蛋白质在加工和贮藏中的变化

1蛋白质在加工和贮藏中的变化2013级食品质量与安全X班XXX201330520XXX摘要：本文以蛋白质为研究对象，探索了其在加工和贮藏这两大过程中理化性质的变化，包括热处理、碱处理、脱水处理、辐射处理等等，发现蛋白质在这些因素的作用下均有一定程度的改变。其中研究发现，在加工过程中，会有不利的如热变性、美拉德反应、赖丙复合物(LAL)生成、氨基酸的变旋等，而有利的有酶促褐变的制止、灭菌、含氮化合物利用率提高等；而在干燥后的贮藏过程中，热风干燥对蛋白质的不良影响较大，真空、冷冻干燥技术较小，真空干燥技术效果最佳。辐射处理对于蛋白质食品的保藏影响甚小，要避免强辐射情况。关键词：蛋白质加工贮藏理化性质引言在日常饮食中，我们常常会接触到富含蛋白质的食品，如蛋制品、鸡肉、猪肉、牛肉和水产品等等。而这些食品在生产到出售的过程中，都会必然会经历加工和贮藏这两个重要的过程，在很大程度上决定了最终产品的口感、风味、外观和营养价值。所以，研究蛋白质在加工和贮藏中的变化就显得尤为重要。本文综合性地研究了蛋白质在加工和贮藏中在理化层面上的变化，如热碱和低温处理、化学反应和脱水处理等等，发现这些因素都会对蛋白质性质造成一定有利或有弊的影响。1品蛋白在加工过程中的变化1.1热处理1.1.1蛋白质热变性以牛乳为例，我国国家标准将液态奶分为巴氏杀菌奶(Pasteurizedmilk)和杀菌奶(Sterilizedmilk)。根据企业生产的实际情况，巴氏杀菌奶还包括超巴氏杀菌奶。杀菌奶的主要产品形式为超高温瞬时灭菌奶，即UHT奶(Ultrahightemperaturesterilizedmilk)[1-2]。乳蛋白主要由酪蛋白和乳清蛋白组成，还含有少量其他蛋白质，如乳脂肪球膜蛋白。DouglasJr等(1981)研究了不同热加工产品的乳清蛋白中的氮含量，结果显示生鲜乳中无变性乳清蛋白检出，高温短时灭菌(HTST,hightemperatureshorttime)乳中含0.4%的变性乳清蛋白，UHT乳中的含量为56%。加热会造成乳清蛋白由于变性而变得不可溶，影响人体的吸收，同时也会造成赖氨酸降解，造成必需氨基酸的损失[3-4]。进一步针对乳清蛋白中可利用赖氨酸的含量的研究表明：生鲜奶、HTST奶及UHT乳中赖氨酸的含量有轻微减少，但这种减少不会影响牛乳的营养价值[5-6]。1.1.2美拉德反应美拉德(Maillard)反应常导致蛋白质非酶褐变的发生，是由于食品在热处理中，还原性性糖与氨2基酸反应生成糠氨酸、shiff碱、羟甲基糠醛等中间产物所致。美拉德反应不仅会使蛋白质外观变化，还会大大降低其营养价值。在乳粉的加工中，美拉德反应能够改变乳粉的颜色和风味，而且与乳脂的氧化息息相关，它的产生不仅影响蛋白质的营养价值，损坏维生素和生物素，而且会产生抗营养和有毒的化合物，同时改变牛乳的感官和功能特性，羟甲基糠醛是美拉德反应(氨基和羰基反应)的中间产物,生乳中并不含羟甲基糠醛，加热过程中羟甲基糠醛的产生与加热处理的温度和时间有关，乳中含羟甲基糠醛越多，褐变越严重[7]。然而也有研究表明，在不添加还原糖的情况下，UHT乳中的糠氨酸含量比巴氏乳高，然而糠氨酸含量降低有利于提高牛乳中含氮化合物的生物利用率［8］。因此在食品加工过程中应选择性避免产生美拉德反应。1.1.3蛋白质的保鲜热处理对蛋白质的影响也有其有利的一面。一般的温和型的热处理，如热烫和蒸煮可以使酶失活，可避免酶促氧化产生不良的色泽和风味，还可以使腐败微生物不可逆性死亡，延长食品的保质期。但如果热处理过度，蛋白质会发生氨基酸的脱氢、脱硫、脱二氧化碳反应，使氨基酸被破坏，从而降低了蛋白质的营养价值。1.2碱处理1.2.1赖丙复合物(LAL)的生成蛋白质在经过碱处理后,除了氨基酸发生变旋,某些氨基酸残基重新组合生成新的物质,赖丙复合物(Lysinoalanine,LAL)，其分子结构式如图1。图1赖丙复合物分子式LAL的生成与其他氨基酸的减少存在直接的关系。