超高压对蛋白质地影响

摘要：超高压技术是目前国际上最热门的食品加工技术之一，超高压处理在食品蛋白加工中可通过改变蛋白的结构，从而改变溶解性凝胶性乳化性起泡性等诸多加工特性;还可以改变蛋白质的酶解特性从而产生多种活性肽。超高压处理主要影响蛋白质中非共价键，而对共价键影响很小，其影响方向和程度与压力大小、施压时间、蛋白种类、溶液浓度、温度、溶剂有关。

关键词：超高压蛋白影响结构

超高压技术是食品加工近年来备受关注的高新技术之一，超高压处理就是将食品密封于弹性容器或置于无菌压力系统中(常以水或其它流体介质作为传递压力媒介),使用100MPa

以上压力(一般是静水压)，在常温或较低温度下对食品物料进行处理的方法,使食品中酶、蛋白质、核酸和淀粉等生物大分子改变活性、变性或糊化,而食品天然味道、风味和营养价值不受或很少受影响,具有低能耗、高效率、无毒素产生等特点,是近年来发展较快食品加工方法。在美国及欧洲，许多国家先后对超高压食品的原理方法技术细节以及应用前景等方面进行了广泛的研究早在1914年，美国物理学家P.W.Briagmum提出了在静水压( 500MPa) 下蛋白质凝固，而在700MPa下形成凝胶的报告; 但直到1986年才由日本京都大学林立丸教授提出了超高压可以在食品工业上应用到2007年底，全世界建立了约120家食品高压处理厂，处理容积为35～420L，年生产能力总计超过15万t 可见，超高压技术已成为食品产业重要的加工手段，在商业应用中受到广泛关注[1]。

1 超高压处理技术的概念和特点

超高压处理是将食品密封于弹性容器或无菌压力系统中，以水或其它流体介质为传压介质，采用100MPa以上( 100～1000MPa) 压力，在常温或较低温度下处理食品，使食品中酶蛋白质核酸和淀粉等，生物大分子活性改变变性或者糊化。与传统的热处理相比，超高压

处理具有优良的特点: 首先，它能在常温或较低温度下达到杀菌灭酶的作用，从而减少了热处理引起食品的营养成分及色香味的损失; 其次，它传压速度快，均匀，不存在压力梯度; 因此，超高压处理食品效率比较高; 另外，超高压技术相对耗能较少目前，超高压技术被认为是近年来在食品加工和保存技术中最有发展潜力的技术，超高压技术在食品加工方面的应用范围相当广泛，但就目前研究现状分析来看，主要集中于两方面的研究: 一是以达到食品保藏为目的，研究超高压的杀菌灭酶作用; 二是以改变食品大分子的有关特性为宗旨，研究超高压对食品的蛋白质脂类多糖等理化特性的影响本文主要综述超高压处理在蛋白质改性方面的影响作用[2]。

2 超高压对蛋白质改性作用的研究

超高压对食品( 生物) 大分子作用主要是压力所产生物质的体积变化物质组分在结构上差异而导致，在超高压下压缩变形不同当这一变形足够大时，可能会影响物质分子间结合形式，导致键的破坏和重组，从而使食品( 生物) 大分子功能特性发生变化许多经高静压变性的蛋白质在压力撤消后，分子构象会有所改变，并随之带来功能特性的改善超高压处理对蛋白质改性作用重要体现以下几个方面。

2.1 超高压处理对蛋白质结构的影响

超高压处理主要是破坏蛋白质的三级四级结构的非共价键，而对共价键作用较小不同超高压力处理对蛋白质结构的影响不同一般在100～200MPa下，蛋白质变化是可逆的; 但当压力超过300MPa时，蛋白质会发生氢键断裂，产生不可逆变性而改变蛋白质的三级结构，李汴生等发现在100～500MPa超高压范围内，大豆蛋白游离－SH的含量随处理压力提高而逐渐增加[3]; 其中400MPa高压处理可使部分蛋白发生变性Tedford等报道了高压和温度复合作用对－lactoglobulin结构变化的影响，观察到蛋白质分子在二级和三级水平上均出现不可逆转的破坏经高压处理后酸奶酪产生颗粒更小的球状蛋白聚集体，会使生产

