5）与重金属离子作用 许多重金属离子如铜离子、铁离子、锰离子等和氨基酸作用能形成稳定的络合物。如氨基酸与铜离子能形成蓝色络合物结晶，常用来分离或鉴定氨基酸。,食品生物化学,食品生物化学,第四节 蛋白质结构,一、蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的连接方式和氨基酸在多肽链中的排列顺序。氨基酸排列顺序是由遗传信息决定的，一级结构是蛋白质分子的基本结构，它是决定蛋白质空间结构的基础。,食品生物化学,1氨基酸的连接方式肽键 一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的-氨基脱水缩合形成的酰胺键(CONH-)称为肽键，反应产物称为肽。由两个氨基酸形成最简单的肽，即二肽，二肽再以肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽，其余类推。多个氨基酸分子以肽键相连形成多肽。多肽是链状结构，所以又称多肽链。书写肽链结构时，把含有自由氨基一端写在左边，叫N端或氨基末端，而把含有自由羧基一端写在右边，叫C端或羧基末端。肽广泛存在于动植物组织中，并具有特殊的功能，如谷胱甘肽是辅酶，肌肽与肌肉表面的缓冲作用有密切关系。,食品生物化学,2氨基酸的排列顺序 两个不同的氨基酸组成二肽时就有两种连接方式，三肽有六种，六肽有720种。组成肽的氨基酸的数目增多，连接方式也随之增多。虽然构成各种蛋白质的氨基酸有20种，但由于氨基酸的种类、数目、比例、排列顺序的不同，仍然可以构成种类繁多、结构各异的蛋白质。胰岛素(insulin)是世界上第一个被测定一级结构的蛋白质，它是由A、B两条多肽链通过两个二硫键相连，A链含21个氨基酸残基，B链含30个氨基酸残基，A链本身第6位及第11位两个半胱氨酸形成一个链内的二硫键。,食品生物化学,图4-1 牛胰岛素的一级结构,食品生物化学,二、蛋白质的空间结构 1蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链折叠和盘绕方式，主要包括-螺旋和-折叠,另外还有-转角和无规则卷曲。维持蛋白质的二级结构的主要作用力是氢键。 肽键的键长在单键、双键键长之间。因肽键不能自由旋转而使参与肽键的6个原子共处于同一平面，称为肽键平面，又称肽单元。而每个-碳原子与两侧肽平面中的氮原子和羰基碳原子以普通单键连接可以自由旋转。多肽链的主链是由许多肽键平面组成，平面之间以-碳原子相互隔开，并且以碳原子为顶点作旋转运动。,食品生物化学,图4-2 肽键平面,食品生物化学,蛋白质二级结构的种类主要有： （1）-螺旋 1951年Pauling等人根据羊毛、猪毛、鸟毛及马鬃等天然角蛋白的X-射线衍射图谱，提出了著名的-螺旋模型。多肽链围绕中心轴呈有规律右手螺旋，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54 nm，氨基酸侧链伸向螺旋外侧，其形状、大小及电荷量的多少均影响-螺旋的形成，-螺旋的每个肽键的亚氨基氢与第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行，肽链中的全部肽键都可形成氢键，氢键是维持-螺旋结构稳定的主要次级键。天然蛋白质的-螺旋绝大多数是右手螺旋，近年来也偶尔发现极少数蛋白质中存在着左手螺旋结构。