以腌制皮蛋的过程中为例，LAL与赖氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸损失量的关系见表1[9]。3表1赖丙复合物对赖氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸的影响赖氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸都是人体必需的氨基酸，而LAL却不能被人体消化吸收，影响人们的健康。另外，据研究表明，pH、温度对LAL的生成有一定影响，故在蛋白质的加工过程中可适量地控制pH和温度，从而尽可能地避免LAL的产生或降低其生成量。Hung-MinChangetal.(1999)对各个时期碱腌制皮蛋过程中蛋清和蛋黄中LAL的形成情况与皮蛋中氨基酸含量的变化进行了分析,结果表明:在前6天,蛋清中LAL形成很快,最后逐步增加到7mmol/100g蛋白质。pH由自然的8.95增加到11.73蛋清,然后到12。在前6d,影响LAL形成的主要是蛋清的pH,随后是蛋清和碱处理的时间。蛋黄中的LAL的形成是逐步的直到最后2.1mmol/100g蛋白。在20d的碱腌制过程中前9天,蛋黄的pH从自然的5.84快速升到8.92,随后逐步升到10.12。因此,蛋黄中LAL的形成主要受pH的影响（见图2[10]）。图2pH对LAL含量的影响4在20～80℃,LAL含量随着温度的升高而大大增加,但增加幅度和含量因蛋白质的种类而有所不同。LAL的增加不是一直随着时间的增加而增加,在100℃,LAL的含量降低(见图3[11])。在50℃产生的LAL比在95℃产生的多,这种情况可能由于高温下LAL发生分解。图3温度对LAL含量的影响1.2.2氨基酸的变旋作用碱可以使蛋白质的氨基酸发生变旋，氨基酸发生异构化，天然氨基酸的L-型结构将有部分转化为D-型结构。其中，pH和温度都会影响氨基酸的变旋现象。anielE.Schwassetal.(1984)对pH3.3到12.8的变旋进行了研究（见图4）。在酸性的条件下,11种氨基酸很少发生变旋。丝氨酸和Asp-Asn残基的变旋较为引人注目。在苜蓿叶蛋白和大豆分离蛋白中,丝氨酸甚至在pH7.0就发生变旋。pH8.5发生显著变旋。但是,在LA中,此种情况下就没有发生变旋。这表明在此pH范围丝氨酰在不同的蛋白质变性条件下变旋是不同的。在pH10,所有蛋白中的丝氨酸都发生了较大程度的变旋(25%～37%)。所有蛋白质中Asp～Asn直到pH10才发生变旋。LA中的Asp-Asn变旋程度较小。在pH10～12.8,和丝氨酸相比,Asp-Asn的变旋程度较小。这种不同可能是蛋白质固有的,与结构有关。一般的,除了丝氨酸和天门冬氨酸,在低于pH10条件下,蛋白质的残基很少发生显著的变旋。谷氨酸和苯丙酸在很多蛋白质中变旋的程度很相近。5图4pH对氨基酸变旋的影响许多蛋白质在进行碱处理时,温度对氨基酸的变旋有重要影响,影响程度D因构成蛋白质的氨基酸种类的不同有所差异。例如DanielE.Schwassetal.(1984)用0.1N的NaOH分别在22、37、55、85、100℃,对乳白蛋白(lactalbuminLA)、苜蓿叶蛋白(alfalfaleafprotein,LPC)、大豆分离蛋白(isolatedsoyprotein,ISP)几种蛋白质碱处理,每隔30、60、120、240min对消旋程度进行测定,结果见图4。异亮氨酸、脯氨酸、苏氨酸和缬氨酸发生消旋现象的倾向很小，而其他氨基酸的变旋程度随温度的升高而增大。6图5温度对氨基酸变旋的影响2食品蛋白在储藏过程中的变化2.1低温处理食品在冷藏过程中会发生的变化程度与食品的种类、成分、食品的冷却、冷藏条件密切相关。除肉类在冷却过程中的成熟作用有助于提高肉的品质外，其他变化均会引起食品品质的下降。研究和掌握这些变化及其规律将有助于改进食品冷却冷藏的工艺，以避免和减少冷藏过程中食品品质的下降。2.1.1水分蒸发干耗在低温处理中常常会出现。肉类在冷却和冷藏过程中的水分蒸发会在肉的表面形成干化层，质地变硬，保水性变差，也加剧了脂肪的氧化。