的奶酪凝胶强度更高，交联度更好，一些研究表明，大豆蛋白11S组分在200MPa，1min 高压处理下开始变性，而400MPa，10min超高压处理会使蛋白完全变性; 这是因为高压均质会导致蛋白质组分相互解离蛋白质凝胶破裂新的二硫键和疏水位点的暴露，从而使得不同组分相互聚集变性[4]。另外，溶液的pH有时也影响到超高压处理效果Puppo 研究发现，pH为8的大豆分离蛋白溶液经200MPa以上超高压处理即可使其表面疏水性和聚集程度发生增加; 而pH3的蛋白发生完全变性这样，超高压对于蛋白质结构的影响不仅取决于压力大小，也与蛋白种类温度和pH等因素有关。

2.2 超高压处理对蛋白质溶解性的影响

蛋白质的溶解性是蛋白质水化作用的重要体现; 而蛋白质和水分子的相互作用是通过它们的肽键( 偶极－偶极或氢键相互作用) 或者是通过它们的氨基酸侧链( 离子化极性甚至非极性基团的相互作用)，作为食品蛋白质原料的首要条件是具有良好的溶解性，这对蛋白质在食品中稳定性风味等起直接的影响，当花生分离蛋白进行高压处理时，聚集的球状蛋白质逐渐解缔和伸展，同时蛋白质分子解聚成更小亚基，而球状蛋白内部极性基团和疏水基团的暴露使蛋白质颗粒表面电荷分布加强; 暴露基团结合水增多，蛋白质水化作用增强，溶解性改善[5]。另外，随着处理压力升高和时间的延长，花生蛋白溶解性也越高，李汴生等对高压处理后的大豆分离蛋白溶解性和流变特性的变化及其机理进行了研究，发现经400MPa 15min高压处理可使低浓度大豆分离蛋白的溶解性明显提高，Rodiles－López等报道，－乳白蛋白在600MPa 55℃条件下处理10min，控制溶液pH为7，能显著提高蛋白质的溶解性考虑到蛋白质由于来源不同，蛋白质浓度处理压力和溶液pH的差异，一些高压处理并不会影响到蛋白质的溶解性，甚至还会降低溶解性[6]。

2.3 超高压处理对蛋白质凝胶性的影响

凝胶性是蛋白质最重要的功能特性之一，其中最典型的应用为中国的豆腐和西方的奶

酪，蛋白质凝胶类型主要决定于凝胶的分子形状，而凝胶的形成是一个动态的过程，受到溶液pH离子强度温度等影响，研究发现，超高压处理能破坏蛋白质胶体溶液，使蛋白质凝集形成凝胶，从而改变蛋白质的凝胶特性; 超高压处理可使蛋白质分子二硫键发生部分断裂，巯基含量增加，蛋白质凝胶性能得到改善。王苑等研究表明，将鸡肉肌原纤维蛋白混和大豆蛋白经100MPa高压，55℃加热处理20min后，制备得到的凝胶明显优于传统加热方法制备得到的凝胶，在硬度弹性和保水性方面均有显著提高，高压处理既可缩短蛋白成胶时间，又可减少热处理对蛋白的破坏作用[7]; 这为大豆蛋白在肉糜类制品中的应用提供了新方法。李汴生等研究还表明，高压处理( 300MPa) 可改善豆浆和大豆分离蛋白的凝胶性能，获得持水性良好的凝胶豆腐。与通过加热蛋白质形成凝胶不同，经高压处理的蛋白质形成的凝胶更透明，光滑，柔软且富有弹性。Penna等分别比较了加热处理和高静压复合处理与单独处理对牛奶中益生菌的奶酪凝胶的影响，结果表明加热结合高静压处理可使乳酪凝胶结构更紧密，交联度更高[8]; 例如，由高静压处理牛奶中制得的乳酪凝胶的干酪素微粒是圆形的且大小均一，平均直径在200nm; 而加热制备得到的乳酪凝胶产生的干酪素微粒平均直径在750～850nm。另外，超高压处理对蛋白质的影响是由压力温度和处理时间三个因素共同作用或者其中两个因素的相互作用所引起。例如，随着处理压力增大，温度也随之上升，从而提高了蛋白质凝胶强度，可见。超高压结合热处理更有利于改进蛋白凝胶性。

2.4 超高压对蛋白质乳化性的影响

蛋白质形成及稳定乳状液的能力主要依赖于两个方面: a.通过吸附至表面而降低表面张力; b.通过静电空间作用力等形成高粘弹性保护膜，稳定乳状液。对于球蛋白来说，利用高压等技术手段可对蛋白质起到改性作用从而提高其乳化性在pH中性条件下，高压处理可改善大豆蛋白的乳化性但是不利于乳化稳定性[9]。Wang等研究也表明，高压处理( 200～600MPa) 能显著提高大豆分离蛋白的乳化活性指数，但降低了乳化稳定指数，这可能是由