,食品生物化学,图4-3 -螺旋结构,食品生物化学,（2）-折叠 -折叠也是Pauling等人提出的,-折叠与-螺旋的差异在于后者是肽链卷曲成棒状的螺旋结构,而前者则是延展的肽链,两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段可平行排列，肽链的走向可相同，也可相反。相邻主链之间靠氢键维持。为了在主链骨架之间形成最多的氢键,避免相邻侧链间的空间障碍,相邻的肽键平面必须作一定的折叠,形成一个锯齿状的折叠片层，因此这个结构又叫作-片层结构 。 （3）-转角 -转角出现于肽链180的转角部位。-转角通常由4个氨基酸残基构成，第一个残基的羰基氧与第四个残基的亚氨基氢可形成氢键，以维持转折结构的稳定。此结构又称发夹回折。-转角的结构较特殊，常出现于球蛋白的表面，多含脯氨酸和甘氨酸。,食品生物化学,图4-4 -折叠结构示意图,食品生物化学,（4）无规则卷曲 指蛋白质分子中没有规则的那部分肽链，往往出现在肽链的拐角处也称超二级结构。它表现重要生物学功用。如很多球蛋白中由2个或3个-螺旋或-折叠二级结构再组合形成超二级结构，超二级结构具有特征性氨基酸序列和相关的特定功能。 2蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构是多肽链在二级结构的基础上进一步盘绕卷曲，形成较紧密的立体构象。蛋白质的三级结构的稳定性是由侧链基团的相互作用生成的各种次级键，如氢键、离子键(盐键)、疏水作用、范德华力等非共价键以及由两个半胱氨酸巯基共价结合而形成的二硫键维持的，其中以疏水键数量最多。,食品生物化学,蛋白质在形成三级结构时，疏水的非极性侧链基团常常避水而居于分子内部；极性的侧链基团则趋向水而暴露或接近于分子表面。特定三级结构对蛋白质的生物活性是必需的，这种空间结构发生改变，则引起蛋白质生物活性的改变。,图4-5 鲸鱼肌红蛋白的三级结构,食品生物化学,3蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构是指具有相对独立三级结构的亚基再经次级键结合而成的空间构象。其中每个具有独立的三级结构的多肽链称为亚基。亚基单独存在时，没有生物活性，只有完整的四级结构才具有生物活性。但对于只具有三级结构不具有四级结构的蛋白质，如胰岛素、免疫球蛋白等，如果三级结构被破坏，它们的生物学功能也就丧失了。蛋白质的四级结构多数含偶数个亚基，分子呈一定的对称性。维持四级结构的作用力主要是疏水作用，也包括氢键，离子键及范德华力等。,食品生物化学,图4-6 血红蛋白结构示意图,食品生物化学,第五节 蛋白质的理化性质,一、蛋白质胶体性质 蛋白质是高分子化合物，其相对分子质量很大，蛋白质分子直径约为1100 nm，颗粒大小在胶体粒子的范围，故蛋白质溶液为胶体溶液。同所有胶体溶液一样，具有丁达尔现象和胶体渗透压。,食品生物化学,由于蛋白质颗粒表面有亲水基团，可吸引水分子，在颗粒表面形成较厚的水化膜，将蛋白质颗粒分开，不致相聚沉淀；同时，由于同种蛋白质颗粒表面带有同种电荷，因同种电荷相斥，使蛋白质颗粒难以相互聚集从溶液中沉淀析出。所以蛋白质溶液是稳定的亲水胶体溶液。当破坏水化膜和去掉电荷时，使蛋白质分子间引力增加而沉降。依据这一原理，加工脱水猪肉时，在干燥前调节肉的pH，使之距离等电点较远，蛋白质在带电情况下干燥，可以避免蛋白质分子的紧密结合，复水时较易嫩化。,食品生物化学,二、蛋白质的两性解离和等电点 蛋白质和氨基酸一样，既能和酸作用又能和碱作用，是两性电解质。