第五章蛋白质2.ppt
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1、5.5蛋白质的功能性质,概念:是指食品体系在加工、储蓄、制备和消费过程中蛋白质对食品产生需要特征作出贡献的那些物理、化学性质 食品蛋白质的功能性质分为四个方面: 水化性质:取决于蛋白质与水的相互作用,包括水吸收和保留、湿润性、溶胀性、粘着性、分散性、溶解度和粘度等。通常与蛋白质的大小、形状和柔顺性有关 表面性质:与蛋白质的表面张力、乳化作用、起泡特性、成膜性以及风味结合等有关的性质 结构性质:与蛋白质的相互作用有关的性质,如产生弹性、沉淀、胶凝作用及形成其它结构(面团形成、纤维化等)的性质 感官性质:颜色、气味、适口性、咀嚼感、爽滑度、浑浊度等,第5章 蛋白质,食品体系中蛋白质的功能性质,第5
2、章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,食品的感官品质是由各种原料复杂的相互作用产生的。例如蛋糕的风味、质地、颜色和形态等性质,是由原料的热胶凝性,起泡、吸水作用、乳化作用、黏弹性和褐变等多种功能性组合的结果。一种蛋白质作为蛋糕或其他类似产品的配料使用时,必须具有多种功能特性的要求,如下表,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,动物蛋白,例如乳(酪蛋白)、蛋和肉蛋白等,是几种蛋白质的混合物,它们有着较宽范围的物理和化学性质,及多种功能特性;又如蛋清具有持水性、胶凝性、黏合性、乳化性、起泡性和热凝结等作用,这些功能来自复杂的蛋白质组成及它们之间的相互作用 植物蛋白和乳清蛋白等其他蛋白质,它们也是由
3、多种类型的蛋白质组成,但是它们的功能特性不如动物蛋白,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,概念:是指蛋白质能自发地适移至汽-水界面或油-水界面的性质。在界面上形成高黏弹性薄膜,其界面体系比由低分子量的表面活性剂形成的界面更稳定。(主要介绍乳化性和起泡性) 影响蛋白质界面性质的因素 内因有:氨基酸的组成、结构、立体构象、分子中极性和非极性残基的分布与比例、二硫键的数目与交联,以及分子的大小、形状和柔顺性 外因有:pH、温度、离子强度和盐的种类、界面的组成、蛋白质浓度、糖类和低分子量表面活性剂、能量的输入,甚至形成界面加工的容器和顺序等,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能
4、性质,蛋白质作为理想的表面活性剂必须具有3个属性: 快速吸附到界面的能力 在达到界面后迅速伸展和取向 一旦达到界面,即与邻近分子相互作用形成具有强内聚力和黏弹性的膜,能耐受热和机械的作用 由此可见,蛋白质分子疏水和亲水小区的分布模式及蛋白质的形状对蛋白质的界面性质有重要的影响,如下图,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,只有当蛋白质表面的疏水数目 达到足以提供疏水-界面相互 作用需要的能量,才能使蛋白 质在界面牢固地吸附,并形成 隔离的疏水小区。只有这样方 可促进蛋白质吸附,形成稳定 的泡沫或乳状液,由于Pr具有较大的体积和特定的结构,在界面上吸附时,疏水残基和亲水残
5、基具有固定的分布模式,因而Pr在界面吸附必须有一定的取向,才有利于泡沫和乳状液的形成和稳定。通常Pr分子的大部分仍然保留在体相中,仅有一小部分固定在界面,如果Pr分子的构象有一定的柔顺性,则有利于Pr在界面的吸附和取向,如酪蛋白分子具有高度的柔顺性,一旦在界面吸附时,可迅速发生构象转变,以适合界面性质的需要。因此,有较多的肽段结合到界面。相反,刚性球状Pr(如溶菌酶和大豆蛋白)在界面上不能广泛地发生转变 在界面上柔顺性多肽链具有三种典型的构型(图5-9):列车形、环形和尾形。具有柔顺性的蛋白质可能以一种或多种构型同时在界面上存在。一般列车形是多肽链段直接与界面接触形成的;多肽链段悬浮在水相时呈
6、环形;肽链的N一端和C-端位于水相时呈为尾形。其中列车形在界面上出现的概率较多,且与界面强烈结合,并呈现出较低的表面张力 蛋白质在界面的稳定性决定了它在界面所形成膜的机械强度,而膜的强度又与分子间的相互作用、静电吸引、氢链和疏水相互作用有关。二硫键的形成可以增加蛋白质膜的黏弹性。当界面膜中蛋白质的浓度达到约20%25%(质量/体积)时,蛋白质则以凝胶状态存在。各种非共价键相互作用达到所需平衡时,才能使凝胶状膜稳定和具黏弹性。倘若疏水相互作用太强,则蛋白质会在表面絮凝、聚结甚至沉淀。当静电排斥力大大超过吸引力时,不易形成厚的内聚膜,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,1
7、.乳化性,乳化的概念:是将一种液体分散到另一种不相溶的液体中去的过程。或是指一种液体在另一种液体中紧密分散形成乳状液的现象,它是两种液体的混合而并非相互溶解 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,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,乳化活力:主要是指乳状液的总界面面积。常用乳化活力指数(EAI)来表示(表5-8),即单位质量的蛋白质所产生的界面面积,可根据乳状液的浊度(透光率T)与界面面积的关系,测得透光率后,再计算EAI T=2.303A/L(式中A为吸光度;L为光程) 根据光散射的Mie理论,乳状液的界面面积是它浊度的2倍。假设是分散
