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蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用_食品蛋白质检测

蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用

蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用

1 蛋白质与水的相互作用:蛋白质的水溶性

蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键(偶极-偶极相互作用或氢键),或氨基酸的侧链(解离的、极性甚至非极性基团)同水分子之间发生了相互作用。

影响蛋白质水溶性的应素很多:

(1)pH>pI 时,蛋白质带负电荷,pH=pI 时,蛋白质不带电荷,pH 时,蛋白质带正电荷。溶液的pH 低于或高于蛋白质的pI 都有利于蛋白质水溶性的增加,一方面是加强了蛋白质与水分子的相互作用,另一方面蛋白质链之间的相互排斥作用。等电沉淀。

(2)离子强度:μ=0.5ΣCiZi2,Ci 表示离子强度,Zi 表示离子价数。

盐溶:当溶液中的中性盐浓度在0.5mol/L 时,可增加蛋白质的溶解性,盐作用减弱蛋白质分子之间的相互作用。

盐析:当溶液中的中性盐的浓度大于1mol/L 时,蛋白质会沉淀析出,这是盐与蛋白质竞争水分的结果。

不同盐类对蛋白质的盐析作用强弱不同。将这种强弱顺序称为感胶离子序:

(3)非水溶剂:有些有机溶剂可引起蛋白质变性沉淀,主要是有机溶剂降低了水的介电常数,蛋白质之间的静电斥力降低。

(4)温度:温度低于40-50℃时,随温度的增大水溶性增大,当温度大于50℃,随温度的增大,水溶性降低。

根据蛋白质的溶解性对蛋白质分类:

(1)清蛋白:可溶于pH6.6 的水中,血清清蛋白,卵清蛋白,α-乳清蛋白;

(2)球蛋白:能溶于pH7 的稀碱溶液,β-乳球蛋白;

(3)醇溶蛋白:能溶于70%的乙醇,玉米醇溶蛋白;(4)谷蛋白:在上述溶剂中都不溶解,但可溶于酸(pH2)或碱(pH12)。

2 织构化

在许多食品体系中,蛋白质是构成食品结构和质地的基础,无论是生物组织(鱼和肉的肌原纤维蛋白),还是配制食品(如面团、香肠、肉糜等)。还可以通过织构化加工植物蛋白使其具有咀嚼性及持水性的纤维状产品。

一般蛋白质织构化的方法有:

(1)热凝固和薄膜形成:豆浆在95℃保持几小时,表面会形成一层薄膜,如腐竹的生产。一般工业化蛋白质织构化是在光滑的金属表面进行的;

(2)纤维形成:纤维纺丝。大豆蛋白纺丝:在pH10 时制备高浓度10-40%的纺丝溶液→脱气→澄清→通过管蕊板,每平方厘米1000 孔,孔径为50-150μm→酸性氯化钠溶液(等电沉淀或盐析)→压缩→成品。

(3)热塑挤压:

使蛋白质中的含水量为10-30%,在高压下10000-20000kPa,使其在

20-150s 内温度升高到150-200℃。挤压通过蕊板,一般在蛋白质中加入淀粉可改善其质地。

3 凝胶形成:

蛋白质形成凝胶的机制和相互作用至今还没有完全研究清楚,但有研究表明蛋白质形成凝胶有两个过程,首先是蛋白质变性而伸展,而后是伸展的蛋白质之间相互作用而积聚形成有序的蛋白质网络结构。

影响蛋白质凝胶形成的因素有:

(1)蛋白质的浓度:蛋白质溶液的浓度越大越有利于蛋白质凝胶的形成,高浓度蛋白质可在不加热、与等电点相差很大的pH 条件下形成凝胶。

(2)蛋白质的结构:蛋白质中二硫键含量越高,形成的凝胶的强度也越高,甚至可以形成不可逆凝胶,如卵清蛋白,β-乳球蛋白。相反含二硫键少的蛋白质可形成可逆凝胶,如白明胶等。