分子中，除氨基末端的-NH2和羧基末端的-COOH，肽链内多种氨基酸残基的R侧链还有许多可离子化基团，如NH3、COOH、OH等。在一定的pH条件下，这些基团解离而使蛋白质分子带电荷。其解离过程和带电状态取决于溶液的pH。当某一pH条件时，蛋白质解离成阳、阴离子的数量相等，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质等电点。等电点时蛋白质以兼性离子状态存在。 各种蛋白质都具有特定的等电点。蛋白质在等电点时溶解度最小，易从溶液中析出。这一性质常用于蛋白质的分离、提纯。在食品工业上也有利用，如制备凝固型酸奶就是利用这一原理。,食品生物化学,蛋白质的阳离子 蛋白质的兼性离子(等电点) 蛋白质的阴离子,三、蛋白质的溶解性 蛋白质在低盐溶液中溶解度较大，在高盐溶液中溶解度下降。前者称为盐溶，后者称为盐析。当盐溶液较低时，蛋白质颗粒上吸附盐离子，使蛋白质颗粒带有同种电荷而相互排斥，并加强与水分子的作用，溶解度增加。,食品生物化学,在高盐溶液中，盐不仅与水的亲合性很强，而且又是强电解质。一方面从蛋白质中夺取水分，破坏蛋白质表面的水膜；另一方面，由于盐离子浓度比较高，可以大量中和蛋白质颗粒上的电荷，破坏了蛋白质胶体的稳定性，出现沉淀。 四、蛋白质的变性与复性 蛋白质在某些理化因素的作用下，如高温、高压、乙醇、重金属离子及生物碱试剂等，其空间构象受到破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性(denaturation)。当蛋白质变性程度不高，可在消除变性因素条件下使蛋白质恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation)。如果变性因素作用剧烈，变性过甚，不可能发生复性，称为不可逆变性。,食品生物化学,变性的实质是蛋白质的次级键被破坏，二、三、四级结构改变，天然构象解体。但一级结构不变，无肽键断裂。变性后的蛋白质理化性质发生改变，主要表现为溶解度降低、粘度增大，不易形成结晶，易于水解消化和生物活性丧失等等。其溶解度降低是由于次级键断裂,蛋白质分子内部的疏水基团暴露于分子表面，破坏了水化膜的缘故；而粘度增加是由于变性后的蛋白质分子形状更加不对称而引起的。生物活力丧失是蛋白质变性的主要特征，如酶失去催化能力、血红蛋白失去运氧能力等。在日常生活中有许多蛋白质变性的实例。如加热可使蛋清变性凝固；煮熟的牛奶和鸡蛋有特殊的气味。,食品生物化学,五、蛋白质的呈色反应 1双缩脲反应 尿素在加热时，两分子尿素缩合生成双缩脲并放出一分子氨。双缩脲在碱性溶液中能与硫酸铜反应产生紫红色络合物。蛋白质分子中含有许多与双缩脲结构相似的肽键，因此蛋白质分子与碱性铜溶液中的铜离子形成紫红色络合物的反应，称为双缩脲反应。碱性铜溶液称为双缩脲试剂。该反应可用于蛋白质和多肽的定性、定量测定，也可用于蛋白质水解程度的测定。,双缩脲,食品生物化学,2酚试剂反应 酚试剂又称福林试剂或Folin-酚试剂。蛋白质分子中酪氨酸的酚基在碱性条件下与酚试剂(磷钼酸磷钨酸化合物)作用，生成蓝色物质。该反应可用于蛋白质的定性、定量分析。其灵敏度比双缩脲反应高100倍。 3茚三酮反应 蛋白质与氨基酸一样，在溶液中加入水合茚三酮并加热至沸腾则显蓝紫色。常用来检验蛋白质的存在。,食品生物化学,4黄色反应 含有芳香族氨基酸，特别是酪氨酸和色氨酸的蛋白质在溶液中遇到硝酸后，先产生白色沉淀，加热则变黄，再加碱颜色加深为橙黄色。