第一节 概述
一、蛋白质定义
蛋白质(protein)是由许多不同的α-氨基酸(amino acids)按照一定的序列通过肽键(peptide bond)相连形成的具有比较稳定构象和一定生物功能的高分子含氮化合物。
二、蛋白质的生物学意义
1. 蛋白质是生物 体重要组成成分
所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
作为生物催化剂（酶）； 代谢调节作用；
免疫保护作用； 物质的转运和存储；
运动与支持作用； 参与细胞间信息传递。
3. 氧化供能
三、蛋白质分类
根据蛋白质分子组成
简单蛋白 结合蛋白（杂蛋白）
根据蛋白质的结构
纤维蛋白 球蛋白
根据功能：结构蛋白质，有生物活性的蛋白质，食品蛋白质
结构蛋白质：肌肉、骨骼、皮肤等动物组织中含有结构蛋白质（角蛋白，蛋白，弹性蛋白等），其功能大多与其纤维结构有关
有生物活性的蛋白质：
酶
结构蛋白
激素蛋白质（胰岛素、生长激素）
收缩蛋白质（肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白）
传递蛋白质（血红蛋白，肌球蛋白，铁传递蛋白）
抗体蛋白（免疫球蛋白）
储存蛋白（卵清蛋白，种子蛋白）
保护蛋白（毒素和过敏原）
抗生素
食品蛋白质：
包括可供人类食用，易消化，安全无毒，富有营养，具有功能特性的蛋白质。乳、肉、蛋、谷物、豆类和油料种子是蛋白质的主要来源
第二节 氨基酸和蛋白质的物理化学性质
存在自然界中的氨基酸有300余种，但从蛋白质水解水解产物中分离出来的常见氨基酸仅有20种，除脯氨酸外均为 α-氨基酸。
一、氨基酸的物理性质
1、结构和分类
结构：α-氨基酸的通式如下
氨基酸的分类：
根据侧链R基的化学结构分
脂肪族氨基酸
芳香族氨基酸
杂环氨基酸
杂环亚氨基酸
根据氨基酸侧链R基团的极性分类
A 非极性疏水性氨基酸
B 极性氨基酸
a) 不带电荷
b) 带正电荷
c) 带负电荷
2、氨基酸的酸碱性质
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI)：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
3、氨基酸的疏水性
氨基酸的疏水性，是影响氨基酸溶解行为的重要因素，也是影响蛋白质和肽的物理化学性质（如结构、溶解度、结合脂肪的能力等）的重要因素。
疏水性可被定义为：在相同的条件下，一种溶于水中的溶质的自由能与溶于有机溶剂的相同溶质的自由能相比所超过的数值。
估计氨基酸侧链的相对疏水性的最直接、最简单的方法就是实验测定氨基酸溶于水和溶于一种有机溶剂的自由能变化。一般用水和乙醇之间自由能变化表示氨基酸侧链的疏水性，将此变化值标作△G′
当氨基酸的△G′值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子的内部； △G′为负时，其侧链是亲水的，倾向于处在蛋白分子的表面。
赖氨酸通常是蛋白质分子中亲水性的氨基酸残基，但它的△G′是正值
4、氨基酸的立体化学
目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型
某些氨基酸的D型异构体存在于一些微生物的细胞壁和具有抗菌作用的多肽内。如放线菌素D、短杆菌肽和短杆菌酪肽
5、氨基酸的光谱
色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸能够吸收紫外光，分别在波长278 nm 、275 nm 、260 nm处出现最大吸收。
大多数蛋白质含有色氨酸，酪氨酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。
二、氨基酸的化学反应
1、与茚三酮反应
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物（脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质），其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
2、与荧光胺反应(wu)
氨基酸可以与荧光胺反应，生成产生荧光的物质。可根据荧光强度测定氨基酸含量（ng级）。激发波长λx=390nm，发射波长λm=475nm。
3、与1，2-苯二甲醛反应(wu)
生成物为强荧光异吲哚衍生物（测定条件，激发波长380nm、发射波长450nm）
4、与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应
PTH-氨基酸 (苯硫乙内酰脲)
5、与丹磺酰氯反应
反应3、4、5可用来确定肽或蛋白质的末端氨基酸
第三节 蛋白质的结构
蛋白质结构可以分为：
一级结构(primary structure)、二级结构(secondary structure)、三级结构(tertiary structure)、四级结构(quaternary structure)，其中二、三、四级结构统称为高级结构。
一、蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构(Primary structure)指多肽链中氨基酸残基的排列顺序。 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。一级结构主要的化学键是肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
一级结构确定的战略原则：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。
另外可通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列
二、蛋白质的二级结构
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。主要的化学键： 氢键
蛋白质二级结构的主要形式：-螺旋 ( -helix ) 、-折叠 ( -pleated sheet )、-转角 ( -turn )、无规卷曲 ( random coil )
（一）、-螺旋 ( -helix )
1. 螺旋一周含3.6个氨基酸残基，沿轴上升0.54nm；每个氨基酸残基上升距离为0.15nm，每个残基绕轴旋转100°
2. 侧链R基伸向外侧
3. 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行
4. -螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的-螺旋几乎都是右手螺旋
（二）-折叠
在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm
（三）-转角和无规卷曲
-转角也称-弯曲或回折。是蛋白质中常见的又一种二级结构，它是形成-折叠时多肽链反转180的结果。-转角由四个氨基酸残基构成，通过氢键稳定。在-转角中常见的氨基酸有天冬氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，甘氨酸，脯氨酸和酪氨酸。
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。
三、超二级结构和结构域
超二级结构：若干相邻二级结构单元彼此相互作用,形成有规则的,在空间上能辨认的二级结构组合体。
结构域(domain) ：是球状蛋白质的折叠单位。在超二级结构基础上，多肽链进一步绕曲折叠成（空间可以区分的）近似球状的三维实体。
四、蛋白质的三级结构
（一） 定义 。
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 主要的化学键：疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。
四、蛋白质的四级结构
有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。
