烹饪化学第四章 蛋白质

烹饪化学第四章 蛋白质

第四章蛋白质\n学习目标1.掌握蛋白质的化学组成及结构。2.了解维持蛋白质结构的主要作用力。3.理解蛋白质变性的原因以及在烹饪中的应用。4.掌握食品蛋白质的两性性质、吸水性和持水性、溶胀、粘结性、发泡性和稳泡性以及在烹饪中的应用。5.了解食品中蛋白质在储存和烹饪加工中的变化和控制。\n第一节蛋白质概述几乎没有一种生命活动能离开蛋白质，没有蛋白质就没有生命。蛋白质具有三大基础生理功能：构成和修复组织；调解生理功能和供给能量。蛋白质的食物来源可分为植物性蛋白质和动物性蛋白质两大类。肌肉蛋白质营养价值优于植物蛋白质。\n常见烹饪原料的蛋白质含量原料蛋白质含量原料蛋白质含量原料蛋白质含量猪肉猪肝牛肉带鱼对虾13.219.318.117.718.6鸡蛋牛奶豆腐豆浆黄豆12.73.05.01.835.1四季豆胡萝卜马铃薯菜花花生仁2.01.02.02.125.0单位：％(质量分数)\n一、蛋白质的化学组成（一）蛋白质的元素组成CHON50～55％6～7％19～24％15～19％有些还含有S、P、Cu、Fe、Zn等元素特征元素：N6.25称为蛋白质系数粗蛋白质％=N％×6.25\n（二）蛋白质结构的基本单位氨基酸是蛋白质结构的基本单位1.氨基酸的结构R代表氨基酸的侧链基团，各种氨基酸的区别就在于侧链R基的不同。\nα-氨基酸有D-型和L-型两种异构体绝大多数构成蛋白质的氨基酸都属于L-型结构\n2.氨基酸的分类（1）按氨基酸侧链R基的化学结构分(2)按氨基酸生理作用分类非必需氨基酸必需氨基酸\n必需氨基酸的概念-----在体内不能合成或合成速度过慢，不能满足人体生长发育的需要，必需依靠食物获得的氨基酸称为必需氨基酸。对人体来说，共有八种氨基酸为必需氨基酸，它们是：亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸和缬氨酸。对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。思考：其他氨基酸对机体重要吗？\n3.氨基酸的性质（1）溶解性无色结晶体含极性基团：氨基（—NH2）和羧基（—COOH），溶于水，不溶或微溶于有机溶剂。运用：富含蛋白质氨基酸的原料制鲜汤。\n（2）熔点氨基酸属于高熔点化合物，其熔点可高达200~300℃。氨基酸在尚未达到或接近熔点时，会发生分解或其他反应而遭破坏。在烹饪加工中，应注意加工温度和处理时间。（举例:谷氨酸钠受热分解）\n谷氨酸钠(味精)受热分解HOOC-CH2CH2CH(NH2)-COONa谷氨酸钠（鲜味）-H2O焦谷氨酸钠（无味）焦谷氨酸钠无味。所以在烹调过程中，要注意味精加入时间，应在菜烧好后出锅前加入，这样可以避免味精被破坏。\n（3）味觉大多数氨基酸及其衍生物都具有呈味的功能。氨基酸的味觉与其立体构型有关。D-型氨基酸多数带有甜味，而L-型氨基酸依其侧链R基不同而有甜、苦、鲜、酸四种不同的味感。\n（4）两性电离氨基酸是两性离子酸性溶液中的AA水溶液中的AA碱性溶液中的AA\n（5）脱羧和脱氨氨基酸属于典型的多官能团化合物，分子中有氨基（—NH2）、羧基（—COOH）、支链基团（—R）和氢原子（—H）。氨基酸的反应是指它的氨基和羧基以及侧链上的官能团所参与的那些反应。在食品中常见的是脱羧反应与脱氨反应。