蛋白质功能特性

二、蛋白质的表面性质（乳化、气 泡）
• 蛋白质是两性分子，它们能自发地迁移 至气—水界面或油—水界面，所有的蛋白 质都是两亲的，但是它们在表面性质上存 在显著的差别，因为蛋白质的界面性质非 常复杂。
1、蛋白质的乳化特性
• 乳化性是指两种以上的互不相溶的液体，例如 油和水，经机械搅拌或添加乳化液，形成乳浊液 的性能。一些天然加工食品，如牛奶、蛋黄、椰 奶、豆奶、奶油、人造奶油、色拉酱、冷冻甜食、 法兰克福香肠、香肠和蛋糕，都是乳状液类型产 品。 • 蛋白质是天然的两亲物质，既能同水相互作用， 又能同脂质作用。在油/水体系中，蛋白质能自发 地迁移至油—水界面和气—水界面，到达界面上 以后，疏水基定向到油相和气相，而亲水基定向 到水相并广泛展开和散步，在界面形成蛋白质吸 附层，从而起到稳定乳状液的作用。
（2）乳状液的稳定性
• 乳状液形成后，测量乳状液的最初体积， 然后在低速离心机或者静置状态下放几小 时后测定乳状液中未分离的最终体积。ES= （乳状液的最终体积 / 乳状液的最初体积） × 100
（3）乳化活性指数
• • • • • • 乳化活性指数是反映蛋白质乳化活性的大小。 EAI=2T/ΦC T 为浑浊度； Φ为乳浊液中油相的体积分数； C 为单位体积蛋白质水溶液中蛋白质的质量。 乳化性质是蛋白质重要功能之一，蛋白质与脂 类的相互作用有利于食品体系中的分散及乳浊液 的稳定，但是也可能产生不利的影响，特别是从 富含脂肪的原料中提取蛋白质时，会因为乳浊液 的形成而影响蛋白质的提取和纯化，这些在具体 的加工生产中必须注意。
3、蛋白质水合性质的测定
• 实际生产中通常以持水力或者保水性来 衡量蛋白质水合作用的大小，持水能力是 蛋白质吸收水并将水保留在蛋白质组织中 的能力，被保留的水是指结合水、流体动 力学水和物理截留水的总和。蛋白质的持 水力或结合水能力影响食品的嫩度、多汁 性、柔软性，也与焙烤食品和其他凝胶食 品的理想质构有关，所以对食品品质具有 重要的实际意义。常用的测定蛋白质水合 性质方法有以下几种：
蛋白质功能特性
一、蛋白质的水合性质（溶解性、 黏度）
蛋白质的水合是通过蛋白质的德肽键和氨基酸 侧链与水分子间的相互作用而实现的。 • 干的浓缩蛋白质或离析物在应用时必须水合， 食品的流变性质和质构性质也取决于水与其他食 品组分，尤其像蛋白质与多糖等大分子的相互作 用，水能改变蛋白质的物理化学性质。此外，蛋 白质的许多功能性质，如分散性、湿润性、溶解 性、持水能力、凝胶作用、增稠、黏度、凝结、 乳化和气泡等，都取决于水—蛋白质的相互作用。 因此了解食品蛋白质的水合性质和复水性质在食 品加工中有重要的意义。 •
• 很多因素影响着蛋白质的乳化性质，包括内在因 素，如pH、离子强度、温度、低分子量的表面活 性剂、糖、油相体积分数、蛋白质类型和使用的 油的熔点等；外在因素，如制备乳状液的设备类、 几何形状、能量输入强度和剪切速度等。 • 测定蛋白质乳化性质的常用的方法有乳化能力、 乳化活性指数和乳状液的稳定性。
1、溶解性
• 蛋白质的溶解度是蛋白质—蛋白质和蛋白质— 溶剂相互作用达到平衡的热力学表现形式。蛋白 质的溶解性，可以用水溶性蛋白质（WSP）、水 可分散性蛋白质（WDP）、蛋白质分散性指标 （PDI）、氮溶解性指标（NSI）来评价。蛋白质 溶解度的大小与pH值、离子强度、温度和蛋白质 浓度有关。 • 蛋白质在水中形成的实际是胶体分散体，作为 有机大分子化合物，蛋白质在水中以胶体态存在， 并不是真正化学意义上的溶解态，所以蛋白质在 水中形成的是胶体分散系，只是习惯上将它称为 溶液。
