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蛋白质的改性摘要：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。0前言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。(4)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物理改性所谓蛋白质物理改性是指利用热、机械振荡、电磁场、射线等物理作用形式改变蛋白质的高级结构和分子间的聚集方式,一般不涉及蛋白质的一级结构。如蒸煮、搅打等均属于物理改性技术。质构化(texturization)也是一种物理改性，即是将蛋白质经水等溶剂溶胀、膨化后在一定温度下进行强剪切挤压或经螺杆机挤出或造粒的过程，通常用于食品加工，使蛋白质的密度降低，吸水率和保水性提高。物理改性主要用于蛋白的增溶和凝胶。据报道，小麦质构化蛋白产品，被切成薄片时，可吸收3倍于自重的水分，它们已成功地配用于汉堡包、咖喱调味食品、炖制辣味肉制品、油炸鸡胸脯和鸡块等制品的加工。[1]2.2化学改性蛋白质化学改性[2]是通过改变蛋白质的结构、静电荷、疏水基团，从而改变其功能性质，将化学试剂作用于蛋白质,使部分肽键断裂或者引入各种功能基团如亲水亲油基团、二硫基团、带负电荷基团等,利用蛋白质侧链基团的化学活性,选择地将某些基团转化为衍生物。通过酰化、脱酰胺、磷酸化、糖基化(即美拉德反应)、共价交联、水解及氧化等方法，改变蛋白质的溶解性、表面性质、吸水性、凝胶性及热稳定性等。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[3]。2.2.2酰基化改性酰基化一般有乙酰化和琥珀酰化。Barman等[4]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和H直接发生质子化作用。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。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。Naotoshi等[6]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,同时还没有失去本身的杀菌性。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.2.2.5磷酸化改性蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸与蛋白质上特定的氧原子(Ser、Thr、Tyr的-OH)或氮原子(Lys的氨基、Arg的胍基末端N)作用形成C-O-Pi或C-N-Pi的酯化反应。蛋白质的磷酸化改性可通过化学方法或酶法予以实现。常用的磷酸化试剂有化学磷酸化试剂和蛋白激酶。化学磷酸化试剂如磷酰氯(POCl3)、磷酸、三聚磷酸钠(STP)等,其中大规模应用于工业生产的为POCl3、STP。蛋白激酶如依赖于CAMP激活的蛋白激酶(CAMPdPK)、酪蛋白激酶(CK-)。据报道,用STP改性的小麦面筋蛋白的溶解度、乳化性及乳化稳定性、起泡性等都较未改性的面筋蛋白有显著提高[7]。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，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。2.3酶法改性酶改性的方式有很多种，酶法改性通常是蛋白酶的有限水解，改性的程度与酶量、底物浓度、水解时间等因素密切相关。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肽单位[8]。一般说来,蛋白酶的限制性水解可提高蛋白质的溶解性、乳化性和发泡性。合理地控制蛋白水解反应,生产生物活性肽,尤其是磷酰肽,具有促进钙、铁及其他微量元素吸收,防止骨中钙流失的作用。并且酶解过程十分温和，不会破坏蛋白质原有的功能性质，蛋白水解物易被人体消化吸收且具有特殊的生理功能[9]。