制作人：彭光华第 5章 蛋白质
Proteins
5.2,氨基酸的物理化学性质
5.3,蛋白质分子构 象
5.4,蛋白质的变性
5.5,蛋白质的功能性质
5.6,蛋白质的营养性质
5.7,在食品加工中蛋白质的变化
5.8,蛋白质的测定
5.1,概述
5.1,概述蛋白质是食品中三大营养素之一蛋白质对食品的色、香、味及组织结构等具有重要意义一些蛋白质具有生物活功能，是开发功能性食品原料之一
5.1.1,蛋白质在食品加工中的意义分子量：一万到一百万道顿 （ Dalton)之间或更大 。
测定方法渗透压法超离心法凝胶过滤法聚丙烯酰胺凝胶电泳法
5.1.2,蛋白质的分子量及其测定方法
C,50-55%
H,6-8%
O,20-23%
S,0-4%
N,15-18%
微量元素,P,Fe,Zn,Cu,I 等
5.1.3,蛋白质的元素 组成按分子形状分球状蛋白质纤维状蛋白质按分子组成分简单蛋白质结合蛋白质按蛋白质的溶解度分清蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白
5.1.4,蛋白质的分类动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳植物中蛋白质：如大豆、谷物微生物中蛋白质：酵母
5.1.5,食品中蛋白质来源
5.2,氨基酸的物理化学性质
Physicochemical Properties of
Amino Acids
结构
C COOH
H
R
NH2
5.2.1,氨基酸的一般性质
General Properties of Amino Acids
按 R的极性分类非极性氨基酸,Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp,Val,Pro
极性氨基酸无电荷侧链氨基酸,Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly
带正电荷侧链氨基酸,Lys,Arg,His
带负电荷侧链氨基酸,Asp,Glu
分类氨基酸 溶解度 (g/L) 氨基酸 溶解度（ g/L）
丙氨酸 167.2 亮氨酸 21.7
精氨酸 855.6 赖氨酸 739.0
天冬酰胺 28.5 蛋氨酸 56.2
天冬氨酸 5.0 苯丙氨酸 27.6
半胱氨酸 -- 脯氨酸 1620.0
谷胺酰胺 7.2（ 37℃ ） 丝氨酸 422.0
谷氨酸 8.5 苏氨酸 13.2
甘氨酸 249.9 色氨酸 13.6
组氨酸 -- 酪氨酸 0.4
异亮氨酸 34.5 缬氨酸 58.1
氨基酸在水中的溶解度氨基酸在 pH=7时水中存在形式
R CH COO-
NH3+
R CH COOH
NH2
不是氨基酸的酸碱性质氨基酸是酸氨基酸是碱
R CH COO-
NH3+
R CH COO-
NH2
+ H+
R CH COO-
NH3+
R CH COOH
NH3+
+ H+
是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的 pH值氨基酸的等点估算当用酸滴定时
R CH COO-
NH3+
+ H+ R CH COOH
NH3+
氨基酸的等电点
NH3+
R-CH-COO-
Ka1 =
NH3+
R-CH-COOH
H+
NH3+
R-CH-COO-
NH3+
R-CH-COOH当 =
Ka1 =
H+
1
pKa1 pH1=
同理可算当用碱滴定时
pKa2pH2=
但 R侧链带电荷不同时，估算方法不同酸性氨基酸碱性氨基酸 （ pKa2 + pKa3） /2pI=
（ pKa1 + pKa3） /2pI=
（ pKa1 + pKa2） /2pI=因此氨基酸的疏水性 Hydrophobic properties of AA
疏水性概念
Hydrophobic is the excess free energy of a solute dissolved in water
compared to that in an organic solvent under similar conditions.
氨基酸的疏水性是指氨基酸从乙醇转移至水中的自由能变化△ G
△ G0=-RTlnS乙醇 /S水
S乙醇 ------氨基酸在乙醇中的溶解度
S水 ------氨基酸在水中的溶解度氨基酸具有旋光性（除甘氨酸立体异构体,L,D型，天然只存在 L型异构体
λ =210nm,氨基酸都有吸收峰
λ =278nm,色氨酸都有最大吸收峰
λ =274.5nm,酪氨酸都有最大吸收峰
λ =260.0nm,苯丙氨酸都有最大吸收峰氨基酸的光学性质及光谱与茚三酮反应与邻苯二甲醛反应氨基酸的化学反应
5.3,蛋白质分子构象
The Conformation of Proteins
蛋白质分子构象是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布蛋白质结构层次一级结构 Primary Structure
二级结构 Secondary Structure
超二级结构 Supersecondary Structure
结构域 Domain
三级结构 Tertiary Structure
四级结构 Quaternary Structure
5.3.1,概述构型：
构象：
在立体异构体中，取代原子或基团在空间的取向当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排布，这些不同的空间排列称为不同的构象。
构象与构型的区别第一阶段,1959年以前提出蛋白质立体化学原理
α-螺旋模型
1951年 Pauling
和 Gorey
奠定了蛋白质空间结构研究理论基础蛋白质分子构象研究进展第二阶段,1959年以后
Kendrew 采用 X-射线结构分析法揭示了肌红蛋白的二、
三级结构分析方法的应用：
