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食品生物化学•第一节概述•第二节蛋白质的化学组成•第三节氨基酸的化学•第四节蛋白质的结构•第五节蛋白质的理化性质•第六节蛋白质的分类•第七节食物中的蛋白质•第八节食品加工储藏对蛋白质的影响第四章蛋白质的化学食品生物化学学习目标1．掌握常见氨基酸的种类、结构/重要的性质以及常见氨基酸名称和符号。2．掌握蛋白质的组成、结构与功能的关系。3．掌握蛋白质的重要性质及在食品工业上应用。4．了解蛋白质的分类方法。食品生物化学第一节概述一、蛋白质的重要性蛋白质占人体干重的45%。动物的肌肉、皮肤、血液、毛发、指甲、内脏都以蛋白质为主要成分。最简单的生物如病毒，除了一小部分核酸外，其余的几乎都是蛋白质。在高等植物中，各种农作物种子是植物蛋白质丰富的来源。蛋白质是生物体的主要组成成分，更是与生命活动有着十分密切的关系，许多生命现象和生理活动往往是通过蛋白质来实现的。蛋白质还可以向生物体供能，大约占能量的14%。食品生物化学二、蛋白质的含量与分布动物性食品和植物性食品都含有丰富的蛋白质。动物性食品蛋白质常分布于肌肉、皮、骨骼、血液、乳和蛋中。植物性食品常分布于籽实和块根、块茎中。另外在微生物中也含有丰富的蛋白质。一般食物蛋白质含量:肉类(包括鱼类)为10%～30%；乳类为1.5%～3.8%；蛋类为11%～14%；干豆类20%～49.8%，坚果类(核桃仁、榛子仁等)为15%～26%；谷类果实6%～10%，薯类约为2%～3%。从食品科学的角度来看，蛋白质除了保证食品的营养价值外，对决定食品的色、香、味及质量特征方面也起着重要作用。食品生物化学第二节蛋白质的化学组成一、蛋白质的元素组成都含有碳、氢、氧、氮及少量硫，在蛋白质中以一定的比例关系存在。有些蛋白质还含有少量的磷、铁、铜、锌、锰、钴及钼等元素。一般干燥蛋白质的主要元素分析平均值为：碳50%～55%氮15%～17%氢6.5%～7.3%硫0.3%～2.5%氧20%～23%磷0%～1.5%食品生物化学糖和脂肪中一般只含碳、氢、氧三种元素，氮元素是蛋白质区别于糖和脂肪的特征，而且大多数蛋白质的含氮量都相当接近，一般都在15%～17%范围内，平均约为16%，即每100克蛋白质中含氮16克。因此在蛋白质的定量分析中，每测得1克氮即相当于6.25克蛋白质（100/16＝6.25），6.25称为蛋白质系数。二、蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本组成单位是氨基酸(aminoacid)。蛋白质是生物体内主要的生物大分子，因生物种类不同，其蛋白质的种类和含量有很大的差别，但蛋白质都主要是由20种氨基酸构成，称天然氨基酸或基本氨基酸。食品生物化学中文名称英文名称三字母缩写单字母符号甘氨酸glycineGlyG丙氨酸alanineAlaA缬氨酸valineValV亮氨酸leucineLeuL异亮氨酸isoleucineIleI脯氨酸prolineProP苯丙氨酸phenylalaninePheF酪氨酸tyrosineTyrY色氨酸tryptophanTrpW丝氨酸serineSerS苏氨酸threonineThrT半胱氨酸cysteineCysC蛋氨酸methionineMetM天冬氨酸asparticacidAsnD谷氨酸glutamicacidGluE赖氨酸lysineLysK精氨酸arginineArgR组氨酸histidineHisH天冬酰氨asparaginesAsnN谷氨酰氨glutamineGlnQ表4-120种氨基酸的中英文名称及简写符号食品生物化学第三节氨基酸的化学一、氨基酸的结构特征组成蛋白质的各种氨基酸在结构上有一个共同特点：在与羧基-COOH相连的碳原子(α-碳原子)上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。20种氨基酸不同之处在于它们的侧链(用R表示)。C2HNHRCOOH图4-1氨基酸的结构通式食品生物化学食品生物化学游离的氨基酸和蛋白质温和水解得到的氨基酸绝大多数是L-型氨基酸，D-型氨基酸主要存在于微生物中。二、氨基酸的分类1．