氨基酸、多肽、蛋白质.ppt

1、,Introduction,Amino acids,Structures of Proteins,Functional Properties of Proteins,Changes of Proteins during the Food Processing,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,Contents,Amino acid, Polypeptide and Protein,5.1 Introduction,How can we get proteins?,1. Animals,2. Vegetables,3. Microorganism,4. Synthetic proteins

2、,Introduction,Amino acids,Structures of Proteins,Functions of Proteins,Changes of Proteins during the Food Processing,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,Contents,Amino acid, Polypeptide and Protein,5.2 Amino acids,General Properties of Amino Acids,C,COOH,H,R,NH2,COO-,NH3+,pI (important !) = pH value when the net c

3、harge of amino group is zero. (P. 139),5.2 Amino acids,Physicochemical Properties of Amino Acids,1. Hydrophobic properties,2. Acidity and Basicity,3. Spectrum,4. Reactivity,Hydrophobic properties,G0=-RTlnSEthanol/SH2O,C,COOH,H,R,NH2,? (important),= How to estimate the Hydrophobic properties of a giv

4、en amino acid ?,Acidity and Basicity,C,COOH,H,R,NH2,n (amino group) n (carboxyl group) Basic,n (carboxyl group) n (amino group) Acidic,Spectrum,Visible light (Vis),negative,Ultraviolet (UV),Thr, Tyr, Phe,fluorescence,Absorbance peak at 280 nm,Reactivity,Ninhydrin Reaction (茚三酮反应),与邻苯二甲醛反应,Maillard R

5、eaction (美拉德反应),褐变反应 Browning Reaction,Common browning of foods on heating or on storage is usually due to a chemical reaction between reducing sugars, mainly D-glucose, and a free amino acid or a free amino acid that is part of a protein chain. This reaction is called the Maillard reaction .,5.3 St

6、ructures of Proteins,Primary structure,Secondary Structure,Tertiary Structure,指氨基酸通过共价键（肽键）连接而成的线性序列 (Linear Sequence),氨基酸残基周期性的（有规则的）空间排列。,二级结构进一步折叠成紧密的三维结构 （多肽链的空间排列）,Quaternary Structure,多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列，以二聚体、 三聚体、四聚体等形式存在。,5.3 Structures of Proteins,5.3 Structures of Proteins,Primary structure

7、,5.3 Structures of Proteins,Secondary Structure, -螺旋,折叠结构,氢键,稳定性：-折叠片-螺旋,加热和冷却,-螺旋 -折叠,5.3 Structures of Proteins,Tertiary Structure,肌红蛋白,亲水性蛋白质-水界面；疏水性内部,-乳球蛋白,5.3 Structures of Proteins,Quaternary Structure,5.4 Functional Properties of Proteins,The concept of functional properties of proteins,在食品加

8、工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的那些蛋白质的物理和化学性质。,Properties of Proteins,Emulsifying properties Foaming properties,Combination with fat and flavor compounds,Solubility Viscosity Water capacity,Gelation Bonding Elastic property,Properties of Proteins,Hydration properties,蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Asn、Gln的酰胺基、Ser、Thr和

9、非极性残基团与水分子相互结合的性质。,Properties of Proteins,The process involved in hydration of proteins,Factors acting on Hydration properties,pHpI时，蛋白质的水合能力最低。,温度升高，水合能力下降。,极性氨基酸越多，水合能力越高。,Temperature,Composition,pH,低浓度的盐能提高蛋白质的水合能力。,Ion concentration,水的总吸收量随C(P)的增加而增加。,Protein concentration,Important ！,Determinat

10、ion methods,测定一定水活度aW时所吸收或丢失的水量，该法可以用于评价蛋白粉的吸湿性和结快现象。,将蛋白粉置于下端连有刻度毛细管的烧结玻璃过滤器上，让其吸收毛细管中的水，即测定其水合作用的速度和程度。,让蛋白质与过量水接触，再过滤，离心过剩水。该法只适用于溶解度低的蛋白质，对于可溶性蛋白质必须进行校正。,测定蛋白质饱和溶液所需要的水量。,Important ！,Structural properties,Viscosity is positively correlated with the water absorption capacity of proteins.,Structur

11、al properties,蛋白质-蛋白质,溶剂-溶剂,蛋白质-溶剂,+,实 质,疏水相 互作用,离子相 互作用,+,蛋白质的溶解度大小,Structural properties,氨基酸残基平均 疏水性的大小,电荷频率高低,决定,蛋白质溶解度,决定,蛋白质的溶解度与氨基酸残基的平均疏水性G0=G0/n）和电荷频率(n+n-)/n有关，平均疏水性愈小和电荷频率愈大，蛋白质的溶解度愈大。,Bigelow theory,最受蛋白质溶解度影响的功能性质:增稠、起泡、乳化和胶凝作用。,Structural properties,Factors affecting the solubility,pH,p

