油料蛋白的制取 蛋白質功能特性

5.5蛋白質的功能性質概念：是指食品體系在加工、儲蓄、制備和消費過程中蛋白質對食品產(chǎn)生需要特征作出貢獻的那些物理、化學性質食品蛋白質的功能性質分為四個方面：①水化性質：取決于蛋白質與水的相互作用，包括水吸收和保留、濕潤性、溶脹性、粘著性、分散性、溶解度和粘度等。通常與蛋白質的大小、形狀和柔順性有關②表面性質：與蛋白質的表面張力、乳化作用、起泡特性、成膜性以及風味結合等有關的性質③結構性質：與蛋白質的相互作用有關的性質，如產(chǎn)生彈性、沉淀、膠凝作用及形成其它結構（面團形成、纖維化等）的性質④感官性質：顏色、氣味、適口性、咀嚼感、爽滑度、渾濁度等第5章蛋白質食品體系中蛋白質的功能性質第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質食品的感官品質是由各種原料復雜的相互作用產(chǎn)生的。例如蛋糕的風味、質地、顏色和形態(tài)等性質，是由原料的熱膠凝性，起泡、吸水作用、乳化作用、黏彈性和褐變等多種功能性組合的結果。一種蛋白質作為蛋糕或其他類似產(chǎn)品的配料使用時，必須具有多種功能特性的要求，如下表第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質動物蛋白，例如乳(酪蛋白)、蛋和肉蛋白等，是幾種蛋白質的混合物，它們有著較寬范圍的物理和化學性質，及多種功能特性；又如蛋清具有持水性、膠凝性、黏合性、乳化性、起泡性和熱凝結等作用，這些功能來自復雜的蛋白質組成及它們之間的相互作用植物蛋白和乳清蛋白等其他蛋白質，它們也是由多種類型的蛋白質組成，但是它們的功能特性不如動物蛋白第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質概念：是指蛋白質能自發(fā)地適移至汽-水界面或油-水界面的性質。在界面上形成高黏彈性薄膜，其界面體系比由低分子量的表面活性劑形成的界面更穩(wěn)定。(主要介紹乳化性和起泡性)影響蛋白質界面性質的因素內因有：氨基酸的組成、結構、立體構象、分子中極性和非極性殘基的分布與比例、二硫鍵的數(shù)目與交聯(lián)，以及分子的大小、形狀和柔順性外因有：pH、溫度、離子強度和鹽的種類、界面的組成、蛋白質濃度、糖類和低分子量表面活性劑、能量的輸入，甚至形成界面加工的容器和順序等第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質蛋白質作為理想的表面活性劑必須具有3個屬性：①快速吸附到界面的能力②在達到界面后迅速伸展和取向③一旦達到界面，即與鄰近分子相互作用形成具有強內聚力和黏彈性的膜，能耐受熱和機械的作用由此可見，蛋白質分子疏水和親水小區(qū)的分布模式及蛋白質的形狀對蛋白質的界面性質有重要的影響，如下圖第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質只有當?shù)鞍踪|表面的疏水數(shù)目達到足以提供疏水-界面相互作用需要的能量，才能使蛋白質在界面牢固地吸附，并形成隔離的疏水小區(qū)。只有這樣方可促進蛋白質吸附，形成穩(wěn)定的泡沫或乳狀液由于Pr具有較大的體積和特定的結構,在界面上吸附時,疏水殘基和親水殘基具有固定的分布模式,因而Pr在界面吸附必須有一定的取向,才有利于泡沫和乳狀液的形成和穩(wěn)定。通常Pr分子的大部分仍然保留在體相中,僅有一小部分固定在界面,如果Pr分子的構象有一定的柔順性,則有利于Pr在界面的吸附和取向,如酪蛋白分子具有高度的柔順性,一旦在界面吸附時,可迅速發(fā)生構象轉變,以適合界面性質的需要。因此,有較多的肽段結合到界面。相反,剛性球狀Pr(如溶菌酶和大豆蛋白)在界面上不能廣泛地發(fā)生轉變在界面上柔順性多肽鏈具有三種典型的構型(圖5-9):列車形、環(huán)形和尾形。具有柔順性的蛋白質可能以一種或多種構型同時在界面上存在。一般列車形是多肽鏈段直接與界面接觸形成的;多肽鏈段懸浮在水相時呈環(huán)形;肽鏈的N一端和C-端位于水相時呈為尾形。