中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等首次证实了 α-螺旋在蛋白质中存在概念是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。
肽键的结构
5.3.2 蛋白质分子一级结构
+
肽键不同于 C-N单键和 C=N双键；
肽键具有部分单键性质同时又有双键性质；
肽键不能自由旋转；
肽单位平面有一定的键长和键角。
肽单位是刚性平面结构；
肽单位结特征是指由多肽链上主链骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。
二级结构类型螺旋结构
β -折叠股和 β -折叠片回折
β -发夹和 Ω环三股螺旋无规卷曲概念
5.3.3 蛋白质分子的二级结构是指多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升，从而形成一个螺旋式的构象。
螺旋结构按每一圈 AA残基数分
α-系螺旋
γ-系螺旋非整螺旋右手螺旋左手螺旋整数螺旋按螺旋旋转方向分按氢键形成方式分螺旋结构的种类特征每一圈包含 3.6个残基，螺距 0.54nm,
残基高 0.15nm,螺距半径 0.23nm;
每一个 φ角为 -57，每一个 ψ角为 -47；
相邻螺旋之间形成链内氢键；
氢键的取向与螺轴几乎平行。
α-螺旋在多肽链上，连续存在带相同电荷基团的 AA残基，则 α-螺旋不稳定当 Gly残基在多肽链上连续存在时，则 α-螺旋不能形成
Pro残基和羟脯氨基酸残基存在时，则不能形成 α-螺旋结构侧链 R对 α -螺旋的影响每一圈含有三个氨基酸残基；
φ =-49,ψ=-26
不稳定 。
残基高度为 0.2nm,螺旋半径为 0.19nm；
310-螺旋
β -折叠股是一种较伸展的锯齿形的主链构象。
φ =-120+45,ψ=+130+30
β -折叠股和 β -折叠片
β -折叠片回折指含 α螺旋,β弯曲和 β折叠或无规卷曲等二级结构的蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列概念
5.3.4 三级结构肌红蛋白的三级结构蛋白质结构稳定疏水相互作用氢键范德华引力 静电相互作用二硫键稳定三级结构的作用力蛋白质亚基：是一条多肽链寡聚蛋白质：由少数亚基聚合而成的蛋白质多聚蛋白质：由几十个，甚至上千个亚基聚合而成的蛋白质。
蛋白质分子的四级结构是指寡聚蛋白质中的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
四级结构的 广义 定义：
由相同或不同球蛋白分子所构成的聚合体四级结构的 狭义 定义：
5.4,蛋白质的变性 Protein Denaturation
在体内条件下，具有呈现全部生物功能所需要的精确构象的蛋白质变 性的现象。
5.4.2 蛋白质变性的概念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、化学性质的异常变化，不包括一级结构上肽键的断裂。
5.4.1 天然蛋白质的概念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
5.4.3.蛋白质变性现象除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由变性态恢复到天然态。
5.4.5 不可逆变性除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象由变性态不能恢复到天然态。
5.4.4 可逆变性测定蛋白质的比活性以天然蛋白质作对照，测定蛋白质物理性质的变化。
测定蛋白质化学性质的变化观察蛋白质的溶解度变化测定蛋白质的抗原性是否改变
5.4.6 蛋白质变性测定方法温度机械处理液压辐射界面酸碱尿素和盐酸胍表面活性剂有机溶剂盐
5.4.7 影响蛋白质变性的因素
5.5,蛋白质功能性质
Functional Properties of Proteins
其他成分蛋白质相互作用食品色泽食品风味食品外形食品质构糖脂肪构成 食品品质贡献多大？
在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的哪些蛋白质的物理和化学性质。
5.5.1蛋白质的功能性质概念功能 食品 蛋白质类型溶解性 饮料 乳清蛋白粘度 汤、调味汁 明胶持水性 香肠、蛋糕,肌肉蛋白，鸡蛋蛋白胶凝作用 肉和奶酪 肌肉蛋白和乳蛋白粘结 -粘合 肉、香肠、面条 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白弹性 肉和面包 肌肉蛋白，谷物蛋白乳化 香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白泡沫 冰淇淋、蛋糕 鸡蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和风味的结合油炸面圈 谷物蛋白
5.5.2食品蛋白质在食品体系中的功能作用吃嫩弹性
？
概念蛋白质分子中带电基团、主链肽基团,Asn,Gln的酰胺基、
Ser,Thr和非极性残基团与水分子相互结合的性质。
5.5.3.蛋白质的水合性质 Properties Hydration of Proteins
氨基酸残基 水合能力 /
（ molH2O/mol残基 )
极性氨基酸
Asn 2
Gln 2
Pro 3
Ser,The 2
Trp 2
Asp(非离子化） 2
Glu(非离子化） 2
Tyr 3
Arg(非离子化） 3
Lys(非离子化） 4
氨基酸残基的水合能力氨基酸残基 水合能力 /
（ mol H2O/mol残基 )
Asp 6
Glu 7
Tyr- 7
Arg+ 3
His+ 4
Lys+
非极性残基
4
Ala 1
Gly 1
Phe 0
Val,Ile,Leu,Met 1
当干蛋白质粉与相对湿亚为 90%-95%的水蒸汽达到平衡时每克蛋白质所结合的水的克数。