12、HpI时，蛋白质的溶解度最低。,利用这一性质进行蛋白质 提取：在弱碱性89时提取， 在4.54.8等电点沉淀。,P. 155,低离子强度 （0.5） 电荷屏蔽 效应 高离子强度 （1） 离子效应,Ion strength,T,040， 温度， 溶解度 40， 温度， 溶解度,Organic solvent,一般溶解度,Important ！,5.4 Functional Properties of Proteins,Interfacial properties,5.4 Functional Properties of Proteins,Emulsifying properties,Interf

13、acial properties,Foaming properties,Interfacial properties,P.158,一般而言，P的疏水性越强，P在界面的浓度越大，表面张力愈低，乳状液愈稳定。 疏水值，表面张力乳化活力(乳化活性指数，m2/g).,疏水值,表 面 张 力,软 化 活 力,疏水值,Interfacial properties,Factors,pH,pH = PI,Protein solubility,Solubility emulsifying capacity emulsion stability,Salt effect,Emulsifying properties

14、,Salting-out effect salting-in effect,Protein surface hydrophobicity,Weak positive correlation,Heating,Emulsion stability ,Surfactant,Emulsifying capacity ,Important ！,Interfacial properties,汽-液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。,P.160,Interfacial properties,Foaming methods,搅打法：在有大量气体存在的条件下，通过打擦或振荡蛋白质溶液而产生泡沫,减压

15、法：将高压气体通入蛋白质溶液，突然减压，气体膨胀形成泡沫,鼓泡法：将气体通过一个多孔分配器鼓入低浓度蛋白质溶液中产生泡沫,Interfacial properties,必须快速地吸附至气-水界面,必须易在界面上展开和重排,必须在界面上形成一层粘合性膜,蛋白质作为起泡剂的必要条件,Interfacial properties,影响泡沫形成和稳定性的因素,Protein concentration,C10%,C, 稳定性,一般不在pI。卵清蛋白（例外）,Salting-out effect，起泡性质好 salting-in effect，起泡性质差,Sugar,起泡能力， 稳定性 。,稳定性,过度

16、激烈搅拌， 稳定性,Stirring,Important ！,Interfacial properties,Evaluation of Foaming properties,P.161,膨胀率（Overrun）,起泡力（Foaming Power）,Sensory properties,Combination with flavor compounds,蛋白质,风味,+,蛋白质-风味,有 利,不 有 利,良好风味载体,与不良风味结合,Sensory properties,干蛋白粉,液态或高水分食品中蛋白质,物理吸附 范德华力和毛细管作用吸附 化学吸附 静电吸附、氢键结合和共价结合,非极性配位体

17、与蛋白质表面的疏水性小区相互作用 通过氢键相互作用 静电相互作用 醛类化合物通过共价键结合至赖氨酸残基上,Combination fashions,Sensory properties,Factors acting on sensory properties,Protein conformation,Any changes could influence the combination,Water,Promote the combination with polar volatiles,pH,Basic conditions promote the combination,Heating,He

18、at-denatured proteins bear higher combination capacity,Chemical modification,Any chemical modifications could alter the combination properties,P.162,Important ！,Structural properties,Gelation,Elastic property,Structural properties,Structural properties,指变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络结构过程。,Structural properti

19、es,Types of Amino Acid Residues,高于31.5%非极性AA凝结块类型 低于31.5%非极性AA透明类型,pH Concentration of Proteins Metal Ions,pI凝结块类凝胶 极端pH弱凝胶，半透明 形成凝胶的最适pH约78,Ca2+强化了凝胶结构 过量钙桥产生凝结块,Factors acting on gelation of proteins,浓度越大，越易形成凝胶,Important ！,P. 157,Protein denaturation,由于外界因素的作用，使天然蛋白质分子的构象发生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化

20、学性质的异常变化，不包括一级结构上肽键的断裂。,Protein denaturation,物理性质的改变,凝集、沉淀,流动双折射,粘度增加,旋光值改变,紫外、荧光光谱发生变化,化学性质的改变,酶水解速度增加,分子内部基团暴露,生物性能的改变,抗原性改变,生物功能丧失,蛋白质变性现象,Protein denaturation,Factors inducing protein denaturation,P 144,物理因素 热致变 辐射变性 高压变性 超声波变性,Protein denaturation,化学因素 酸和碱 有机溶剂 重金属盐,Protein deposition,Depositio

