【文章內(nèi)容簡介】 2= 與其它化學(xué)反應(yīng)的活化能相比，蛋白質(zhì)變性的 Ea是比較大的，例如胰蛋白酶、卵清蛋白酶和過氧化物酶熱變性的活化能分別為 16 55 773 kJ/mol。由于變性涉及的鍵能小，而且相差不大，只要在低的溫度或小的變性劑濃度就可以發(fā)生變性。 上邊以兩狀態(tài)轉(zhuǎn)變模型對蛋白變性的熱力學(xué)、動力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了討論。但實(shí)際情況遠(yuǎn)非這么簡單，詳細(xì)考慮，蛋白質(zhì)從天然狀態(tài)向變性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，中間存在著非常多的中間狀態(tài)： P D X 1 X 2 P N食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 三、影響蛋白變性的因素 （一）物理因素 加熱變性的基本過程：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液被逐漸的加熱并超過 臨界溫度 時(shí)，溶液中的蛋白質(zhì)將發(fā)生從天然狀態(tài)向變性狀態(tài)的劇烈轉(zhuǎn)變。此轉(zhuǎn)變溫度被稱作 熔化溫度（ Tm） 或 變性溫度（ Td） ，此時(shí)蛋白質(zhì)的天然狀態(tài)和變性狀態(tài)的濃度之比為 1。 蛋白熱變性的一般規(guī)律：大多數(shù)蛋白質(zhì)在 45～ 50℃ 時(shí)開始變性，但也有些蛋白的 Td可以達(dá)到相當(dāng)高的溫度，如大豆球蛋白 93℃ 、燕麥球蛋白 108℃等。當(dāng)加熱溫度在臨界溫度以上時(shí)，每提高 10℃ ，變性速度提高 600倍。 加熱使蛋白變性的本質(zhì)：提高溫度對天然蛋白質(zhì)最重要的影響是促使它們的高級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這些變化在什么溫度出現(xiàn)和變化到怎樣的程度是由蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性決定的。一個(gè)特定蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性又由許多因素所決定，這些因素包括氨基酸的組成、蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)接觸、金屬離子及其它輔基的結(jié)合、分子內(nèi)的相互作用、蛋白濃度、水分活度、 pH、 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 離子強(qiáng)度和離子種類等等。變性作用使疏水基團(tuán)暴露并使伸展的蛋白質(zhì)分子發(fā)生聚集，伴隨出現(xiàn)蛋白質(zhì)溶解度降低和吸水能力增強(qiáng)。 蛋白質(zhì)可以發(fā)生凍結(jié)變性。其原因一方面是由于蛋白質(zhì)周圍的水與其結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化，這種變化破壞了一些維持蛋白原構(gòu)象的力，同時(shí)由于水保護(hù)層的破壞，蛋白質(zhì)的一些基團(tuán)就可以發(fā)生直接的接觸和相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生聚集或原來的亞基發(fā)生重排。另一方面，由于大量水形成冰后，剩余的水中無機(jī)鹽濃度大大提高，這種局部的高濃度鹽也會使蛋白質(zhì)發(fā)生變性。 壓力也可使蛋白變性，但一般在 25℃ 下 要求 100～ 1200MPa的比較高的壓力。 壓力誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性的原因主要是蛋白質(zhì)的柔性和可壓縮性。雖然氨基酸殘基被緊緊地包裹在球狀在球狀蛋白分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，但一些空穴仍然存在，這就導(dǎo)致蛋白分子結(jié)構(gòu)的可壓縮性。大多數(shù)纖維狀蛋白質(zhì)分子不存在空穴，因此它們對壓力作用的穩(wěn)定性高于球狀蛋白質(zhì)。壓力導(dǎo)致的蛋白 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 變性通常伴隨著 30～ 100mL/mol的體積減少，同時(shí)是高度可逆的。由于高流體壓力可以使微生物細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)的蛋白發(fā)生變性，從而導(dǎo)致微生物死亡，因此現(xiàn)在高流體靜壓加工正在成為食品加工中的一項(xiàng)新技術(shù)。 一些食品在加工過程，如擠壓、打擦、捏合、高速均質(zhì)等，會產(chǎn)生高的剪切力。這樣的剪切力加上高溫能使蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆的變性。 電磁輻射是一種能量，可以通過改變分子內(nèi)鏈段間及亞基間的結(jié)合狀態(tài)而使蛋白分子變性；如果僅僅影響蛋白分子的構(gòu)象，只發(fā)生變性而不會導(dǎo)致營養(yǎng)價(jià)值的改變；如果能量高至可以通過氧化、共價(jià)鍵斷裂、離子化、形成自由基等形式使氨基酸殘基發(fā)生變化，便會導(dǎo)致營養(yǎng)價(jià)值的降低。 改變蛋白質(zhì)水溶液的界面性質(zhì)，也可以加速或直接使蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性。