蛋白质结合水的能力蛋白质水合过程蛋白质 水合能力 /(g H2O/g蛋白质）
纯蛋白质肌红蛋白 0.44
血清清蛋白 0.33
血红蛋白 0.62
胶原蛋白 0.45
酪蛋白 0.40
卵清蛋白 0.30
商业蛋白质产品乳清浓缩蛋白 0.45-0.52
大豆蛋白 0.33
各种蛋白质的水合能力蛋白质结合水温度 pH
盐的种类 离子强度影响蛋白质结合水的环境因素蛋白质 ----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
+
5.5.4 溶解度氨基酸残基平均疏水性的大小电荷频率高低蛋白质溶解度
Bigelow的蛋白质溶解度理论
pH和溶解度离子强度和溶解度
Kk
Kk
k
o p
盐离子与蛋白质相互作用
T<40℃
温度升高溶解度增大
T>40℃
温度升高溶解度减少温度和溶解度概念,是指蛋白质能自发地适移至汽 -水界面或油 -水界面的性质。
能否快速地克附至界面能否快速地展开并在界上面再定向能否形成经受热和机械运动的膜具有界面性质的蛋白质必要条件
5.5.5 蛋白质的界面性质 Interfacial properties of proteins
内在因素 外在因素氨基酸组成 pH
非极性 AA与极性 AA之比 离子强度和种类疏水性基团与亲水性基团的分布蛋白质浓度二级、三级和四级结构 时间二硫键 温度分子大小和形状分子柔性影响蛋白质界面性质的因素测定乳化性质的方法乳化稳定性液滴大小分布乳化活力乳化能力乳化性质 Emulsifying Properties
Counlter计数器光学显微镜法电子显微镜法光散射法测定乳状液滴大小方法是指克附乳状液油 -水界面上的蛋白质质量。
是指在乳状液相转变前每克蛋白质所能乳化的油的体积。
乳化能力蛋白质的载量乳油层体积
Es=---------------------× 100%
乳状液总体积乳状液稳定性
蛋白质的溶解度
pH=PI 溶解度减少时，降低其乳化作用
pH=PI 溶解度增加，增加其他乳化作用
血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在 pH=PI，具有较高的溶解度，此时，乳化作用增加。
与蛋白质表面疏水性存在续正相关。
适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用。
影响蛋白质乳化作用的因素蛋白质的起泡性质是指它汽 ---液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。
起泡性 Foaning Properties
泡沫体积 -起始液体的体积膨胀率 =-----------------------------------------------× 100%
起始液体的体积并入气体的体积膨胀力 =---------------------------------× 100%
液体的体积蛋白质的起泡力是指蛋白质能产生的界面面积的量蛋白质 起泡力牛血清清蛋白 280
乳清分离蛋白 600
鸡蛋蛋清 240
卵清蛋白 40
牛血浆 260
β-乳球蛋白 480
血纤维蛋白原 360
大豆蛋白（酶水解） 500
明胶（酸法加工猪皮明胶） 760
不同蛋白质溶液的起泡力
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溶解度 快速扩散至界面疏水性（或两亲性） 带电、极性和非极性残基的分布促进界面相互作用分子 (或链段 )的柔性 推进在界面上的展开具有相互作用活性的链段具有不同功能性链段的配置促进在气、水和界面相的相互作用带电基团的配置 在邻近气泡之间的电荷推斥极性基团的配置 防止气泡和紧密靠近；水合作用、渗透和空间效应（受此性质和蛋白质膜的成分的影响）
蛋白质分子的性质与起泡性的关系
pH
盐糖脂蛋白质浓度温度影响蛋白质起泡性质的环境因素蛋白质 风味蛋白质 ----风味
+
良好风味载体 与不良风味结合
5.5.6,与风味物质结合干蛋白粉范德华力氢键静电物理截留蛋白质与风味之间的相互作用非极性配位体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液态或高水分食品中蛋白质温度盐
pH
化学改性影响蛋白质与风味结合的因素蛋白质溶液流体特征假塑性流体 r=mr.n
蛋白质切变稀释的原因分子朝着流动方向逐渐取向，使磨擦阻力减少。
蛋白质的水合范围沿着流动方向形变。
氢键和其他续键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的解离。
5.5.7,粘度蛋白质被分散的分子或颗粒的表观直径。
蛋白质 ----溶剂的相互作用。
蛋白质 ----蛋白质相互作用。
影响蛋白质流体粘度特性因素凝胶化作用概念是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。
凝胶化作用机制溶胶状态 -------似凝胶状态 -------有序的网络结构状态
5.5.8,凝胶化作用 （ Gelation)
氢键疏水相互作用静电相互作用金属离子的交联相互作用二硫键凝胶化的相互作用溶液的 pH
蛋白质的浓度金属离子蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用果冻豆腐香肠重组肉制品影响蛋白质凝胶化作用的因素
5.6,蛋白质的营养性质大豆火腿肠含有丰富的蛋白质谁最好？
消化率是人体从食品蛋白质吸收的氮占摄入的氮的比例。
氨基酸的组成,Lys,Thr,Trp 是限制性 AA.
5.6.1.判断蛋白质的质量蛋白质的构象抗营养因子加工条件
5.6.3,蛋白质营养价值的评价方法生物方法化学方法酶和微生物方法
5.6.2 影响食品消化率的因素
5.7.在食品加工中蛋白质的物理、
化学和营养变化
蛋白质的一些功能性质发生变化
破坏食品组织中酶有利食品的品质
促进蛋白质消化
破坏抗营养因子
引起氨基酸脱硫胱酰胺异构化
