蛋白质在食品加工中的变化【摘要】：因而，对食品蛋白质在加工和储藏中的变化作全面详细的了解，有助于我们选择适宜的处理手段和条件，来避免蛋白质发生不利的变化，从而促使蛋白质发生有利的变化。
大多数食品蛋白质在60～90℃条件下，经过温热处理1h或更短的时间，会产生适度变性。
对其所含氨基酸进行分析发现，适度变性的蛋白质中的氨基酸几乎没有发生变化。
在低温下储藏食品能抑制微生物的繁殖、抑制酶活性及降低化学反应速率的目的，从而延缓或防止蛋白质的腐败。
在食品工业中，从原料的处理加工到产品的储存、运输和销售的整个过程，往往涉及热处理、低温处理、脱水、碱处理和辐射，这些过程必然会引起蛋白质的物理、化学和营养变化。
这些变化有的有利于食品营养和产品质量，有的则不利。
因此，全面详细地了解食品蛋白质在加工和贮藏过程中的变化，将有助于我们选择合适的处理方法和条件，避免蛋白质发生不利的变化，从而促进蛋白质发生有利的变化。
蛋白质在加工、储藏过程中发生的主要化学反应如表3-16所示。
表3-16 蛋白质在加工、储藏过程中发生的主要化学反应一、热处理的影响热处理对食品加工中的蛋白质有很大的影响。
影响程度取决于加热温度、加热时间、湿度和还原性物质的存在等因素。
在热处理过程中，与蛋白质有关的化学反应包括蛋白质变性、蛋白质分解、氨基酸氧化、氨基酸键交换、新氨基酸键形成等。
因此，在食品加工中选择合适的热处理条件对保持蛋白质的营养价值具有重要意义。
大多数食品蛋白质在60～90℃条件下，经过温热处理1h或更短的时间，会产生适度变性。
蛋白质原有的肽链上的氢键因受热而断裂，使原来折叠部分的肽链松散，容易被消化酶作用，提高了蛋白质的消化吸收率。
因此，绝大多数蛋白质的营养价值经过温和热处理后得到了提高。
对其所含氨基酸进行分析发现，适度变性的蛋白质中的氨基酸几乎没有发生变化。
从营养学的角度来看，温和热处理所引起的蛋白质变性一般都是有利的。
例如，哺乳动物胶原蛋白在大量水存在的条件下，加热至65℃以上会出现伸展、解离和溶解现象；肌纤维蛋白在同样的条件下则出现收缩、聚集和持水力降低的现象。
一些植物蛋白通常含有像蛋白质一样的抗营养因子，通过温和的热处理可以破坏这些因子，从而提高食物的营养价值。
豆类和油籽的蛋白质中含有胰蛋白酶抑制剂和糜蛋白酶抑制剂，会降低蛋白质的消化率和生物利用率。
同时，这些抑制剂会导致胰腺过度产生胰蛋白酶和糜蛋白酶，使胰腺增大，甚至引起胰腺肿瘤。
豆类和油料种子的蛋白质也含有凝集素，也称为植物血凝素，是糖蛋白。
植物血凝素可导致红细胞凝集，红细胞对碳水化合物亲和力高，会与肠粘膜细胞的膜糖蛋白结合，从而影响肠道功能。
当人体摄入含有植物血凝素的蛋白质时，会破坏蛋白质的消化，引起其他营养素的肠道吸收障碍。
因为植物蛋白中的蛋白酶抑制剂和植物血凝素对热不稳定，适当的热处理可以解决这些问题。
热烫或蒸煮可使酶失活，如酯酶、脂肪氧合酶、蛋白酶、多酚氧化酶和其他氧化酶和糖酵解酶。
酶的失活可以防止食品在颜色、风味、质地上产生不良变化以及纤维素含量的降低。
如油籽和豆类中含有丰富的脂肪氧合酶，可以在分子氧存在下催化多不饱和脂肪酸氧化生成氢过氧化物，然后氢过氧化物分解释放出醛酮。
产生的酮会使大豆粉、大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白产生不良风味。
为了避免不良风味的形成，需要在粉碎原料前灭活脂肪氧合酶。
鸡蛋中的蛋白酶抑制剂(胰蛋白酶抑制剂和鸡蛋粘蛋白抑制剂)，牛奶中的蛋白酶抑制剂，纤维蛋白抑制剂等。
在有水的情况下，通过适度的热处理将会失活。