其主要原因是界面性質(zhì)變化，水分子進(jìn)入蛋白分子內(nèi)部，改變內(nèi)部的結(jié)構(gòu)屬性，從而使蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化。 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 （二）化學(xué)因素 pH是導(dǎo)致蛋白變性的重要因素，這是因?yàn)樵跇O端 pH值時(shí)，蛋白質(zhì)分子內(nèi)的離子基團(tuán)產(chǎn)生強(qiáng)靜電排斥作用，促使蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象發(fā)生變化。 無機(jī)離子特別是高價(jià)態(tài)的無機(jī)離子通過改變蛋白分子的表面性質(zhì)、改變蛋白分子自身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)而使蛋白變性。陽離子和陰離子均有這種性質(zhì)，但不同的離子要求不同的濃度。 許多有機(jī)溶劑可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性。親水有機(jī)溶劑通過改變蛋白分子表面性質(zhì)使蛋白分子變性，疏水有機(jī)溶劑由于進(jìn)入蛋白分子內(nèi)部而改變蛋白分子構(gòu)象，從而導(dǎo)致變性。 一些有機(jī)化合物在水溶液中可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性。不同種類的 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 有機(jī)物使蛋白變性的原因不盡相同。如尿素和胍鹽能斷裂蛋白分子間或分子內(nèi)的氫鍵，打斷水分子之間的氫鍵結(jié)構(gòu)而改變水的極性，從而使蛋白發(fā)生變性；表面活性劑，如十二烷基磺酸鈉（ SDS）是蛋白分子變性的重要因素，這類物質(zhì)使蛋白變性的原因是在蛋白質(zhì)的疏水區(qū)和親水環(huán)境之間起著媒介作用，除了可以破壞蛋白分子內(nèi)的疏水相互作用外，還促使天然蛋白質(zhì)伸展；另外表面活性劑能與蛋白質(zhì)分子強(qiáng)烈的結(jié)合，在接近中性 pH值時(shí)使蛋白質(zhì)帶有大量的凈負(fù)電荷，從而增加蛋白質(zhì)內(nèi)部的斥力，使伸展趨勢增大，這也是 SDS類表面活性劑能在較低濃度下使蛋白質(zhì)完全變性的原因。同時(shí) SDS類表面活性劑誘導(dǎo)的蛋白變性是不可逆的。一些具有還原能力的有機(jī)化合物，如半胱氨酸、抗壞血酸、巰基乙醇、二硫蘇糖醇等，由于可以通過還原作用導(dǎo)致蛋白分子中的二硫鍵破壞而能夠使蛋白變性。 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)指在食品加工、貯藏和銷售過程中蛋白質(zhì)對食品需宜特征做出貢獻(xiàn)的那些物理和化學(xué)性質(zhì)。主要包括水化性質(zhì)、表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)和感官性質(zhì)。 蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)就是蛋白質(zhì)與水結(jié)合的能力。蛋白質(zhì)分子可以通過氫鍵、靜電引力、疏水作用等形式與水分子相互結(jié)合： OH HOHHOHHO HHC NOHOHHOHHOHOHHCOOOHHOHHOHHNHHH+OHHOHHOHH食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 在宏觀水平上，蛋白質(zhì)與水的結(jié)合是一個(gè)逐步進(jìn)行的過程，即首先形成化合水和鄰近水，再形成多分子層水，如若條件允許，蛋白質(zhì)將進(jìn)一步水合，這時(shí)表現(xiàn)為： ①蛋白質(zhì)吸收水分充分膨脹而不溶解，這種水合性質(zhì)通常叫 膨潤性 ；② 蛋白質(zhì)在繼續(xù)水化中被水分散而逐漸變?yōu)槟z體溶液，具有這種特點(diǎn)的蛋白質(zhì)叫 可溶性蛋白質(zhì) 。 蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力：干蛋白質(zhì)與相對濕度為 90～ 95%的空氣達(dá)到平衡時(shí)，每克蛋白質(zhì)所結(jié)合水的克數(shù)。 蛋白質(zhì)的水合能力可以通過相對濕度法、溶脹法、過量水法、水飽和法等方法進(jìn)行測定。 影響蛋白質(zhì)水合性質(zhì)的因素有多種，主要為： 蛋白質(zhì)的總吸水量隨蛋白質(zhì)濃度的增加而增加； 蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)時(shí)水合性質(zhì)最差，吸水量最少；偏離等電點(diǎn)吸水量增加； 隨溫度的升高，蛋白質(zhì)水合能力變差； 低鹽濃度，有助于蛋白分子的水合，在水中的溶解度增加；而高鹽濃 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 度將降低蛋白分子的水化能力。 蛋白質(zhì)的持水能力 ：蛋白質(zhì)吸收水并將水保留在蛋白組織中的能力。 蛋白質(zhì)的溶解度是衡量蛋白質(zhì)食品加工屬性的重要指標(biāo)。 蛋白質(zhì)的溶解度是蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)－溶劑之間相互作用達(dá)到平衡時(shí)的熱力學(xué)表現(xiàn)形式。 