根据氨基酸的化学结构分类分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。如苯丙氨酸、酪氨酸是芳香族氨基酸，而组氨酸、色氨酸、脯氨酸是杂环族氨基酸，其余是脂肪族氨基酸。也可根据R上的特殊基团分为含硫氨基酸如半胱氨酸和蛋氨酸；含亚氨基氨基酸如脯氨酸；含羟基氨基酸如丝氨酸和苏氨酸；含吲哚环氨基酸如色氨酸；含咪唑基氨基酸如组氨酸；含酰胺基氨基酸如天冬酰胺和谷氨酰胺；含羧基氨基酸如天冬氨酸和谷氨酸；含氨基氨基酸如赖氨酸。食品生物化学2.根据氨基酸的R基团或侧链特性可分四类（1）R基团无极性，疏水如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸。蛋白质分子中带有这些疏水氨基酸的部分在水中往往折叠到大分子的内部而远离水相。（2）R基团有极性，不带电荷、亲水如丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。蛋白分子中带有这类氨基酸的部分在水相中大多露在蛋白质分子表面与水接触。半胱氨酸能形成二硫键(-S-S-),有稳定蛋白质分子构象和使蛋白质折叠起来的作用。上述两类氨基酸即R基团无极性和R基团有极性的氨基酸也称中性氨基酸。（3）R基团带负电或称酸性氨基酸，如天冬氨酸和谷氨酸。食品生物化学（4）R基团带正电或称碱性氨基酸，如赖氨酸、精氨酸和组氨酸。3.从营养学角度分从营养学角度可将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸。必需氨基酸是人体生长发育和维持氮平衡所必需的，体内不能自行合成，必需由食物中摄取的氨基酸。必需氨基酸包括赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸八种。另外组氨酸、精氨酸在体内虽然能自行合成，但人体在某些情况或生长阶段会出现内源性合成不足，也需要从食物中补充，称为半必需氨基酸。对儿童来说组氨酸也是必需氨基酸。非必需氨基酸是其余的l0种氨基酸，包括甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和丙氨酸。食品生物化学分类名称结构式相对分子质量等电点甘氨酸COOH2NH2CH75.055.97丙氨酸3CHCHCOOH2NHChemPaster89.096.00缬氨酸3CHCH3CHCHCOOH2NH117.155.96亮氨酸CH3CH3CHCH2NHCOOH2CHChemPaster131.175.98中性氨基酸脂肪族氨基酸异亮氨酸3CHCH2NHCOOH2CHCH3CH131.176.02表4-2氨基酸的分类、结构及某些性质食品生物化学分类名称结构式相对分子质量等电点丝氨酸COOH2NH2CHHOCHChemPaster105.095.68含羟基氨基酸苏氨酸CH3CHOHCH2NHCOOH119.126.16半胱氨酸CH2NHCOOH2CHHS121.125.07含硫基氨基酸蛋氨酸CH2NH2CH2CHCOOHS3CH149.215.74天冬酰氨CH2NHCOOH2CHC2NHOChemPaster132.125.41中性氨基酸含酰胺基氨基酸谷氨酰氨2CH2CHCH2NHCOOHC2NHO146.145.65续表4-2氨基酸的分类、结构及某些性质食品生物化学分类名称结构式相对分子质量等电点含亚氨基氨基酸脯氨酸NHCOOH115.106.30苯丙氨酸2NHCOOHCH2CHChemPaster165.195.46芳香族氨基酸酪氨酸2NHCOOHCH2CHHOChemPaster181.195.66中性氨基酸含吲哚环氨基酸色氨酸2NHCOOHCH2CHNHChemPaster204.225.89续表4-2氨基酸的分类、结构及某些性质食品生物化学分类名称结构式相对分子质量等电点天冬氨酸CH2NHCOOH2CHHOOCChemPaster133.102.77酸性氨基酸谷氨酸2CH2CHCH2NHCOOHHOOC147.133.22赖氨酸2CH23(CH)CH2NHCOOH2NHChemPaster146.199.74组氨酸COOHCH2CH2NHNNHChemPaster155.167.59碱性氨基酸精氨酸23(CH)CH2NHCOOHNHC2NHNH174.2010.76续表4-2氨基酸的分类、结构及某些性质食品生物化学三、氨基酸的理化性质1.