对蛋白质品质产生不利影响的热处理一般是过度热处理，因为强热处理蛋白质时，会发生氨基酸的脱氨、脱硫、脱二氧化碳反应，使氨基酸被破坏，从而降低蛋白质的营养价值。
当食品中含有还原糖时，赖氨酸残基可与还原糖发生美拉德反应，形成在消化道中不能被酶水解的schiff碱，从而降低蛋白质的营养价值。
非还原糖如蔗糖在高温下水解生成的羰基化合物和脂肪氧化生成的羰基化合物，均能与蛋白质发生美拉德反应。
强热处理还会导致赖氨酸残基与谷氨酰胺残基之间发生交联作用（图3-15）。
而在高温下对蛋白质进行长时间处理，会使其分子中的肽键在无还原剂存在时发生转化，生成蛋白酶无法水解的化学键，因而降低蛋白质的生物利用率。
图3-15 谷氨酸残基与赖氨酸残基的交联反应72℃巴氏杀菌时，牛乳中大部分酶可失去活性，而牛乳中的乳清蛋白、牛乳的香味和牛乳的营养价值变化不大；但若在更高温度下进行杀菌，酪蛋白发生脱磷酸作用，乳清蛋白发生热变性，从而对牛乳的品质产生严重的影响。
在进行杀菌时，肉类肌浆蛋白和肌纤维蛋白在80℃时即发生凝集，同时肌纤维蛋白中的—sh基被氧化生成二硫键；杀菌温度为90℃时，则会释放出h2s，同时蛋白质会和还原糖发生美拉德反应，使某些必需氨基酸失去其营养价值。
经过煎炸或烧烤处理的食品蛋白质可生成环状衍生物，其中有些具有强致突变作用。
肉在200℃以上条件加热时，蛋白质环化生成氨基咪唑基氮杂环（aias）类致突变化合物。
其中一类是由肌酸酐、糖和某些氨基酸（如甘氨酸、苏氨酸、丙氨酸和赖氨酸）的浓缩产品在剧烈加热时生成的咪唑喹啉类化合物。
在食品工业中，蛋白质往往还需要在碱性ph条件下进行热处理，如蛋白质的浓缩、分离、组织化、乳化或发泡等，此时将会发生一些不良的反应。
在碱性ph条件下热处理，精氨酸转变为鸟氨酸、尿素、瓜氨酸和氨，半胱氨酸转变成脱氢丙氨酸，从而引起氨基酸的损失。
在酸性ph条件下加热，丝氨酸、苏氨酸和赖氨酸的含量也会降低。
不过总体看来，热处理对食品蛋白质品质的影响是利大于弊的。
二、低温处理的影响低温保存食物可以抑制微生物的繁殖，抑制酶的活性，降低化学反应的速率，从而延缓或防止蛋白质的腐败变质。
通常，低温处理方法有:①冷却，即将食品的储藏温度控制在略高于食品的冻结温度，此时微生物的繁殖受到抑制，蛋白质较稳定，冷却处理对食品风味的影响较小；②冷冻及冻藏，即将食品的储藏温度控制在低于食品的冻结温度（一般为-18℃），这对食品的风味则有些影响，一般情况下冷冻处理对蛋白质的营养价值无影响，但对蛋白质的品质往往有比较严重的影响。
肉类食品经冷冻和解冻后，其组织及细胞膜被破坏，水—蛋白质结合状态被破坏，取而代之的是蛋白质—蛋白质之间的相互作用，形成不可逆的蛋白质变性。
这些变化导致肉类食品的质地变硬，持水性降低。
解冻后鱼肉变得干且有韧性，同时鱼脂肪中不饱和脂肪酸含量一般较高，在冻藏期间也极易发生自动氧化反应，生成的过氧化物和游离基再与肌肉蛋白作用，使蛋白质聚合，氨基酸也被破坏。
牛乳中的酪蛋白冷冻后，极其容易形成解冻后不易分散的沉淀，从而影响牛乳的感官品质。
蛋黄能冷冻并储存于-6℃，解冻后呈胶状结构，但若在蛋黄冷冻前加10%的糖或盐则可防止该现象的发生。
冷冻蛋白质的变性主要是由蛋白质分解密度的变化引起的。
随着温度下降，冰晶逐渐形成，使蛋白质分子中的水合膜减弱甚至消失，蛋白质侧链暴露出来。
同时，再加上冷冻中形成的冰晶的挤压，蛋白质分子相互靠近结合，产生蛋白质凝集沉淀。
蛋白质在冷冻条件下的变性程度与冷冻速度有关。
一般来说，冷冻速度越快，形成的冰晶越小，挤压作用越小，变性程度越小。
因此，食品工业一般采用速冻的方法，尽量保持食品原有的质地和风味。
三、脱水的影响食品脱水（dehydration）又叫作食品干燥，其目的在于提高食品的稳定性，延长食品的保藏期限，但同时对蛋白质的品质也将产生一些不利的影响。