这是因为苯环被硝化，产生硝基苯衍生物。皮肤、毛发、指甲遇浓硝酸都会变黄。 5米伦反应 含有酪氨酸的蛋白质与米伦试剂（由硝酸汞、硝酸亚汞、硝酸配制而成）混合，先产生白色沉淀，加热后沉淀变成砖红色。,食品生物化学,第六节 蛋白质分类,一、根据分子形状分类 根据蛋白质的分子形状分为球状蛋白和纤维状蛋白两大类。 1球状蛋白（球蛋白） 分子接近球状(分子长短轴比小于10:1)，较易溶于水。在动物和植物体内都含有大量球蛋白。 2纤维状蛋白 分子呈细棒或纤维状（分子长短轴比大于10:1），在动物体内广泛存在。,食品生物化学,二、根据分子组成和溶解度分类 蛋白质根据分子组成和特性分为单纯蛋白质和结合蛋白质。 1单纯蛋白质 单纯蛋白质是分子中只含-氨基酸的一类蛋白质，自然界中许多蛋白质属于这一类。按溶解度分为下列七类： （1）清蛋白 能溶于水、稀盐、稀酸和稀碱溶液，加热凝固。清蛋白普遍存在于动、植物组织中，例如蛋清蛋白、乳清蛋白、血清蛋白、豌豆中的豆清蛋白和小麦中的麦清蛋白等。 （2）谷蛋白 能溶于稀酸和稀碱溶液中，但不溶于水和稀盐溶液。此类蛋白仅存在于植物组织中，例如小麦中的麦谷蛋白和大米中的米谷蛋白等。,食品生物化学,（3）球蛋白 能溶于稀盐、稀酸和稀碱溶液，但不溶于水。球蛋白普遍存在于动、植物组织中，例如血清球蛋白、肌球蛋白、乳球蛋白、棉籽球蛋白、大豆球蛋白、豌豆球蛋白等。 （4）组蛋白 能溶于水、稀酸和稀碱，不溶于稀的氨水，分子中含有大量的碱性氨基酸，组蛋白是动物性蛋白质，例如从胸腺和胰腺中可分离得到组蛋白。 （5）醇溶谷蛋白 能溶于50%80%的乙醇中，但不溶于水、无水乙醇。醇溶谷蛋白仅存在于植物组织中，例如小麦醇溶谷蛋白、玉米醇溶谷蛋白、大麦醇溶谷蛋白、麦芽醇溶谷蛋白等。,食品生物化学,（6）精蛋白 能溶于水和稀酸，不溶于氨水。精蛋白是高度碱性的蛋白质，加热不凝结，分子中碱性氨基酸的比例比组蛋白更高，可达总氨基酸量的70%80%。精蛋白也是动物性蛋白质，存在于鱼精、鱼卵和胸腺等组织中。 （7）硬蛋白 在各类蛋白质中它的溶解度最低，一般不溶于水、盐溶液、稀酸、稀碱以及乙醇。硬蛋白是动物性蛋白质，是动物体中作为结缔组织和保护功能的蛋白质。如毛发、指甲、蹄、角中的角蛋白，皮肤、骨骼中的胶原蛋白等等。 2结合蛋白质 结合蛋白质是由一个蛋白质分子与一个或多个非蛋白质分子结合而成。,食品生物化学,按组分分为： （1）核蛋白 核蛋白是由蛋白质与核酸构成。核蛋白中的蛋白质主要是精蛋白及组蛋白，通过静电引力与核酸联结在一起。核蛋白在一切生物中都有，在生物体内有着重要意义。 （2）磷蛋白 磷蛋白是由蛋白质与磷酸组成。磷酸常与丝氨酸或苏氨酸侧链的羟基相结合。卵黄中的卵黄磷蛋白、乳中的酪蛋白都是典型的磷蛋白。 （3）脂蛋白 脂蛋白是由蛋白质与脂类组成。脂蛋白不溶于乙醚而溶于水，因此，在血液中由脂蛋白来运输脂类物质。在血、蛋黄、乳、脑、神经及细胞膜中多见。,食品生物化学,（4）糖蛋白 糖蛋白由蛋白质和碳水化合物结合而成。广泛分布于生物界，存在于骨骼、肌腱、其它结缔组织及黏液和血液等体液中。鱼类等水产动物的体表黏液中的黏蛋白的非蛋白部分是黏多糖。在人体中的免疫球蛋白也是重要的糖蛋白，在免疫功能中发挥重要作用。 （5）色蛋白 色蛋白是蛋白质与色素物质组成的。其中以含卟啉类的色蛋白最重要。在植物中含镁原子的叶绿素与蛋白质结合而成的叶绿蛋白。人体及动物血液中含铁原子的血红素与蛋白质结合而成的血红蛋白和肌肉中的肌红蛋白等。