五、蛋白质分子中的共价键与次级键
维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键
维系蛋白质分子的二级结构：氢键
维系蛋白质分子的三级结构：疏水键、氢键、范德华力、盐键
维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键
六、作业
1、蛋白质可以如何进行分类？
2、蛋白质有哪些物理性质？
3、维持蛋白质结构的作用力有哪些？
第四节、蛋白质分子的变性
一、蛋白质变性的概念及监测方法
1、定义
蛋白质二级及其以上的高级结构在一定条件（加热、酸、碱、有机溶剂、重金属离子等）下，遭到破坏而一级结构并未发生变化的过程叫蛋白质的变性。
2、蛋白质变性所产生的影响
溶解度降低，原因是二级结构发生变化，疏水基团暴露于分子表面
与水的结合能力降低
生物活性（功能）丧失
容易被水解
黏度变大
难以结晶
3、监测蛋白质变性方法
根据一系列物理性质、光学性质、生物功能等的改变来监测蛋白质的变性。如超离心沉降特性、黏度、溶解度、电泳特性、旋光色散、圆二色性、X射线衍射、紫外差示光谱、红外光谱、热力学性质、免疫性质等
二、蛋白质变性的热力学和动力学
大多数蛋白质当变性条件逐渐剧烈时（浓度增加、温度提高等），Y在开始阶段保持不变，
但超过一个临界点后，从YN急剧变化至YD；这表明蛋白质变性是一个协同过程，球状蛋白分子主要以天然态和变性态存在，而以中间态很少存在；此即所谓的“两状态转变模型”。
两状态之间的相互转化可用下式表示：
动态平衡关系中的表观平衡常数为：KD=[PD]/[PN]
由此平衡常数即可求出一系列热力学参数：
公式中的△G0、△H0、△C0、△S0分别为标准自由能变化、恒压条件下的焓变、恒压下热容变化及熵的变化；R为气体常数，T为绝对温度。这些热力学常数都可以通过热力学计算得到。分别反映了变化过程的一些特征。一般情况下，蛋白质变性时△G0增加，表示天然态的稳定性高于变性态；△S0也增加，表示蛋白分子的有序性降低等。 从动力学角度分析，蛋白质变性的速率为
反应过程的活化能Ea为：
与其它化学反应的活化能相比，蛋白质变性的Ea是比较大的，例如胰蛋白酶、卵清蛋白酶和过氧化物酶热变性的活化能分别为167、552、773 kJ/mol。由于变性涉及的键能小，而且相差不大，只要在低的温度或小的变性剂浓度就可以发生变性。
上边以两状态转变模型对蛋白变性的热力学、动力学特点进行了讨论。但实际情况远非这么简单，详细考虑，蛋白质从天然状态向变性状态的转变是一个非常复杂的过程，中间存在着非常多的中间状态：
三、影响蛋白变性的因素
（一）物理因素
1、加热
加热变性的基本过程：当蛋白质溶液被逐渐的加热并超过临界温度时，溶液中的蛋白质将发生从天然状态向变性状态的剧烈转变。此转变温度被称作熔化温度（Tm）或变性温度（Td），此时蛋白质的天然状态和变性状态的浓度之比为1。
蛋白热变性的一般规律：大多数蛋白质在45～50℃时开始变性，但也有些蛋白的Td可以达到相当高的温度，如大豆球蛋白93℃、燕麦球蛋白108℃等。当加热温度在临界温度以上时，每提高10℃，变性速度提高600倍。
一种特定蛋白质的热稳定性又由许多因素所决定，这些因素包括氨基酸的组成、蛋白质－蛋白质接触、金属离子及其它辅基的结合、分子内的相互作用、蛋白浓度、水分活度、pH、离子强度和离子种类等等。
变性作用使疏水基团暴露并使伸展的蛋白质分子发生聚集，伴随出现蛋白质溶解度降低和吸水能力增强。
2、低温
由于蛋白质周围的水与其结合状态发生变化，这种变化破坏了一些维持蛋白原构象的
力，同时由于水保护层的破坏，蛋白质的一些基团就可以发生直接的接触和相互作用，导致蛋白质发生聚集或原来的亚基发生重排
由于大量水形成冰后，剩余的水中无机盐浓度大大提高，这种局部的高浓度盐也会使蛋白质发生变性。
3、机械处理
一些食品在加工过程，如挤压、打擦、捏合、高速均质等，会产生高的剪切力。这样的剪切力加上高温能使蛋白质发生不可逆的变性。
4、静液压
一般在25℃下要求100～1200MPa的比较高的压力。原因主要是蛋白质的柔性和可压缩性。
虽然氨基酸残基被紧紧地包裹在球状在球状蛋白分子结构的内部，但一些空穴仍然存在，这就导致蛋白分子结构的可压缩性。大多数纤维状蛋白质分子不存在空穴，因此它们对压力作用的稳定性高于球状蛋白质。压力导致的蛋白变性通常伴随着30～100mL/mol的体积减少，同时是高度可逆的。由于高流体压力可以使微生物细胞膜及细胞内的蛋白发生变性，从而导致微生物死亡，因此现在高流体静压加工正在成为食品加工中的一项新技术。
5、电磁辐射
电磁辐射是一种能量，可以通过改变分子内链段间及亚基间的结合状态而使蛋白分子变性；如果仅仅影响蛋白分子的构象，只发生变性而不会导致营养价值的改变；如果能量高至可以通过氧化、共价键断裂、离子化、形成自由基等形式使氨基酸残基发生变化，便会导致营养价值的降低。
6、界面性质
改变蛋白质水溶液的界面性质，也可以加速或直接使蛋白质分子发生变性。其主要原因是界面性质变化，水分子进入蛋白分子内部，改变内部的结构属性，从而使蛋白的构象发生变化。
（二）化学因素
1、pH值
pH是导致蛋白变性的重要因素，这是因为在极端pH值时，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子的构象发生变化。
2、无机离子
无机离子特别是高价态的无机离子通过改变蛋白分子的表面性质、改变蛋白分子自身的结构状态而使蛋白变性。阳离子和阴离子均有这种性质，但不同的离子要求不同的浓度。
3、有机溶剂
许多有机溶剂可以导致蛋白质分子发生变性。亲水有机溶剂通过改变蛋白分子表面性质使蛋白分子变性，疏水有机溶剂由于进入蛋白分子内部而改变蛋白分子构象，从而导致变性。
4、有机化合物的水溶液
不同种类的有机物使蛋白变性的原因不尽相同：
尿素和胍盐能断裂蛋白分子间或分子内的氢键，打断水分子之间的氢键结构而改变水的极性，从而使蛋白发生变性；
一些具有还原能力的有机化合物，如半胱氨酸、抗坏血酸、巯基乙醇、二硫苏糖醇等，由于可以通过还原作用导致蛋白分子中的二硫键破坏而能够使蛋白变性。
5、表面活性剂
十二烷基磺酸钠（SDS）是蛋白分子变性的重要因素
原因是在蛋白质的疏水区和亲水环境之间起着媒介作用，除了可以破坏蛋白分子内的疏水相互作用外，还促使天然蛋白质伸展；
另外表面活性剂能与蛋白质分子强烈的结合，在接近中性pH值时使蛋白质带有大量的净负电荷，从而增加蛋白质内部的斥力，使伸展趋势增大。这也是SDS类表面活性剂能在较低浓度下使蛋白质完全变性的原因。
SDS类表面活性剂诱导的蛋白变性是不可逆的。
6、离液盐
这里的离液盐即易溶盐（lyotropic salt），它们对蛋白质稳定性影响与盐浓度有关
盐液离子强度≤0.2mol/L，盐的异种电荷离子中和蛋白质电荷，有利于蛋白质稳定； 离子强度＞1mol/L,盐具有特殊离子效应，破坏蛋白质结构的稳定性。（阴离子＞阳离子）； 离子强度相同时，阴离子对蛋白质稳定性影响：
F-
凡是能促进蛋白质水合作用的盐均能提高蛋白质结构的稳定性。原因，这类盐提高了水的氢键作用。
六、作业
1、蛋白质变性本质及表现？
2、引起蛋白质变性的因素有哪些？
第五节、蛋白质的功能性质
蛋白质的功能性质：
指在食品加工、贮藏制备和消费过程中，蛋白质对食品需宜特征做出贡献的那些物理和化学性质。主要包括水合性质、表面性质、结构性质和感官性质。
一、水合性质 蛋白质的水合性质就是蛋白质与水结合的能力。蛋白质分子可以通过氢键、静电引力、疏水作用等形式与水分子相互结合。
从宏观水平看，蛋白质与水的结合是一个逐步的过程，并且与水分活度密切相关。 首先形成化合水和邻近水，再形成多分子层水，如若条件允许，蛋白质将进一步水合，这时表现为：
①蛋白质吸收水分充分膨胀而不溶解，这种水合性质通常叫膨润性（溶胀）；
② 蛋白质在继续水化中被水分散而逐渐变为胶体溶液，具有这种特点的蛋白质叫可溶性蛋白质。
1、水合性质的测定方法
蛋白质结合水的能力：
干蛋白质与相对湿度为90～95%的空气达到平衡时，每克蛋白质所结合水的克数。
A、相对湿度法（平衡水分含量法）：评价蛋白粉的吸湿性和结块现象