其中列車形在界面上出現(xiàn)的概率較多,且與界面強烈結合,并呈現(xiàn)出較低的表面張力蛋白質在界面的穩(wěn)定性決定了它在界面所形成膜的機械強度,而膜的強度又與分子間的相互作用、靜電吸引、氫鏈和疏水相互作用有關。二硫鍵的形成可以增加蛋白質膜的黏彈性。當界面膜中蛋白質的濃度達到約20%～25%(質量/體積)時,蛋白質則以凝膠狀態(tài)存在。各種非共價鍵相互作用達到所需平衡時,才能使凝膠狀膜穩(wěn)定和具黏彈性。倘若疏水相互作用太強,則蛋白質會在表面絮凝、聚結甚至沉淀。當靜電排斥力大大超過吸引力時,不易形成厚的內聚膜第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質1.乳化性乳化的概念：是將一種液體分散到另一種不相溶的液體中去的過程?；蚴侵敢环N液體在另一種液體中緊密分散形成乳狀液的現(xiàn)象，它是兩種液體的混合而并非相互溶解評價乳化特性的方法有油滴大小和分布、乳化活力、乳化能力和乳化穩(wěn)定性

第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質⑴乳化活力：主要是指乳狀液的總界面面積。常用乳化活力指數(shù)(EAI)來表示(表5-8)，即單位質量的蛋白質所產(chǎn)生的界面面積，可根據(jù)乳狀液的濁度(透光率T)與界面面積的關系，測得透光率后，再計算EAIT=2.303A/L(式中A為吸光度；L為光程)根據(jù)光散射的Mie理論，乳狀液的界面面積是它濁度的2倍。假設φ是分散相(油)的體積分數(shù)，ρ是每單位體積水相中蛋白質的量，那么可以根據(jù)下列式計算蛋白質的EAIEAI=2T/(1-φ)ρ式中(1-φ)ρ代表在單位體積乳狀液中總的蛋白質量第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質1.乳化性⑵乳化容量或乳化能力(EC)：是指乳狀液發(fā)生相轉變之前，每克蛋白質能夠乳化油的體積(mL)。在一定溫度下，蛋白質水溶液(或鹽溶液)或分散液在攪拌下以恒定速率不斷加入油或熔化脂肪，當黏度陡然降低或顏色變化(特別是含油溶性染料)或者電阻增大時，即可察覺出相轉變⑶乳狀液穩(wěn)定性(ES)：通常以乳化后，其乳狀液在一定溫度下放置一定時間前后的體積變化值表示，即：ES=最終乳濁液體積×100/最初乳濁液體積ES也可根據(jù)乳化后的乳狀液在一定時間前后的濁度變化值表示，ES=T2/T1(T1為放置前A500nm，T2為放置1h后A500nm)第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質1.乳化性(4)關于評價蛋白質的乳化性質，目前尚無標準的統(tǒng)一方法，只能是相對比較。許多因素對乳狀液的特性和乳化結果都將產(chǎn)生影響，影響蛋白質乳化作用的因素有：蛋白質的溶解度（正比關系）pH=pI，溶解度減少時，降低其乳化作用（多數(shù)蛋白質）pH=pI，溶解度增加，增加其乳化作用。如血清清蛋白、明膠、蛋清蛋白在pH=pI，具有較高的溶解度與蛋白質表面疏水性存在正相關適當熱誘導蛋白質變性，可增強其乳化作用第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質1.乳化性2.起泡性⑴蛋白質的起泡性質：是指蛋白質在汽-液界面形成堅韌的薄膜使大量氣泡并入和穩(wěn)定的能力食品泡沫：通常是氣泡在連續(xù)的液相或可溶性表面活性劑的半固相中形成的分散體系。氣泡的直徑從1μm到幾個cm不等。典型的食品例子就是冰淇淋、啤酒等泡沫的構成：氣體、液體(含蛋白質的水溶液或懸濁液)、表面活性劑(能使→氣/液界面張力↓)對食品泡沫要求：①含有大量的氣體；②在氣相和連續(xù)相之間要有較大的表面積；③溶質的濃度在表面較高；④要有能膨脹、具有剛性或半剛性和彈性的膜；⑤有可反射的光，看起來不透明。泡沫食品的柔軟性依氣泡體積及薄層的厚度及流變學性質而定產(chǎn)生的泡沫方法：①將氣體通過一個多孔分配器鼓入低濃度蛋白質溶液中產(chǎn)生泡沫②在有大量氣體存在的條件下，通過打擦或振蕩蛋白質溶液而產(chǎn)生泡沫③將高壓氣體通入蛋白質溶液，突然減壓，氣體膨脹形成泡沫

