蛋白质化学进展-2011

过氧甲酸 氮丙环 碘乙酸
苹果酸酐*****
对汞代苯甲酸
RCH2SO3H RCH2SCH2CH2NH3+ RCH2SCH2COOH
R CH2 S CHCOOH
CH2COOH
避免巯基氧化 同上
R CH2SHg
COOH
测巯基含量(250nm)
5
官能团及反应
D.羟基 酯化
E.-SCH3(Met) 1.烷烃化 2.β-丙醇酸
+
NH2 R NH C NH2
蛋白放射性标记 Lys转换成Arg
O R NH CCH3
去除正电荷 多肽合成时保护氨基
O COOH
R NH CCH2CHCH2 SH 在Lys残基引入巯基 测定氨基酸
4
官能团及反应
试剂及条件
产物
5 评价
6.芳基化
7.脱氨基 B.羧基
1.酯化 2.还原 3.脱羧基 C.巯基 1.氧化 2.封闭
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• 有机酸酰基化 琥珀酸酐等二羧酸酐对赖氨酸酰基化， 导致蛋白质的电负性显著地增加，如果酰化度很高，将 导致蛋白质展开。
降低正电性
电负性增加
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• 蛋白质的氨基阳离子被中性的乙酰基(CH3-CO-)封闭，减弱 了蛋白质分子间的静电引力，降低了分子间集聚作用，增 加了蛋白质的水溶性，而其它功能性也随之增大。
6
4 结构与功能
7
• 有甜味的肽衍生物结构：①分子中一定有天门冬氨 酸；②构成二肽的氨基应是L-型的；③与天门冬氨 酸相连的氨基酸是中性的；④肽基端要酯化。
天冬氨酰丙氨酰胺
阿斯巴甜 200
丙氨酰胺 天门冬氨酸
苯丙氨酸
阿力甜 2000
纽甜10000
7
8
Phg(L-α甲基-苯基甘氨酸)
Hph (L- α甲基-苯基丙氨酸同型物)
• 磷酸化蛋白质对钙离子诱导的凝结高度敏感
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三氯氧磷
高蛋白质浓度时发生聚合
聚合使蛋白质的电负性 和对钙离子诱导凝结的 敏感性的增加降到最低
N-P键对酸不稳定
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蛋白质聚合
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磷酸化与蛋白质功能性质
• 磷酸化改性后蛋白中，由于引进大量磷酸根基团， 从而增加蛋白质体系电负性，提高蛋白质分子之 间静电斥力，相互排斥，使之在食品体系中更易 分散，因而提高溶解度、聚集稳定性，降低等电 点，而且其净电荷只有在相当低环境中才会被中 和，故可有效拓宽在食品中应用范围。
Val-Asn-Pro-His-Asp-Gln-Asn
Leu-Val-Asn-Pro-His-Asp-His-Gln-Asn
Leu-Leu-Pro-His-His Asn,His都有多氨基聚集结构（胍基，咪唑基） Val,Ley都有异烷基结构（异丁基、异丙基） • 以Ala为N-端的双肽中，Ala-Tyr，Ala-His，AlaTry的抗氧化性很强。双肽中的Met及His位于C末 端者抗氧化性强，而Try及Tyr位于N末端者抗氧化 能力也强。
• 脱酰胺对蛋白质结构的影响
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去酰胺影响蛋白质功能性质的原因
• 去酰胺作用导致蛋白质电荷密度增大，静 电排斥而引起蛋白质结构变化，导致疏水 性残基暴露，因而增加表面疏水性，且伴 随着带负电荷极性基团出现，使改性蛋白 具有两亲性，从而使其可作为乳化剂或泡 沫稳定剂。
• 即使表面疏水性增加，蛋白质溶解性也同 样有所提高，这是蛋白质-蛋白质之间相互 作用减弱所致。
乳状液稳定性ES:一定温度下离心处理前后乳浊液的体积比%
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乳化活性指数EAI：一个给定浓度、体积的蛋白溶液，在达 到相转换之前所能乳化的标准脂肪的最大体积。或每克蛋白 质能产生的界面积。
T:乳化体系浊度（550nm） Φ:油相体积分数 C:蛋白质浓度（g/mL） 18
19
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2 蛋白质改性
• 当乙酰化度太高时，蛋白的亲水性基团才减少，且酰化引
起的蛋白质构象改变会导致内部疏水性基团暴露，从而使
面筋蛋白的表面疏水性增加，水溶性减低。
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• 将长链脂肪酸连接在赖氨酸残基的ε-氨基上能显 著提高蛋白质的两性性质。
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• 氨基酸酰基化 • 可以参与反应的氨基酸酰化源：蛋氨酸或赖氨酸的
N-羧酸酐 • 反应方式：将蛋白质与酸酐直接地混合能完成氨基