食品经过脱水干燥后由于质量减轻、水分活度降低从而便于储存和运输。
蛋白质溶液中除去部分水，可引起所有非水组分浓度的增加，结果增加了蛋白质—蛋白质、蛋白质—糖类和蛋白质—盐类之间的相互作用，这些相互作用会明显地改变蛋白质功能性质。
蛋白质溶液中水分几乎全部除去后，常常引起蛋白质分子的大量聚集，特别是在高温下除去水分，可导致蛋白质溶解度和表面活性剧烈降低，食品的复水性降低、硬度增加、风味变劣。
食品工业中，常用的食品脱水方法如下：①热风干燥。
热风干燥后的畜禽肉、鱼肉会变得坚硬、复水性差、烹调后既无原来的风味又感觉坚韧，目前已经很少采用。
②真空干燥。
由于食品处于真空环境中，氧气分压低，所以氧化速度慢，同时干燥温度较低还可以减少美拉德反应和其他化学反应的发生。
与热风干燥相比，真空干燥对肉类品质的影响较小。
③冷冻干燥。
冷冻干燥的原理是使蛋白质的外层水化膜和蛋白质颗粒间的自由水在低温下结成冰，然后在真空下升华除去水分而达到干燥保存的目的。
冷冻干燥可使食品保持原有的色、香、味和形状，具有多孔性，有较好的回复性，是肉类脱水最好的干燥方法。
但是，冷冻干燥也会使部分蛋白质变性，持水性下降，不过对蛋白质的营养价值及消化吸收率没有影响，特别适用于对生物活性蛋白（酶、益生菌）的干燥。
④喷雾干燥。
液体食品以雾状进入快速移动的热空气，食品中的水分会被快速蒸发而得到小颗粒，同时颗粒物的温度能很快降低，所以对蛋白质本身的性质影响较小。
蛋白质食品或一些蛋白质配料常用喷雾干燥方法来脱去其中的水分。
干燥通常是制备蛋白质成分的最后一道工序，所以要注意干燥对蛋白质功能性质的影响。
干燥条件对粉末颗粒大小以及内部和表面孔隙的影响会改变蛋白质的润湿性、吸水性、分散性和溶解性。
充分干燥的研磨蛋白粉或浓缩蛋白可以形成小颗粒和大表面积。
与未经研磨的蛋白质相比，这可以提高蛋白质的吸水性、溶解性和起泡性。
当水以蒸汽的形式快速除去时，可以实现最小的颗粒收缩以及盐和糖向干燥表面的迁移，并且通常可以获得多孔的粉末颗粒。
四、碱处理的影响食品加工中，如果采用碱处理配合热处理，特别是在强碱性条件下，会使蛋白质发生一些不良的变化，如蛋白质的营养价值严重下降，甚至产生安全性问题。
蛋白质经过碱处理后会发生很多变化，生成各种新的氨基酸。
发生变化的氨基酸有丝氨酸、赖氨酸、胱氨酸和精氨酸等。
大豆蛋白在ph=12.2条件下，于40℃加热4h后，胱氨酸、赖氨酸逐渐减少，并有赖氨基丙氨酸的生成（图3-16）。
脱氢丙氨酸还可与精氨酸、组氨酸、苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸和色氨酸残基之间通过缩合反应形成天然蛋白质中不存在的衍生物，使肽链间产生共价交联（图3-17），从而造成蛋白质营养价值大大降低。
图3-16 脱氢丙氨酸残基的形成加热条件下的碱处理方式对蛋白质的影响更大。
这样处理会导致赖氨酰丙氨酸、羊毛硫氨酸、鸟氨酰丙氨酸的形成以及在分子间或分子内形成共价交联。
在强烈热处理条件下，赖氨酸和谷氨酰胺之间，或赖氨酸和天冬酰胺残基之间可分别形成肽链间共价键，高达15%的蛋白质赖氨酸残基参加了这个反应。
这种键的形成使蛋白质消化率和蛋白质效率比大大降低。
如果温度超过200℃，碱处理还可使精氨酸—胱氨酸、色氨酸、丝氨酸和赖氨酸等发生构型变化，与羰基相连的碳原子（手性碳原子）发生脱氢反应，生成平面结构的负离子，当再次形成氨基酸残基时，h+有两个不同的进攻位置，由天然的l-型转变为d-型，由于d-型氨基酸不具有营养价值，所以外消旋化将使蛋白质的营养价值降低（图3-18）。
