蛋白质的改性论文

蛋白质的改性

摘要：介绍蛋白质的功能特性，以及物理、化学、摘要介绍蛋白质的功能特性，以及物理、化学、酶法等各种改性方法及其对蛋白质功能特性和营养安全性的影响，展望蛋白质改性的应用前景。

0 前言

蛋白质具有营养功能，添加到食品中可以有效地提高产品的营养价值，更重要的是蛋白质在食品中可以体现出不同的功能特性，影响食品的感官特性，而且对食品在制造、加工或保藏中的物理化学性质起着重要的作用。因此蛋白质广泛用于食品加工的各个领域。但是，不少天然蛋白质的这些特性尚不突出，不能满足现代食品开发与加工的需要，往往通过特定的方法来提高其功能特性，使其应用领域更广阔。

1 蛋白质的功能特性

蛋白质的功能性质主要分三类:

(l)水化性质，包括水吸收及保留、湿润性、溶胀、粘着性、分散性、溶解度和粘度。由蛋白质肤链骨架上的极性基团与水分子发生水化作用。

(2)与蛋白质一蛋白质相互作用有关的性质，包括产生沉淀作用、凝胶作用和形成各种其它结构(如蛋白质面团和纤维)。蛋白质分子受热舒展，内部的疏水基团暴露出来，通过疏水作用(高温能提高此类作用)、静电作用(通过ca和其它二价离子桥接的)、氢键(冷却能提高此类作用)或二硫交联形成空间网状结构。

(3)表面活性，包括表面张力、乳化作用和泡沫特征。蛋白质结构中既有亲水基又有亲油基，能够吸附在油一水或空气一水界面上，一旦被界面吸附，蛋白质形成一层膜，可阻止小液滴或气泡聚集，有助于稳定乳化液和气泡。这些功能特性在食品中常被应用。

(4)蛋白质的功能特性与其结构有关，即氨基酸组成、排列顺序、构象、分子的形状和大小、电荷分布以及分子内和分子间键的作用。高比例的极性残基影响肤链间相互作用、水化作用、溶解性和表面活性，疏水性相互作用在蛋白质三级折叠中相当重要，它影响乳化作用、起泡性和风味结合能力。带电氨基酸能增强静力相互作用，起到稳定球蛋白，结合水分的作用，以及水化作用、溶解度、凝胶作用和表面活性。琉基(SH)能被氧化形成二硫键，硫醇和二硫化物的相互转化会影响流变性。共价键和非共价键的性质和数量决定了蛋白质的大小、形状、表面电荷。所有这些性质又受PH、温度等环境因素及加工处理的影响。

2蛋白质改性

2.1物理改性

所谓蛋白质物理改性是指利用热、机械振荡、电磁场、射线等物理作用形式改变蛋白质的高级结构和分子间的聚集方式, 一般不涉及蛋白质的一级结构。如蒸煮、搅打等均属于物理改性技术。

质构化(texturization)也是一种物理改性，即是将蛋白质经水等溶剂溶胀、膨化后在一定温度下进行强剪切挤压或经螺杆机挤出或造粒的过程，通常用于食品加工，使蛋白质的密度降低，吸水率和保水性提高。物理改性主要用于蛋白的增溶和凝胶。据报道，小麦质构化蛋白产品，被切成薄片时，可吸收3倍于自重的水分，它们已成功地配用于汉堡包、咖喱调味食品、炖制辣味肉制品、油炸鸡胸脯和鸡块等制品的加工。[1]

2.2化学改性

蛋白质化学改性[2]是通过改变蛋白质的结构、静电荷、疏水基团，从而改变其功能性质，将化学试剂作用于蛋白质, 使部分肽键断裂或者引入各种功能基团如亲水亲油基团、二硫基团、带负电荷基团等, 利用蛋白质侧链基团的化学活性, 选择地将某些基团转化为衍生物。通过酰化、脱酰胺、磷酸化、糖基化(即美拉德反应)、共价交联、水解及氧化等方法，改变蛋白质的溶解性、表面性质、吸水性、凝胶性及热稳定性等。

2.2.1酸、碱、盐作用下的改性

蛋白质经酸、碱部分水解可改进其功能特性，如溶解性、乳化能力、起泡性等，并能钝化酶活力，破坏毒素、酶抑制剂和过敏原，但往往会造成营养价值下降。P-乳球蛋白和乳清蛋白在酸性或微碱性中热展开，提高了它的增稠、凝胶、起泡和乳化性质。在适当pH下，多价离子或一些聚电解质能促进蛋白质分子间离子交联的形成:在中性或碱性条件下，钙离子通过蛋白质电离的梭基形成交联蛋白质，加热会形成凝胶[3]。