• 磷酸化改性蛋白由于负电荷引入，大大降低乳状 液表面张力，使之更易形成乳状液滴，同时也增 加液滴之间斥力，从而更易分散，蛋白乳化能力 及乳化稳定性都有较大改善。
33
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5 亚硫酸盐解 • 亚硫酸盐解是采用一个包括亚硫酸盐和铜(Cu2+)
或其他氧化剂的还原-氧化系统将蛋白质中的二硫 键转变成S-磺酸盐衍生物。
引入强电负性基团
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6 脱酰胺（去酰胺） • 化学去酰胺机制:
1）酸或碱催化下的水解 将蛋白质中不带电荷的极性天冬酰胺和谷氨酰胺
酸水解为带电荷的极性天冬氨酸和谷氨酸，酸法脱 酰胺是酸提供H+将-NH2键打断，脱去NH2。
碱催化去酰胺改性速度快，但对蛋白质的半胱氨 酸、赖氨酸有破坏，形成的赖氨酸丙氨酸对小鼠肾 有毒害作用。
• 蛋白质的功能性质 1)水合性质，取决于蛋白质和水的相互作用，如溶 解性、持水性、黏度等; 2)表面性质，主要包括蛋白质的乳化性和起泡等； 3)凝胶作用和成膜性，取决于蛋白质间的相互作用。
• 蛋白质的功能性质很大程度取决于其理化特性和结 构特点，如氨基酸的组成、排列顺序、空间构象、 蛋白分子的形状和大小等。
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7 糖基化 （共价接枝）
• 反应原理：碳水化合物以共价键（非共价键）与 蛋白质分子上氨基(主要为Lys的ε-氨基)或羧基相 结合化学反应(包括美拉德反应)
• 产物特点：蛋白质-多糖复合物（良好溶解性和界 面性质）
R-CHO
R-
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显著地提高了大豆蛋白的热稳定性和凝胶性能。
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2 酰基化
• 基本原理：酸中酰基碳上的羟基或其他取代基与 亲核试剂(氨基、羟基、巯基)发生的亲核取代反 应。
• 酰基来源：
• 有机酸和衍生物：乙酸酐、琥珀酸酐、氨基酸酐
• 无机酸和盐类：磷酸盐
• 氨基酸参与酰基化反应的活性：
主要发生在Lys的ε-NH2上，Tyr酚基反应活性 次之，His咪唑基和Cys巯基只有一部分可参与反 应，Ser和Thr羟基是弱亲核基，在水介质中基本 不被酰化。
2）β折叠机制 产生不稳定的琥珀酰亚胺中间物，它被立即水
解而产生一个正常的L-天冬氨酰残基或含L-异天冬氨 酰残基的转移肽产品，此后这种形式的新结构被称 为异头肽。
• 植物蛋白质中都含有大量的酰胺基团，在食品蛋白 质的许多化学改性方法中，去酰胺改性较为突出。
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不稳定的琥珀酰亚胺中间物
β
异肽键
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14
疏水区数决定吸附程度
易于出现在界面14处
高电荷有助于β-酪蛋白结构的改变，通常是N端40个氨 基酸残基深入水相，构成大约8mm的毛发状结构，形 成厚度为1-2mm的吸附层
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水 气
气
水
厚而富有弹性的吸附蛋白质膜能够阻止膜破裂。
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乳化容量EC:是指乳状液发生相转变之前，每克蛋白质能够乳化油的体积（mL）
• 食品蛋白质的改性就是利用化学、生物、物理的方 法改变蛋白质侧基的极性、电荷性质和数量，以及 分子形状和大小，甚至空间构象，改变蛋白质间以 及与其他食品成分的相互作用。
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2.1蛋白质的化学改性
• 由于蛋白质含有一些具有反应能力的侧链， 因此可以完成许多形式的化学改性。然而， 只有少数的反应适合食品蛋白质的改性。
酸与蛋白质的偶联。 • 产物特点：与赖氨酰基残基形成的异肽键（非α碳
上的氨基）对于胰肽酶的水解是敏感的。
ε
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3 酯化 • 蛋白质中的Asp和Glu残基上的羧基在酸性条件下
能被醇酯化。 • 酯化蛋白质在碱性pH易于被水解。
醇解（酯交换反应） 亲核取代
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4 磷酸化（酯化的特例） • 蛋白质的磷酸化作用是指无机磷酸(P)与蛋白质上特
乳化作用，对脂肪的保留、粘度、起泡、胶凝作用、凝结作用
鸡蛋代用品
起泡、胶凝作用
肉制品（香肠等）
乳化作用、胶凝作用、内聚力、对水和脂肪的吸收与保持
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ肉制品增量剂 （植物组织蛋白）
对水和脂肪的吸收与保持、不溶性、硬度、咀嚼性、内聚力、 热变性
