蛋白质改性研究与应用进度宋英皓江南大学食品与科学学院摘要: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.Abstract Various protein modification methods including physical chemical，enzymatic methods and the effect of modification to its functional properties Nutritional value and safety were studied. The prospect application was also predicted.Keyword Functional properties Modification Nutritional value Safety Application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。

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物理改性改变蛋白质功能特性的物理方法有机械处理、挤压、冷冻等。

蛋白质粉末或浓缩物彻底干磨后会产生小粒子和大表面的粉末,与未研磨的试样相比,水吸收、蛋白质的溶解度、脂肪吸收和起泡性质都得到了改进;在乳的均质过程中,蛋白质悬浊液受到强烈剪切力使蛋白质聚集体(胶束)碎裂成亚基,从而提高蛋白质的乳化能力川。

挤压处理时蛋白质在高温高压下受定向力的作用而定向排烈压力的释放,水分的瞬时蒸发,形成具有耐嚼性和良好口感的纤维状蛋白质。

将蛋白质溶液以一定速率冷却,会产生垂直于冷却表面的冰晶,使蛋白质定向排列并在冰晶空隙中被浓缩,移去水分可得到结构完整的蛋白质。

2.2化学改性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。

2．2.2酰基化改性酰基化一般有乙酰化和琥珀酰化。

Barman等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的。

和H直接发生质子化作用,导致NH,释放。

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。

卢寅泉等j用磺化苯乙烯阳离子树脂。

为强化剂对花生蛋白进行选择性催化脱酰胺。

脱酰胺程度为30.1%,所得的花生蛋白溶解性提高,等电点降低。

.5~IPH,在PH7。

时,其乳化性、乳化稳定性、发泡性、泡沫稳定性、持水性和粘度分别提高到原来的215%令、122%、535%、359%、159%和107%。

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。

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,同时还没有去本身的杀菌性。

其它一些研究也得到类似的结论卜川。

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。

近来,刘景顺等尝试用抗坏血酸和海藻酸钠对大豆分离蛋白改性,使大豆蛋白的粘度,分别提高了100。

多倍和400多倍。

2.2.5磷酸化改性蛋白质的磷酸化是有选择地利用蛋白质侧链的活性基团,如ser、Thr、勿r的一0H及Lys的,分别接进一个磷酸基团,使之变成,磷酸化位置取决于化学反应的PH值15]。

磷酸根基团的引进增加了蛋白质的电负性,提高了蛋白质分子之间的静电斥力,使之更易分散,因而提高了溶解度、进而改善了它的乳化性、起泡性。

Ma比。

,G.等总结了一些磷酸化试剂及其磷酸化程度和联接基团。

Ma比.等认为所用的磷酸化试剂中,仅有PoC 工和STP(三聚磷酸钠)是经济实用试剂。

卢寅泉等“,’用STP对大豆分离蛋白改性(3%sTP,,3%大豆分离蛋白,PHS.。

,在35℃保温3.sh),磷酸化程度为57%。

改性蛋白质等电点由pH4.5漂移到3.9,其发泡能力、乳化能力、持水能力、粘度分别提高到原来的198*、348*、157%、119%。

潘秋琴等l’8’用POCI。

改性花生蛋白,Medina等l”用PoCI。

改性酪蛋白,Huang等‘’。

’磷酸化酵母蛋白,使其功能特性得到了改进。

沈辉等用来源于酵母Yarrowa的酪蛋白激酶H 对牛奶蛋白及大豆球蛋白(75)磷酸化改性,改性后溶解度提高,且溶解度受C aZ·浓度的影响显著降低。

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(。

.4~。

.6个单位),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,如表2。

2.2.7亲脂化改性用化学方法将不同长度的脂肪酸(月桂树脂酸,豆范酸,软脂酸和油酸)结合到亲水性大豆球蛋白分子上将软脂酸共价结合到大豆球蛋白上可提高其乳化能力12用。

软脂酸的N一经基瑰珀酰亚胺醋通过碱催化的醋交换反应将软脂酰残基共价结合到酪蛋白上,与赖氨酸的￡-NHZ形成异肤键。

共价联接软脂酰较少的蛋白质表现出较高的乳化能力,而联接软脂酰较多的蛋白质显示出较高的乳化稳定性,起泡能力随共价联接的增多而增强,但超6.omol/mo1蛋白质时逐渐减弱,高共价联接具有较高的泡沫稳定性川用木瓜蛋白酶催化将L一亮氨酸n一烷基醋结合到明胶上,改变其表面活性。

K主to等,2,将大豆蛋白和玉米蛋白分别与大豆磷脂和磷脂酸亲脂化,经超声波波处理,形成的磷脂-蛋白质复合物乳化能力大大提高。

2.3酶法改性2.3.1酶法水解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肤单位。

许多科研人员用各种酶进行大豆水解,如中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶”、胰蛋白酶川等,还有一些微生物酶,如枯草杆菌1389、放线菌166、栖土曲霉3902、黑曲霉3350和地衣型芽抱杆菌2709等川。

部分水解作用用来改进热变性蛋白质的乳化和起泡性质,因为溶解度提高有助于它们的扩散和散布在油/水和气/水界面“,。

酶水解蛋白质会产生苦味,这是原本掩蔽在天然蛋白质体内的疏水性氨基酸和肤类暴露出来的缘故。

一般可通过控制水解程度来控制苦味的产生,也可用活性炭脱苦‘28’,在水解过程中加人一些物质来掩盖苦味,用外切蛋白酶控制苦味或几种脱苦方法联用「”’。

2.3.2类蛋白反应类蛋白反应第一步包括用胃蛋白酶或木瓜蛋白酶在中性pH使一个5%的蛋白质悬浊液水解以产生低于2。

道尔顿的肤。

第二步反应包括将此水解蛋白质溶液浓缩至30%一40%的浓度,然后加人相同的或另一种蛋白酶,同时调节PH,使最初水解产物再合成新的寡肤或白质川。

第一步反应能改进热变性蛋白质的溶解性,此外也有助于解吸和除去杂质(如不良风味物或色素)、钝化抗营养物质,第二步反应已被用来将富含硫的肤共价结合到大豆水解蛋白质中去‘川,形成类蛋白质,还可以将第一步蛋白质水解中产生的苦肤改性。