它们在生物体内都有重要的作用。,食品生物化学,三、从营养学上分 在营养学上根据蛋白质中所含氨基酸的种类和数量把蛋白质分为完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质三类。 完全蛋白质是指该蛋白质含有人体所有的必需氨基酸，并且所含的必需氨基酸数量充足、比例合适，能维持人的生命健康，并能促进儿童的生长发育。 半完全蛋白质是指该蛋白质所含的必需氨基酸的种类齐全，但相互比例不合适，若作为唯一蛋白质来源时可以维持人体的生命，但不能促进生长发育。,食品生物化学,不完全蛋白质是指该蛋白质所含的必需氨基酸种类不全，若用作唯一蛋白质来源时，既不能促进生长发育也不能维持生命。 多数动物蛋白质如肉类、鱼类和奶类的酪蛋白、蛋类中的卵白蛋白和卵黄蛋白等都是完全蛋白质。小麦、大麦中的麦胶蛋白属于半完全蛋白质。玉米中的玉米胶蛋白、动物结缔组织中的胶蛋白和豌豆中的豆球蛋白等则属于不完全蛋白质。,食品生物化学,第七节 食物中的蛋白质,一、肉类蛋白质 肉类蛋白质主要存在于肌肉中，骨骼肌的组成：75%水，20%蛋白质和5%脂肪、糖类、非蛋白质可溶性成分及无机盐。肌肉组织呈纤维状结构，肌肉纤维呈交叉条纹状,这是由于其存在交叉条纹状的肌原纤维之故。供人类食用的肉类蛋白主要为猪、牛、羊、鸡、鸭和鱼等的肌肉。这些肌肉的蛋白质成分基本相同，其中人体所需的必需氨基酸含量丰富，而且必需氨基酸的比例适当，属于完全蛋白质，是人类优质蛋白质的主要来源。肉类蛋白质可分为三部分：肌浆中的蛋白质、肌原纤维中的蛋白质和基质蛋白质。,食品生物化学,1.肌浆中的蛋白质 肌浆蛋白约占肌肉总蛋白的20%30%，肌浆蛋白黏度低，常称为肌肉的可溶性蛋白质。主要参与肌肉纤维中的物质代谢。肌浆中的蛋白质包括肌溶蛋白、肌粒中的蛋白质和肌红蛋白。肌溶蛋白可溶于水，加热52时即凝固；肌粒中的蛋白质含多种酶，与肌肉收缩功能有关；肌红蛋白是由珠蛋白与辅基血红素组成的含铁色蛋白，使肌肉呈红色，依动物种类和年龄不同含量不同，一般运动量大的肌肉含量多且色深。 2.肌原纤维中的蛋白质 肌原纤维蛋白主要包括肌球蛋白、肌动蛋白、肌动球蛋白等。这些蛋白质占肌肉蛋白质总量的51%53%，它们与肉及肉制品的物理性质密切相关。,食品生物化学,（1）肌球蛋白 相对分子质量约49万，可与肌动蛋白结合生成肌动球蛋白；在生理盐水浓度下,可生成肌球蛋白分子聚合体,若提高盐浓度,则会分散为单分子而溶解。在制造肉制品时加盐腌渍可提高黏着性与此性质有关。肌球蛋白易生成凝胶,对热不稳定。 （2）肌动蛋白 有球状和纤维状,球状肌动蛋白(G-肌动蛋白)是直径为5.5nm的球状物,聚合可形成纤维状肌动蛋白(F-肌动蛋白),两根链形成螺旋长丝状。细丝中嵌有肌钙蛋白和原肌球蛋白。后二者具有调节肌肉收缩、松弛的功能。,食品生物化学,（3）肌动球蛋白 肌动球蛋白是由肌动蛋白与肌球蛋白形成的复合物,它能反映肌肉的收缩与松弛。当NaCl(KCl)的浓度在0.3mol/L以上时,则肌球蛋白溶解,肌动球蛋白就成为液状,显示出高的黏度。高浓度时易于形成凝胶。变性温度是4550。 3.基质蛋白质 主要成分是硬蛋白类的胶原蛋白、弹性蛋白、网状蛋白等。不溶于水和盐溶液，为不完全蛋白质。 二、胶原和明胶 胶原是皮、骨和结缔组织中的主要蛋白质。胶原的氨基酸组成有以下特征：脯氨酸、羟脯氨酸和甘氨酸含量高，蛋氨酸含量少，不含色氨酸或胱氨酸，因此胶原是不完全蛋白质。,食品生物化学,X射线衍射分析证明，胶原纤维的长度为64nm，而在张力下可增加到400nm 。