2.2.2酰基化改性

酰基化一般有乙酰化和琥珀酰化。Barman等[4]将大豆分离蛋白乙酰化，游离氨基与中性乙酰基作用使正电荷减少，导致在PH4.7-7中溶解度提高，也使蛋白质结合水分子的数量减少，降低了持水性。同时，电荷总数的减少也减弱了相邻分子间离子作用，使乙酰化蛋白质具有较高的粘度但不能形成凝胶。等将鱼肌纤维蛋白琥珀酰化提高了它的稳定性，避免凝结或沉淀，也有人用其它酰基化试剂来改性蛋白质，如柠康醉。

2.2.3去酰胺改性

油料蛋白富含天冬酰胺和谷氨酰胺残基，可以用磷酸盐进行去酰胺改性。一般认为蛋白质中的去酰胺应通过中和H直接发生质子化作用。吴向明等[5]用改性大豆蛋白，改性后在整个PH范围内溶解度均有提高，一方面由于蛋白质去酰胺引起弱极性的天冬酰胺和谷氨酰胺转化为极性的天冬氨酸和谷氨酸，另一方面，由于肽键的部分水解导致了小分子肤的形成。随着去酰胺程度的增加，蛋白质的等电点向低PH值移动。同时，改性蛋白质的持水性、乳化性、乳化稳定性、起泡性、泡沫稳定性得到了提高。

2.2.4糖基化改性

蛋白质一般对热、水解作用很不稳定, 但与碳水化合物或生物多聚物的交联能变得稳定, 也能被赋予一些新的特性。蛋白质的非酶糖基化正是通过糖与蛋白质的a-或￡-氨基共价连接而形成糖基化的过程。Naotoshi等[6]在60 ℃干热,

相对湿度79% 得到鱼精蛋白-半乳甘露糖结合体,其乳化活性和稳定性分别是鱼精蛋白的6倍和10 倍, 而且在酸性及高盐溶液中仍比商业乳化剂高, 即使到90 ℃仍保持良好的乳化性, 同时还没有失去本身的杀菌性。这可能是由于糖类( 特别是多糖的添加) 可增加油/ 水乳化系统中水相的粘度, 同时也会稍微降低油/ 水界面张力, 从而增加了乳化液的乳化稳定性。糖基化改性也提高了蛋白质的热稳定性及溶解性.

2.2.5磷酸化改性

蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸与蛋白质上特定的氧原子( Ser、Thr、Tyr 的-OH) 或氮原子( Lys 的氨基、Arg 的胍基末端N) 作用形成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。常用的磷酸化试剂有化学磷酸化试剂和蛋白激酶。化学磷酸化试剂如磷酰氯(POCl3)、磷酸、三聚磷酸钠(STP)等, 其中大规模应用于工业生产的为POCl3、STP。蛋白激酶如依赖于CAMP 激活的蛋白激酶(CAMPdPK)、酪蛋白激酶(CK- )。据报道, 用STP 改性的小麦面筋蛋白的溶解度、乳化性及乳化稳定性、起泡性等都较未改性的面筋蛋白有显著提高[7]。

2.2.6烷基化改性

蛋白质中的氨基酸可以在温和的碱性环境下与醛、酮发生烷基化反应，得到稳定的非交联的赖氨酸衍生物。研究了酪蛋白的烷基，使各种疏水基团共价联接到蛋白质上而改变了蛋白质的构象，蛋白质上大量正电荷被保留，氨基的pKa 值略有降低，甲基酪蛋白和异丙基酪蛋白的溶解性比原酪蛋白略有提高，而丁基、环己基和苯甲基酪蛋白由于存在过大的疏水基溶解性下降。吸附大量疏水性残基(约16残基/mo1)会引起链折叠而发生疏水作用。由于带正电荷的氮之间静电排斥作用，疏水基间不会有最大程度的重叠，所以形成较弱的疏水键结构。烷基化蛋白质的功能特性如粘度、吸水性和乳化性都有所改进。

2.3酶法改性

酶改性的方式有很多种，酶法改性通常是蛋白酶的有限水解，改性的程度与酶量、底物浓度、水解时间等因素密切相关。通过蛋白酶催化的蛋白质水解作用能提高蛋白质的溶解度, 这主要是由于形成了较少的, 弱亲水的和较易溶剂化的多肽单位[8]。一般说来, 蛋白酶的限制性水解可提高蛋白质的溶解性、乳化性和发泡性。合理地控制蛋白水解反应, 生产生物活性肽, 尤其是磷酰肽, 具有促进钙、铁及其他微量元素吸收, 防止骨中钙流失的作用。并且酶解过程十分温和，不会破坏蛋白质原有的功能性质，蛋白水解物易被人体消化吸收且具有特殊的生理功能[9]。

3改性蛋白质的安全性

对现有的蛋白进行改性其主要目的是：

3.1防止有害化学反应（美拉德反应）由胺和羰基化合物的反应引发，在升高的温度下，分解和最终缩合成不溶解的褐色产物类黑素，对相应的氨基酸进行适当的修饰便可以避免这类反应。

3.2改善功能性质（溶解度、起泡、乳化）。拓宽蛋白质的应用领域，例如利用热能，机械能，或者压力对蛋白质进行改性利用热能，机械能，或者压力对