有养存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏
T>200℃,碱性条件下，色氨酸发生异构化
剧烈热处理引起蛋白质生成环状衍生物
5.7.1,加热处理对蛋白质的影响
DHA与赖氨酸、鸟氨酸、半胱氨酸形成交联
_ NH CH CO
2(CH )4
NH2
)(CH2
OCCHNH_
3
2NH
)(CH2
OCCHNH_
3
2NH
_ NH CH CO
2CH
SH
CH 2
HN C CO
脱氢丙氨酸
2CH
_ NH CH CO
2(CH )4
NH
2CH
CH COHN
赖氨酰丙氨酸残基
_ NH CH CO
2(CH )
NH
2CH
CH COHN
3
鸟氨丙氨酸残基
_ NH CH CO
2
2CH
CH COHN
CH
S
羊毛硫氨酸残基
+
5.7.2,加工时蛋白质之间相互作用
_ NH CH CO
2(CH )4
NH2PH + 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·+P·→P -P
P P P P P P P LOO P
赖氨酸、谷氨酰胺与天冬胱胺形成共价交联
r辐射引起蛋白质发生聚合
H2O2引起酪氨酸发生氧化性交联食品常用氧化剂
H2O2
过氧苯甲酰次氯酸钠
5.7.3,蛋白质与氧化剂之间的相互作用半胱氨酸的氧化蛋氨酸的氧化色氨酸的氧化
5.8,蛋白质的测定食品中蛋白质的含量食物名称 蛋白质含量 食物名称 蛋白质含量猪 肉（肥瘦） 9.5 稻米 8.3
牛 肉（肥瘦） 20.1 小麦粉（标准 ) 9.9
羊 肉（肥瘦） 11.1 小米 9.7
马肉 19.6 玉米 8.5
驴肉 18.6 大豆 36.3
兔肉 21.2 大白菜 1.1
牛乳 3.3 油菜（秋） 1.2
乳粉（全） 26.2 油菜（春） 2.6
鸡 21.5 菠菜 2.4
鸭 16.5 黄瓜 0.8
鸡蛋 14.7 苹果 0.4
大黄鱼 17.6 桃 0.8
小黄鱼 16.7 柑桔 0.9
带鱼 18.1 鸭梨 0.1
鲐鱼 21.4
鲤鱼 17.3
5.8.1 概述蛋白质 氮 (克 ) 蛋白质 氮（克）
肌动蛋白（兔肌肉） 16.7 谷蛋白（小麦） 17.6
清蛋白（牛血） 16.07 血红蛋白（马） 16.8
清蛋白（鸡蛋白） 15.9 胰岛素 A（牛肉） 15.88
α-淀粉酶 16.23 β –乳球蛋白 (牛乳 ) 15.64
抗生物素蛋白 (鸡蛋白 ) 14.80 溶菌酶（鸡蛋白） 18.80
全酪蛋白（牛乳） 15.63 肌球蛋白（兔肌肉） 16.70
胶原（蛋白）（牛皮） 18.70 木瓜蛋白酶（木瓜） 17.15
伴清蛋白（鸡蛋白） 16.6 核糖核酸酶 A（牛胰） 17.51
白明胶（小牛皮） 18.1 鲑精蛋白（鲑精液） 31.5
麦醇溶蛋白（小麦） 17.66 胰蛋白酶（牛胰） 16.95
球蛋白（南瓜籽） 18.55 色氨酸合成酶 17.5
胰岛血糖素（猪） 17.29 玉米醇溶蛋白 (玉米 ) 16.2
一些蛋白质的含氮量利用蛋白质共性的方法定氮法双缩脲法物理法利用特定氨基酸残基法染料结合法福林 —酚试剂法
5.8.2 蛋白质定量法原理消化
样品中含氮有机化合物经浓硫酸加消化，硫酸使有机物脱水；
同时有机物炭化生成炭；
炭将硫酸还原为 SO2,C则变为 CO2；
SO2使氮还原为氨，本身则氧化为 SO3；
在反应过程中生成的氢，又加速氨的形成；
生成物中水和 SO2逸去，氨与硫酸结合生硫酸铵留在溶液中。
凯氏定氮法硫酸胺在碱性条件下，释放出氨。
NH4 ++OH- 加 热 NH3+H2O
吸收与滴定
NH3 + H5BO3 NH4+ + H2BO3-
H2BO3- + H+ H3BO3
蒸馏凯氏烧瓶定氮球漏斗冷凝管锥形瓶滴定管仪器浓硫酸：脱水、氧化硫酸铜：催化剂及消化指示剂硫酸钾：提高溶液的沸点氢氧化钠混合指示剂硼酸盐酸试剂及作用
V × N × 0.14 × 6.25 × 100蛋白质 =——————————————————
W
V——滴定时所耗盐酸标准溶液的毫升数；
N——标准盐酸溶液的当量浓度；
0.14——1毫升当量氮的克数；
6.25——氮的蛋白质换算系数；
W——样品克数。
蛋白质计算消化时间一般约 4小时左右即可，消化时间过长会引起氨的损失。
如样品中含赖氨酸或组氨酸较多时，消化时间需延长 1-2倍。
样品含脂肪或糖较多时，消化时间要长些。同时注意消化过程中产生泡沫溢出瓶外。
在蒸馏过程中注意接头处有无松漏现象。
注意事项
jlllll
装置以硝酸盐、亚硝酸盐形式存在的氮在凯氏法中消化时将成为硝酸和亚硝酸挥发损失。
实验中加入水杨酸使硝态氮变成硝基水杨酸固定下来，加入硫代硫酸钠使其还原为氨基化合物，在浓硫酸作用下分解，最后变成硫酸铵，然后按凯氏法定氮。
含硝食品中蛋白质的测定
C6H4(OH)COOH+HNO3
C6H3(OH)(NO2)COOH+H2O
NaS2O3+H2SO4 H2SO3+S +Na2SO4
C6H3(OH)(NO3)COOH+3H2SO3+H2O
C6H3(OH)(NH2)COOH+3H2SO4
C6H3(OH)(NH2)COOH+13H2SO4
NH3+7CO2 +13SO2 +15H2O
2NH3+H2SO4 (NH4)2SO4
方法提要凡是来源相同的蛋白质，碱性（或酸性）氨基酸的含量，大体上是相同的。利用这个特点，加入过量的酸性（或碱性）染料，使其和蛋白质形成不溶性盐而沉淀析出。用分光光度计测定未反应的染料量，然后根据算出来的结合染料量求出蛋白质含量。
染料结合法
gg
酸性橙 12（ Acid Orange12)
双缩脲在碱性环境中，能与硫酸铜结合成红紫色的络合物，此反应称为双缩脲反应。蛋白质分子中含有肽键，
与双缩脲结构相似，故能呈此反应。
双缩脲法
本方法是测定蛋白质浓度常用方法之一。
组氨酸以外其他游离的氨基酸、二肽等不显色；
除双缩脲、一亚氨基双缩脲、二亚氨基双缩脲、氨醇、