B、溶胀法 测定水合作用的速率和程度
C、过量水法 测定溶解度低的蛋白质
D、水饱和法 测定蛋白质饱和溶液所需要的水量
2、影响水合性质的环境因素
A、蛋白质浓度（正相关）
蛋白质的总吸水量随蛋白质浓度的增加而增加
B、pH（pI时最低）
蛋白质在其等电点时水合性质最差，吸水量最少；偏离等电点吸水量增加
C、温度（一般负相关，如蛋白质变性则另讨论）
随温度的升高，蛋白质水合能力变差
D、离子强度
低盐浓度，有助于蛋白分子的水合，在水中的溶解度增加；而高盐浓度将降低蛋白分子的水化能力。
3、水合作用和其他功能性之间的关系
蛋白质的持水能力与水合能力呈正相关
吸水性和黏度有关系，但不总是正相关 蛋白质的持水能力：蛋白质吸收水并将水保留在蛋白组织中的能力。
二、溶解性
蛋白质的许多功能特性都与蛋白质的溶解度有关，特别是增稠、起泡、乳化和胶凝作用。 蛋白质的溶解度是蛋白质－蛋白质、蛋白质－溶剂之间相互作用达到平衡时的热力学表现形式。
蛋白质的溶解性能可以用
水溶性蛋白质（WSP）、水可分散蛋白质（WDP）
蛋白质分散性指标（PDI）、氮溶解性指标（NSI）
评价；其中PDI和NSI已是美国油脂化学家协会采纳的法定评价方法。
1、影响蛋白质溶解性的因素
氨基酸组成与疏水性（表面）
pH
离子强度
盐溶效应（salting in effect） 离子强度
盐析效应（salting out effect） 离子强度＞1.0
对蛋白质溶解度的影响：多价阴离子＞一价阴离子
二价阳离子＜一价阳离子
温度（低温促进溶解，高温则相反）
有机溶剂
2、蛋白质起始溶解度
一般认为，起始溶解度是产生其他功能的先决条件
起始溶解度大使蛋白质分子或颗粒迅速分散，可以得到具有均匀宏观结构和高度分散的体系
有利于蛋白质向空气/水和油/水界面扩散，提高表面活性
3、从溶解度角度对蛋白质分类
清蛋白（水）、球蛋白（稀盐）、醇溶蛋白（70%乙醇）、谷蛋白（溶于酸、碱液）
三、界面性质
蛋白质是一种理想的表面活性剂，是因为：
快速吸附到界面（吉布斯自由能）
到达界面后迅速伸展和取向（柔顺性）
到达界面与邻近分子相互作用形成具有强内聚力和黏弹性的膜，耐受热和机械作用 影响蛋白质的表面活性的因素如下：
蛋白质本身 外界因素 加工操作
（一）、乳化性质
蛋白质可以促进乳浊液形成及稳定的性质，称为蛋白质的乳化性质；蛋白质具有乳化性质的原因是其具有两亲性，即既亲水也亲油的性质；其促进乳浊液形成并稳定的本质是在油水体系中，蛋白质能自发地迁移到油－水界面和气水界面，到达界面后，疏水基定向到油相和气相而亲水基定向到水相并广泛展开和扩散，在界面形成一种蛋白质吸附层，从而起到稳定乳浊液的作用。
1、蛋白质乳化性质的测定方法
评价乳化特性的方法有油滴大小和分布、乳化活力、乳化能力和乳化稳定性
常用比较蛋白质乳化性质方法有：
乳化活力指标、蛋白质负载、乳化容量、乳状液稳定性
2、影响乳化作用的主要因素
1）蛋白质的疏水性和界面存在形式
蛋白质的疏水性越强，在界面吸附的蛋白质浓度越高，界面张力越低，乳浊液越稳定； 蛋白质在界面上以列车状、圈状、尾状等形式存在，列车状有利于表面张力的降低和乳浊液的稳定。
蛋白质的溶解度与其乳化容量或乳状液的稳定性呈正相关，不溶解的蛋白质对乳化作
用的贡献很小，但不溶性的蛋白质颗粒常常能够在已经形成的乳状液中起到加强稳定作用。
2） pH
对蛋白质乳化作用有明显的影响。如果蛋白质在其等电点时仍有较大的溶解度，这种蛋白具有优良的乳化性能，如在等电点时溶解度较小，则乳化性能较差
3） 加热 使蛋白的乳化性能减弱
4） 加入小分子的表面活性剂 使蛋白的乳化性能降低
3、蛋白质－脂类相互作用 蛋白质－脂类的相互作用对蛋白质的提取产生不利的影响，特别是从富含脂类的物质（像油料种子或鱼类）中提纯蛋白质，如油料种子用水或碱性水溶液不可能直接提取蛋白质，因为形成了稳定的蛋白质乳状液而阻碍离心。中性三酰基甘油酯通过疏水相互作用与蛋白质结合，所以只能用非极性溶液如己烷使之除去。可是，磷脂与蛋白质是以极性键更紧密地结合在一起，又需要极性溶剂如乙醇或丙醇等才能分离。
不溶性和疏水性较大的蛋白质结合油脂量最大，小颗粒低密度蛋白质比密度大的蛋白质结合油脂量更多。油脂结合量随着温度上升而减小，因为这时油脂黏度降低。植物蛋白质及其浓缩物中的糖类组分对油脂结合无明显影响，蛋白质对油脂和非极性挥发性化合物的结合存在某些相似性。
（二）、起泡性
1、食品泡沫的形成和破坏
泡沫型食品是食品中的重要类型，如蛋糕、面包、冰激凌等，在这些食品的生产中往往要形成稳定而细腻的泡沫；而在有些食品的生产中必须避免泡沫的形成或破坏已经形成的泡沫。
泡沫通常指气泡分散在含有表面活性剂的连续液相或半固相的分散体系。泡沫的基本单位是液膜包围的气泡，气泡的直径从1μm到数cm不等。液膜和气泡间的界面上吸附着表面活性剂，起着降低表面张力和稳定气泡的作用。
蛋白质的食品生产中可以作为起泡剂使用。
1）良好的食品泡沫应该具有以下特点
①含有大量的气泡
②在气相和连续液相之间要有较大的表面积
③要有能胀大，且有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁
④溶质的浓度在表面较高
⑤有可反射的光，看起来不透明
2）在食品生产中可以通过不同方法形成蛋白泡沫
将气体通过一个多孔分散器鼓入低浓度的蛋白溶液中
在大量气体存在的条件下，通过打擦或振荡蛋白质溶液而产生泡沫
将一个预先给加压的气体溶于要生产泡沫的蛋白质溶液中，突然减压，系统中的气体
则会膨胀而形成泡沫
3） 破坏泡沫
在重力、气泡内外压力差和蒸发的作用下，通过液膜排水使泡沫破坏
气泡从小泡向大泡扩散会导致泡沫破坏
受机械剪切力、气泡碰撞力和超声振荡的作用，气泡液膜也会破裂
2、起泡性质的评价
评价蛋白质起泡性质，可以用泡沫密度、泡沫强度、气泡平均直径和直径分布、起泡能力、泡沫稳定性等指标表示。常用的是起泡力和泡沫稳定性。
1） 测定蛋白质起泡力的方法：
将一定浓度和体积的蛋白质溶液加入带有刻度的容器内，用一定的方法使其起泡，测定泡沫的最大体积，分别计算泡沫的膨胀率(overrun)和起泡力(foamability)。
泡沫膨胀率＝[(总分散体系体积－原来液体体积)/原来液体体积]×100
起泡力＝[泡沫中气体的体积/泡沫中液体的体积] × 100
2） 测定泡沫稳定性的方法：
①在起泡完成后，迅速测定泡沫体积，然后在一定条件下放置一段时间（通常为30min）后再测定泡沫体积，计算泡沫稳定性：泡沫稳定性＝[放置30min后的体积/泡沫的初体积]×100；
②测定液膜排水或1/2排水所需的时间。如果鼓泡形成泡沫，可在刻度玻璃仪器中直接起泡，然后观察排水过程和测量1/2排水所需时间；如果搅打起泡，测定应在特制的不锈钢仪器中进行，该仪器有专门的下水装置收集排水，可连续测量排水过程和排水时间。
3、影响蛋白质起泡的因素
①蛋白质性质
气－水界面的自由能显著地高于油－水界面的自由能，作为起泡剂的蛋白质必须具有快速地分散至气－水界面的能力，并随即将界面张力降到低水平。界面张力的降低取决于蛋白质分子在界面上快速展开、重排和暴露疏水基团的能力，因此蛋白质的疏水性、在界面上的柔性、水溶性、缺乏二级和三级结构等对蛋白质的起泡力有重要的作用。泡沫稳定要求蛋白质能在第一个起泡周围形成具有一定厚度、刚性、黏性和弹性的连续和气体不能渗透的吸附膜，因此需要分子质量较大、分子间较易发生相互结合或黏合的蛋白质；为了适应界面变形，为了自身和吸引的水分子稳定地保持在气/水界面上，起泡蛋白还必须具有较理性分布的亲水和疏水区，即是说泡沫的稳定性取决于蛋白质膜的流变性质，因此，往往具有良好起泡能力的蛋白质不具有稳定泡沫的能力，而能产生稳定泡沫的蛋白质往往不具有良好的起泡力。
②蛋白溶液浓度
蛋白质要发挥起泡性，其在溶液中必须有一定的浓度，一般这种浓度为2%～8%，由此浓度开始增加则起泡能力增加，但浓度过大（一般超过10%）则会由于蛋白质溶解度下降而导致气泡变小，泡沫变硬。
③温度
气泡前适当加热可提高多数蛋白的起泡能力，但当加热过度则会损害蛋白的起泡能力，起到破坏泡沫的作用
④pH值
溶液的pH硬性着蛋白质的荷电状态，因而改变其溶解度、相互作用力及持水力，也就改变了蛋白质的起泡性质和泡沫的稳定性。