8、相(油)的体积分数,是每单位体积水相中蛋白质的量,那么可以根据下列式计算蛋白质的EAI EAI=2T/(1- ) 式中 (1- )代表在单位体积乳状液中总的蛋白质量,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质 1.乳化性,乳化容量或乳化能力(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)。在一定温度下,蛋白质水溶液(或盐溶液)或分散液在搅拌下以恒定速率不断加入油或熔化脂肪,当黏度陡然降低或颜色变化(特别是含油溶性染料)或者电阻增大时,即可察觉出相转变 乳状液稳定性(ES):通常以乳化后,其乳状液在一定温度下放置一定时间前后的体积变化值表示,即: ES=最
9、终乳浊液体积100/最初乳浊液体积 ES也可根据乳化后的乳状液在一定时间前后的浊度变化值表示, ES=T2/T1(T1为放置前A500nm,T2为放置1h后A500nm),第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质 1.乳化性,(4)关于评价蛋白质的乳化性质,目前尚无标准的统一方法,只能是相对比较。许多因素对乳状液的特性和乳化结果都将产生影响,影响蛋白质乳化作用的因素有: 蛋白质的溶解度(正比关系) pH=pI,溶解度减少时,降低其乳化作用(多数蛋白质) pH=pI,溶解度增加,增加其乳化作用。如血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在pH=pI,具有较高的溶解度 与蛋白质表面疏水性存在
10、正相关 适当热诱导蛋白质变性,可增强其乳化作用,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质 1.乳化性,2.起泡性,蛋白质的起泡性质:是指蛋白质在汽-液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力 食品泡沫:通常是气泡在连续的液相或可溶性表面活性剂的半固相中形成的分散体系。气泡的直径从1m到几个cm不等。典型的食品例子就是冰淇淋、啤酒等 泡沫的构成:气体 、液体(含蛋白质的水溶液或悬浊液)、表面活性剂 (能使 气/液界面张力) 对食品泡沫要求:含有大量的气体;在气相和连续相之间要有较大的表面积;溶质的浓度在表面较高;要有能膨胀、具有刚性或半刚性和弹性的膜;有可反射的光,看起来
11、不透明。泡沫食品的柔软性依气泡体积及薄层的厚度及流变学性质而定 产生的泡沫方法:将气体通过一个多孔分配器鼓入低浓度蛋白质溶液中产生泡沫在有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高压气体通入蛋白质溶液,突然减压,气体膨胀形成泡沫,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,2.起泡性,泡沫性质评价,图5-12 形成泡沫的图解,A-液体体积;B-掺入的气体体积;C-分散体的总体积; D-泡沫中的流体体积(=E-B);E-泡沫体积,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,稳定泡沫体积 = 100E(泡沫体积)/A (液体体积) 膨胀量(率)
12、=100B(掺入的气体体积)/A =100(C(分散体的总体积)-A)/A 起泡能力=100B/D(泡沫中的流体体积) 泡沫相体积=100B/E,2.起泡性,不同溶液蛋白质的起泡能力,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,2.起泡性,影响泡沫形成和稳定性的环境因素 蛋白质的浓度: 2一8,随着浓度增加起泡性增加。超过10,气泡变小,泡沫变硬 温度 :泡沫产生前适当的加热处理可提高起泡性能。过度的热处理则会损害起泡能力 pH值:大多数食品泡沫是在蛋白质非pI的条件下制备的。例外:卵清蛋白。在pI时蛋白质的溶解度很低,形成泡沫数量较少(泡沫膨胀率较低),但泡沫的稳定性较高
13、盐:盐析时则显示较好的起泡性质。盐溶时则显示较差的起泡性质。NaCl:增加膨胀度和降低泡沫的稳定性;Ca2+:能同蛋白质的羧基形成盐桥而提高了泡沫的稳定性,一、蛋白质的界面性质,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,2.起泡性,影响泡沫形成和稳定性的外界因素 糖:损害蛋白质的起泡能力,却改进了泡沫的稳定性 脂:脂肪破坏蛋白质的起泡性质,泡沫稳定性下降 机械处理:适当的搅拌(强度、时间)会使蛋白质伸展而产生吸附和形成泡沫,过度搅拌则会使蛋白质不能有效吸附在界面上而产生絮凝,大大降低膨胀度和泡沫的稳定性 加热处理:加热会使气体膨胀、不利于泡沫的形成,粘度降低。但发泡前对蛋白质进行适当的热处理对其
14、发泡是有利的,此时可使蛋白质分子伸展并有利于其在空气-水界面上的吸附 在某些食品加工中有时不需要产生泡沫,如浓缩、发酵等过程,可能因泡沫的产生造成产物损失或减慢加工速度,此时可加入消泡剂来消除泡沫,第5章 蛋白质 5.5蛋白质的功能性质,一、蛋白质的界面性质,二、黏弹性,小麦蛋白是众多食品蛋白质中唯一具有形成黏弹性面团特性的蛋白质 当小麦面粉与水(约3:1)于室温下混合、揉搓,形成强内聚性和黏弹性的面团,再通过发酵、焙烤便制成面包 小麦面粉中蛋白质的种类 可溶性蛋白:占总蛋白的20%,包括清蛋白(溶于水)和球蛋白(溶于10%NaCl),以及少量的糖蛋白,它们与面团的形成无关; 不溶性蛋白即面筋
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