胶原分子由三股螺旋组成,外形成棒状，许多胶原分子横向结合成胶原纤维而存在于结缔组织中。胶原纤维具有高度的结晶性，当加热到一定温度时会发生突然收缩。例如牛肌肉中的胶原纤维在65即发生这一变化，其原因可能是胶原纤维结晶区域的“熔化”造成的。 明胶是胶原分子热分解的产物。工业生产明胶就是把胶原含量高的组织如皮、骨于加碱或加酸的热水中长时间的提取而制得。明胶不溶于冷水，而溶于热水中，冷却时凝固成富有弹性的凝胶。其等电点为89。凝胶具有热可逆性,加热时熔化，冷却时凝固。其溶胶是典型的亲水胶体。明胶在加热、紫外线及某些有机试剂的作用下会失去溶解性和凝胶性。由于明胶与凝胶具有热可逆性，故大量应用于食品工业特别是糖果制造中。,食品生物化学,三、乳蛋白质 乳蛋白质是乳汁中重要的组成成分,它是一种完全蛋白质,乳蛋白质的成分随品种而变化。牛乳的乳蛋白质主要包括80%左右的酪蛋白和20%左右乳清蛋白,此外还有少量的脂肪球膜蛋白质。 1酪蛋白 酪蛋白是乳蛋白质中含量最丰富的一类蛋白质。它含有胱氨酸和蛋氨酸这两种含硫氨基酸，但不含半胱氨酸。在酪蛋白中还含有磷酸，磷酸以一磷酸酯键与苏氨酸及丝氨酸的羟基相结合，酪蛋白是典型的磷蛋白。在牛乳中,酪蛋白主要以酪蛋白酸钙磷酸钙的络合物形式存在，称为酪蛋白胶粒。,食品生物化学,酪蛋白胶粒在牛乳中比较稳定，但经冻结或加热等处理，也会发生凝胶现象。在130加热数分钟，酪蛋白变性而凝固沉淀。在酸或凝乳酶的作用下，酪蛋白胶粒的稳定性被破坏而凝固。干酪就是利用凝乳酶对酪蛋白的凝固作用制成的。 2乳清蛋白 脱脂牛乳中的酪蛋白沉淀下来以后，保留在其上的清液即为乳清，存在于乳清中的蛋白质称为乳清蛋白质。其主要成分是-乳球蛋白和-乳清蛋白,另外还有少量的血清白蛋白和免疫球蛋白、酶等。,食品生物化学,-乳球蛋白属于单纯蛋白质，约占乳清蛋白质的50%左右。-乳球蛋白含有游离的巯基，牛奶加热后的气味与之有关。加热、增加钙离子浓度或pH超过8.6都能使其变性，它是牛乳中最易加热变性的蛋白质。 -乳清蛋白也属于单纯蛋白质，在乳清蛋白中占25 %左右。-乳清蛋白性质较稳定，分子中含有四个二硫键，不含游离的巯基。 3脂肪球膜蛋白质 在乳脂肪球周围的薄膜中吸附着少量的蛋白质(每100g脂肪吸附蛋白质不到lg)，称为脂肪球膜蛋白质。它是磷脂蛋白质。乳脂肪球膜除含有脂肪球膜蛋白质外，还含有许多酶类和糖类。乳脂肪球膜具有保持乳浊液稳定的作用，它使脂肪球稳定地分散于乳中。,食品生物化学,四、种子蛋白质 人类食用的植物蛋白质主要来源于谷类、豆类及其他油料种子中，所以称它们为种子蛋白质。 1.谷类蛋白质 谷类中的蛋白质含量均较低，一般在10%左右，小麦和大麦约含13%，大米和玉米约含9%。 小麦蛋白质可按它们的溶解度分为清蛋白（溶于水）、球蛋白（溶于10%NaCl ，不溶于水）、麦胶蛋白（溶于70%90%乙醇）和麦谷蛋白（不溶于水或乙醇而溶于酸或碱）。 麦胶蛋白质：不溶于水、无水乙醇及其它中性溶剂，但能溶于60%80%的酒精溶液中。麦胶蛋白在pH为6.4的溶液时，其物理性能指标变小。,食品生物化学,麦谷蛋白质：不溶于水及其它中性溶液，但能溶于稀酸或稀碱溶液中。在热的稀酒精中可以稍稍溶解，但遇热易变性。麦谷蛋白质在pH为68的溶液中，其溶解度、粘度、渗透压、膨胀性能等物理性能指标都变小。 麦胶蛋白和麦谷蛋白是构成面筋的主要成分，又称为面筋蛋白质。面筋蛋白质是从面粉中分离出来的水不溶性蛋白质，约占面粉蛋白质的85%，它决定面团的特性。