[本次授课内容]

第6章 蛋白质

6.4 食品加工贮藏中蛋白质的变化与蛋白质的改性

＃ 6.5 食品蛋白质含量的测定

重点：加工对营养及功能特性的影响、改善营养及功能特性的方法

6.4 食品加工贮藏中蛋白质的变化

6.4.1 食品加工贮藏中蛋白质的变化

6.4.1.1 热处理中的变化

热处理是许多食品，尤其是蛋白食品的加工常用的杀菌方法，也是一些食品加工中所必须的工艺步骤。多数食品蛋白质只能在窄狭的温度范围内（60-90℃，1h或更短时间）才具有生物活性或功能性。

○ 加热对蛋白质理化性质的直接影响：蛋白质结构变得松散、某些次级键的断裂、变性失活等。而加热的程度（温度、时间）及其它因素的协同作用、蛋白质的种类等又是蛋白质变性程度的决定因素，其中有些变化有利于营养、功能特性的提高，另一些变化则属于劣变。

（1）有利变化 始终保持适度热处理，既不会破坏共价键也不至于形成新的共价键，不影响蛋白质的一级结构。从营养学的观点讲，蛋白质对温和热处理所产生的变化一般是有利的。

① 大多数蛋白质在加热后营养价值得到提高。因为适宜的加热使蛋白质变性后，原有的紧密结构变得松散、伸展，进入人体易为消化酶所水解，从而提高消化率，营养价值也相应提高。

② 某些植物蛋白所含的抗营养因子－蛋白酶抑制剂（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶）、凝集素（致血红细胞凝集）等在加热中被钝化失活。从而提高蛋白质食品的安全性和营养价值，如豆科植物蛋白的热加工处理。

③ 热处理是常用的杀菌方法。微生物的机体蛋白因热处理变性失活，达到杀菌目的，可防止微生物引起的食品腐败变质。

④ 热处理还可钝化食品中存在的某些可能引起食品的色泽、质地、风味等发生非需宜改变的酶。如，酶促褐变、引起豆腥味的LOX），从而保持良好的风味及外观品质。

（2）不利变化

A、过度加热会导致氨基酸特别是必需氨基酸（蛋与胱、赖AA）的损失。因蛋白质因热分解或聚合致使营养价值下降。

1 脱硫：T-115℃～27h，某些AA残基（胱氨酸与蛋氨酸——含硫EAA），会有一半以上的胱氨酸发生脱硫化氢反应。既损害营养，也引起功能性质的改变；

2 脱酰胺：T>100℃，蛋白质中Gln，Asn残基脱除酰胺基-NH2。尽管不损害营养，但环境中-NH2会导致蛋白质电荷和功能性质的改变；

3 异构化：T>200℃，色氨酸发生异构化，生成环状衍生物。其中包括致突变物质，某些氨基酸由L-型转变为D-型而失去营养价值，甚至具有毒性；

4 交联反应：T>150℃，蛋白质中赖氨酸的ε－NH2参与形成新的肽键-交联肽键。如Lys与Asp、Glu反应，失去赖氨酸的营养价值，新生成的肽链可能对人体有毒；

ε-N（γ-谷氨酰基）-L-赖氨酰基

5 羰氨反应：当还原糖存在时，在普通条件下即可发生的羰氨反应，因加热可加速进行。色、精、苏、组等均易发生，Lys中ε－NH2更易发生该反应，形成不易为酶消化水解的希夫碱，失去EAA的营养价值并同时导致外观褐变，遇有蔗糖水解、脂肪氧化产物均可提供羰基发生该反应；当然，同时可对面粉焙烤食品起到需宜性的呈色效果。

6 热分解：T>200℃以上时（如烧烤食品表面温度），蛋白质发生热分解。可能产生诱变化合

2-氨基-3-甲基咪唑- 2-氨基-3，4-二甲基咪唑- 2-氨基-3，8-二甲基咪唑-

（4，5-f）喹啉 （4，5-f）喹啉 （4，5-f）喹啉

（IQ） （MelQ） （MelQx）

物（AIAS：氨基咪唑基氮杂芳烃），达到一定的摄入量可致癌。有研究表明，烧烤鱼中至少存在三种类似物质

7 热聚合反应：当蛋白质食品体系中有脂类存在时，热处理先致脂氧化生成氢过氧化物及分解产物，过氧化脂类（游离基）进一步与蛋白质发生共价结合，或诱导蛋白质分子间聚合，降低蛋白质的有效利用率。