⑤盐类物质种类和浓度
盐类不仅影响蛋白质的溶解度、黏度、伸展和聚集，也改变其起泡性质，这取决于盐的种类、浓度和蛋白质的性质。如食盐通常能增大泡沫膨胀力和降低泡沫稳定性；钙离子能与蛋白质的羧基形成桥键而使泡沫稳定性提高等。
⑥糖类物质
小分子糖可以提高泡沫的稳定性但却降低蛋白质的起泡能力。提高泡沫稳定性的原因主要是由于提高了体相的黏度，从而降低了泡沫结果中薄层液体的排出速度；降低起泡力的原因主要是在糖溶液中，蛋白质分子的结构比较稳定，当其吸附到界面上时较难展开，这样就降低了蛋白质在搅打时产生大的界面面积和泡沫体积的能力。
⑦脂类物质
脂类物质，由其是磷脂类物质具有比蛋白质更大的表面活性，可以竞争的方式取代界面上的蛋白质，于是减少了膜的厚度和黏合性并最终因膜的削弱而导致泡沫稳定性下降。 ⑧搅打
搅打或搅拌的时间和强度明显影响蛋白质的起泡能力；但既要足够也要适当，过度搅打将破坏泡沫。
四、黏度
蛋白质溶液属于胶体溶液，通常具有一定的黏度
一种流体的黏度(viscotity)反映了它对流动的阻力
蛋白溶液不属于牛顿流体，即不属于恒定黏度系数的溶液，其黏度系数随流动速度的增加而降低。这种性质成为假塑或剪切稀释。
1、影响蛋白流体黏度的主要因素
1）溶液中蛋白分子或蛋白颗粒的表观直径，表观直径越大，黏度越大。
表观直径又取决于
①蛋白分子固有的特性，如摩尔质量、大小、体积、结构、电荷和易变形程度； ②蛋白质－溶剂间的相互作用，这种作用会影响蛋白质的溶胀、溶解度和水合作用 ③蛋白质－蛋白质的相互作用，它将决定聚集体的大小。对于高浓度的蛋白质体系，这种作用起主要的作用。
2）分子在流动的方向上逐步定向，因而使摩擦阻力下降；
3）蛋白质水化球在流动的方向上变形；
4）氢键和其它弱键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构解体。这些因素都使蛋白质分
子或颗粒在流动方向上的表观直径减小，因而其黏度系数减小。当停止剪切处理时，原来的聚集体或网络结构能重新形成，则黏度系数的降低是可逆的，这种体系称为触变体系，如大豆蛋白离析物和乳清蛋白浓缩物的分散体系就是触变的。
五、胶凝作用
蛋白质的缔合(association)：指蛋白质在亚单位或分子水平上发生的变化；
聚合(polymerization)或聚合反应(aggregation)一般是指大的复合物的形成；
沉淀作用(precipitation)：指由于蛋白质的溶解性完全或部分丧失而引起的聚集反应； 絮凝(flocculation)：指蛋白质未发生变性时的无规则聚集反应，这常常是因为链间的静电排斥力降低而发生的一种现象；
凝结作用(coagultion)：将发生变性的无规则聚集反应和蛋白质－蛋白质的相互作用大于蛋白质－溶剂相互作用引起的聚集反应；
胶凝作用（gelation)：变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络结构的过程。
1、凝胶分类
加热后再冷却而形成的凝胶。这种凝胶多为热可逆凝胶，如明胶凝胶；
在加热下所形成的凝胶，这种凝胶很多不透明而且是不可逆凝胶，如蛋清蛋白在加热中形成的凝胶；
由钙盐等二价离子盐形成的凝胶，如豆腐；
不加热而经部分水解或pH调整到等电点而形成的凝胶，如用凝乳酶制作干酪、乳酸发酵制作酸奶和皮蛋生产中碱对蛋清蛋白的部分水解等。
2、蛋白质凝胶的形成机制
一般认为蛋白质网络的形成是由于蛋白质－蛋白质和蛋白质－溶剂（水）的相互作用（氢键，疏水和静电相互作用）以及邻近肽链之间的吸引力和排斥力达到平衡的结果。
影响蛋白凝胶形成的因素很多，掌握这些因素及影响的规律，可以有效的控制食品加工中蛋白凝胶形成的程度和质量。
六、面团的形成
1、面团形成性
一些植物（小麦、黑麦、燕麦、大麦等）的面粉在室温下与水混合并揉搓后可形成粘稠、有弹性的面团，将这种性质叫做面团的形成性。
2、面团形成的主要因素
面筋蛋白，包括麦醇溶蛋白和麦谷蛋白。麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，它们是小麦中蛋白质的主体成分（80%)，在水中不溶解。
麦醇溶蛋白指那些可溶解于70%醇中的面粉蛋白，相对分子量在30000～80000之间，含有链内二硫键；麦谷蛋白分子质量可达数百万，既含有链内二硫键，也含有链间二硫键。
面筋蛋白中富含谷氨酰胺（超过33%）、脯氨酸(15%～20%)、丝氨酸及苏氨酸等，它们倾向于形成氢键，这在很大程度上解释了面筋蛋白的水吸收能力（其吸水量为干蛋白质重量的180%～200%)黏着性质；
面筋蛋白中还含有较多的非极性氨基酸，这对水化面筋蛋白质的聚集作用、粘弹性和与脂肪的有效结合有关
面筋蛋白质中还含有众多的二硫键，这是面团物质产生坚韧性的原因。
具体到其中的两类主要蛋白
麦谷蛋白决定着面团的弹性、黏合性和混合耐受性；
麦醇溶蛋白具有促进面团流动性、伸展性和膨胀性的作用。
3、面团形成的过程
为当面粉和水混合并被揉搓时，面筋蛋白开始水化、定向排列和部分展开，促进了分子内和分子间二硫键的交换反应及增强了疏水的相互作用，当最初面筋蛋白质颗粒变成薄膜时，二硫键也使水化面筋形成了黏弹性的三维蛋白质网络，于是便起到了截留淀粉粒和其它面粉成分的作用。面筋蛋白在水化揉搓过程中网络的形成可通过加入半胱氨酸、偏亚硫酸氢盐等还原剂破坏二硫键、加入溴酸盐等氧化剂促使二硫键形成，从而降低面团的黏弹性或促进黏弹性而得到证明。
七、风味结合
1、挥发性物质和蛋白质之间的相互作用
可逆物理吸附（范德华力，氢键）、化学吸附、疏水相互作用、静电相互作用
蛋白质与风味物质的结合指蛋白质通过某种形式与一些气味性物质结合而将这些物质固定的性质。这种性质在食品加工中有重要的用途。
蛋白质与风味物质的结合通过弱键进行，主要有物理吸附和化学吸附，前者为范德华结合和毛细管吸附，后者包括静电吸附、氢键结合和共价结合。
蛋白质通过分子中的基团或链段与风味物质结合。极性风味物质可以与极性氨基酸残基形成氢键；弱极性的风味物质可以与弱极性氨基酸的脂溶性残基或蛋白质的疏水区结合；蛋白质中的一些部位还可以与一些风味物质发生较强的结合，如一些醛、酮类挥发物可以与赖氨酸的末端氨基形成Schiff碱，而一些胺类挥发物可与天门冬氨酸、谷氨酸的末端羧基形成酰胺键。
可以将蛋白质与风味物质的结合表示为：
Pr+nL=PrLn
此式表示蛋白质分子中具有多个结合风味物质的位点并结合了多个风味物质分子。 按照这种作用模式，可以借用斯卡特卡尔（Scatchard）关系式表示蛋白质和风味物质之间的相互作用：
V/[L]=nK-Vk
式中：V是每mol蛋白质结合风味物质的mol数；[L]是平和时游离的风味物的浓度(mol/L)；n是每mol蛋白质具有的总结合部位数；K是平衡结合常数。
影响蛋白质与风味物质结合的因素包括其它可以影响蛋白构象的物质、水、pH、加热、蛋白的化学改性等。
结合位点 末参与蛋白质－蛋白质或其他相互作用的位点上
天然状态下，蛋白质与风味物质是通过疏水相互作用结合。
2、影响风味结合的环境因素
①水活性
水可以提高蛋白质对极性挥发物的结合，但对非极性化合物的结合几乎没有影响。在干燥的蛋白质成分中，挥发性化合物的扩散是有限度的，稍微提高水的活性就能增加极性挥发物的迁移和提高它获得结合位点的能力。在水合作用较强的介质或溶液中，极性或非极性挥发物的残基结合挥发物的有效性受到许多因素的影响。
脱水处理，例如冷冻干燥通常使最初被蛋白质结合的挥发物质降低50%以上。脂类的存在能促进各种羰基挥发性物质的结合和保留，包括那些脂类氢化形成的挥发性物质。
②pH值
酪蛋白在中性或碱性pH时比在酸性pH溶液中结合的羧基、醇或脂类挥发性的物质更多，这是与pH引起的蛋白质构象变化有关。
③盐
盐溶类盐由于使疏水相互作用失去稳定，降低风味结合，而盐析类盐提高风味结合。 ④化学试剂
凡能使蛋白质或二硫键裂开的试剂，均能提高对挥发物的结合。然而低聚物成为亚单位可降低非极性挥发物的结合。因为原来分子间的疏水区随着单体构象的改变易变成被埋藏的结构。
⑤水解酶 蛋白质经酶彻底消解将会降低它对挥发性物质的结合。
⑥变性 蛋白质热变性一般导致对挥发性物质的结合增强。
⑦温度 对风味物质的结合影响非常小，这是因为结合过程中熵驱动，而不是焓驱动。