在面粉中麦醇溶蛋白和麦谷蛋白的量大致相等，两者都是非常复杂的。这两种蛋白质的氨基酸组成有这样的特征：高含量的谷氨酰胺和脯氨酸，非常低含量的赖氨酸和离子化氨基酸；属于最少带电的一类蛋白质。虽然面筋蛋白质中含硫氨基酸的含量较低，然而这些含硫基团对于它们的分子结构以及在面包面团中的功能是重要的。,食品生物化学,清蛋白和球蛋白一起约占小麦胚乳蛋白质的10%15%。它们含有游离的巯基（SH）和较高比例的碱性和其他带电氨基酸。清蛋白的相对分子质量很低，约在12 00026 000范围；而球蛋白的相对分子质量可高达100 000 ，但多数低于40 000 。 2油料种子蛋白质 大豆、花生、棉籽、向日葵、油菜和许多其他油料作物的种子中除了油脂以外还含有丰富的蛋白质。因此提取油脂后的饼粕是重要的蛋白质资源。大豆种子中约占35%40%的蛋白质，而大豆粉粕中含有44%50%的蛋白质，它是目前最重要的植物蛋白质来源。,食品生物化学,油料种子蛋白质中最主要的成分是球蛋白类，其中又包含很多组分。用乙醇水溶液去掉大豆粉粕中的糖分和小分子的肽，残余物中蛋白质含量以干物质计可达70%以上，称为“大豆蛋白质浓缩物”。如果要得到纯度更高的蛋白质，可先用稀碱提取，然后在pH4.04.5条件下沉淀蛋白质，这样可以得到很纯的大豆蛋白质，此法可以分离大豆粉粕中的2/3以上的蛋白质。 从营养观点来看,大豆含有丰富的蛋白质，足够的赖氨酸,但缺乏蛋氨酸。棉籽蛋白缺乏赖氨酸,花生除缺乏蛋氨酸、赖氨酸外,还缺乏苏氨酸。此外,这些种子中还存在一些抗营养因子,适当地加热处理并控制时间和温度,可破坏或抑制这些抗营养因子而提高这类食品的营养价值。将大豆蛋白质“质构化”，使蛋白质具有类似肉的质地和结构，生产大量的植物肉。大豆蛋白质还用于加工糕点、香肠和营养强化等。,食品生物化学,五、单细胞蛋白质 单细胞蛋白质(singlecellprotein，简写SCP)是一些单细胞或多细胞生物蛋白质的统称，它主要由某些酵母、真菌与细菌等食用微生物和藻类提供。 以单细胞蛋白解决人类部分蛋白质的来源，主要是从以下几个方面考虑：单细胞蛋白质的营养价值高，氨基酸的种类齐全，赖氨酸等的必需氨基酸含量较高，微生物蛋白的必需氨基酸略高于大豆蛋白质，是较优质的蛋白质。同时还含有丰富的维生素。另外，单细胞蛋白质在开发上有很多优势。如它可以利用含糖类的废液进行工业化连续生产，不受气候地理条件限制，并且节约土地使用面积，生产速度快、投资少。据估计，一头体重500 kg的乳牛一天只能在其体内增加0. 5 kg的蛋白质，而细菌却在同样长的时间内增重为初重的1 000倍。,食品生物化学,单细胞蛋白中核蛋白的含量很高，可达蛋白质总量的50%。由于核酸的代谢产物尿酸在体内积累过多会引起“尿结石”和在小关节处积累引起“痛风症”，因此单细胞蛋白用于人类食用时，应限制其核酸含量。单细胞蛋白质目前主要供饲用。 六、叶蛋白 叶蛋白，又称绿色蛋白浓缩物(简称LPC)，是以新鲜牧草或其他青绿植物为原料，经压榨后，从其汁液中提取的浓缩粗蛋白质产品。目前在生产实践中应用最多的是苜蓿，它不仅叶蛋白产量高，而且凝聚颗粒大，容易分离，品质好。许多国家种植苜蓿以生产叶蛋白，主要用于饲料，纯品可用于食品。,食品生物化学,第八节 食品加工储藏对蛋白质的影响,一、加热处理 在食品加工中，以热处理对蛋白质的影响较大，影响的程度取决于加热时间、温度、湿度以及有无还原性物质存在等因素。热处理涉及到的化学反应有蛋白质的变性、分解、氨基酸氧化等。 