\n食品原料在保藏时，氨基酸在细菌分泌的脱羧酶作用下发生分解，生成胺类而使原料带有浓郁的臭味，其中绝大部分是生成了腐胺和尸胺。是蛋白类原料质量下降的重要指标。脱羧反应胺类氨基酸组氨酸在脱羧酶的作用下能生成组胺，导致人体食物中毒或者死亡。黄鳝、甲鱼、螃蟹、金枪鱼这些原料在自然状态下一经死亡最好就不要食用，以防组胺中毒。\n脱氨反应氨基酸羧酸氨基酸在氧化酶的作用下容易脱去氨基（—NH2），放出氨气，使食品原料具有一种刺激性味道。氨气\n（6）羰氨反应羰氨反应---氨基酸中的氨基与还原糖中的羰基在一定的条件下发生缩合反应，脱去一分子的水，同时伴有产香、产色和质感的一些变化。这个反应是食品中的重要呈色、呈味反应。这个反应也会造成氨基酸尤其是必需氨基酸——赖氨酸的破坏及不期望的色泽和气味。\n（7）热分解氨基酸在加热的过程中，容易发生分子间共价键的断裂而生成小分子的化合物，如醇、酮、酸、杂环化合物、含硫化合物。在烹饪加工中，应注意加热引起的氨基酸的热分解作用。过度加热不仅使食物有一定的异味，而且还可能产生一些有毒有害的物质。\n（8）螯合作用氨基酸中的—NH2、—COOH、—SH在一定的条件下容易与一些金属离子如Ca2+、Fe2+、Zn2+、Cu2+等发生螯合反应生成氨基酸金属离子螯合物。如半胱氨酸易与铁螯合、苏氨酸易与钙螯合、谷氨酸易与铜螯合，这些螯合物可以随同氨基酸一起被小肠吸收。提高了人体对某些金属离子如钙、铁、锌的消化吸收。合理搭配，荤素搭配\n二、蛋白质的分子结构蛋白质结构层次一级结构基本结构二级结构三级结构四级结构空间结构\n（一）蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构，即蛋白质的基本结构，是指蛋白质中各种氨基酸按一定顺序排列构成的蛋白质肽链骨架。-H2ONH2CHR1COHONH2CHR2COHO+NH2CHCR1OCOHONHCHR2肽键氨基酸通过肽键(-CO-NH-)相连而形成的化合物称为肽。一般由十个以下的氨基酸缩合成的肽统称为寡肽，由十个以上氨基酸形成的肽被称为多肽或多肽链。\n维持蛋白质一级结构的作用力是肽键和二硫键——化学键属强相互作用，所以蛋白质的一级结构非常稳定，不易被破坏。二硫键的形成:两个半胱氨酸中的-SH脱氢作用:稳定蛋白质结构与生物活性有关—SH+HS——S—S—\n(二)空间结构1.二级结构蛋白质的二级结构是指多肽链中主链原子在各局部空间的排列分布状况，而不涉及各R侧链的空间排布。已测定的蛋白质中二级结构的主要形式包括α-螺旋、β-折叠等。\n（1）α-螺旋多肽链骨架沿中心轴如螺旋样盘曲上升，每旋转一圈为3.6个氨基酸残基。每个氨基酸残基升高0.15nm，螺旋上升一圈的高度为0.54nm。主要是右手螺旋。氢键是稳定α-螺旋的主要次级键。\n（2）β-折叠结构β-折叠为—种比较伸展、呈手风琴状折叠的肽链结构。稳定β-折叠的作用力：链间氢键\n2.三级结构蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构。蛋白质三级结构的稳定主要有：氢键、疏水键、盐键以及范德华力等。三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。\n3.