第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質2.起泡性⑵泡沫性質評價圖5-12形成泡沫的圖解A-液體體積；B-摻入的氣體體積；C-分散體的總體積；D-泡沫中的流體體積(=E-B)；E-泡沫體積第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質①穩(wěn)定泡沫體積=100×E(泡沫體積)/A(液體體積)②膨脹量(率)=100×B(摻入的氣體體積)/A=100×(C(分散體的總體積)-A)/A③起泡能力=100×B/D(泡沫中的流體體積)④泡沫相體積=100×B/E2.起泡性⑶不同溶液蛋白質的起泡能力第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質2.起泡性⑷影響泡沫形成和穩(wěn)定性的環(huán)境因素蛋白質的濃度：2％一8％，隨著濃度增加起泡性增加。超過10％，氣泡變小，泡沫變硬溫度：泡沫產(chǎn)生前適當?shù)募訜崽幚砜商岣咂鹋菪阅?。過度的熱處理則會損害起泡能力pH值：大多數(shù)食品泡沫是在蛋白質非pI的條件下制備的。例外:卵清蛋白。在pI時蛋白質的溶解度很低，形成泡沫數(shù)量較少（泡沫膨脹率較低），但泡沫的穩(wěn)定性較高鹽：鹽析時則顯示較好的起泡性質。鹽溶時則顯示較差的起泡性質。NaCl：增加膨脹度和降低泡沫的穩(wěn)定性；Ca2+:能同蛋白質的羧基形成鹽橋而提高了泡沫的穩(wěn)定性一、蛋白質的界面性質第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質2.起泡性⑷影響泡沫形成和穩(wěn)定性的外界因素糖：損害蛋白質的起泡能力，卻改進了泡沫的穩(wěn)定性脂：脂肪破壞蛋白質的起泡性質，泡沫穩(wěn)定性下降機械處理：適當?shù)臄嚢瑁◤姸?、時間）會使蛋白質伸展而產(chǎn)生吸附和形成泡沫，過度攪拌則會使蛋白質不能有效吸附在界面上而產(chǎn)生絮凝，大大降低膨脹度和泡沫的穩(wěn)定性加熱處理：加熱會使氣體膨脹、不利于泡沫的形成，粘度降低。但發(fā)泡前對蛋白質進行適當?shù)臒崽幚韺ζ浒l(fā)泡是有利的，此時可使蛋白質分子伸展并有利于其在空氣-水界面上的吸附在某些食品加工中有時不需要產(chǎn)生泡沫，如濃縮、發(fā)酵等過程，可能因泡沫的產(chǎn)生造成產(chǎn)物損失或減慢加工速度，此時可加入消泡劑來消除泡沫第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質一、蛋白質的界面性質二、黏彈性小麥蛋白是眾多食品蛋白質中唯一具有形成黏彈性面團特性的蛋白質當小麥面粉與水(約3：1)于室溫下混合、揉搓，形成強內聚性和黏彈性的面團，再通過發(fā)酵、焙烤便制成面包小麥面粉中蛋白質的種類可溶性蛋白：占總蛋白的20%，包括清蛋白(溶于水)和球蛋白(溶于10%NaCl)，以及少量的糖蛋白，它們與面團的形成無關；不溶性蛋白即面筋蛋白：占總蛋白的80%，主要包含麥醇溶蛋白(溶于70%～90%乙醇)和麥谷蛋白(不溶于水和乙醇，而溶于酸或堿)。小麥面粉發(fā)酵時面筋蛋白能夠捕捉氣體形成黏彈性面團。面筋蛋白中還含有淀粉粒、戊聚糖、極性和非極性脂類及可溶性蛋白質，所有這些成分有助于面團形成三維的黏彈性蛋白質網(wǎng)絡和(或)面包質地的形成第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質面團形成的本質：面筋蛋白主要由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白組成，面團的特性與它們密切相關（1）在面包制作過程中麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的平衡非常重要。