B、水合性质的变化

1 可溶性球蛋白的热变性一般导致溶解度降低，但变性温度和程度受多种因素影响。

2 经过处理的肌原纤维蛋白同样也发生收缩、聚集和保水能力降低。

图6-9 加热对牛肌肉持水容量的影响

6.4.1.2 碱处理的变化

○ 碱性条件下，尤其是在加热+碱处理，如，组织化蛋白的制备，会导致蛋白质营养价值的下降。主要有：

①含硫氨基酸的分解（胱氨酸等），脱-SH等；

②AA的异构化：L－型→D－型，降低、失去营养价值；

3 AA的消除与交联反应，使EAA变成不易被消化利用的交联形式。

首先，半胱氨酸或磷酸丝氨酸残基经β-消去反应形成脱氢丙氨酸DHA。然后，因为，DHA残基的反应活性很强，DHA与赖氨酸残基的ε-氨基、鸟氨酸残基的δ-氨基和半胱氨酸残基的巯基容易结合，分别形成含交联键的赖氨丙氨酸、鸟氨丙氨酸和羊毛硫氨酸。

（R=SH或OPO3H2） （DHA）

赖氨酰丙氨酸残基 鸟氨丙氨酸残基 羊毛硫氨酸残基

○ 蛋白质中含有较多的Lysε－NH2，碱处理后Lysε－NH2与脱氢丙氨酸DHA交联是主要的蛋白质分子的交联形式。碱处理后由于蛋白质－蛋白质分子间的交联，它们的消化率与生物价降低。

○ 但是，碱处理又是某些蛋白食品加工中必要的处理方法，如，大豆蛋白的分离、浓缩、组织化纤维的生成等，常常利用PH控制工艺过程，实际操作中应尽量使处理条件温和，减少营养损失。

6.4.1.3 低温下的变化

○ 低温贮藏，是常用的食品贮藏条件，主要目的在于：通过低温抑制微生物的生长繁殖，抑制酶活性及化学变化。对于蛋白食品可在低温下减少或延缓腐败的发生，但一定程度的低温会引起蛋白质结构与性质的变化。

○ 低温贮藏分为冷藏和冻藏。冷藏一般不引起蛋白质的结构与性质的变化，而冻藏（-18～-20℃）则因为温度下降、形成冰晶所致的挤压作用、水化膜消失致使蛋白分子聚集沉淀等反应，引起一些不利变化：

① 肉类在冻结→解冻过程中，由于组织、细胞的破坏而释放出蛋白酶，加速蛋白质的分解，水与蛋白质间的结合态氢键受到破坏而代之以蛋白质－蛋白质间的结合氢键，不可逆，保水性下降，风味改变。对营养价值的影响不大。

② 冻鱼类则更易发生蛋白变性（水结冰、水化膜消失至使蛋白质分子靠近聚集沉淀）、肌肉硬化、持水性下降，风味劣变。

③ 含脂肪的蛋白食品在冻藏中，由于脂肪的自动氧化产生自由基、过氧化物等，也导致蛋白质交联、聚合等变性变硬和营养价值下降。

○ 低温下的劣变程度与降温的程度与速度有关。一般以低温速冻、冰晶细小、挤压作用不大、变性程度小，风味保存相对较好。

6.4.1.4 辐射

○ 电离辐射也是保存食品的方法之一，具有杀菌、保鲜、灭虫等效果。

——就辐射本身来说，由于剂量的限制，一般不会造成食品产生放射性。

——但是，辐照的过程中，射线会引起水分子产生自由基OH· 、H· ，继而引起蛋白质分子中的敏感键断裂，发生蛋白质与氨基酸的分解，造成一定的营养损失；辐射也能引起蛋白质变性和聚合，功能性质也会发生相应变化。

——蛋白质受到γ辐射，或者在氧化脂类存在下储存，可发生-SH和-S-S-的交换反应和形成分子间或分子内的共价交联键，主要是从氨基酸残基α-碳生成的游离基开始发生聚合。