四级结构由两条以上具有独立三级结构的多肽链通过非共价键相互结合而成一定空间结构的聚合体，称为蛋白质的四级结构。亚基：其中的每一条多肽链称为亚基。亚基单独存在无生物活性只有聚合成四级结构才具有完整的生物活性。举例：血红蛋白的四级结构\n实例——血红蛋白血红蛋白A由两个α亚基和两个β亚基组成，常以α2β2表示。亚基间的聚合力依赖于盐键、氢键、疏水键作用和范德华力。\n三、蛋白质的分类1.按分子形状分球状蛋白纤维状蛋白2.根据化学组成分单纯蛋白结合蛋白3.根据溶解度分可溶性蛋白醇溶性蛋白不溶性蛋白4.根据蛋白质的营养价值分完全蛋白半完全蛋白不完全蛋白\n第二节蛋白质的理化性质及其在烹饪中的应用\n一、蛋白质的变性（一）概念当蛋白质受到热或受到其它物理及化学作用时，其特有的空间结构会发生变化，使其性质也随之发生改变，如溶解度降低，对酶水解的敏感度提高，失去生理活性等，这种现象称为变性作用。（不包括一级结构上肽键的断裂）\n（一）蛋白质变性的物理因素1.加热加热是引起蛋白质变性最常见的物理因素，几乎所有的蛋白质在加热时都发生变性。变性温度：45～80℃变性的机制：加热导致维持蛋白质空间结构的那些次级键特别是氢键迅速断裂，引起天然构象解体而变性。应用：高压锅。\n2.低温低温处理可导致某些蛋白质冻结变性。原因主要有以下几个方面：（1）由于肌肉中的水冻结成冰对肌肉组织产生膨压。（2）水冻结后，更有利于失去水膜保护的蛋白质与蛋白质分子间相互聚集、凝沉而变性。（3）Ca2＋、Mg2＋及脂肪对蛋白质的低温变性有促进作用。应用：磷酸盐、糖、甘油等能减少蛋白质冻结变性率。\n3.干燥由于蛋白质脱去保护性水化膜，蛋白质分子互相靠近，由于分子间的相互作用而导致蛋白质变性。4.机械处理由振动、捏合、打擦产生的机械运动会破坏蛋白质分子的结构，从而使蛋白质变性。运用：面团的揉制5.界面在水和空气、水和非水溶液或固相等界面吸附的蛋白质分子，由于受到不平衡力的作用，会发生变性。运用：蛋清糊菜肴的制作\n（二）蛋白质变性的化学因素1.酸碱作用大多数在特定的pH值范围内是稳定的，但在极端pH条件下，蛋白质分子内部的可离解基团受强烈的静电排斥作用而使分子伸展、变性。应用：酸奶饮料和奶酪的生产，松花蛋的制作\n2.有机溶剂作用在蛋白质溶液中，有机溶剂能够夺取蛋白质颗粒上的水膜；同时，有机溶剂能够降低溶液的介电常数，加强了同一个或相邻蛋白质分子中相反电荷之间的吸引力，使蛋白质分子趋于凝聚、沉淀。应用：“醉蟹”、“酒醉泥螺”、“平湖糟蛋”的制作3.重金属盐作用过渡金属如Pb、Hg、Cr、Ag等能与蛋白质的羧基相互作用，生成不溶性沉淀物。Cu、Fe、Hg、Ag等还易与蛋白质分子中的-SH形成稳定的化合物，而降低蛋白质的稳定性。应用：牛奶、生鸡蛋清等解毒\n（三）蛋白质变性在烹饪中的应用蛋白质热变性的应用举例1：在烹饪中采用爆、炒、涮等方法，进行快速高温加热，加快了蛋白质变性的速度，原料表面因变性凝固、细胞孔隙闭合，导致原料内部的营养素和水分不会外流，从而达到菜肴口感鲜嫩的的目的，并且能保持较多的营养成分不受损失。举例2：蛋白质因加热引起的变性，还可增强大豆食品的适口性。举例3：蛋品的烹调和糕点的加工，也是应用了卵蛋白的热变性凝固的性质。\n二、两性性质和等电点蛋白质是两性电解质，在不同pH溶液中呈阳离子、阴离子或两性离子。蛋白质的等电点（pI）：当蛋白质颗粒为两性离子时，即所带净电荷为0时的pH。