大分子的麥谷蛋白與面包的強度有關，它的含量過高會抑制發(fā)酵過程中殘留CO2的膨脹，抑制面團的鼓起；麥醇溶蛋白含量過高會導致過度的膨脹，產(chǎn)生的面筋膜易破裂和易滲透，面團塌陷（2）在面團中加入極性脂類、變性球蛋白有利于麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的相互作用，提高面筋的網(wǎng)絡結構，而中性脂肪、球蛋白則不利面團結構（3）面筋蛋白的AA組成：*在面筋蛋白中因可離解氨基酸少而不易溶于中性水中，*另外大量的谷氨酰胺、羥基氨基酸易形成氫鍵，使面筋具有吸水能力和粘聚性質（粘聚性質還與疏水相互作用有關），*含有一SHAA能形成雙硫鍵，所以在面團中它們緊密連接在一起。當面粉被揉捏時分子伸展，二硫鍵形成，疏水作用增強，面筋蛋白轉化形成了立體的具有粘彈性的蛋白質網(wǎng)絡，載留了一些淀粉粒和其它成份加入還原劑破壞－S－S－,則可破壞面團的內聚結構，但加入KBrO3氧化劑則有利于面團的彈性和韌性第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質二、黏彈性三、膠凝作用膠凝作用的概念：變性的蛋白質分子聚集并形成有序的蛋白質網(wǎng)絡結構過程稱為膠凝作用蛋白質的膠凝作用不僅可用來形成固態(tài)黏彈性凝膠，而且還能增稠，提高吸水性和顆粒黏結、乳狀液或泡沫的穩(wěn)定性。因此膠凝是蛋白質重要的功能性質，在許多食品的制備中起著主要的作用形成凝膠的條件（1）在多數(shù)情況下熱處理是凝膠形成的必需條件，然后再冷卻。有時加入少量的酸或Ca2+鹽可提高膠凝速度和膠凝強度（2）有時不需要加熱也可以形成凝膠，如有些蛋白質只需要加入Ca2+鹽，或適當?shù)拿附?，或加入堿使之堿化后再調pH值至等電點，就可發(fā)生膠凝作用第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質三、膠凝作用蛋白質還能通過和多糖膠凝作用形成，帶正電荷的明膠和帶負電荷的褐藻酸鹽或果膠酸鹽之間通過特異離子相互作用可形成高熔點(80℃)凝膠許多膠凝以高度膨脹(稀疏)和水合結構的形式存在，通常每克蛋白質能保持10克以上的水，而且其他食品成分可被蛋白質的網(wǎng)絡所截留。有些蛋白質凝膠含水量甚至高達98%，雖然這種水大部分和稀鹽溶液中水的性質相似，但這些水是以物理的方式被截留，因而不易擠出蛋白質的膠凝與蛋白質的締合、聚集或聚合、沉淀、絮凝和凝結等有區(qū)別：Pr的締合是指在亞基或分子水平上發(fā)生的變化Pr的聚合或聚集是指由于溶解度部分或全部喪失而引起的一切聚集反應Pr的絮凝是指沒有蛋白質變性時的無序聚集反應Pr的凝結是變性蛋白質的無序聚集反應第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質四、水化性質溶液中每個蛋白質的構象主要決定于它與水的相互作用。大多數(shù)固態(tài)食品中的蛋白質也存在著與水的相互作用，此類食品為水化的固態(tài)體系此外，干的濃縮蛋白質或分散物在應用時必須先水化。因此，食品蛋白質的水化和復水性在實踐中是很有用的干蛋白質與水相互作用的順序(逐步水化過程)：

干蛋白質→水分子通過與極性部位結合而被吸附→多層水吸附→液態(tài)水吸附→腫脹→溶劑分散→溶液↓腫脹的不溶性粒子或塊狀物第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質四、水化性質影響水化作用的(環(huán)境)因素①蛋白質的濃度：水的總吸收量隨蛋白質濃度的增加而加大，但每個蛋白質的水化程度則可能下降②pH值的變化：在等電點時，蛋白質與蛋白質達到最大的相互作用，而締合和收縮的蛋白質表現(xiàn)出最弱的水化作用和膨脹力③溫度的影響：A蛋白質結合水的能力隨T↑而↓。原因是降低了氫鍵的鍵合力和造成了蛋白質的變性和聚集B將結構十分致密的蛋白質加熱處理時，能提高其結合水的能力④離子的種類和濃度對蛋白質的吸水力、膨脹性和溶解度有很大的影響，水、鹽和氨基酸側鏈之間常會發(fā)生競爭性結合。