氨基酸酰胺、丙二酰胺等少数化合物以外，非蛋白质均不显色、大体上可以看作这是蛋白质所特有的反应。
此法灵敏度较差，但操作简便迅速。
特点
Proteins
5.2,氨基酸的物理化学性质
5.3,蛋白质分子构 象
5.4,蛋白质的变性
5.5,蛋白质的功能性质
5.6,蛋白质的营养性质
5.7,在食品加工中蛋白质的变化
5.8,蛋白质的测定
5.1,概述
5.1,概述蛋白质是食品中三大营养素之一蛋白质对食品的色、香、味及组织结构等具有重要意义一些蛋白质具有生物活功能，是开发功能性食品原料之一
5.1.1,蛋白质在食品加工中的意义分子量：一万到一百万道顿 （ Dalton)之间或更大 。
测定方法渗透压法超离心法凝胶过滤法聚丙烯酰胺凝胶电泳法
5.1.2,蛋白质的分子量及其测定方法
C,50-55%
H,6-8%
O,20-23%
S,0-4%
N,15-18%
微量元素,P,Fe,Zn,Cu,I 等
5.1.3,蛋白质的元素 组成按分子形状分球状蛋白质纤维状蛋白质按分子组成分简单蛋白质结合蛋白质按蛋白质的溶解度分清蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白
5.1.4,蛋白质的分类动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳植物中蛋白质：如大豆、谷物微生物中蛋白质：酵母
5.1.5,食品中蛋白质来源
5.2,氨基酸的物理化学性质
Physicochemical Properties of
Amino Acids
结构
C COOH
H
R
NH2
5.2.1,氨基酸的一般性质
General Properties of Amino Acids
按 R的极性分类非极性氨基酸,Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp,Val,Pro
极性氨基酸无电荷侧链氨基酸,Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly
带正电荷侧链氨基酸,Lys,Arg,His
带负电荷侧链氨基酸,Asp,Glu
分类氨基酸 溶解度 (g/L) 氨基酸 溶解度（ g/L）
丙氨酸 167.2 亮氨酸 21.7
精氨酸 855.6 赖氨酸 739.0
天冬酰胺 28.5 蛋氨酸 56.2
天冬氨酸 5.0 苯丙氨酸 27.6
半胱氨酸 -- 脯氨酸 1620.0
谷胺酰胺 7.2（ 37℃ ） 丝氨酸 422.0
谷氨酸 8.5 苏氨酸 13.2
甘氨酸 249.9 色氨酸 13.6
组氨酸 -- 酪氨酸 0.4
异亮氨酸 34.5 缬氨酸 58.1
氨基酸在水中的溶解度氨基酸在 pH=7时水中存在形式
R CH COO-
NH3+
R CH COOH
NH2
不是氨基酸的酸碱性质氨基酸是酸氨基酸是碱
R CH COO-
NH3+
R CH COO-
NH2
+ H+
R CH COO-
NH3+
R CH COOH
NH3+
+ H+
是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的 pH值氨基酸的等点估算当用酸滴定时
R CH COO-
NH3+
+ H+ R CH COOH
NH3+
氨基酸的等电点
NH3+
R-CH-COO-
Ka1 =
NH3+
R-CH-COOH
H+
NH3+
R-CH-COO-
NH3+
R-CH-COOH当 =
Ka1 =
H+
1
pKa1 pH1=
同理可算当用碱滴定时
pKa2pH2=
但 R侧链带电荷不同时，估算方法不同酸性氨基酸碱性氨基酸 （ pKa2 + pKa3） /2pI=
（ pKa1 + pKa3） /2pI=
（ pKa1 + pKa2） /2pI=因此氨基酸的疏水性 Hydrophobic properties of AA
疏水性概念
Hydrophobic is the excess free energy of a solute dissolved in water
compared to that in an organic solvent under similar conditions.
氨基酸的疏水性是指氨基酸从乙醇转移至水中的自由能变化△ G
△ G0=-RTlnS乙醇 /S水
S乙醇 ------氨基酸在乙醇中的溶解度
S水 ------氨基酸在水中的溶解度氨基酸具有旋光性（除甘氨酸立体异构体,L,D型，天然只存在 L型异构体
λ =210nm,氨基酸都有吸收峰
λ =278nm,色氨酸都有最大吸收峰
λ =274.5nm,酪氨酸都有最大吸收峰
λ =260.0nm,苯丙氨酸都有最大吸收峰氨基酸的光学性质及光谱与茚三酮反应与邻苯二甲醛反应氨基酸的化学反应
5.3,蛋白质分子构象
The Conformation of Proteins
蛋白质分子构象是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布蛋白质结构层次一级结构 Primary Structure
二级结构 Secondary Structure
超二级结构 Supersecondary Structure
结构域 Domain
三级结构 Tertiary Structure
四级结构 Quaternary Structure
5.3.1,概述构型：
构象：
在立体异构体中，取代原子或基团在空间的取向当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排布，这些不同的空间排列称为不同的构象。
构象与构型的区别第一阶段,1959年以前提出蛋白质立体化学原理
α-螺旋模型
1951年 Pauling
和 Gorey
奠定了蛋白质空间结构研究理论基础蛋白质分子构象研究进展第二阶段,1959年以后
Kendrew 采用 X-射线结构分析法揭示了肌红蛋白的二、
三级结构分析方法的应用：