(3)添加物:不同的蛋白质相互混合,可促进凝胶的形成,将这种现象称为蛋白质的共凝胶作用。在蛋白质溶液中添加多糖,如在带正电荷的明胶与带负电荷的褐藻酸盐或果胶酸盐之间通过离子相互作用形成高熔点凝胶。

(4)pH:pH 在pI 附近时易形成凝胶。

4 面团形成

小麦胚乳中的面筋蛋白质在当有水分存在时在室温下混合和揉搓能够形成强内聚力和粘弹性糊状物的过程。水合的面粉在混合揉搓时,面筋蛋白质开始取向,排列成行或部分伸展,这样将增强蛋白质的疏水相互作用并通过二硫交换反应形成二硫键。最初的面筋颗粒形成薄膜,形成三维空间上具有粘弹性的蛋白质网络。

影响蛋白质面团形成的因素有很多:

(1)氧化还原剂:还原剂可引起二硫键的断裂,不利于面团的形成,如半胱氨酸;相反氧化剂可增强面团的韧性和弹性,如溴酸盐;

(2)面筋含量:面筋含量高的面粉需要长时间揉搓才能形成性能良好的面团,对低面筋含量的面粉揉搓时间不能太长,否则会破坏形成的面团的网络结构而不利于面团的形成;

(3)面筋蛋白质的种类:利用不同比例的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白进行实验,发现麦谷蛋白决定面团的弹性、粘结性、混合耐受性等,而麦醇溶蛋白决定面团的延伸性和膨胀性。

5 乳化性质

蛋白质在许多乳胶体食品体系中起着重要的作用,如牛奶、冰淇淋、肉馅等。蛋白质对水/油体系的稳定性差,而对油/水体系的稳定性好。

影响蛋白质乳化的因素:

(1)盐:0.5-1.0mol/L 的氯化钠有利于肉馅中蛋白质的乳化;

(2)蛋白质的溶解性:蛋白质的溶解性越好,其乳化性也越好,但蛋白质的乳化性主要与蛋白质的亲水-亲油平衡性有关;

(3)pH:有些蛋白质在pI 时乳化性最好,而有些蛋白质在pI 乳化性最差;

(4)热作用:热不利于蛋白质乳化性的发挥。

6 起泡性质

在食品体系中蛋白质起泡的现象非常常见,如蛋糕、棉花糖、蛋奶酥、啤酒泡沫、面包等。蛋白质泡沫其实质蛋白质在一定条件下与水分、空气形成的一种特殊形态的混合物。

影响蛋白质起泡的因素有:

(1)盐类:氯化钠一般能提高蛋白质的发泡性能,但会使泡沫的稳定性降低,Ca2+则能提高蛋白质泡沫的稳定性。

(2)糖类:糖类会抑制蛋白质起泡,但可以提高蛋白质泡沫的稳定性。

(3)脂类:脂类对蛋白质的起泡和泡沫的稳定性都不利。

(4)其他:蛋白质浓度为2-8%时,起泡效果最好,除此之外还与搅拌时间,强度、方向等有关。

有时由于蛋白质的起泡而影响加工工艺的操作,要对蛋白质泡沫进行消除,常用的方法就是加入消泡剂——硅油。

7 风味结合作用

蛋白质可以使食品中的挥发性风味化合物在贮藏及加工过程中不发生变化,并在进入口腔时完全不失真的释放出来。

影响蛋白质风味结合作用的因素有:

(1)水:水可以提高蛋白质对极性风味化合物的结合作用,但对非极性风味化合物的结合没有影响;

(2)盐:凡能使蛋白质解离或二硫键断裂的盐类,都能提高蛋白质的风味结合能力;

(3)水解作用:蛋白质水解后其风味结合作用严重被破坏;

(4)热变性:热变性一般会使蛋白质的风味结合作用有所加强;

(5)其他:脱水,脂类存在。

蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用

蛋白质检测方法PK:凯氏定氮法VS杜马斯定氮法

蛋白质:作为七大营养素之一,具有提供能量、构成机体组织以及调节生理活动等重要生理功能。人体所需蛋白质主要从食物中摄取,因此,食品中蛋白质含量常作为评价食品营养质量的关键指标。国标GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中关于食品中蛋白质的检测方法主要分为

那么,这两种检测方法有何异同呢?