低鹽濃度時蛋白質的水化能力增強；高鹽濃度時，水-鹽間的相互作用會超過水-蛋白質之間的相互作用，此時可能引起蛋白質的脫水第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質五、溶解性蛋白質平衡溶解度的達到是緩慢的，而且溶解度隨最終的pH值、離子強度、溫度及蛋白質濃度的變化而變化。大多數(shù)蛋白質在加熱時溶解度明顯地不可逆降低溶解度數(shù)據(jù)對天然來源蛋白質的提取、純化和分離條件的確定至關重要，為蛋白質的可應用性提供了一個很好的指標①不溶解程度可能是評價蛋白質變性和凝集作用最實際的量度②具有較大起始溶解度的蛋白質能快速而且大量地分散，從而得到很好的膠體體系，而且具有均勻的宏觀結構和潤滑的質地③起始溶解度有利于蛋白質向氣/水和油/水界面擴散，提高其表面活性第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質六、黏度一種液體的黏度反映出它對流動的阻力，可以用黏度系數(shù)μ表示，μ的定義是剪切力與剪切速度(或流動速度)之比。影響蛋白質流體黏度性質的主要因素是分散的蛋白分子或顆粒的表觀直徑，表觀直徑又與以下的參數(shù)而有關：①蛋白質分子的固有特性(摩爾濃度、分子大小、分子體積、分子結構和電荷等)；②蛋白質和溶劑間的相互作用；③蛋白質分子之間的相互作用當流體分散體系如勻漿、乳濁液、糊狀物或凝膠(包括蛋白質)的流速增加時，它們的黏度系數(shù)降低，這種現(xiàn)象稱為剪切稀釋，它可以用下述現(xiàn)象來解釋：①分子朝著流動方向逐漸取向，使得摩擦阻力降低；②蛋白質的水合體朝向流動方向的一側，形狀向阻力變小的方向變化；③氫鍵和其它弱鍵的斷裂會使蛋白質聚集體和網(wǎng)絡解離。Pr的粘度、稠度是流體食品如飲料、肉湯、湯汁等的主要功能性質，蛋白質分散體系流動性質方面的知識在確定最佳操作條件時具有實際意義，例如在蛋白質食品的輸送、混合、加熱、冷卻和噴霧干燥中，蛋白質分散系的流動性都影響到質和熱的傳遞第5章蛋白質5.5蛋白質的功能性質5.6食品蛋白質原料特性及新型蛋白質開發(fā)主要包括①肌漿蛋白質：含有大量糖解酶，還含有肌紅蛋白和血紅蛋白(影響肉的顏色)、細胞色素和黃蛋白。前三種參與活體肌肉中氧的運輸②肌纖維蛋白質：占動物骨骼肌中蛋白質的一半，它們在生理條件下，即在活體肌肉中是不溶解的，它們高度帶電和結合著水③基質蛋白質：形成了肌肉結締組織的骨架，包括膠原蛋白、網(wǎng)硬蛋白和彈性蛋白。與肌漿蛋白和纖維蛋白相比，基質蛋白質都較難溶解第5章蛋白質一、肌肉蛋白二、酪蛋白在牛乳中含有多種蛋白質，各有著不同的性質酪蛋白約占脫脂牛乳的蛋白質中80%酪蛋白是一類磷蛋白，在pH4.6和20℃條件下從脫脂牛乳中沉淀出來酪蛋白屬于疏水性最強的那類蛋白質，在牛乳聚集成膠團形式酪蛋白的膠團由亞膠團集合而成；亞膠團由各種不同的酪蛋白依靠疏水相互作用聚集而成第5章蛋白質5.6食品蛋白質原料特性及新型蛋白質開發(fā)三、乳清蛋白乳清蛋白中的主要成分按含量遞減依次為β-乳清蛋白、α-乳清蛋白和血清蛋白在天然或未變性狀態(tài)時，這些蛋白質在pH4.6保持可溶狀態(tài)乳清蛋白在寬廣的pH、溫度和離子范圍內具有良好的溶解度，甚至在等電點附近(pH4～5)仍保持溶解，這是天然乳清蛋白質最重要的物理化學和功能性質此外，乳清蛋白質溶液經(jīng)熱處理后形成穩(wěn)定的凝膠和乳清蛋白質的表面性質在它們應用于食品時也是很重要的第5章蛋白質5.6食品蛋白質原料特性及新型蛋白質開發(fā)四、小麥蛋白質小麥蛋白質可按它們的溶解度分為清蛋白(溶于水)、球蛋白(溶于10%NaCl，不溶于水)、麥醇溶谷蛋白(溶于70%～90%乙醇)和麥谷蛋白(不溶于水或乙醇而溶于酸或堿)清蛋白和球蛋白一起約占小麥胚乳蛋白質的10%～15%。它們含有游離的巰基和較高比例的堿性和其他氨基酸麥醇溶蛋白和麥谷蛋白是面筋蛋白的主要成分，它們約占面粉蛋白的85%。在面粉中兩者的量大致相同，且組成成分是非常復雜的第5章蛋白質5.6食品蛋白質原料特性及新型蛋白質開發(fā)五、大豆蛋白質大豆中含有42%的蛋白質，最重要的大豆蛋白質是球蛋白它們在等電點附近是不溶解的，在加入NaCl或CaCl2時能溶解pH高于或低