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BC 1-4 蛋白质的功能性质

#生物化学 #蛋白质 #结构 #功能性质

1. 蛋白质功能性质概述

蛋白质的功能性质：食品加工、贮藏、消费过程中，决定食品质构、口感、稳定性，除营养价值外那些对食品加工有利的蛋白质的物理化学性质

1.1 分类

1. 水合性质：蛋白质与水的作用，包括溶解性、吸水-持水性、溶胀性
2. 表面性质（界面性质）：蛋白质在极性不同的两相之间所产生的作用，包括乳化性、起泡性
3. 结构性质：蛋白质分子之间相互作用有关的性质
4. 感官性质：（字面意思）

蛋白质的功能性质不是独立的，而是相互联系的

1.2 影响因素

• 蛋白质本身固有的性质
• 环境条件变化
• 食品所经历的加工处理

2. 蛋白质的水合性质

蛋白质的水合性质：蛋白质分子通过表面极性基团，与水分子发生相互作用，结合、保留水分子的物理化学性质的总称，包括溶解性、吸水-持水性、溶胀性

蛋白质结合水的能力

干蛋白粉与相对湿度 90% ~ 93% 的水蒸气达到平衡时每克蛋白质所结合水的克数。

衡量标准

• 吸水-持水力
• 保湿性

影响因素

• 蛋白质浓度（正比）
• 温度（反比）
• pH（具体看 pI）
• 盐的种类（Na ${}^{2+}$ 有利，Ca ${}^{2+}$ 、Mg ${}^{2+}$ 不利）
• 离子强度（反比）