一、

凯氏定氮法是由丹麦化学家凯道尔于1883年率先提出,由于设备要求简单,自提出后便成为蛋白质测定的经典方法,广泛运用于蛋白质检测中。

杜马斯定氮法是由法国化学家杜马斯在1831年提出,虽然该法比凯氏定氮法早半个世纪提出,但由于当时设备条件难以满足杜马斯定氮法的要求,限制了其发展。直到上个世纪六十年代初,德国贺立士公司生产出世界上第一台杜马斯法快速定氮仪后,杜马斯定氮法才重新回到人们的视线。随着仪器的发展演变,杜马斯定氮仪也不断更新,也成为蛋白质的主要检测方法之一。

全自动凯氏定氮仪和自动进样器

二、

相同点

两种方法都是基于食品中蛋白质含量与食品中氮含量的比例关系换算的。如乳中蛋白质与氮含量的比值为6.38,大豆中蛋白质与氮含量的比值为5.71,普通食品中蛋白质与氮含量的比值为6.25。因此,两种方法均是通过测定食品中氮含量后再根据换算系数得到食品中蛋白质含量。

不同点

凯氏定氮法:

杜马斯定氮法:

三、

凯氏定氮法通过硫酸高温消化,只能将有机氮转化为无机铵,而对于硝态氮(如硝酸盐、亚硝酸盐)则不能转化。因此凯氏定氮法适用于不含硝态氮的食品、农产品、化妆品、医药等。

杜马斯燃烧法既能将有机氮转化为N2,又能将无机的硝态氮转化为N2。因此,杜马斯的应用更为广泛。

四、其他方面

在蛋白质检测中,凯氏定氮法往往会产生大量的硫酸蒸汽以及碱性废液,需要高成本的回收费用来减少环境破坏;相反,杜马斯燃烧法产生的废气主要为N2、CO2、H2O等,对环境基本无害,符合绿色环保的要求。

此外,凯氏定氮法检测一个样品的时间大约2-5小时,而杜马斯定氮法只需3-8分钟。

然而,由于凯氏定氮法仪器简单,根据标准,称样量从几十毫克到几十克不等,不仅能满足高蛋白质含量的样品检测,也能满足低蛋白质含量的样品检测。而杜马斯定氮仪由于仪器的限制,称样量一般不超过2g。因此,对样品的制样均匀性要求较高。而且对于低蛋白质含量的样品,由于称样量的限制,准确性不如凯氏定氮法。

因此,国家标准GB5009.5-2016中规定

杜马斯定氮仪

五、

在仪器高速发展的今天,自动化发展成为仪器发展的主要方向之一,既能提高准确性,又能节约人工成本、提高工作效率。

目前,凯氏定氮仪已经很少见原始的玻璃仪器装置,更多的为半自动凯氏定氮仪或全自动凯氏定氮仪。而自动进样器的推广使得测定蛋白质时需要的人工更少,仪器更加先进化。杜马斯定氮仪本身全自动,仅需将样品设置好后即可自动测定,更为便捷。

随着时代的发展,拥有更好的密封系统和更精密的检测器的杜马斯定氮仪,其准确性也不断提高。

有文献研究表明[1-3]:杜马斯定氮仪在检测蛋白质含量小于10g/100g的乳制品等食品时,具有与凯氏定氮法相同或更好的准确性和精密度。欧盟、美国等发达国家和国际组织,也将杜马斯定氮法列入食品安全标准中,甚至将杜马斯定氮法作为蛋白质检测的仲裁方法。杜马斯定氮法绿色环保的特性,也使得杜马斯定氮法在蛋白质检测的道路上具有更好的发展前景。

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