食品涂膜
内聚力、粘合
糖果制品（牛奶巧克力） 分散性、乳化作用
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现代食品化学进展
蛋白质化学进展
曹雁平
1
2
1. 概述
1）蛋白质在食品加工中的作用
• 蛋白质是食品中营养素之一 • 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（短肽）具有生物活性功能，
是开发功能性食品原料之一
功能肽：抑菌肽、酪蛋白磷肽 蛋白：乳铁蛋白、免疫球蛋白、金属硫蛋白
2
2. 蛋白质的分类
• 赖氨酸残基的ε-氨基和半胱氨酸的SH基是 蛋白质中最具反应能力的亲核基团。大多 数化学改性涉及这些基团。
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1 烷基化 • 与碘乙酸反应，在赖氨酰基和半胱氨酸残基上引
入负电荷，造成局部电负性增加，但蛋白质的负 电荷基团数不变。 • 与碘乙酰胺反应有效地封闭了巯基，阻止由二硫 键诱导的蛋白质聚合。 •
9
一级结构与抑菌功能
10
细菌素的一级结构特征：
• N端都含有YGNGCV序列； • N端是组氨酸、赖氨酸等带正电荷的氨基酸
抑菌效果增强；
• N端或C端为芳香环的氨基酸（特别是色氨 酸）抑菌效果大大增强；
• C端含有大量的非极性氨基酸和甘氨酸。
10
一级结构与抗氧化功能
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• 三条抗氧化大豆肽的氨基酸顺序：
表 食品体系中蛋白的功能作用
功能 溶解性 粘度
持水性 胶凝作用
粘结-粘合
弹性 乳化
泡沫
脂肪和风 味的结合
作用机制 亲水性
持水性，流体动力学 的大小和形状 氢键、离子水合
水的截留和不流动性， 网络的形成
疏水作用，离子键和 氢键
疏水键，二硫交联键
界面吸附和膜的形成
界面吸附和膜的形成
疏水键，截面
食品 饮料 汤、调味汁、色 拉调味汁、甜食
试剂和条件 N-乙基马来亚胺
DTNB******
乙酰氯 CH3I CH2 CH2 CO
O
产物
R CH2 S CH CO
NH
CH2 CO
R CH2SS
COOH NO2
O R CH2 OCCH3
+
R CH2 S CH3 2
R
+
CH2 S CH3
CH2CH2 COOH
评价
6
封闭 测定巯基含量
用于化学修饰，改善亲水性、疏水性等功能性质。
香肠、蛋糕、面包
肉、凝胶、蛋糕焙烤 食品和奶酪
肉、香肠、面条、焙 烤食品
肉和面包
香肠、大红肠、汤、 蛋糕、甜食
搅打顶端配料，冰淇 淋、蛋糕、甜食
蛋白质类型 乳清蛋白 明胶
肌肉蛋白，鸡蛋蛋 白
肌肉蛋白，鸡蛋 蛋白和牛奶蛋白
肌肉蛋白，鸡蛋 蛋白的乳清蛋白
肌肉蛋白，谷物 蛋白
肌肉蛋白，鸡蛋 蛋白，乳清蛋白
定原子形成-C-O-Pi或-C-N-Pi的酯化反应。 • 氧原子：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的-OH，较为常用 • 氮原子：赖氨酸的ε-氨基，组氨酸咪唑环的1,3位N，
精氨酸的呱基末端N • 常用的磷酸化试剂：磷酰氯(即三氯氧磷，POCl3)、
五氧化二磷和多聚磷酸钠(STMP，FDA许可），三聚 磷酸钠 STP • 氨基的磷酸化相对于每一个因改性而消去的正电荷增 加了两个负电荷。
3
3
3 氨基酸的化学性质
4
• 氨基酸的化学性质取决于氨基酸分子中所带的官能团。
氨基酸和蛋白质中官能团的化学反应性
官能团及反应 A.氨基
1. 烷基取代 2.胍基化 3.乙酰化
4. 巯基化 5.脱氨基
试剂和条件
产物
评论
甲醛、NaBH4 邻甲基异脲*，pH10.6,4℃,4d
乙酸酐
硫代仲康酸**
+
R NH CH3 2
鸡蛋蛋白，乳清蛋白
低脂肪焙烤食品，油 炸面圈
蛋牛白奶，蛋谷白物，蛋鸡白1蛋3
蛋白质界面作用机制
在界面处定向
不能达到界面处
• 若蛋白质表面非常亲水， 吸附不能发生。
• 蛋白质表面疏水小区数 目决定蛋白质在界面吸 附程度。
• 蛋白质疏水基和亲水基 有固定分布模式，因而 蛋白质在界面吸附必须 取向。
• 蛋白质在界面的吸附和 取向与蛋白质分子构象 的柔顺性有关。
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5 蛋白质功能性质 12
蛋白质功能性质：食品体系在加工、贮藏、制备和消 费过程中决定食品质构特征的蛋白质物理化学性质 。
食品
功能性
饮料、汤、沙司
不同pH时的溶解性、热稳定性、粘度、乳化作用、持水性
焙烤产品（面包、蛋糕等） 乳制品（干酪、冰淇淋等）
成型和形成粘弹性膜，内聚力，热变性和胶凝作用，吸水作用， 乳化作用，起泡，褐变
FDNB***
NO2
R NH
NO2
TNBS**** 含1.5mol/LNaNO2的乙酸，0℃
NO2
产物同上
ROH+N2+H2O
酸性甲醇 含硼氢化物的四氢呋喃，三氟乙酸
酸、碱、热处理
RCOOCH3+H2O
RCH2OH 胺 ！？
氨基酸序列测定
测定Lys残基(367nm)
肽合成时保护羧基 碳末端AA的鉴定 仅发生在氨基酸