3改性蛋白质的安全性对现有的蛋白进行改性其主要目的是：3.1防止有害化学反应（美拉德反应）由胺和羰基化合物的反应引发，在升高的温度下，分解和最终缩合成不溶解的褐色产物类黑素，对相应的氨基酸进行适当的修饰便可以避免这类反应。3.2改善功能性质（溶解度、起泡、乳化）。拓宽蛋白质的应用领域，例如利用热能，机械能，或者压力对蛋白质进行改性利用热能，机械能，或者压力对蛋白质进行改性热处理：蛋白质凝胶或凝聚，增加溶解度超声波：提高热变性或醇变性大豆蛋白的提取率，盐溶/疏水析出：形成蛋白胶状物蛋白纺丝/挤压膨化；化学法糖基化可通过改变蛋白质表面电荷和形成双亲结构来改善乳化性；在温和的酸性条件下面筋蛋白去酰胺作用导致蛋白质电荷密度增大，使改性蛋白质具有两亲性；3.3改善营养（去毒、去除抗营养因子、改善风味，结合氨基酸）例如，利用基因工程对大豆蛋白进行改性处理可以改变大豆球蛋白的组成，补充提高其营养价值，改变脂肪氧化酶同功酶组成，减少大豆产品的异味，改变脂肪合成酶系，使其脂类组成发生变化；在高蛋白质浓度下，酶催化交联反应能在室温下形成蛋白质凝胶和蛋白质膜，将赖氨酸或苯丙氨酸交联至谷氨酰胺残基，提高蛋白质营养；化学法和酶法将分子间或分子内共价交联引入蛋白质，能改进产品的质构性质如香肠、鱼糊、豆腐；嗜热菌蛋白酶产生的水解蛋白比胰蛋白酶、胃蛋白酶和胰凝乳蛋白酶具有较少的苦味；这些都对人类的生产生活带来类很大的益处。4应用前景蛋白质经改性后，其功能特性得到了显著地提高，一方面拓宽了蛋白质的应用领域，另一方面可以作为一些昂贵原材料的替代品，因此在食品工业中具有广阔的应用前景.改性大豆蛋白分子在分散液中表现较强的界面活性，具有一定程度降低界面张力的作用，有人研究用改性大豆蛋白作为橙汁混浊剂，发现其和水溶性胶、卵磷脂一起具有良好的混浊效果。改性蛋白质的溶解度在整个PH范围内有不同程度的提高，而且具有良好的起泡性和乳化性，可代替鸡蛋白用于低脂肪搅打产品，如杏仁糖、冷冻甜品等，也可替代酪蛋白钠用于生产高脂肪粉和咖啡伴侣[10]。酶法结合L-亮氨酸n-烷基醋的明胶代替传统的表面活性剂用于食品。结合亮氨酸烷基醋的明胶可用于生产果胶，结合亮氨酸的产品用于生产冰淇淋，在开始搅打的几分钟就具有高度的膨胀量，此表面活性剂用于生产蛋黄酱能形成良好硬度和胶粘性，用于面包生产它优于单甘酷，可得到优质面包，而且长时间贮存也不会硬化。然而，关于改性所产生的营养和毒理学上的问题研究得还比较少，这可能会阻碍蛋白质改性的迅速发展。参考文献[1]顾华孝.小麦质构化蛋白的性质和应用[J].粮食与饲料工业，2001(1)：4-44.[2]MatheisG.，WhitakerJ.R二Che}icalPhosphorylationofFoodProteins:AnOveriewandaProspectus.J.Agric.FoodChem，1984[3]GruenerL,IsmondMAH.FoodChem.,1997,60:357～363[4]Barman.B.G.，HansenJ.R;MosseyA.R二ModificationofthePhysicalPropertiesofSoyProteinIsolatebyAcetylation.J.Agric.FoodChem.1997[5]吴向明.改性大豆蛋白质应用开发.食品研究与开发,1997,1:32~3[6]Naotoshimatoet.alEmulsifyingandbactericidalpropertiesofaprotaminegalactomannanconjugatepreparedbydryheatingJ.Foodscience，1998，59(2):428-431．[7]王兰.磷酸化试剂在食品蛋白质改性中的应用.郑州工程学院学报,2003(1):51-54.Naotoshimatoet.alEmulsifyingandbactericidalpropertiesofaprotaminegalactomannanconjugatepreparedbydryheatingJ.Foodscience，1998，59(2):428-431．[8]莫文敏，曾庆孝.蛋白质改性研究进展[J].食品科学，2000，21(6)：6—[9]刘欣，徐红华.微生物蛋白酶改性大豆分离蛋白的研究进展[J].大豆通报，20