中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等首次证实了 α-螺旋在蛋白质中存在概念是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。
肽键的结构
5.3.2 蛋白质分子一级结构
+
肽键不同于 C-N单键和 C=N双键；
肽键具有部分单键性质同时又有双键性质；
肽键不能自由旋转；
肽单位平面有一定的键长和键角。
肽单位是刚性平面结构；
肽单位结特征是指由多肽链上主链骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。
二级结构类型螺旋结构
β -折叠股和 β -折叠片回折
β -发夹和 Ω环三股螺旋无规卷曲概念
5.3.3 蛋白质分子的二级结构是指多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升，从而形成一个螺旋式的构象。
螺旋结构按每一圈 AA残基数分
α-系螺旋
γ-系螺旋非整螺旋右手螺旋左手螺旋整数螺旋按螺旋旋转方向分按氢键形成方式分螺旋结构的种类特征每一圈包含 3.6个残基，螺距 0.54nm,
残基高 0.15nm,螺距半径 0.23nm;
每一个 φ角为 -57，每一个 ψ角为 -47；
相邻螺旋之间形成链内氢键；
氢键的取向与螺轴几乎平行。
α-螺旋在多肽链上，连续存在带相同电荷基团的 AA残基，则 α-螺旋不稳定当 Gly残基在多肽链上连续存在时，则 α-螺旋不能形成
Pro残基和羟脯氨基酸残基存在时，则不能形成 α-螺旋结构侧链 R对 α -螺旋的影响每一圈含有三个氨基酸残基；
φ =-49,ψ=-26
不稳定 。
残基高度为 0.2nm,螺旋半径为 0.19nm；
310-螺旋
β -折叠股是一种较伸展的锯齿形的主链构象。
φ =-120+45,ψ=+130+30
β -折叠股和 β -折叠片
β -折叠片回折指含 α螺旋,β弯曲和 β折叠或无规卷曲等二级结构的蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列概念
5.3.4 三级结构肌红蛋白的三级结构蛋白质结构稳定疏水相互作用氢键范德华引力 静电相互作用二硫键稳定三级结构的作用力蛋白质亚基：是一条多肽链寡聚蛋白质：由少数亚基聚合而成的蛋白质多聚蛋白质：由几十个，甚至上千个亚基聚合而成的蛋白质。
蛋白质分子的四级结构是指寡聚蛋白质中的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
四级结构的 广义 定义：
由相同或不同球蛋白分子所构成的聚合体四级结构的 狭义 定义：
5.4,蛋白质的变性 Protein Denaturation
在体内条件下，具有呈现全部生物功能所需要的精确构象的蛋白质变 性的现象。
5.4.2 蛋白质变性的概念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、化学性质的异常变化，不包括一级结构上肽键的断裂。
5.4.1 天然蛋白质的概念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
5.4.3.蛋白质变性现象除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由变性态恢复到天然态。
5.4.5 不可逆变性除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象由变性态不能恢复到天然态。
5.4.4 可逆变性测定蛋白质的比活性以天然蛋白质作对照，测定蛋白质物理性质的变化。
测定蛋白质化学性质的变化观察蛋白质的溶解度变化测定蛋白质的抗原性是否改变
5.4.6 蛋白质变性测定方法温度机械处理液压辐射界面酸碱尿素和盐酸胍表面活性剂有机溶剂盐
5.4.7 影响蛋白质变性的因素
5.5,蛋白质功能性质
Functional Properties of Proteins
其他成分蛋白质相互作用食品色泽食品风味食品外形食品质构糖脂肪构成 食品品质贡献多大？
在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的哪些蛋白质的物理和化学性质。
5.5.1蛋白质的功能性质概念功能 食品 蛋白质类型溶解性 饮料 乳清蛋白粘度 汤、调味汁 明胶持水性 香肠、蛋糕,肌肉蛋白，鸡蛋蛋白胶凝作用 肉和奶酪 肌肉蛋白和乳蛋白粘结 -粘合 肉、香肠、面条 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白弹性 肉和面包 肌肉蛋白，谷物蛋白乳化 香肠、蛋糕 肌肉蛋白，鸡蛋蛋白泡沫 冰淇淋、蛋糕 鸡蛋蛋白，乳清蛋白脂肪和风味的结合油炸面圈 谷物蛋白
5.5.2食品蛋白质在食品体系中的功能作用吃嫩弹性
？
概念蛋白质分子中带电基团、主链肽基团,Asn,Gln的酰胺基、
Ser,Thr和非极性残基团与水分子相互结合的性质。
5.5.3.蛋白质的水合性质 Properties Hydration of Proteins
氨基酸残基 水合能力 /
（ molH2O/mol残基 )
极性氨基酸
Asn 2
Gln 2
Pro 3
Ser,The 2
Trp 2
Asp(非离子化） 2
Glu(非离子化） 2
Tyr 3
Arg(非离子化） 3
Lys(非离子化） 4
氨基酸残基的水合能力氨基酸残基 水合能力 /
（ mol H2O/mol残基 )
Asp 6
Glu 7
Tyr- 7
Arg+ 3
His+ 4
Lys+
非极性残基
4
Ala 1
Gly 1
Phe 0
Val,Ile,Leu,Met 1
当干蛋白质粉与相对湿亚为 90%-95%的水蒸汽达到平衡时每克蛋白质所结合的水的克数。
蛋白质结合水的能力蛋白质水合过程蛋白质 水合能力 /(g H2O/g蛋白质）
纯蛋白质肌红蛋白 0.44
血清清蛋白 0.33