——总的来说，辐射的剂量、含水量、O2等控制适当，对蛋白质食品的营养价值影响不大。

6.4.1.5 脱水与干燥

○ 食品加工中脱水是为了降低食品Aw，利于保藏；或减少重量，方便运输。同时，由于脱水致使蛋白质分子间相互作用、聚集等一些不良变化的发生。

○ 不同脱水方法引起的变化：

① 传统脱水法：自然风干脱水，或者给予一定的加温，如传统的腌制肉、鱼等，经长时间的脱水后，表现为鱼肉萎缩变硬、复水性差，失去原有风味。

② 真空干燥：因避开氧气，可减少一些不利的化学变化，如果结合低温进行，蛋白质变性相对少，还可保持食品原有的风味，营养损失小。

③ 喷雾干燥：蛋白原料以雾状快速喷入流动的热空气中，脱水干燥成小颗粒状，蛋白质损失小。如，奶粉的制作。

④ 鼓膜干燥：将蛋白原料置于蒸气加热的旋转表面，蛋白质脱水干燥成膜。

⑤ 冷冻干燥：相对好的一种干燥方法，部分蛋白质变化、但对营养、消化率等影响不大。

6.4.1.6 食品体系中其它成分的影响

① 脂类物质的存在，可引起羰氨褐变；双官能团醛，如，丙二醛，与蛋白质能产生交联，使蛋白质失去溶解性，Lysε–NH2损失及蛋白质生物有效性、功能性质丧失。

② 多酚物质，酚在碱性条件下或酚酶作用下转变为醌，醌可与Pr-SH和NH2发生不可逆反应，醌也能缩合成高分子褐色素并进一步与Pr结合，这些都使消化率与生物有效性降低。

③ 亚硝酸盐存在时，可与一些氨基酸残基（相当于胺的残基如脯、组、色、精、酪、半胱）等在较高的温度和酸性下反应生成N－亚硝胺类物质，继而形成具毒性的致癌物。烧烤、煎炸食品的不安全性就在于此，是值得关心的一个问题。

6.4.1.7 提取分离蛋白质的过程中可能损失部分AA

——如，利用大豆蛋白的PI沉淀时，一些含S清蛋白在PI时因可溶而在过滤时流失。

6.4.1.8 食品加工中氧化剂的影响

过氧化氢、过氧化苯甲酸和次氯酸钠常作为灭菌剂、漂白剂、去毒剂被加入到食品中，有时还会产生食品内源性的氧化产物（如脂肪氧化的自由基、酚氧化生成的醌等）。高活性的氧化剂会导致氨基酸残基的氧化和蛋白质的聚合。最易氧化的是Met、Cys、Trp、His，其次是Tyr。如：蛋氨酸被氧化成蛋氨酸亚砜和蛋氨酸砜

6.4.2 改善蛋白质营养及功能特性的方法

○ 一般而言，蛋白质原料的营养价值以动物蛋白优于植物蛋白，但植物蛋白是目前我国居民膳食蛋白的主要来源，有必要在此基础上对其理化性质加以改性，提高植物蛋白的营养和功能特性，并获得来源丰富、营养性与功能特性优良的食品蛋白质。

○ 蛋白质的改性主要有以下方法：

6.4.2.1 蛋白质的酶促部分水解处理――酶法改性之一

○ 采用加酶、加酸、加碱的方法，使蛋白质发生部分水解，降解产物——肽类物质，比原来的大分子蛋白具有更高的消化率和溶解性，相应提高持水性、乳化性和起泡性。

○ 常用的蛋白水解酶：木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等。例如，牛奶水解蛋白，将脱脂奶粉加水、酶等水解后，可添加到果汁饮料中便于溶解和提高果汁的营养价值，尤其适合消化功能不良的肠胃疾病患者。

○ 提高溶解度是此法改性的主要目的。但必须控制水解度，过度水解会损害其它功能特性如凝胶化、起泡性等。

○ 大多数食品蛋白质在水解时释放出苦味肽，会影响其可接受性。肽的苦味与其平均疏水性有关，苦味的强度取决于蛋白质中氨基酸的组成、顺序和蛋白质水解时所使用的酶，亲水性蛋白质（如明胶）的水解物比疏水蛋白质（如大豆蛋白、酪蛋白）的水解物少苦味或没有苦味。

○ 酶的水解反应还可用于“胃合蛋白反应”（plastein reaction）。——它指一组反应，包括蛋白质的最初水解，接着肽键的重新合成，参与作用的酶通常是木瓜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶。同一种酶催化正逆反应。

木瓜蛋白酶首先将低浓度底物蛋白质部分水解—→然后浓缩保温—→酶再随机地将降解的肽重新用于合成，产生新的多肽。新多肽的生成，将改变原来底物的营养及功能特性，如果将赖、蛋AA加入至反应体系参与新肽的合成，即可提高食品蛋白质的营养价值。