在pH＝pI时，分子净电荷为零；在pH>pI时，酸式离解强于碱式离解，分子带上负电；在pHPI去水化层去水化层发生沉淀(水化作用小)发生凝集、胶凝等作用(水化作用小,而分子间疏水吸引力大)注：大椭圆圈表示水化层，小椭圆圈为蛋白质分子，阴影部分为疏水区域蛋白质去水化，沉淀和凝集:\n（三）胶凝胶凝：指溶胶在一定条件下转变成凝胶的现象。如肉汤冷后成为肉冻、豆浆中加入钙镁盐后凝成豆腐等。蛋白质的胶凝作用与蛋白质溶液的沉淀凝集、和凝固)不同。\n形成凝胶的条件:(1）在多数情况下热处理是凝胶形成的必需条件，然后再冷却。有时加入少量的酸或Ca2+盐可提高胶凝速度和胶凝强度；（2）有时不需要加热也可以形成凝胶，如有些蛋白质只需要加入Ca2+盐，或适当的酶解，或加入碱使之碱化后再调PH值至等电点，就可发生胶凝作用。\n蛋白质的胶凝作用在烹饪加工中的应用如蛋类制品中的：“水煮蛋”、“咸蛋”、“皮蛋”乳制品中的“干酪”豆类产品中的“豆腐”、“豆皮”等水产制品中的“鱼丸”、“鱼糕”等肉类制品中的“肉皮冻”、“水晶肉”、“芙蓉菜”等\n六、起泡性和稳定性（一）泡沫的形成食品泡沫是指气泡(空气、二氧化碳气体)分散在含有可溶性表面活性剂的连续液态或半固体相中的分散体系。常见的食品泡沫有：蛋糕、蛋泡、蛋糖霜、蛋糕的其它饰料、冰淇淋、啤酒泡沫、面包及烹饪加热奶、豆浆和肉类的泡沫热凝物等。形成蛋白质泡沫的方法主要有：鼓泡法、打擦起泡法和减压起泡法等。\nABCDE液体气体分散液泡沫A—原液体体积B—掺入气体体积C—气体分散液总体积D—泡沫中的液体体积（=E－B）E—泡沫体积泡沫体积=100×E/A膨胀量=100×B/A=100×（C－A）/A发泡力=100×B/D泡沫相体积=100×B/E鼓泡法形成泡沫图解\n（二）起泡性和稳定性起泡能力是指液体在外界条件下，生成泡沫的难易程度。泡沫的稳定性是指泡沫生成后的持久性。蛋白质不仅是很好的起泡剂，更重要的是还有稳泡性。蛋白质能降低表面张力，形成具有一层粘结、富有弹性而不透气的蛋白质膜，能较长时间保持泡沫不破灭。另外，蛋白质在液膜中的存在大大提高了液体的粘度，液体的流动减小，这对泡沫的稳定也有益。\n（三）影响起泡和稳泡的因素及应用蛋白质种类PH值粘度温度消泡剂\n起泡和稳泡的影响因素及应用提高泡沫中主体液相的粘度，一方面有利于气泡的稳定，但同时也会抑制气泡的膨胀。所以，在打蛋泡时，糖可考虑在打擦起泡后加入。脂类会损害蛋白质的起泡性，在打蛋白发泡时，应避免含脂高的蛋黄。消泡剂的影响：高级醇、脂肪酸及酯、酸、钙或镁盐、磷脂等。\n七、蛋白质的水解蛋白质经过酸、碱或酶催化水解后，经过一系列中间产物，最后生成氨基酸，中间产物主要是蛋白胨和各种肽类。蛋白质水解过程：蛋白质→蛋白胨→多肽→二肽→氨基酸\n蛋白质的水解类型及特点：（一）完全水解（产物是各种氨基酸）碱水解：可以使胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸破坏，并引起氨基酸的外消旋化；酸水解：可破坏色氨酸；（二）不完全水解（产物是各种大小不等的肽段和氨基酸）：酶水解：它的反应条件温和，副反应少，对氨基酸破坏少，缺点是酶水解时间较长且水解也难彻底，中间产物多。