食品经过热加工，一般可以改善食用品质。因为蛋白质遇热变性，维持蛋白质立体结构的作用力被破坏，原来折叠部分的肽链变得松弛，容易被酶水解，从而提高消化率。从所含的各种氨基酸来看，几乎没有多大变化。,食品生物化学,加热时，具有各种生物活性的蛋白质(如各种酶、某些激素等)将失活，蛋白质的物理化学特性会发生变化，如纤维性蛋白质失去弹性和柔软性，球状蛋白质的黏性、渗透压、电泳、溶解性等发生变化。对植物蛋白质而言，在适宜的加热条件下可破坏胰蛋白酶和其它抗营养的抑制素。粮食米面制品焙烤时，色氨酸等会与糖类发生羰氨反应，产生诱人的香味和金黄色。 蛋白质不能过度加热，过度加热会使蛋白质分解、氨基酸氧化，还会使氨基酸键之间交换形成新的酰胺键，既不利于酶的作用，又使食品风味变劣，甚至产生有害物质。组成蛋白质的氨基酸中以胱氨酸对热最为敏感，加热温度过高，时间过长，胱氨酸会发生分解，放出硫化氢。所以，选择适宜的热处理条件是食品加工工艺的关键。,食品生物化学,二、低温保藏 对食品进行冷藏和冷冻加工能抑制微生物的繁殖、酶活性及化学变化，从而延缓或防止蛋白质的腐败，有利于食品的保存。在冷藏或冷冻食品时，细胞内和细胞间隙的自由水和一部分结合水结冰，从而使存在于原生质中的蛋白质分子的一部分侧链暴露出来；同时由于水变成冰导致体积膨胀，冰晶的挤压使蛋白质质点互相靠近、凝聚沉淀，发生变性。因此冷冻会引起食品中蛋白质变性，造成食物性状的改变。所以冰结晶形成的速度和蛋白质变性程度有很大关系，若慢慢降温，会形成较大的冰晶，对食品原组织破坏较大，若快速冷冻则多形成细小结晶，对食品质量影响较小。根据这个原理，食品加工都采用快速冷冻以避免蛋白质变性，保持食品原有的风味。,食品生物化学,解冻也造成蛋白质的变性。解冻时间过长，会引起相当量的蛋白质降解，而且水与蛋白质结合状态被破坏，代之以蛋白质与蛋白质之间的相互作用，形成不可逆的蛋白质变性。这些变化导致蛋白质持水力丧失。 三、脱水与干燥 食品经过脱水干燥，有利于储藏和运输。但过度脱水，或干燥时温度过高、时间过长，蛋白质中的结合水受到破坏，则引起蛋白质的变性，特别是过度脱水时蛋白质受到热、光和空气中氧的影响，会发生氧化等作用。因而食品的复水性降低、硬度增加、风味变劣。冷冻真空干燥能使蛋白质分子外层的水化膜和蛋白质分子间的自由水先结冰，后在真空条件下升华蒸发，达到干燥的目的。这样，不仅蛋白质分子变性少，而且还能保持食品的色、香、味。,食品生物化学,四、碱处理 蛋白质经过碱处理，会发生许多变化，在碱度不高的情况下能改善溶解度和口味，有的还能破坏毒性，如菜籽饼粕和棉籽饼粕用碱处理可以去除芥子苷和棉酚。 轻度碱变性不一定造成蛋白质品质劣化，但长时间，较强碱性加热时，更多的是产生不利影响。如会形成新的氨基酸，易发生变化的氨基酸是胱氨酸、丝氨酸、赖氨酸、精氨酸。脱氢丙氨酸还可与精氨酸、组氨酸、苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸和色氨酸残基之间通过缩和反应形成天然蛋白质中不存在的衍生物，使肽链间产生共价交联。,食品生物化学,碱处理还可使精氨酸、胱氨酸、色氨酸、丝氨酸和赖氨酸等发生构型变化，由天然的L-氨基酸转化为D-氨基酸，而D-型氨基酸不利于人体内酶的作用，人体也难以吸收，从而导致必需氨基酸损失，蛋白质消化吸收率降低。因此，在食品加工中，应避免强碱性条件。 五、氧化 食品在加工储藏过程中，蛋白质与空气中的氧、脂质过氧化物和氧化剂发生氧化反应。如为了杀菌