影响蛋白质的溶解性因素
• 1.氨基酸组成与疏水性：疏水相互作用增加了蛋白质与蛋白质 1.氨基酸组成与疏水性： 氨基酸组成与疏水性 之间的相互作用，使其溶解下降， 之间的相互作用，使其溶解下降，离子相互作用有利于蛋白质 与水的相互作用，增加溶解性。 与水的相互作用，增加溶解性。 • 2.PH：PH不在 （等电点）时蛋白质分子带点溶解性大，等电 2.PH： 不在 不在PI（等电点）时蛋白质分子带点溶解性大， 点是溶解度最小。（例外β 乳球蛋白呵呵牛血清蛋白在等电点 。（例外 点是溶解度最小。（例外β-乳球蛋白呵呵牛血清蛋白在等电点 时溶解度高） 时溶解度高） • 3.离子强度：μ<0.5时盐溶效应，增加了蛋白质的溶解性； 3.离子强度 离子强度： 时盐溶效应， 时盐溶效应 增加了蛋白质的溶解性； 时盐析作用， μ>1时盐析作用，蛋白质和盐离子之间挣夺水，其溶解度下降。 时盐析作用 蛋白质和盐离子之间挣夺水，其溶解度下降。 • 4.温度：0°C~40或50°C随温度的增加溶解增大，高于这个 4.温度 温度： ° 随温度的增加溶解增大， 或 ° 随温度的增加溶解增大 范围随温度的增加而减低。 范围随温度的增加而减低。 • 5.有机溶剂的影响：有机溶剂使水的介电常数降低，增加了蛋 5.有机溶剂的影响 有机溶剂使水的介电常数降低， 有机溶剂的影响： 白质分子内和分子之间的静电作用，溶解度降低。 白质分子内和分子之间的静电作用，溶解度降低。
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2、蛋白质的起泡性质
• 泡沫通常是指气泡分散在含有表面活性剂的连续液相或半固体的分散 体系。许多加工食品是泡沫型产品，如搅打奶油、蛋糕、蛋白甜饼、 面包、蛋奶酥、冰激淋、啤酒等。蛋白质能作为起泡剂主要取决于蛋 白质的表面活性和成膜性，例如鸡蛋清中的水溶性蛋白质在鸡蛋液搅 打时可被吸附到气泡表面来降低表面张力，又因为搅打过程中的变性， 逐渐凝固在气液界面间形成有一定刚性和弹性的薄膜，从而使泡沫稳 定。 • 形成泡沫通常采用的方法有：一是将气体通过一个多孔分配器鼓 入低浓度的蛋白质溶液中产生泡沫；二是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；三是将一个预先被加压的气 体溶于要生成泡沫的蛋白质溶液中，突然减压，系统中的气体则会膨 胀而形成泡沫。 • 蛋白质起泡性的评价指标主要有：泡沫的密度、泡沫强度、气泡 的平均直径和直径分布、蛋白质气泡能力和泡沫的稳定性，最常使用 的蛋白质起泡力合泡沫的稳定性。
• 在恒定的 pH 值和离子强度下，大多数蛋白质的溶解度 在 0-40℃范围内随着温度的升高而提高，而一些高疏 水性蛋白质，像β - 酪蛋白和一些谷类蛋白质溶解性与 温度呈负相关。等温度超过 40 ℃时，由于热导致蛋白 质结构变性，促进聚集和沉淀作用，使得蛋白质的溶解 度下降。 • 加入有机溶剂，会降低水分子的介电常数，提高蛋 白质分子内和分子间的静电作用力，导致蛋白质分子结 构的展开；而且介电常数的降低促进暴露的肽集团之间 氢键的形成和带相反电荷集团之间的静电相互吸引作用， 这些相互作用导致蛋白质在有机溶剂-水体系中溶解度 减少甚至沉淀。
• 蛋白质的溶解度影响其功能性质，包括增稠、气泡、乳 化和凝胶作用，起始溶解性较大的蛋白质，能使蛋白质 分子迅速地在体系中扩散，也有利于蛋白质分子向空气 或油水界面扩散，有利于蛋白质其他功能性质的提高。 蛋白质溶解度大小在实际应用中非常重要，蛋白质溶解 也是判断蛋白质潜在应用价值的一个指标，此外，蛋白 质的溶解性也与其在饮料中的应用直接相关。