物理性质（1）溶解度氨基酸一般都溶于水，但不同的氨基酸在水中的溶解度不同，酪氨酸、胱氨酸、天冬氨酸、谷氨酸溶解度很小。赖氨酸、精氨酸溶解度很大。所有的氨基酸都能溶于稀酸或稀碱溶液中，而不溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂。因此，配制胱氨酸、酪氨酸等难溶的氨基酸溶液时，可以加一些稀盐酸。（2）旋光性蛋白质中的氨基酸，除甘氨酸外，都有不对称碳原子的结构，故都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（－）表示，右旋者通常用（+）表示。食品生物化学氨基酸的旋光度采用旋光仪测定，它与D/L型没有直接的对应关系，即使同一种L-型氨基酸，在不同的测定条件下，其测定结果也可能不同。（3）光吸收组成蛋白质的20种氨基酸都不吸收可见光。R基团含有芳香环共轭双键的色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸对紫外光有吸收，它们在波长280nm附近有最大吸收峰。蛋白质含有这些氨基酸，所以也有紫外吸收能力。在一定条件下，280nm的紫外光吸收与蛋白质溶液浓度成正比，利用该性质可测定蛋白质含量。（4）味感氨基酸的味与氨基酸的种类有关,还与它的立体构型有关。如L-型氨基酸一般无味或带有苦味，而D-型氨基酸多数带有甜味。L-谷氨酸钠盐（即味精）具有鲜味，常用来增加食品的风味。很多氨基酸在食品工业中作增味剂。食品生物化学名称阀值/mg/100ml甜苦鲜酸咸甘氨酸110+++丙氨酸60+++丝氨酸150++++苏氨酸260+++++脯氨酸300+++++赖氨酸50+++++甜味氨基酸谷氨酰氨250++缬氨酸150++++亮氨酸380+++异亮氨酸90+++蛋氨酸30++++苯丙氨酸150++++色氨酸90+++苦味氨基酸组氨酸20+++表4-3氨基酸的味感食品生物化学名称阀值/mg/100ml甜苦鲜酸咸组氨酸5+++++天冬酰氨100+++天冬氨酸3+++酸味氨基酸谷氨酸5+++天冬氨酸钠100+++鲜味氨基酸谷氨酸钠30+++续表4-3氨基酸的味感食品生物化学2．化学性质（1）氨基酸两性解离和等电点分子中既有碱性的氨基（-NH2），又有酸性的羧基（-COOH），它们可解离形成带正电荷的阳离子及带负电荷的阴离子，因此氨基酸是两性电解质。氨基酸解离过程和带电状态取决于溶液的pH。当某一pH条件时，氨基酸解离的阳离子及阴离子的数量相等，即氨基酸所带的净电荷为零时，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(isoelectricpoint，pI)。由于等电点时净电荷为零，氨基酸易凝集，此时氨基酸的溶解度最小，最易沉淀析出。根据这一原理，对于一个含有多种氨基酸的混合液可以分步调节其pH到某一氨基酸等电点，从而使该氨基酸沉淀达到分离的目的。食品生物化学CHR3+NH-OH+H+H-OHCHR-COO-COO2NHCOOHCHR3+NHpHpIpH=pIpHpI（2）与亚硝酸的反应反应所放出的氮气，一半来自氨基酸分子上的α-氨基氮，一半来自亚硝酸的氮，在一定条件下测定反应所释放的氮气的体积，就可计算出氨基酸的含量。这个反应是范斯莱克（Vanstyke）氨基氮测定方法的基础。CHCOOHR2NH2HNO+CHCOOHROH+2N+2HO食品生物化学（3）与水合茚三酮的反应α-氨基酸与水合茚三酮一起煮沸，生成蓝紫色物质。只有脯氨酸生成黄色物质。该反应非常灵敏，常用于纸色谱、离子交换法定性、定量测定氨基酸。食品生物化学食品生物化学（4）与甲醛反应氨基酸在水溶液中主要以两性离子形式存在，既能电离出H+，又能电离出OH－，但由于氨基酸水溶液的解离度很低，不能用碱直接滴定氨基酸的含量。当加入甲醛反应后促使氨基酸电离产生H+，使其pH下降，就可以用酚酞作指示剂，用NaOH溶液来滴定。每释放出一个H+，就相当有一个氨基氮，由滴定所消耗的NaOH的量可计算出氨基氮的含量，即氨基酸的含量。此法可用于测定游离氨基酸的含量，也常用来测