血红蛋白 0.62
胶原蛋白 0.45
酪蛋白 0.40
卵清蛋白 0.30
商业蛋白质产品乳清浓缩蛋白 0.45-0.52
大豆蛋白 0.33
各种蛋白质的水合能力蛋白质结合水温度 pH
盐的种类 离子强度影响蛋白质结合水的环境因素蛋白质 ----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
+
5.5.4 溶解度氨基酸残基平均疏水性的大小电荷频率高低蛋白质溶解度
Bigelow的蛋白质溶解度理论
pH和溶解度离子强度和溶解度
Kk
Kk
k
o p
盐离子与蛋白质相互作用
T<40℃
温度升高溶解度增大
T>40℃
温度升高溶解度减少温度和溶解度概念,是指蛋白质能自发地适移至汽 -水界面或油 -水界面的性质。
能否快速地克附至界面能否快速地展开并在界上面再定向能否形成经受热和机械运动的膜具有界面性质的蛋白质必要条件
5.5.5 蛋白质的界面性质 Interfacial properties of proteins
内在因素 外在因素氨基酸组成 pH
非极性 AA与极性 AA之比 离子强度和种类疏水性基团与亲水性基团的分布蛋白质浓度二级、三级和四级结构 时间二硫键 温度分子大小和形状分子柔性影响蛋白质界面性质的因素测定乳化性质的方法乳化稳定性液滴大小分布乳化活力乳化能力乳化性质 Emulsifying Properties
Counlter计数器光学显微镜法电子显微镜法光散射法测定乳状液滴大小方法是指克附乳状液油 -水界面上的蛋白质质量。
是指在乳状液相转变前每克蛋白质所能乳化的油的体积。
乳化能力蛋白质的载量乳油层体积
Es=---------------------× 100%
乳状液总体积乳状液稳定性
蛋白质的溶解度
pH=PI 溶解度减少时，降低其乳化作用
pH=PI 溶解度增加，增加其他乳化作用
血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在 pH=PI，具有较高的溶解度，此时，乳化作用增加。
与蛋白质表面疏水性存在续正相关。
适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用。
影响蛋白质乳化作用的因素蛋白质的起泡性质是指它汽 ---液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。
起泡性 Foaning Properties
泡沫体积 -起始液体的体积膨胀率 =-----------------------------------------------× 100%
起始液体的体积并入气体的体积膨胀力 =---------------------------------× 100%
液体的体积蛋白质的起泡力是指蛋白质能产生的界面面积的量蛋白质 起泡力牛血清清蛋白 280
乳清分离蛋白 600
鸡蛋蛋清 240
卵清蛋白 40
牛血浆 260
β-乳球蛋白 480
血纤维蛋白原 360
大豆蛋白（酶水解） 500
明胶（酸法加工猪皮明胶） 760
不同蛋白质溶液的起泡力
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溶解度 快速扩散至界面疏水性（或两亲性） 带电、极性和非极性残基的分布促进界面相互作用分子 (或链段 )的柔性 推进在界面上的展开具有相互作用活性的链段具有不同功能性链段的配置促进在气、水和界面相的相互作用带电基团的配置 在邻近气泡之间的电荷推斥极性基团的配置 防止气泡和紧密靠近；水合作用、渗透和空间效应（受此性质和蛋白质膜的成分的影响）
蛋白质分子的性质与起泡性的关系
pH
盐糖脂蛋白质浓度温度影响蛋白质起泡性质的环境因素蛋白质 风味蛋白质 ----风味
+
良好风味载体 与不良风味结合
5.5.6,与风味物质结合干蛋白粉范德华力氢键静电物理截留蛋白质与风味之间的相互作用非极性配位体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液态或高水分食品中蛋白质温度盐
pH
化学改性影响蛋白质与风味结合的因素蛋白质溶液流体特征假塑性流体 r=mr.n
蛋白质切变稀释的原因分子朝着流动方向逐渐取向，使磨擦阻力减少。
蛋白质的水合范围沿着流动方向形变。
氢键和其他续键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的解离。
5.5.7,粘度蛋白质被分散的分子或颗粒的表观直径。
蛋白质 ----溶剂的相互作用。
蛋白质 ----蛋白质相互作用。
影响蛋白质流体粘度特性因素凝胶化作用概念是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。
凝胶化作用机制溶胶状态 -------似凝胶状态 -------有序的网络结构状态
5.5.8,凝胶化作用 （ Gelation)
氢键疏水相互作用静电相互作用金属离子的交联相互作用二硫键凝胶化的相互作用溶液的 pH
蛋白质的浓度金属离子蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用果冻豆腐香肠重组肉制品影响蛋白质凝胶化作用的因素
5.6,蛋白质的营养性质大豆火腿肠含有丰富的蛋白质谁最好？
消化率是人体从食品蛋白质吸收的氮占摄入的氮的比例。
氨基酸的组成,Lys,Thr,Trp 是限制性 AA.
5.6.1.判断蛋白质的质量蛋白质的构象抗营养因子加工条件
5.6.3,蛋白质营养价值的评价方法生物方法化学方法酶和微生物方法
5.6.2 影响食品消化率的因素
5.7.在食品加工中蛋白质的物理、
化学和营养变化
蛋白质的一些功能性质发生变化
破坏食品组织中酶有利食品的品质
促进蛋白质消化
破坏抗营养因子
引起氨基酸脱硫胱酰胺异构化
有养存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏
T>200℃,碱性条件下，色氨酸发生异构化
剧烈热处理引起蛋白质生成环状衍生物
5.7.1,加热处理对蛋白质的影响
DHA与赖氨酸、鸟氨酸、半胱氨酸形成交联
_ NH CH CO
2(CH )4
NH2
)(CH2
OCCHNH_
3
2NH
)(CH2
OCCHNH_
3
2NH
_ NH CH CO
2CH
SH
CH 2
HN C CO
脱氢丙氨酸
2CH
_ NH CH CO
2(CH )4
NH
2CH
CH COHN
赖氨酰丙氨酸残基
_ NH CH CO
2(CH )
NH
2CH
CH COHN
3
鸟氨丙氨酸残基
_ NH CH CO
2
2CH
CH COHN
CH
S
羊毛硫氨酸残基
+
5.7.2,加工时蛋白质之间相互作用
_ NH CH CO
2(CH )4
NH2PH + 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·+P·→P -P
P P P P P P P LOO P
赖氨酸、谷氨酰胺与天冬胱胺形成共价交联
r辐射引起蛋白质发生聚合
H2O2引起酪氨酸发生氧化性交联食品常用氧化剂
H2O2
过氧苯甲酰次氯酸钠
5.7.3,蛋白质与氧化剂之间的相互作用半胱氨酸的氧化蛋氨酸的氧化色氨酸的氧化
5.8,蛋白质的测定食品中蛋白质的含量食物名称 蛋白质含量 食物名称 蛋白质含量猪 肉（肥瘦） 9.5 稻米 8.3
牛 肉（肥瘦） 20.1 小麦粉（标准 ) 9.9
羊 肉（肥瘦） 11.1 小米 9.7
马肉 19.6 玉米 8.5
驴肉 18.6 大豆 36.3
兔肉 21.2 大白菜 1.1
牛乳 3.3 油菜（秋） 1.2
乳粉（全） 26.2 油菜（春） 2.6
鸡 21.5 菠菜 2.4
鸭 16.5 黄瓜 0.8
鸡蛋 14.7 苹果 0.4
大黄鱼 17.6 桃 0.8
小黄鱼 16.7 柑桔 0.9
带鱼 18.1 鸭梨 0.1
鲐鱼 21.4
鲤鱼 17.3
5.8.1 概述蛋白质 氮 (克 ) 蛋白质 氮（克）
肌动蛋白（兔肌肉） 16.7 谷蛋白（小麦） 17.6
清蛋白（牛血） 16.07 血红蛋白（马） 16.8
清蛋白（鸡蛋白） 15.9 胰岛素 A（牛肉） 15.88
α-淀粉酶 16.23 β –乳球蛋白 (牛乳 ) 15.64
抗生物素蛋白 (鸡蛋白 ) 14.80 溶菌酶（鸡蛋白） 18.80
全酪蛋白（牛乳） 15.63 肌球蛋白（兔肌肉） 16.70
胶原（蛋白）（牛皮） 18.70 木瓜蛋白酶（木瓜） 17.15
伴清蛋白（鸡蛋白） 16.6 核糖核酸酶 A（牛胰） 17.51
白明胶（小牛皮） 18.1 鲑精蛋白（鲑精液） 31.5
麦醇溶蛋白（小麦） 17.66 胰蛋白酶（牛胰） 16.95
球蛋白（南瓜籽） 18.55 色氨酸合成酶 17.5
胰岛血糖素（猪） 17.29 玉米醇溶蛋白 (玉米 ) 16.2
一些蛋白质的含氮量利用蛋白质共性的方法定氮法双缩脲法物理法利用特定氨基酸残基法染料结合法福林 —酚试剂法
5.8.2 蛋白质定量法原理消化
样品中含氮有机化合物经浓硫酸加消化，硫酸使有机物脱水；
同时有机物炭化生成炭；
炭将硫酸还原为 SO2,C则变为 CO2；
SO2使氮还原为氨，本身则氧化为 SO3；
在反应过程中生成的氢，又加速氨的形成；
生成物中水和 SO2逸去，氨与硫酸结合生硫酸铵留在溶液中。
凯氏定氮法硫酸胺在碱性条件下，释放出氨。
NH4 ++OH- 加 热 NH3+H2O
吸收与滴定
NH3 + H5BO3 NH4+ + H2BO3-
H2BO3- + H+ H3BO3
蒸馏凯氏烧瓶定氮球漏斗冷凝管锥形瓶滴定管仪器浓硫酸：脱水、氧化硫酸铜：催化剂及消化指示剂硫酸钾：提高溶液的沸点氢氧化钠混合指示剂硼酸盐酸试剂及作用
V × N × 0.14 × 6.25 × 100蛋白质 =——————————————————
W
V——滴定时所耗盐酸标准溶液的毫升数；
N——标准盐酸溶液的当量浓度；
0.14——1毫升当量氮的克数；
6.25——氮的蛋白质换算系数；
W——样品克数。
蛋白质计算消化时间一般约 4小时左右即可，消化时间过长会引起氨的损失。
如样品中含赖氨酸或组氨酸较多时，消化时间需延长 1-2倍。
样品含脂肪或糖较多时，消化时间要长些。同时注意消化过程中产生泡沫溢出瓶外。
在蒸馏过程中注意接头处有无松漏现象。
注意事项
jlllll
装置以硝酸盐、亚硝酸盐形式存在的氮在凯氏法中消化时将成为硝酸和亚硝酸挥发损失。
实验中加入水杨酸使硝态氮变成硝基水杨酸固定下来，加入硫代硫酸钠使其还原为氨基化合物，在浓硫酸作用下分解，最后变成硫酸铵，然后按凯氏法定氮。
含硝食品中蛋白质的测定
C6H4(OH)COOH+HNO3
C6H3(OH)(NO2)COOH+H2O
NaS2O3+H2SO4 H2SO3+S +Na2SO4
C6H3(OH)(NO3)COOH+3H2SO3+H2O
C6H3(OH)(NH2)COOH+3H2SO4
C6H3(OH)(NH2)COOH+13H2SO4
NH3+7CO2 +13SO2 +15H2O
2NH3+H2SO4 (NH4)2SO4
方法提要凡是来源相同的蛋白质，碱性（或酸性）氨基酸的含量，大体上是相同的。利用这个特点，加入过量的酸性（或碱性）染料，使其和蛋白质形成不溶性盐而沉淀析出。用分光光度计测定未反应的染料量，然后根据算出来的结合染料量求出蛋白质含量。
染料结合法
gg
酸性橙 12（ Acid Orange12)
双缩脲在碱性环境中，能与硫酸铜结合成红紫色的络合物，此反应称为双缩脲反应。蛋白质分子中含有肽键，
与双缩脲结构相似，故能呈此反应。
双缩脲法
本方法是测定蛋白质浓度常用方法之一。
组氨酸以外其他游离的氨基酸、二肽等不显色；
除双缩脲、一亚氨基双缩脲、二亚氨基双缩脲、氨醇、
氨基酸酰胺、丙二酰胺等少数化合物以外，非蛋白质均不显色、大体上可以看作这是蛋白质所特有的反应。
此法灵敏度较差，但操作简便迅速。
特点