2、测泡沫稳定性的方法
泡沫稳定性的测定一是在泡沫起泡后，迅速测 定泡沫体积，然后放置一段时间后测定泡沫的体 积，继而得泡沫稳定性。泡沫稳定性也随着蛋白 质浓度的变化而变化。 • 泡沫稳定性 =(泡沫放置 30min 后体积 / 泡沫 的初体积)× 100 • 泡沫稳定性的测定二是测定液膜完全排水或排 水一半所需要的时间。如果是搅打起泡，测定需 要在特制不锈钢仪器中进行，有专门的下水装置 收集排水，连续测量排水过程和时间。 •
2、黏度
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溶液的黏度反映了它对流动的阻力，黏度不仅可以稳定食 品中的被分散成分，同时也直接提供良好的口感，或间接改善 口感，例如控制食品中一些成分结晶、限制冰晶的成长等。影 响蛋白质黏度的主要因素是溶液中蛋白质分子或颗粒的表观直 径，表观直径主要取决于蛋白质分子固有的特性，蛋白质—溶 剂间的相互作用，蛋白质—蛋白质间的相互作用。在常见的加 工处理中如高温杀菌、蛋白质水解、无机离子的存在等因素也 均会严重影响蛋白质溶液的黏度。 • 蛋白质体系的黏度和稠度是流体食品如饮料、肉汤、沙司 和奶油的主要功能性质，影响食品的品质和质地，黏度在泵的 输送、混合、加热、冷却和喷雾干燥等食品加工中也要实际意 义。 • 黏度和溶解性之间具有相关性，将不溶性的蛋白质置于水 介质中不显示高的黏度；吸水性差和溶胀性小的易溶蛋白质在 中性或等电点 pH 值时黏度也低；而在起始吸水性大的可溶性 蛋白质具有高具有高黏度。
• 气泡的必要条件 • 1.快速的吸附到水-气界面 • 2.必须易在界面上易展开重排 • 3.必须在界面上形成一层粘合性膜 • 影响泡沫稳定的因素 • 1.PH：PH可以影响蛋白质的溶解度， • 2.盐类:加盐减少溶液的粘性，有利于泡沫膨胀，但降低了泡沫 稳定性。 • 3.糖类：加糖可增加溶液的沾性，泡沫稳定性增加，但抑制泡沫 膨胀。 • 4.脂类：脂类严重影响气泡稳定性，可以作为消泡剂 • 5.蛋白质浓度：蛋白质在2%~8%之间显示最高的起泡性。 • 6.温度：适当加热蛋白质部分变性改善泡沫的起泡性 • 7.搅动时间和和强度：是蛋白质充分的伸展、吸附。
• （1）相对湿度法 • 测定一定水分活度时所吸收或丢失的水量，该法可用于评 价蛋白粉的吸湿性和结块现象。 • （2）溶胀法 • 将蛋白质粉末置于下端有刻度毛细管的沙芯玻璃过滤器， 使其自发地吸收过滤器下面毛细管中的水，即可以测定水合作 用的速度和程度。 • （3）水饱和法 • 水饱和法是测定蛋白质饱和溶液所需要的水量。 • （4）过量水法 • 使得蛋白质样品同超过蛋白质所能结合的过量水接触，通 过过滤或低速离心或挤压，使得过剩水分离。这种方法适用于 溶解度低的蛋白质，但对于含有可溶性蛋白质的样品必须校正。 溶胀法、过量水法、水饱和法可以用来测定结合水、不可冻结 水及蛋白质分子间借助于物理作用保持的毛细血管水。
（1）乳化容量
• 乳化容量又叫乳化能力是指在乳状液相 转变前每克蛋白质所能乳化油的体积 （mL）。它是将一定量的蛋白质配成水溶 液，在不断搅拌下以不变的速度加入油或 溶化的脂，在颜色变化、黏度变化或者是 电阻突然增加是测定相转变到来时加入油 的体积。一般 EC 随着蛋白质浓度的增加而 降低，在测定乳化能力时需要固定蛋白质 溶液的浓度。