6.4.2.2 酶促蛋白质分子共价交联－酶法改性之二

○ 蛋白质分子内、分子间交联，促使胶凝性提高，成膜性加强，并可引入EAA如赖、蛋AA残基，以提高蛋白质的营养价值。转谷氨酰酶能在蛋白之间引入共价交联，它催化酰基转移反应，导致赖氨酰基残基与谷氨酰胺基残基共价交联。如下式所示：

6.4.2.3 蛋白质的酰基化与烷基化反应－化学改性

化学改性的蛋白质中，被改性的氨基酸残基，往往是EAA，但要注意改性后的蛋白质及其消化产物的毒性问题。所以，化学改性的应用受到一定的限制。

1. 酰化作用——最常用的化学改性方法。

○ 酰基化 指向蛋白质分子中引入酰基的改性处理方法。一般通过醋酸酐或琥珀酸酐作酰化试剂，在碱性条件下，将其乙酰基或琥珀酰基引入到蛋白质分子的－SH、－OH、ε－NH2等基团上。酰基化的目的在于：

（1）酰基化使得蛋白质分子的溶解度、乳化力、脂肪的吸收量等获改善。

由于原来带正电荷的氨基（如Lys上的ε—NH2），被中性的酰基取代，导致蛋白质的PI下降，即与原PH环境相同时，净电荷变得较负。尤其是琥珀酰化作用，额外增加一个COO－，PI明显下降。

——酰化后，一般使蛋白质的溶解度、水合作用提高。因为更多的极性残基参与同水的缔合。

——由于原来的（亲水/疏水）平衡被打破，从而改变界面性质，乳化性质提高。

——由于静电排斥作用及酰基侧链使结构较无序，热稳定性较高，热凝结温度相对升高。

——然而，由于酰化位置在ε－NH2而使营养价值下降。

（2）可除去一些抗营养因子。如，蛋白质分子在结合了酰基后，造成对植酸（－抗营养因子）的空间阻碍，从而阻止了植酸与蛋白质的结合，不能进入食品体系。又如，大豆蛋白的酰基化。

2.烷基化作用

○ 蛋白质侧链上的-SH、—NH2可与碘乙酸、碘乙酸胺反应，实现侧链上的烷基化。引入的羧甲基或乙酰胺基团使对应的蛋白质AA残基上增加负电荷，改变蛋白持的PH—溶解度关系。

6.4.2.4 增加蛋白质分子的亲水基团，提高水溶性、持水性等功能性质

○ 增加亲水基的途径有：

1）脱去蛋白质分子中有酰胺基的AA残基上的酰胺—NH2，使之成为亲水性的羧基。

可以在高温下进行，但可能引起异构化（消旋作用），也可以酸碱处理水解酰胺基，但会引起蛋白质降解反应。如，采用温和的酸处理面筋蛋白和大豆蛋白，使它们的天冬氨酰胺残基和谷氨酰胺残基去酰胺化，即增加了蛋白表面的负电荷，分子结构展开和疏水基的暴露，使得溶解度、乳化性和起泡性得到改善。

2）向蛋白质分子中引入亲水基：亲水性的AA残基，糖基、磷酸根等。如，大豆分离蛋白磷酸化可提高水溶性、乳化性、发泡性、持水性等。蛋白质分子中的-OH、-NH2、-COOH等基团可与POCL3反应，将磷酸基团引入肽链——磷酸化，增加其水化能力，如，磷酸化大豆蛋白。而且磷酸化蛋白质具有较高的对Ca2+的亲和力，从而提高营养价值。

6.4.2.5 针对具体食品蛋白的LAA种类，采取相应的改进措施：

A、强化LAA（限制性氨基酸，详见6.6）；

B、强化多肽；

C、利用蛋白质互补作用；

D、生物技术手段，培育EAA完全的作物品种。

＃ 6.5 食品蛋白质含量的测定

蛋白质含量的测定，最基础的测定方法是凯氏定氮法，除了自动凯氏定氮法外，传统的凯氏定氮法比较费时，生产工艺中为了省时快速简便地测定蛋白质含量，常采用下列快速测定法：双缩脲法、紫外分光光度法、染料结合法、折光法等。

我们已学习过的方法有考马斯亮蓝G－250染料结合法、紫外光度法，其他方法将在《食品分析》中进一步学习。