综述改性蛋白质的安全性

综述改性蛋白质的安全性

改性方法主要有物理法、化学法、酶法、生物基因工程法等。

1 化学改性

化学改性实质是通过改变蛋白质的结构、静电荷和疏水基团分布，去除抗营养因子，从而改善大豆蛋白的性质。蛋白质的化学改性可分为两大类，一类是蛋白质分子的特定基团与改性试剂以共价键相连接，即化学衍生化反应，另一类则不存在蛋白质与改性试剂之间的共价键，主要包括亲油化、酸、碱处理等。

最常用的食品蛋白质化学改性方法：乙酸酐和琥珀酸酐作为酰化试剂的酰化作用。它们的作用机理是酰化试剂一般与赖氨酸ε-氨基作用，带正电的氨基被一个中性的酰基残基取代。酰化作用的功能：提高蛋白质的溶解度和水合作用和改进蛋白质的乳化性质。酰化蛋白质的特点：较低的等电点、较高的正极电迁移率、较好的起泡能力、较差的泡沫稳定性、结构较无序、电荷推斥、热稳定性高（主要由前两个决定）。决定酰化蛋白质营养质量的因素：蛋白质的种类、改性的程度、所采用的酰化剂。其他改性方法，如化学磷酸化—利用并入的高亲水性的磷酸基，提高蛋白质在水中的溶解度；温和酸处理—增加蛋白质表面的负电荷、导致蛋白质结构的展开、疏水性残基的暴露—具有较好的溶解度、乳化性质、起泡性质。

化学变化的危害方面需要考虑因素有两个①改性蛋白质和它的消化产物的毒性；②使用的化学试剂以及在蛋白质中任何残留物的毒性。

蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸(Pi) 与蛋白质上特定的氧原子(Ser 、Thr 、Tyr 的-OH) 或氮原子(Lys 的ε-氨基、His 咪唑环1 ,3 位N、Arg 的胍基末端N) 形成-C-O-Pi 或-C -N -Pi 的酯化反应。

蛋白质的磷酸化改性可通过化学方法或酶法予以实现。化学磷酸化试剂：磷酰氯(POCl3)、磷酸(H3PO4)、P2O5/ H3PO4、三聚磷酸钠(STP)。

用于蛋白质磷酸化的酶称为蛋白激酶. 蛋白激酶家族包括有约1001 种酶. 蛋白激酶能对蛋白质进行磷酸化修饰,是很有潜力和前途的食品蛋白质改性的工具。常用到的蛋白激酶有依赖于CAMP 激活的蛋白激酶(CAMPdPK)，酪蛋白激酶Ⅱ(CK- Ⅱ)。

磷酸化改性后的蛋白中,由于引进了大量的磷酸根基团,从而增加了蛋白质体系的电负性,提高了蛋白质分子之间的静电斥力,使之在食品体系中更易分散,相互排斥,因而提高了溶解度,聚结稳定性,降低了等电点,而且其净负电荷只有在相当低的pH 环境中才会被中和,故其可有效地拓宽在食品中的应用范围。用三聚磷酸钠改性大豆蛋白的实验结果充分验证了这一结论。但用磷酰氯改性蛋白时其蛋白溶解度反而下降,这是因为用磷酰氯作磷酸化试剂会导致蛋白质分子之间发生交联,这些交联键的存在是导致蛋白水溶解性降低的原因。但用磷酰氯改性蛋白可显著提高蛋白的粘度及胶凝性。磷酸化改性蛋白中由于负电荷的引入大大降低了乳化液的表面张力,使之更易形成乳状液滴,同时也增加了液滴之间的斥力,从而更易分散,因此改性蛋白的乳化能力及乳化稳定性都有较大改善。

从毒理学的观点看,因为没有一种生物可以合成磷酸根离子,而磷酸根离子为所有生物代谢所必需,必须由膳食中取得,所以蛋白质的磷酸化改性是一种较实用、有效的方法。

化学改性也存在很多的限制因素：(1)产品安全性，化学衍生化可定向地改变蛋白质的功能特性，然而这一技术在食品方面的应用却很少，毒性(或安全性)

问题是最主要的原因之一。并且，这一问题由于衍生化蛋白质在消化道内的各种变化而更加复杂化，因为完整的衍生化蛋白质无毒并不等于被消化道酶水解后的产物无毒性，因此，在化学改性应用于食品蛋白工业之前，必须考虑安全性问题。

(2)营养损失，蛋白质的化学衍生化主要是Lyse-NH2的反应，人体内酶无法水解这种反应产物，因而使蛋白质的有效赖氨酸损失。酸水解会使某些受到全部或部分破坏(如色氨酸)；另外，在强碱性条件下（pH>11)，长时间加热蛋白质会形成人体无法吸收的Lysinoalanine(赖氨酰丙氨酸)。

2 酶法改性：

酶法改性的作用：改变食品蛋白质的功能性质以满足食品加工的要求。酶法改性的优点：专一性高、条件温和、有毒副产物产生几率低。酶法改性蛋白质不会导致营养方面的损失，也不会产生毒理方面的问题。此外，蛋白质的酶法改性还具有水解时间短，酶解程度可控制，在低酶浓度下即产生显著效果等优点。

按照酶解程度和酶解产物分子量分布，蛋白质酶解技术可以分为轻度酶解、适度酶解和深度酶解。蛋白质深度酶解的产物主要是小肽和氨基酸，产物中肽分子量小于5000Da，且90％的肽分子量小于500Da，主要应用于调味品和营养配方；适度酶解和轻度酶解则被认为是限制性酶解，可实现DH和酶解产物多样性的调控，主要应用于生产具有优良加工特性的功能性蛋白或具有特殊生理活性的肽。采用复合酶酶解蛋白时，通常根据各种酶的加入顺序又分为分步酶解和同步酶解。

蛋白质酶解过程中，随着肽键的断裂主要发生三种变化：肽键断裂导致带电基团增加，分子变小，分子结构变化导致蛋白质内部疏水基团暴露出来。利用这些变化对酶解条件进行控制，可以影响酶解产物的功能特性。

酶法改性的途径：

2.1酶催化水解

①使用的蛋白酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶、微生物蛋白酶。②作用:提高蛋白质的溶解度、改进蛋白质的泡沫和乳化性质③蛋白质水解产物的特点—生理活性、苦味

2.2胃合蛋白反应

胃合蛋白即是蛋白质部分水解后再经木瓜蛋白酶或凝乳蛋白酶作用生成的高相对分子质量多肽。胃合蛋白反应（组反应）：蛋白质的最初水解、肽键的重新合成。参与酶—木瓜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶。作用—产物的结构、氨基酸顺序不同于原始蛋白质功能性质改变，能提高蛋氨酸或赖氨酸缺乏的食物蛋白质的营养质量。

2.3蛋白质交联（酶作用与化学作用的区别）

①交联作用：改进许多食物产品的物理和质构性质、提高蛋白质的营养质量。

②参与酶：转谷氨酰胺酶。

③应用实例：香肠、鱼糊产品、豆腐

3 挤压高温改性

物理改性是指利用热、电、磁、机械剪切等物理作用形式，改变大豆蛋白的二、三级或四级结构，从而改善大豆蛋白的功能特性的方法。主要包括高温处理、超声波处理、高压处理、挤压等，此外，还有超滤、高频增溶、低剂量辐射及添加小分子双亲物质等方法。

天然蛋白质在挤压机内受到热和剪切挤压的综合作用，使蛋白质三级和四级结构的结合力变弱．蛋白分子由折叠状变为直线状(即发生变性作用)。由于蛋白