第一节 概述
一、蛋白质定义
蛋白质(protein)是由许多不同的α-氨基酸(amino acids)按照一定的序列通过肽键(peptide bond)相连形成的具有比较稳定构象和一定生物功能的高分子含氮化合物。
二、蛋白质的生物学意义
1. 蛋白质是生物 体重要组成成分
所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
作为生物催化剂（酶）； 代谢调节作用；
免疫保护作用； 物质的转运和存储；
运动与支持作用； 参与细胞间信息传递。
3. 氧化供能
三、蛋白质分类
根据蛋白质分子组成
简单蛋白 结合蛋白（杂蛋白）
根据蛋白质的结构
纤维蛋白 球蛋白
根据功能：结构蛋白质，有生物活性的蛋白质，食品蛋白质
结构蛋白质：肌肉、骨骼、皮肤等动物组织中含有结构蛋白质（角蛋白，蛋白，弹性蛋白等），其功能大多与其纤维结构有关
有生物活性的蛋白质：
酶
结构蛋白
激素蛋白质（胰岛素、生长激素）
收缩蛋白质（肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白）
传递蛋白质（血红蛋白，肌球蛋白，铁传递蛋白）
抗体蛋白（免疫球蛋白）
储存蛋白（卵清蛋白，种子蛋白）
保护蛋白（毒素和过敏原）
抗生素
食品蛋白质：
包括可供人类食用，易消化，安全无毒，富有营养，具有功能特性的蛋白质。乳、肉、蛋、谷物、豆类和油料种子是蛋白质的主要来源
第二节 氨基酸和蛋白质的物理化学性质
存在自然界中的氨基酸有300余种，但从蛋白质水解水解产物中分离出来的常见氨基酸仅有20种，除脯氨酸外均为 α-氨基酸。
一、氨基酸的物理性质
1、结构和分类
结构：α-氨基酸的通式如下
氨基酸的分类：
根据侧链R基的化学结构分
脂肪族氨基酸
芳香族氨基酸
杂环氨基酸
杂环亚氨基酸
根据氨基酸侧链R基团的极性分类
A 非极性疏水性氨基酸
B 极性氨基酸
a) 不带电荷
b) 带正电荷
c) 带负电荷
2、氨基酸的酸碱性质
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI)：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
3、氨基酸的疏水性
氨基酸的疏水性，是影响氨基酸溶解行为的重要因素，也是影响蛋白质和肽的物理化学性质（如结构、溶解度、结合脂肪的能力等）的重要因素。
疏水性可被定义为：在相同的条件下，一种溶于水中的溶质的自由能与溶于有机溶剂的相同溶质的自由能相比所超过的数值。
估计氨基酸侧链的相对疏水性的最直接、最简单的方法就是实验测定氨基酸溶于水和溶于一种有机溶剂的自由能变化。一般用水和乙醇之间自由能变化表示氨基酸侧链的疏水性，将此变化值标作△G′
当氨基酸的△G′值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子的内部； △G′为负时，其侧链是亲水的，倾向于处在蛋白分子的表面。
赖氨酸通常是蛋白质分子中亲水性的氨基酸残基，但它的△G′是正值
4、氨基酸的立体化学
目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型
某些氨基酸的D型异构体存在于一些微生物的细胞壁和具有抗菌作用的多肽内。如放线菌素D、短杆菌肽和短杆菌酪肽
5、氨基酸的光谱
色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸能够吸收紫外光，分别在波长278 nm 、275 nm 、260 nm处出现最大吸收。
大多数蛋白质含有色氨酸，酪氨酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。
二、氨基酸的化学反应
1、与茚三酮反应
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物（脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质），其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
2、与荧光胺反应(wu)
氨基酸可以与荧光胺反应，生成产生荧光的物质。可根据荧光强度测定氨基酸含量（ng级）。激发波长λx=390nm，发射波长λm=475nm。
3、与1，2-苯二甲醛反应(wu)
生成物为强荧光异吲哚衍生物（测定条件，激发波长380nm、发射波长450nm）
4、与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应
PTH-氨基酸 (苯硫乙内酰脲)
5、与丹磺酰氯反应
反应3、4、5可用来确定肽或蛋白质的末端氨基酸
第三节 蛋白质的结构
蛋白质结构可以分为：
一级结构(primary structure)、二级结构(secondary structure)、三级结构(tertiary structure)、四级结构(quaternary structure)，其中二、三、四级结构统称为高级结构。
一、蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构(Primary structure)指多肽链中氨基酸残基的排列顺序。 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。一级结构主要的化学键是肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
一级结构确定的战略原则：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。
另外可通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列
二、蛋白质的二级结构
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。主要的化学键： 氢键
蛋白质二级结构的主要形式：-螺旋 ( -helix ) 、-折叠 ( -pleated sheet )、-转角 ( -turn )、无规卷曲 ( random coil )
（一）、-螺旋 ( -helix )
1. 螺旋一周含3.6个氨基酸残基，沿轴上升0.54nm；每个氨基酸残基上升距离为0.15nm，每个残基绕轴旋转100°
2. 侧链R基伸向外侧
3. 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行
4. -螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的-螺旋几乎都是右手螺旋
（二）-折叠
在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm
（三）-转角和无规卷曲
-转角也称-弯曲或回折。是蛋白质中常见的又一种二级结构，它是形成-折叠时多肽链反转180的结果。-转角由四个氨基酸残基构成，通过氢键稳定。在-转角中常见的氨基酸有天冬氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，甘氨酸，脯氨酸和酪氨酸。
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。
三、超二级结构和结构域
超二级结构：若干相邻二级结构单元彼此相互作用,形成有规则的,在空间上能辨认的二级结构组合体。
结构域(domain) ：是球状蛋白质的折叠单位。在超二级结构基础上，多肽链进一步绕曲折叠成（空间可以区分的）近似球状的三维实体。
四、蛋白质的三级结构
（一） 定义 。
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 主要的化学键：疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。
四、蛋白质的四级结构
有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。