肌肉中的水分以自由水、结合水和不易流动水三种形式存在,肌肉的保水性受肌节长度、pH、离子强度等因素的影响。肌肉在屠宰后立即冷冻,7由于肌浆和线粒体没有恢复释放钙离子的能力,使肌肉发生冷收缩,在解冻时会发生解冻僵直,肌动蛋白与肌球蛋白交联引起肌纤维收缩会使肉中的水分流失,肉的保水性变差,这样的肉食用硬度大、缺少多汁性[10]。2.1.2结构被破坏肉类食品经冷冻及解冻，组织及细胞膜被破坏，并且蛋白质之间发生了不可逆的结合替代了蛋白质和水之间的结合，解冻后自动氧化生成的过氧化物和游离基再与肌肉蛋白作用，是蛋白质聚合，氨基酸也被破坏。在冻藏过程中,由于冰晶增大而使肌肉纤维蛋白质脱水变性,电镜结果显示肌纤维出现明显的裂缝、空隙,粗细丝排列紊乱、松散,肌节、A带、I带以及横纹结构模糊甚至消失,Z板扭曲、断裂,严重时溶解消失,肌浆网体变形、破坏直至消失,肌原纤维中产生大量空泡等[10]。2.1.3变色、变味和变质肉类的变色、变味和变质往往与自身的氧化作用及微生物的作用有关。在冷藏过程中食品物料中嗜冷耐冷微生物的数量会增加，这是微生物繁殖的结果。2.2脱水处理2.2.1热风干燥以广式腊肠为研究对象，研究热风干燥对其水分、弹性的影响。拟采用以下工艺如表2[11]。表2广式腊肠热风干燥工艺设计在图6[11]中，热风干燥工艺条件对广式腊肠的干燥效果具有明显影响，提高温度或者延长干燥时间均能明显提高广式腊肠的干燥效果，其干燥失重变化符合一般物料的干燥规律。不同热风干燥阶段提高温度对成品的干燥失重具有一定影响，在第一减速干燥期（12→24h，即工艺2）提高温度对广式腊肠的干燥效果要强于第二减速干燥期后半段（36→48h，即工艺4）同样条件的干燥效果；不过总体而言，在第二减速干燥期的前半段（24→36h，即工艺3）提高温度，广式腊肠的干燥效果优于工艺2和工艺4，其最终的干燥失重达到85.47%[11]。8图6不同热风干燥工艺下广式腊肠水分含量的变化弹性表示物体在外力作用下发生形变，撤去外力后恢复原来状态的能力。肉制品的弹性除与原料肉的种类有关外，还与产品中的蛋白质在储存及加工过程中的物理化学性质有关[12]。不同热风干燥工艺条件下广式腊肠弹性的变化如下图7表示。从图7可知，延长热风干燥时间能明显提高广式腊肠的弹性；与工艺1相比，在热风干燥阶段提高温度也能提高广式腊肠的弹性，其中在第二减速干燥期的后半段提高干燥温度对广式腊肠弹性的影响最大（工艺4），弹性值高达2.30mm，其次为工艺2，弹性最小的为工艺3，为1.72mm[11]。图7不同热风干燥工艺下广式腊肠弹性的变化2.2.2真空干燥真空干燥技术可保持食品原有的形状并具有很好的速溶性和复水性。由于物料在升华前先冻结,形成了稳定的固体骨架,所以水分升华后固体骨架基本保持不变。在升华干燥过程中,固态冰晶升9华成水蒸气后在食品物料中留下了大量空隙,使得冻干食品具有海绵状多孔性结构,食品因此而具有理想的速溶性和快速复水性。复水后的食品无论其外观和形态及口味都与冻干前没有多大差异,复水率可达90%以上[13]。真空干燥技术还可以降低氧化速度、减少美拉德反应和其他化学反应的发生，对蛋白质的影响=小，是一种效果较好的干燥技术，尤其在在水产品加工方面有着广阔的应用前景。2.2.3冷冻干燥为防止蛋白质变性,目前广泛应用的是冷冻干燥技术(freeze-drying)。冷冻干燥技术是将含水物质在低温下冻结,然后在真空条件下通过对冻干物料加热使冰升华,再除去物料中部分吸附水,得到干制品。用这种方法的特征是:结构稳定,生物活性基本不变,易挥发性成分和受热易变性成分损失很少,呈多孔状。然而冷冻干燥过程存在着一些潜在的损伤危险。在预冷、一次干燥、二次干燥和储存过程中,蛋白质可能存在一定程度的变性。从二十世纪八、九十年代至今,普遍认为在冷冻干燥过程中冷冻和干燥都会引起蛋白质变性。Dean[14]认为在冷冻过程中缺少保护剂的情况下,蛋白质将失去活性;而脱水过程本身能使蛋白质损伤,从而使复水后的蛋白质失去活性。关于蛋白质在冻结过程中变性