蛋白質(zhì)的溶解性能可以用水溶性蛋白質(zhì)（ WSP）、水可分散蛋白質(zhì)（ WDP）、蛋白質(zhì)分散性指標(biāo)（ PDI）、氮溶解性指標(biāo)（ NSI）來評價(jià)；其中 PDI和 NSI已是美國油脂化學(xué)家協(xié)會采納的法定評價(jià)方法。 蛋白質(zhì)在水中的溶解度不僅與自身組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與溶液 pH、離子強(qiáng)度、溫度和蛋白質(zhì)濃度有關(guān)。 蛋白質(zhì)溶液屬于膠體溶液，通常具有一定的黏度； 一種流體的黏度 (viscotity)反映了它對流動的阻力，其本質(zhì)可用黏度系數(shù) 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 (μ )來表示，其關(guān)系式為： τ ＝ μ γ 其中 τ 為剪切力， γ 為剪切速度（或流動速度）。 蛋白溶液不屬于牛頓流體，即不屬于恒定黏度系數(shù)的溶液，其黏度系數(shù)隨流動速度的增加而降低。這種性質(zhì)成為假塑或剪切稀釋。 影響蛋白流體黏度的主要因素是溶液中蛋白分子或蛋白顆粒的表觀直徑，表觀直徑越大，黏度越大；表觀直徑又取決于： ① 蛋白分子固有的特性，如摩爾質(zhì)量、大小、體積、結(jié)構(gòu)、電荷和易變形程度； ② 蛋白質(zhì)－溶劑間的相互作用，這種作用會影響蛋白質(zhì)的溶脹、溶解度和水合作用； ③ 蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)的相互作用，它將決定聚集體的大小。對于高濃度的蛋白質(zhì)體系，這種作用起主要的作用。 造成剪切稀釋的原因可以解釋為： ① 分子在流動的方向上逐步定向，因而使摩擦阻力下降； ② 蛋白質(zhì)水化球在流動的方向上變形； ③ 氫鍵和其它弱鍵的斷裂導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集體或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解體。這些因素都使蛋白質(zhì)分子或顆粒在流動方向上的表觀直徑減小，因而其黏度系數(shù)減小。當(dāng)停止剪切處理時(shí)，原來的聚集體或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能重新形成，則黏度系數(shù)的降低是可 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 逆的，這種體系稱為觸變體系，如大豆蛋白離析物和乳清蛋白濃縮物的分散體系就是觸變的。 關(guān)于蛋白在溶液中聚集形態(tài)變化的幾個(gè)概念： 蛋白質(zhì)的締合 (association)：指蛋白質(zhì)在亞單位或分子水平上發(fā)生的變化； 聚合 (polymerization)或聚合反應(yīng) (aggregation)一般是指大的復(fù)合物的形成； 沉淀作用 (precipitation)：指由于蛋白質(zhì)的溶解性完全或部分喪失而引起的聚集反應(yīng)； 絮凝 (flocculation)：指蛋白質(zhì)未發(fā)生變性時(shí)的無規(guī)則聚集反應(yīng)，這常常是因?yàn)殒滈g的靜電排斥力降低而發(fā)生的一種現(xiàn)象； 凝結(jié)作用 (coagultion)：將發(fā)生變性的無規(guī)則聚集反應(yīng)和蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)的相互作用大于蛋白質(zhì)－溶劑相互作用引起的聚集反應(yīng)； 膠凝作用（ gelation)：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)的過程。 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 蛋白質(zhì)的膠凝作用是蛋白質(zhì)的一種非常重要的功能性質(zhì)，在許多食品，如皮凍、豆腐、碎肉制品和魚制食品等的制備中起著主要的作用。還可發(fā)揮增稠、提高吸水性、顆粒黏結(jié)和提高乳濁液或泡沫的穩(wěn)定性。 按照引起蛋白凝膠形成條件的差異，將食品蛋白凝膠可以分作以下類型： ①加熱后再冷卻而形成的凝膠。這種凝膠多為熱可逆凝膠，如明膠凝膠； ②在加熱下所形成的凝膠，這種凝膠很多不透明而且是不可逆凝膠，如蛋清蛋白在加熱中形成的凝膠； ③由鈣鹽等二價(jià)離子鹽形成的凝膠，如豆腐； ④ 不加熱而經(jīng)部分水解或 pH調(diào)整到等電點(diǎn)而形成的凝膠，如用凝乳酶制作干酪、乳酸發(fā)酵制作酸奶和皮蛋生產(chǎn)中堿對蛋清蛋白的部分水解等。 迄今為止，對于蛋白質(zhì)凝膠的形成機(jī)制還不十分清楚，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（水）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。 影響蛋白凝膠形成的因素很多，掌握這些因素及影響的規(guī)律，可以有效的控制食品加工中蛋白凝膠形成的程度和質(zhì)量。 食品化學(xué) 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì) 2022年 5月 27日 12時(shí) 48分 蛋白質(zhì)的織構(gòu)化 (texturization)指經(jīng)過一定的處理過程，使原本不具有畜肉那樣組織結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（特別是植物蛋白），變得具有畜肉的組織結(jié)構(gòu)和咀嚼性。也就是人造肉的過程。