五、蛋白质分子中的共价键与次级键
维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键
维系蛋白质分子的二级结构：氢键
维系蛋白质分子的三级结构：疏水键、氢键、范德华力、盐键
维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键
六、作业
1、蛋白质可以如何进行分类？
2、蛋白质有哪些物理性质？
3、维持蛋白质结构的作用力有哪些？
第四节、蛋白质分子的变性
一、蛋白质变性的概念及监测方法
1、定义
蛋白质二级及其以上的高级结构在一定条件（加热、酸、碱、有机溶剂、重金属离子等）下，遭到破坏而一级结构并未发生变化的过程叫蛋白质的变性。
2、蛋白质变性所产生的影响
溶解度降低，原因是二级结构发生变化，疏水基团暴露于分子表面
与水的结合能力降低
生物活性（功能）丧失
容易被水解
黏度变大
难以结晶
3、监测蛋白质变性方法
根据一系列物理性质、光学性质、生物功能等的改变来监测蛋白质的变性。如超离心沉降特性、黏度、溶解度、电泳特性、旋光色散、圆二色性、X射线衍射、紫外差示光谱、红外光谱、热力学性质、免疫性质等
二、蛋白质变性的热力学和动力学
大多数蛋白质当变性条件逐渐剧烈时（浓度增加、温度提高等），Y在开始阶段保持不变，
但超过一个临界点后，从YN急剧变化至YD；这表明蛋白质变性是一个协同过程，球状蛋白分子主要以天然态和变性态存在，而以中间态很少存在；此即所谓的“两状态转变模型”。
两状态之间的相互转化可用下式表示：
动态平衡关系中的表观平衡常数为：KD=[PD]/[PN]
由此平衡常数即可求出一系列热力学参数：
公式中的△G0、△H0、△C0、△S0分别为标准自由能变化、恒压条件下的焓变、恒压下热容变化及熵的变化；R为气体常数，T为绝对温度。这些热力学常数都可以通过热力学计算得到。分别反映了变化过程的一些特征。一般情况下，蛋白质变性时△G0增加，表示天然态的稳定性高于变性态；△S0也增加，表示蛋白分子的有序性降低等。 从动力学角度分析，蛋白质变性的速率为
反应过程的活化能Ea为：
与其它化学反应的活化能相比，蛋白质变性的Ea是比较大的，例如胰蛋白酶、卵清蛋白酶和过氧化物酶热变性的活化能分别为167、552、773 kJ/mol。由于变性涉及的键能小，而且相差不大，只要在低的温度或小的变性剂浓度就可以发生变性。
上边以两状态转变模型对蛋白变性的热力学、动力学特点进行了讨论。但实际情况远非这么简单，详细考虑，蛋白质从天然状态向变性状态的转变是一个非常复杂的过程，中间存在着非常多的中间状态：
三、影响蛋白变性的因素
（一）物理因素
1、加热
加热变性的基本过程：当蛋白质溶液被逐渐的加热并超过临界温度时，溶液中的蛋白质将发生从天然状态向变性状态的剧烈转变。此转变温度被称作熔化温度（Tm）或变性温度（Td），此时蛋白质的天然状态和变性状态的浓度之比为1。
蛋白热变性的一般规律：大多数蛋白质在45～50℃时开始变性，但也有些蛋白的Td可以达到相当高的温度，如大豆球蛋白93℃、燕麦球蛋白108℃等。当加热温度在临界温度以上时，每提高10℃，变性速度提高600倍。
一种特定蛋白质的热稳定性又由许多因素所决定，这些因素包括氨基酸的组成、蛋白质－蛋白质接触、金属离子及其它辅基的结合、分子内的相互作用、蛋白浓度、水分活度、pH、离子强度和离子种类等等。
变性作用使疏水基团暴露并使伸展的蛋白质分子发生聚集，伴随出现蛋白质溶解度降低和吸水能力增强。
2、低温
由于蛋白质周围的水与其结合状态发生变化，这种变化破坏了一些维持蛋白原构象的
力，同时由于水保护层的破坏，蛋白质的一些基团就可以发生直接的接触和相互作用，导致蛋白质发生聚集或原来的亚基发生重排
由于大量水形成冰后，剩余的水中无机盐浓度大大提高，这种局部的高浓度盐也会使蛋白质发生变性。
3、机械处理
一些食品在加工过程，如挤压、打擦、捏合、高速均质等，会产生高的剪切力。这样的剪切力加上高温能使蛋白质发生不可逆的变性。
4、静液压
一般在25℃下要求100～1200MPa的比较高的压力。原因主要是蛋白质的柔性和可压缩性。
虽然氨基酸残基被紧紧地包裹在球状在球状蛋白分子结构的内部，但一些空穴仍然存在，这就导致蛋白分子结构的可压缩性。大多数纤维状蛋白质分子不存在空穴，因此它们对压力作用的稳定性高于球状蛋白质。压力导致的蛋白变性通常伴随着30～100mL/mol的体积减少，同时是高度可逆的。由于高流体压力可以使微生物细胞膜及细胞内的蛋白发生变性，从而导致微生物死亡，因此现在高流体静压加工正在成为食品加工中的一项新技术。
5、电磁辐射
电磁辐射是一种能量，可以通过改变分子内链段间及亚基间的结合状态而使蛋白分子变性；如果仅仅影响蛋白分子的构象，只发生变性而不会导致营养价值的改变；如果能量高至可以通过氧化、共价键断裂、离子化、形成自由基等形式使氨基酸残基发生变化，便会导致营养价值的降低。
6、界面性质
改变蛋白质水溶液的界面性质，也可以加速或直接使蛋白质分子发生变性。其主要原因是界面性质变化，水分子进入蛋白分子内部，改变内部的结构属性，从而使蛋白的构象发生变化。
（二）化学因素
1、pH值
pH是导致蛋白变性的重要因素，这是因为在极端pH值时，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子的构象发生变化。
2、无机离子
无机离子特别是高价态的无机离子通过改变蛋白分子的表面性质、改变蛋白分子自身的结构状态而使蛋白变性。阳离子和阴离子均有这种性质，但不同的离子要求不同的浓度。
3、有机溶剂
许多有机溶剂可以导致蛋白质分子发生变性。亲水有机溶剂通过改变蛋白分子表面性质使蛋白分子变性，疏水有机溶剂由于进入蛋白分子内部而改变蛋白分子构象，从而导致变性。
4、有机化合物的水溶液
不同种类的有机物使蛋白变性的原因不尽相同：
尿素和胍盐能断裂蛋白分子间或分子内的氢键，打断水分子之间的氢键结构而改变水的极性，从而使蛋白发生变性；
一些具有还原能力的有机化合物，如半胱氨酸、抗坏血酸、巯基乙醇、二硫苏糖醇等，由于可以通过还原作用导致蛋白分子中的二硫键破坏而能够使蛋白变性。
5、表面活性剂
十二烷基磺酸钠（SDS）是蛋白分子变性的重要因素
原因是在蛋白质的疏水区和亲水环境之间起着媒介作用，除了可以破坏蛋白分子内的疏水相互作用外，还促使天然蛋白质伸展；
另外表面活性剂能与蛋白质分子强烈的结合，在接近中性pH值时使蛋白质带有大量的净负电荷，从而增加蛋白质内部的斥力，使伸展趋势增大。这也是SDS类表面活性剂能在较低浓度下使蛋白质完全变性的原因。
SDS类表面活性剂诱导的蛋白变性是不可逆的。
6、离液盐
这里的离液盐即易溶盐（lyotropic salt），它们对蛋白质稳定性影响与盐浓度有关
盐液离子强度≤0.2mol/L，盐的异种电荷离子中和蛋白质电荷，有利于蛋白质稳定； 离子强度＞1mol/L,盐具有特殊离子效应，破坏蛋白质结构的稳定性。（阴离子＞阳离子）； 离子强度相同时，阴离子对蛋白质稳定性影响：
F-
凡是能促进蛋白质水合作用的盐均能提高蛋白质结构的稳定性。原因，这类盐提高了水的氢键作用。
六、作业
1、蛋白质变性本质及表现？
2、引起蛋白质变性的因素有哪些？
第五节、蛋白质的功能性质
蛋白质的功能性质：
指在食品加工、贮藏制备和消费过程中，蛋白质对食品需宜特征做出贡献的那些物理和化学性质。主要包括水合性质、表面性质、结构性质和感官性质。
一、水合性质 蛋白质的水合性质就是蛋白质与水结合的能力。蛋白质分子可以通过氢键、静电引力、疏水作用等形式与水分子相互结合。
从宏观水平看，蛋白质与水的结合是一个逐步的过程，并且与水分活度密切相关。 首先形成化合水和邻近水，再形成多分子层水，如若条件允许，蛋白质将进一步水合，这时表现为：
①蛋白质吸收水分充分膨胀而不溶解，这种水合性质通常叫膨润性（溶胀）；
② 蛋白质在继续水化中被水分散而逐渐变为胶体溶液，具有这种特点的蛋白质叫可溶性蛋白质。
1、水合性质的测定方法
蛋白质结合水的能力：
干蛋白质与相对湿度为90～95%的空气达到平衡时，每克蛋白质所结合水的克数。
A、相对湿度法（平衡水分含量法）：评价蛋白粉的吸湿性和结块现象