\n蛋白质水解在烹饪中的应用富含蛋白质和脂肪的原料，采用烧、煮、炖、煨、焖等烹调技术，使蛋白质水解产生氨基酸和低聚肽，原料中的呈味物质就不断溶于汤中，不但使菜肴酥烂，而且汁浓味厚。发酵食品中的豆酱、酱油是利用大豆蛋白为原料经酶水解制成，含有呈鲜味的谷氨酸钠外，还含有以天门冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸构成的低聚肽，从而赋予这类食品鲜香的味道。含有蹄筋、肉皮等结缔组织的原料中含有较多的胶元蛋白，胶元蛋白是很难被人体利用的。需要长时间的加热，尽可能地使胶元蛋白水解为明胶，使烹制出来的菜肴柔软、爽滑，便于人体吸收。\n◇羰氨反应（美拉德反应）八、加热对氨基酸的影响◇氨基酸裂解反应和异构化◇其它反应\n（一）羰氨反应（美拉德反应）羰氨反应指含有氨基的化合物和含有羰基的化合物之间经缩合、聚合而生成类黑精的反应。此反应最初是由法国化学家美拉德于1912年在将甘氨酸与葡萄糖混合共热时发现的,故又称为美拉德反应。反应物中羰基化合物包括醛、酮、还原糖，氨基化合物包括氨基酸、蛋白质、胺、肽等。羰氨反应可以给食品与菜肴的色泽、风味、营养价值等品质带来深刻的影响。\n1.美拉德反应与食品色泽*美拉德反应赋予食品一定的深颜色，比如面包、咖啡、红茶、啤酒、糕点、酱油，对于这些食品颜色的产生都是我们期望得的。但有些食品会因羰氨褐变带来品质下降，比如乳品加工过程中，如果杀菌温度控制的不好，乳中的乳糖和酪蛋白发生美拉德反应会使乳呈现褐色，影响了乳品的品质。\n2.美拉德反应与食品风味通过美拉德反应，可制备各种不同风味、香味的物质。举例：核糖分别与半胱氨酸及谷胱甘肽反应后会分别产生烤猪肉香味和烤牛肉香味。酱香型白酒的风味生产肉类香精\n（二）氨基酸裂解反应和异构化蛋白质中的氨基酸残基和游离氨基酸在100℃以上强热，或在强氧化剂、强碱下，都会发生裂解反应。如：α-NH2、羧基分别脱去，产生CO2、NH3、胺、醛和酮酸。巯基以H2S方式脱去，或产生其它含硫有机物（硫醇和硫醚），或氧化为亚砜、砜、次磺酸、亚磺酸和磺酸。烹饪中的煸、爆、烤等强热加工。\n（三）其他反应蛋白质在强热过程中，分子中赖氨酸残基的α－NH2，容易与天门冬氨酸或谷氨酸的羧基发生反应，形成酰胺键，导致蛋白质很难被蛋白酶水解，蛋白质的营养价值降低。\n思考题1.指出蛋白质的元素组成及基本构成单位。2.为什么说氨基酸、蛋白质都是两性物质?3.等电点时蛋白质的物理性质有何变化？有何应用?4.什么是蛋白质的一级结构和高级结构?并指出维系其结构稳定性的化学键。5.说明影响蛋白质变性的因素以及变性对烹饪和食品加工的意义。6.怎样使蛋白质发生沉淀和凝聚?为什么大多数蛋白溶液加热、加酸、加有机溶剂会沉淀?7.蛋白质水化作用是怎样产生的?8.什么是凝胶和溶胶?简述凝胶的形成与结构。\n9.什么是膨润和膨润度?简述膨润理论。10.干货原料的涨发通常采用什么方法?各依据什么原理?11.为什么蛋白质具起泡性、稳泡性?解释搅打蛋清液或加热煮牛奶、肉类会产生大量泡沫的原理。12.简述豆腐制作过程中蛋白质的有关变化，为什么制作时需加热和加盐卤？13.烹饪加工中蛋白质可发生哪些化学反应?14.蛋白质水解过程及产物怎样?有何应用？15.说明加热氨基酸会有什么变化以及对烹饪和食品加工的意义。16.名词解释：蛋白质系数、等电点、必需氨基酸、蛋白质变性、盐析、溶胀现象、胶凝作用、蛋白质水解