2.1 蛋白质的吸水-持水性

包括：

1. 化学结合水
2. 物理截流水
3. 蛋白质的适度变性

影响蛋白质吸水-持水性的因素

1. pH
2. 离子强度（盐析与盐溶）
3. 剪切
4. 温度

蛋白质吸水-持水性的体现：鸡蛋羹

鸡蛋液加水蒸，卵清蛋白变性，肽链展开，Gln 侧基大量形成氢键结合水，形成高含水量的蛋白质热凝胶，也即鸡蛋羹

2.2 蛋白质的溶解性

蛋白的溶解性：蛋白质分子以单分子或小聚集体形式分散于水相中，形成稳定胶体溶液的能力

笔者按

蛋白质溶解度的实质是 疏水相互作用 和 离子相互作用

衡量标准

• 蛋白质分散指数 PDI
• 氮溶解指数 NSI
• 水合可溶氮 WSN

蛋白质溶解度的影响因素

• 蛋白质的溶解度与氨基酸残基的平均疏水性和电荷频率有关
• pH = pI 时，蛋白质溶解度最小

2.3 盐析与盐溶

• 盐析：中性盐浓度 ∈ （0.1, 1） mol/L 时，增大了蛋白质的溶解度
• 盐溶：中性盐浓度 ∈ （1, +∞）mol/L 时，减小了蛋白质的溶解度

2.4 蛋白质的溶胀

蛋白质的溶胀：干燥或致密蛋白网络吸水/溶剂后体积增大，但不一定溶解

本质：溶剂渗入，极性侧链水合、氢键和渗透压使网络伸展；交联、疏水作用限制膨胀

3. 蛋白质的黏度

影响蛋白质黏度的因素

1. 蛋白质的固有性质
2. 蛋白质和溶剂分子间的相互作用
3. 蛋白质和蛋白质分子间的相互作用

剪切稀释

蛋白质溶液的黏度系数会随着其流速的增加而降低

4. 蛋白质的胶凝作用

蛋白质的胶凝：是指在特定条件下，变性的蛋白质分子聚集形成网状结构，从而失去流动性并转变为半固体状态的过程。

• 凝胶：蛋白质胶凝后形成的产物

4.1 蛋白质胶凝的分类

1. 缔合
2. 聚合
3. 沉淀
4. 絮凝（蛋白质未变性）
5. 凝结（蛋白质变性）
6. 胶凝（蛋白质变性）

4.2 胶凝的过程、途径与热稳定性

过程

1. 变性（不可逆）
2. 有序排列的重组（可逆）

途径

• 热致凝胶
• 非热致凝胶，调 pH / 加二价金属离子

热稳定性

• 热可逆凝胶，如：明胶
• 非热可逆凝胶，如：大豆蛋白

4.3 胶凝的作用力

• 蛋白质-蛋白质之间的相互作用
• 蛋白质-水之间的相互作用
• 领近肽链之间的吸收力和排斥力

4.4 有利于蛋白质胶凝的因素

• 加热或添加二价金属
• 蛋白质浓度高
• 游离二硫键存在
• 分子量过低不利于胶凝
• 达到等电点有利于疏水聚合而胶凝
• 轻微酸化
• 凝胶生成速度影响质地和外观有

5. 蛋白质的组织化（质构化）

• 组织化的蛋白质可作为肉的代用品
• 组织化使可溶的植物蛋白质或乳蛋白具有咀嚼性和良好的持水性

蛋白质组织化的常见方法

• 热凝固和薄膜形成， 如：腐竹
• 热塑性挤压， 如：肉丸、汉堡肉饼用的肉糜

6. 面团的形成

• 面筋蛋白主要由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成
  • 麦谷蛋白决定面团的弹性、黏性、强度
  • 麦醇溶蛋白决定面团的流动性、伸展性、膨胀性

麦谷蛋白分子量比麦醇溶蛋白大

以防你忘了：小麦中蛋白的种类

1. 麦谷蛋白
2. 麦胶蛋白（麦醇溶蛋白）
3. 球蛋白
4. 清蛋白

面团的形成过程

1. 面筋蛋白加水搅拌，肽链舒展，Gln 侧基大量形成氢键结合水
2. 机械搅拌（剪切）促进二硫键重排，连续的面筋网络形成
3. 适度吸水溶胀

影响面团形成的因素

1. 麦谷蛋白与麦醇溶蛋白的适当配合（比例）
2. 加入极性脂类、变性球蛋白有利于麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的相互作用
3. 揉捏过强，二硫键断裂，面团强度下降；揉捏不足，面团的三维网状结构无法形成，面团强度不足

7. 蛋白质的界面性质

蛋白质的界面性质：蛋白质两亲性质决定的表面活性和在界面形成高强度膜的性质

7.1 蛋白质的乳化性质

• 分散系
  • 油包水型 W/O ：奶油、人造奶油
  • 水包油型 O/W ：冰激淋、肉馅、蛋黄酱

蛋白质乳浊液体系稳定性

蛋白质疏水性越大，界面吸附的蛋白质浓度越高，表面张力越小，乳浊液体系越稳定。

蛋白质帮助形成乳化体系及其稳定乳化体系大小的衡量指标

• 乳化活性指数 EAI：位质量乳化剂（如蛋白质）在油水界面形成的稳定乳液所覆盖的界面面积
• 乳化容量（乳化能力）EC：乳状液发生相变之前，每克蛋白质能够乳化油的体积
• 乳化稳定性 ES：一定温度下离心处理前后乳浊液的体积百分比

良好乳化性对蛋白质的要求

• 快速吸附到界面少
• 分子柔性好
• 在界面上能与相邻分子相互作用形成足够柔韧的薄膜

乳化体系的失稳

• 聚结
• 絮凝
• 分层

蛋白质乳化的影响因素

• 溶解度
• 温度
• 表面活性剂
• pH

7.2 蛋白质的发泡性质

发泡：蛋白质在气-液界面形成坚韧的薄膜并使大量气体进入、稳定

气泡间液膜的形成是气泡性质的关键，取决于液体与气体间的界面活性

蛋白质发泡举例

• 啤酒
• 蛋糕
• 奶油

影响蛋白质发泡性质的评价指标

• 发泡力 FP
• 发泡稳定性 FS

蛋白质对泡沫形成稳定性有利的三个因素

1. 可以降低表面张力
2. 可使气泡外液膜的黏度增加

8. 蛋白质与风味物质的结合

• 物理结合力 < 化学结合力
• 多在 R 基团上结合（疏水区域）