B、溶胀法 测定水合作用的速率和程度
C、过量水法 测定溶解度低的蛋白质
D、水饱和法 测定蛋白质饱和溶液所需要的水量
2、影响水合性质的环境因素
A、蛋白质浓度（正相关）
蛋白质的总吸水量随蛋白质浓度的增加而增加
B、pH（pI时最低）
蛋白质在其等电点时水合性质最差，吸水量最少；偏离等电点吸水量增加
C、温度（一般负相关，如蛋白质变性则另讨论）
随温度的升高，蛋白质水合能力变差
D、离子强度
低盐浓度，有助于蛋白分子的水合，在水中的溶解度增加；而高盐浓度将降低蛋白分子的水化能力。
3、水合作用和其他功能性之间的关系
蛋白质的持水能力与水合能力呈正相关
吸水性和黏度有关系，但不总是正相关 蛋白质的持水能力：蛋白质吸收水并将水保留在蛋白组织中的能力。
二、溶解性
蛋白质的许多功能特性都与蛋白质的溶解度有关，特别是增稠、起泡、乳化和胶凝作用。 蛋白质的溶解度是蛋白质－蛋白质、蛋白质－溶剂之间相互作用达到平衡时的热力学表现形式。
蛋白质的溶解性能可以用
水溶性蛋白质（WSP）、水可分散蛋白质（WDP）
蛋白质分散性指标（PDI）、氮溶解性指标（NSI）
评价；其中PDI和NSI已是美国油脂化学家协会采纳的法定评价方法。
1、影响蛋白质溶解性的因素
氨基酸组成与疏水性（表面）
pH
离子强度
盐溶效应（salting in effect） 离子强度
盐析效应（salting out effect） 离子强度＞1.0
对蛋白质溶解度的影响：多价阴离子＞一价阴离子
二价阳离子＜一价阳离子
温度（低温促进溶解，高温则相反）
有机溶剂
2、蛋白质起始溶解度
一般认为，起始溶解度是产生其他功能的先决条件
起始溶解度大使蛋白质分子或颗粒迅速分散，可以得到具有均匀宏观结构和高度分散的体系
有利于蛋白质向空气/水和油/水界面扩散，提高表面活性
3、从溶解度角度对蛋白质分类
清蛋白（水）、球蛋白（稀盐）、醇溶蛋白（70%乙醇）、谷蛋白（溶于酸、碱液）
三、界面性质
蛋白质是一种理想的表面活性剂，是因为：
快速吸附到界面（吉布斯自由能）
到达界面后迅速伸展和取向（柔顺性）
到达界面与邻近分子相互作用形成具有强内聚力和黏弹性的膜，耐受热和机械作用 影响蛋白质的表面活性的因素如下：
蛋白质本身 外界因素 加工操作
（一）、乳化性质
蛋白质可以促进乳浊液形成及稳定的性质，称为蛋白质的乳化性质；蛋白质具有乳化性质的原因是其具有两亲性，即既亲水也亲油的性质；其促进乳浊液形成并稳定的本质是在油水体系中，蛋白质能自发地迁移到油－水界面和气水界面，到达界面后，疏水基定向到油相和气相而亲水基定向到水相并广泛展开和扩散，在界面形成一种蛋白质吸附层，从而起到稳定乳浊液的作用。
1、蛋白质乳化性质的测定方法
评价乳化特性的方法有油滴大小和分布、乳化活力、乳化能力和乳化稳定性
常用比较蛋白质乳化性质方法有：
乳化活力指标、蛋白质负载、乳化容量、乳状液稳定性
2、影响乳化作用的主要因素
1）蛋白质的疏水性和界面存在形式
蛋白质的疏水性越强，在界面吸附的蛋白质浓度越高，界面张力越低，乳浊液越稳定； 蛋白质在界面上以列车状、圈状、尾状等形式存在，列车状有利于表面张力的降低和乳浊液的稳定。
蛋白质的溶解度与其乳化容量或乳状液的稳定性呈正相关，不溶解的蛋白质对乳化作
用的贡献很小，但不溶性的蛋白质颗粒常常能够在已经形成的乳状液中起到加强稳定作用。
2） pH
对蛋白质乳化作用有明显的影响。如果蛋白质在其等电点时仍有较大的溶解度，这种蛋白具有优良的乳化性能，如在等电点时溶解度较小，则乳化性能较差
3） 加热 使蛋白的乳化性能减弱
4） 加入小分子的表面活性剂 使蛋白的乳化性能降低
3、蛋白质－脂类相互作用 蛋白质－脂类的相互作用对蛋白质的提取产生不利的影响，特别是从富含脂类的物质（像油料种子或鱼类）中提纯蛋白质，如油料种子用水或碱性水溶液不可能直接提取蛋白质，因为形成了稳定的蛋白质乳状液而阻碍离心。中性三酰基甘油酯通过疏水相互作用与蛋白质结合，所以只能用非极性溶液如己烷使之除去。可是，磷脂与蛋白质是以极性键更紧密地结合在一起，又需要极性溶剂如乙醇或丙醇等才能分离。
不溶性和疏水性较大的蛋白质结合油脂量最大，小颗粒低密度蛋白质比密度大的蛋白质结合油脂量更多。油脂结合量随着温度上升而减小，因为这时油脂黏度降低。植物蛋白质及其浓缩物中的糖类组分对油脂结合无明显影响，蛋白质对油脂和非极性挥发性化合物的结合存在某些相似性。
（二）、起泡性
1、食品泡沫的形成和破坏
泡沫型食品是食品中的重要类型，如蛋糕、面包、冰激凌等，在这些食品的生产中往往要形成稳定而细腻的泡沫；而在有些食品的生产中必须避免泡沫的形成或破坏已经形成的泡沫。
泡沫通常指气泡分散在含有表面活性剂的连续液相或半固相的分散体系。泡沫的基本单位是液膜包围的气泡，气泡的直径从1μm到数cm不等。液膜和气泡间的界面上吸附着表面活性剂，起着降低表面张力和稳定气泡的作用。
蛋白质的食品生产中可以作为起泡剂使用。
1）良好的食品泡沫应该具有以下特点
①含有大量的气泡
②在气相和连续液相之间要有较大的表面积
③要有能胀大，且有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁
④溶质的浓度在表面较高
⑤有可反射的光，看起来不透明
2）在食品生产中可以通过不同方法形成蛋白泡沫
将气体通过一个多孔分散器鼓入低浓度的蛋白溶液中
在大量气体存在的条件下，通过打擦或振荡蛋白质溶液而产生泡沫
将一个预先给加压的气体溶于要生产泡沫的蛋白质溶液中，突然减压，系统中的气体
则会膨胀而形成泡沫
3） 破坏泡沫
在重力、气泡内外压力差和蒸发的作用下，通过液膜排水使泡沫破坏
气泡从小泡向大泡扩散会导致泡沫破坏
受机械剪切力、气泡碰撞力和超声振荡的作用，气泡液膜也会破裂
2、起泡性质的评价
评价蛋白质起泡性质，可以用泡沫密度、泡沫强度、气泡平均直径和直径分布、起泡能力、泡沫稳定性等指标表示。常用的是起泡力和泡沫稳定性。
1） 测定蛋白质起泡力的方法：
将一定浓度和体积的蛋白质溶液加入带有刻度的容器内，用一定的方法使其起泡，测定泡沫的最大体积，分别计算泡沫的膨胀率(overrun)和起泡力(foamability)。
泡沫膨胀率＝[(总分散体系体积－原来液体体积)/原来液体体积]×100
起泡力＝[泡沫中气体的体积/泡沫中液体的体积] × 100
2） 测定泡沫稳定性的方法：
①在起泡完成后，迅速测定泡沫体积，然后在一定条件下放置一段时间（通常为30min）后再测定泡沫体积，计算泡沫稳定性：泡沫稳定性＝[放置30min后的体积/泡沫的初体积]×100；
②测定液膜排水或1/2排水所需的时间。如果鼓泡形成泡沫，可在刻度玻璃仪器中直接起泡，然后观察排水过程和测量1/2排水所需时间；如果搅打起泡，测定应在特制的不锈钢仪器中进行，该仪器有专门的下水装置收集排水，可连续测量排水过程和排水时间。
3、影响蛋白质起泡的因素
①蛋白质性质
气－水界面的自由能显著地高于油－水界面的自由能，作为起泡剂的蛋白质必须具有快速地分散至气－水界面的能力，并随即将界面张力降到低水平。界面张力的降低取决于蛋白质分子在界面上快速展开、重排和暴露疏水基团的能力，因此蛋白质的疏水性、在界面上的柔性、水溶性、缺乏二级和三级结构等对蛋白质的起泡力有重要的作用。泡沫稳定要求蛋白质能在第一个起泡周围形成具有一定厚度、刚性、黏性和弹性的连续和气体不能渗透的吸附膜，因此需要分子质量较大、分子间较易发生相互结合或黏合的蛋白质；为了适应界面变形，为了自身和吸引的水分子稳定地保持在气/水界面上，起泡蛋白还必须具有较理性分布的亲水和疏水区，即是说泡沫的稳定性取决于蛋白质膜的流变性质，因此，往往具有良好起泡能力的蛋白质不具有稳定泡沫的能力，而能产生稳定泡沫的蛋白质往往不具有良好的起泡力。
②蛋白溶液浓度
蛋白质要发挥起泡性，其在溶液中必须有一定的浓度，一般这种浓度为2%～8%，由此浓度开始增加则起泡能力增加，但浓度过大（一般超过10%）则会由于蛋白质溶解度下降而导致气泡变小，泡沫变硬。
③温度
气泡前适当加热可提高多数蛋白的起泡能力，但当加热过度则会损害蛋白的起泡能力，起到破坏泡沫的作用
④pH值
溶液的pH硬性着蛋白质的荷电状态，因而改变其溶解度、相互作用力及持水力，也就改变了蛋白质的起泡性质和泡沫的稳定性。