21、n methods,Important ！,Protein deposition,盐析沉淀,Salting-in effect,Salting-out effect,在盐浓度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋 白质的溶解度也随之增加，这种现象称为盐溶。,当中性盐浓度增加到一定程度时，蛋白质的溶解度明 显下降并沉淀析出的现象，叫作盐析。,盐溶机理：蛋白质表面电荷吸附某种盐离子后，带电表层使蛋白质分子彼此排斥，而蛋白质分子与水分子间的相互作用却加强，因而使溶解度提高。,盐析机理：大量盐的加入，使水的活度降低，使原来溶液中的大部分自由水转变为盐离子的水化水，从而降低了蛋白质极性基团与水分子间的相互作用

22、，破坏蛋白质分子表面的水化层。,Protein deposition,有机溶剂沉淀,水溶性有机溶剂如丙酮、乙醇、甲醇等达到相当饱和度时可以使蛋白质沉淀。,这些溶剂与水的亲和力比蛋白质强，能夺取蛋白质分子表面的水化膜，同时降低水的介电常数，增加蛋白质分子间的静电相互作用，导致蛋白质分子聚集沉淀。,Protein deposition,等电点沉淀法,（弱酸或弱碱沉淀法）,用弱酸或弱碱调节蛋白质溶液的pH处于等电点处，使蛋白质沉淀。,破坏蛋白质表面净电荷。,Protein deposition,重金属沉淀,当溶液pH大于等电点时，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重金属离子结合成不溶性盐而沉淀析出。,重金属

23、盐加入之后，与带负电的羧基结合。,Protein deposition,生物碱试剂或酸,当pH小于等电点时，蛋白质分子以阳离子形式存在，易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀。,热凝固沉淀,蛋白质受热变性后，再加入少量盐类或将pH值调至等电点，则很容易发生凝固变性。,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,Changes of Proteins,Heat- treatment,P. 145,Low temperature -treatment,Alkali- treatment,Oxidation- treatment,Dehy

24、dration- treatment,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,Heat-treatment,Benefits,改善其营养价值，变性蛋白质 利于人体消化吸收,蛋白质的热凝固利于食品造型和强度,蛋白质经适当热处理后引起的美拉德反应 可赋于食品各种优美的色、香、味等。,抑制有害酶活性，提高食品品质,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,Heat-treatment,Excess Heating Harmful consequences,产生有毒物质,导致蛋白质

25、效价的降低,导致硫蛋白的分解,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,Low temperature-treatment,食品的低温贮藏可延缓或阻止微生物的生长并抑制酶的活性及化学变化。,冰结晶，蛋白质变性 水化作用降低； 快速冷冻法。,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,Alkali-treatment,蛋白质的浓缩、分离、起泡、乳化或使溶液中的蛋白质连成纤维状，常需要碱处理。可使精氨酸、胱氨酸、色氨酸和赖氨酸发生构型变化，同L型变为D型，营养价值降低。,5.5 C

26、hanges of Proteins during the Food Processing,Oxidation-treatment,导致蛋白质营养价值的降低，甚至还产生有害物质。,H2O2引起酪氨酸发生氧化性交联 形成蛋白质自由基 PH + LOO P + LOOH 天然蛋白质 脂类自由基 脂类过氧化物 形成的蛋白质自由基P，随后发生多肽链聚合等 P+ PP-P,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,Dehydration-treatment,早期乳粉、 周村烧饼,脱水蔬菜 (方便面),（自然干燥法） 山野菜、蘑菇,蛋粉、乳粉,桂

27、圆粉、大蒜粉、香蕉粉、南瓜粉,传统的 脱水方法,真空干燥,冷冻 干燥,喷雾 干燥,鼓膜 干燥,5.5 Changes of Proteins during the Food Processing,辐照处理下的变化,机械处理下的变化,杀菌（紫外线）；诱变育种（太空辣椒等）,均质牛奶等 面团形成面包 发泡面糊蛋糕 挤压组织化膨化食品，人造肉。,Modification of Proteins in Food,Chemical Modification,Enzymatic Modification,Modification,Acidic/basic Limited Hydrolysis,Phosphorylation,Acylation,Esterification,Enzyme Catalyzed- Hydrolysis,Plastein Reaction,Protein Cross-Linking,Acylation 酰化试剂（乙酸酐、琥珀酸酐）与赖氨酸残基的-氨基作用,带更多的负电荷,溶解度和水合作用提高 教好的起泡能力 较差的泡沫稳定性 教好的热稳定性,Modific