⑤盐类物质种类和浓度
盐类不仅影响蛋白质的溶解度、黏度、伸展和聚集，也改变其起泡性质，这取决于盐的种类、浓度和蛋白质的性质。如食盐通常能增大泡沫膨胀力和降低泡沫稳定性；钙离子能与蛋白质的羧基形成桥键而使泡沫稳定性提高等。
⑥糖类物质
小分子糖可以提高泡沫的稳定性但却降低蛋白质的起泡能力。提高泡沫稳定性的原因主要是由于提高了体相的黏度，从而降低了泡沫结果中薄层液体的排出速度；降低起泡力的原因主要是在糖溶液中，蛋白质分子的结构比较稳定，当其吸附到界面上时较难展开，这样就降低了蛋白质在搅打时产生大的界面面积和泡沫体积的能力。
⑦脂类物质
脂类物质，由其是磷脂类物质具有比蛋白质更大的表面活性，可以竞争的方式取代界面上的蛋白质，于是减少了膜的厚度和黏合性并最终因膜的削弱而导致泡沫稳定性下降。 ⑧搅打
搅打或搅拌的时间和强度明显影响蛋白质的起泡能力；但既要足够也要适当，过度搅打将破坏泡沫。
四、黏度
蛋白质溶液属于胶体溶液，通常具有一定的黏度
一种流体的黏度(viscotity)反映了它对流动的阻力
蛋白溶液不属于牛顿流体，即不属于恒定黏度系数的溶液，其黏度系数随流动速度的增加而降低。这种性质成为假塑或剪切稀释。
1、影响蛋白流体黏度的主要因素
1）溶液中蛋白分子或蛋白颗粒的表观直径，表观直径越大，黏度越大。
表观直径又取决于
①蛋白分子固有的特性，如摩尔质量、大小、体积、结构、电荷和易变形程度； ②蛋白质－溶剂间的相互作用，这种作用会影响蛋白质的溶胀、溶解度和水合作用 ③蛋白质－蛋白质的相互作用，它将决定聚集体的大小。对于高浓度的蛋白质体系，这种作用起主要的作用。
2）分子在流动的方向上逐步定向，因而使摩擦阻力下降；
3）蛋白质水化球在流动的方向上变形；
4）氢键和其它弱键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构解体。这些因素都使蛋白质分
子或颗粒在流动方向上的表观直径减小，因而其黏度系数减小。当停止剪切处理时，原来的聚集体或网络结构能重新形成，则黏度系数的降低是可逆的，这种体系称为触变体系，如大豆蛋白离析物和乳清蛋白浓缩物的分散体系就是触变的。
五、胶凝作用
蛋白质的缔合(association)：指蛋白质在亚单位或分子水平上发生的变化；
聚合(polymerization)或聚合反应(aggregation)一般是指大的复合物的形成；
沉淀作用(precipitation)：指由于蛋白质的溶解性完全或部分丧失而引起的聚集反应； 絮凝(flocculation)：指蛋白质未发生变性时的无规则聚集反应，这常常是因为链间的静电排斥力降低而发生的一种现象；
凝结作用(coagultion)：将发生变性的无规则聚集反应和蛋白质－蛋白质的相互作用大于蛋白质－溶剂相互作用引起的聚集反应；
胶凝作用（gelation)：变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络结构的过程。
1、凝胶分类
加热后再冷却而形成的凝胶。这种凝胶多为热可逆凝胶，如明胶凝胶；
在加热下所形成的凝胶，这种凝胶很多不透明而且是不可逆凝胶，如蛋清蛋白在加热中形成的凝胶；
由钙盐等二价离子盐形成的凝胶，如豆腐；
不加热而经部分水解或pH调整到等电点而形成的凝胶，如用凝乳酶制作干酪、乳酸发酵制作酸奶和皮蛋生产中碱对蛋清蛋白的部分水解等。
2、蛋白质凝胶的形成机制
一般认为蛋白质网络的形成是由于蛋白质－蛋白质和蛋白质－溶剂（水）的相互作用（氢键，疏水和静电相互作用）以及邻近肽链之间的吸引力和排斥力达到平衡的结果。
影响蛋白凝胶形成的因素很多，掌握这些因素及影响的规律，可以有效的控制食品加工中蛋白凝胶形成的程度和质量。
六、面团的形成
1、面团形成性
一些植物（小麦、黑麦、燕麦、大麦等）的面粉在室温下与水混合并揉搓后可形成粘稠、有弹性的面团，将这种性质叫做面团的形成性。
2、面团形成的主要因素
面筋蛋白，包括麦醇溶蛋白和麦谷蛋白。麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，它们是小麦中蛋白质的主体成分（80%)，在水中不溶解。
麦醇溶蛋白指那些可溶解于70%醇中的面粉蛋白，相对分子量在30000～80000之间，含有链内二硫键；麦谷蛋白分子质量可达数百万，既含有链内二硫键，也含有链间二硫键。
面筋蛋白中富含谷氨酰胺（超过33%）、脯氨酸(15%～20%)、丝氨酸及苏氨酸等，它们倾向于形成氢键，这在很大程度上解释了面筋蛋白的水吸收能力（其吸水量为干蛋白质重量的180%～200%)黏着性质；
面筋蛋白中还含有较多的非极性氨基酸，这对水化面筋蛋白质的聚集作用、粘弹性和与脂肪的有效结合有关
面筋蛋白质中还含有众多的二硫键，这是面团物质产生坚韧性的原因。
具体到其中的两类主要蛋白
麦谷蛋白决定着面团的弹性、黏合性和混合耐受性；
麦醇溶蛋白具有促进面团流动性、伸展性和膨胀性的作用。
3、面团形成的过程
为当面粉和水混合并被揉搓时，面筋蛋白开始水化、定向排列和部分展开，促进了分子内和分子间二硫键的交换反应及增强了疏水的相互作用，当最初面筋蛋白质颗粒变成薄膜时，二硫键也使水化面筋形成了黏弹性的三维蛋白质网络，于是便起到了截留淀粉粒和其它面粉成分的作用。面筋蛋白在水化揉搓过程中网络的形成可通过加入半胱氨酸、偏亚硫酸氢盐等还原剂破坏二硫键、加入溴酸盐等氧化剂促使二硫键形成，从而降低面团的黏弹性或促进黏弹性而得到证明。
七、风味结合
1、挥发性物质和蛋白质之间的相互作用
可逆物理吸附（范德华力，氢键）、化学吸附、疏水相互作用、静电相互作用
蛋白质与风味物质的结合指蛋白质通过某种形式与一些气味性物质结合而将这些物质固定的性质。这种性质在食品加工中有重要的用途。
蛋白质与风味物质的结合通过弱键进行，主要有物理吸附和化学吸附，前者为范德华结合和毛细管吸附，后者包括静电吸附、氢键结合和共价结合。
蛋白质通过分子中的基团或链段与风味物质结合。极性风味物质可以与极性氨基酸残基形成氢键；弱极性的风味物质可以与弱极性氨基酸的脂溶性残基或蛋白质的疏水区结合；蛋白质中的一些部位还可以与一些风味物质发生较强的结合，如一些醛、酮类挥发物可以与赖氨酸的末端氨基形成Schiff碱，而一些胺类挥发物可与天门冬氨酸、谷氨酸的末端羧基形成酰胺键。
可以将蛋白质与风味物质的结合表示为：
Pr+nL=PrLn
此式表示蛋白质分子中具有多个结合风味物质的位点并结合了多个风味物质分子。 按照这种作用模式，可以借用斯卡特卡尔（Scatchard）关系式表示蛋白质和风味物质之间的相互作用：
V/[L]=nK-Vk
式中：V是每mol蛋白质结合风味物质的mol数；[L]是平和时游离的风味物的浓度(mol/L)；n是每mol蛋白质具有的总结合部位数；K是平衡结合常数。
影响蛋白质与风味物质结合的因素包括其它可以影响蛋白构象的物质、水、pH、加热、蛋白的化学改性等。
结合位点 末参与蛋白质－蛋白质或其他相互作用的位点上
天然状态下，蛋白质与风味物质是通过疏水相互作用结合。
2、影响风味结合的环境因素
①水活性
水可以提高蛋白质对极性挥发物的结合，但对非极性化合物的结合几乎没有影响。在干燥的蛋白质成分中，挥发性化合物的扩散是有限度的，稍微提高水的活性就能增加极性挥发物的迁移和提高它获得结合位点的能力。在水合作用较强的介质或溶液中，极性或非极性挥发物的残基结合挥发物的有效性受到许多因素的影响。
脱水处理，例如冷冻干燥通常使最初被蛋白质结合的挥发物质降低50%以上。脂类的存在能促进各种羰基挥发性物质的结合和保留，包括那些脂类氢化形成的挥发性物质。
②pH值
酪蛋白在中性或碱性pH时比在酸性pH溶液中结合的羧基、醇或脂类挥发性的物质更多，这是与pH引起的蛋白质构象变化有关。
③盐
盐溶类盐由于使疏水相互作用失去稳定，降低风味结合，而盐析类盐提高风味结合。 ④化学试剂
凡能使蛋白质或二硫键裂开的试剂，均能提高对挥发物的结合。然而低聚物成为亚单位可降低非极性挥发物的结合。因为原来分子间的疏水区随着单体构象的改变易变成被埋藏的结构。
⑤水解酶 蛋白质经酶彻底消解将会降低它对挥发性物质的结合。
⑥变性 蛋白质热变性一般导致对挥发性物质的结合增强。
⑦温度 对风味物质的结合影响非常小，这是因为结合过程中熵驱动，而不是焓驱动。