食品加工中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化對(duì)食品品質(zhì)的影響

李若昀 李云

蛋白質(zhì)是人體所需的三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，作為人體細(xì)胞的重要組成部分，是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。根據(jù)中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)發(fā)布的建議標(biāo)準(zhǔn)，綜合中國(guó)人的飲食習(xí)慣以及不同身高、體重的個(gè)體差異，一個(gè)成年人每天應(yīng)攝入的蛋白質(zhì)含量為60-90g。在日常生活中，我們主要從肉、蛋、奶以及豆類食品中攝取蛋白質(zhì)。

在食品的加工過程中，因?yàn)槟承┮蛩氐挠绊?，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)往往會(huì)發(fā)生變化，在改變食物外觀、口感的同時(shí)，也會(huì)影響食品的質(zhì)量安全。本文主要根據(jù)在食品加工中能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用的諸多因素，來分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)，以及對(duì)食品品質(zhì)的影響。

一、引發(fā)蛋白質(zhì)變性的因素

蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)原因是蛋白質(zhì)的酶、激素、抗原抗體等關(guān)系著蛋白質(zhì)活性的構(gòu)成成分遭到破壞，或者蛋白質(zhì)的肽鍵結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微變化，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的生物活性喪失，由此引發(fā)變性的后果。從外在客觀條件來看，蛋白質(zhì)的致變因素大致可以分成物理和化學(xué)兩類，高溫、加壓、脫水、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等都是重要原因。

1.導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的物理因素。（1）溫度。溫度作為蛋白質(zhì)維持活性的重要外在條件之一，因其具有兩個(gè)極端性，所以對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也存在兩方面的影響。當(dāng)溫度低時(shí)，蛋白質(zhì)中酶的活性較弱，蛋白質(zhì)狀態(tài)更加穩(wěn)定。而且蛋白質(zhì)的活性會(huì)隨著溫度降低而降低。當(dāng)溫度在一定范圍內(nèi)升高時(shí)，蛋白質(zhì)活性在一定程度上會(huì)增強(qiáng)。但當(dāng)溫度超過了蛋白質(zhì)性質(zhì)變化的臨界值后，蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的一些弱鍵斷裂，原本的肽鍵結(jié)構(gòu)遭到不可逆的改變，即使溫度再變回原來的狀態(tài)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也不能再回到原本樣貌。這也是為什么在加熱雞蛋等高蛋白質(zhì)食物時(shí)，食物會(huì)發(fā)生極大變化的原因。再比如，各種肉類中的肌紅蛋白在正常室溫下穩(wěn)定度較好，但是如果接受高溫加熱后，肌紅蛋白會(huì)發(fā)生肉眼可見的變化，在煎制牛排時(shí)這一現(xiàn)象表現(xiàn)最為明顯。五成熟的牛排還可以看到紅色的血水，但隨著溫度升高，肌紅蛋白就會(huì)發(fā)生變性，牛肉的顏色也逐漸變成黃褐色。

（2）液壓。很多時(shí)候液壓也能夠使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。有數(shù)據(jù)證明，大多數(shù)蛋白質(zhì)在高強(qiáng)度的壓力之下會(huì)發(fā)生變性，當(dāng)高壓配合高溫時(shí)，由于在高溫下分子運(yùn)動(dòng)更加劇烈，再加上高壓的條件，蛋白質(zhì)分子的體積、非共價(jià)鍵會(huì)受到極大的影響。但當(dāng)壓力足夠高時(shí)，即使在25℃的環(huán)境下，蛋白質(zhì)仍然可以發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。

（3）輻射。大部分的蛋白質(zhì)分子中都含有芳香族氨基酸殘基，紫外線以及各種射線都會(huì)被其吸收，正因?yàn)榈鞍踪|(zhì)有這一特性，所以常被用于測(cè)量蛋白質(zhì)含量。但芳香族氨基酸殘基在吸收各種輻射的過程中也會(huì)導(dǎo)致自身蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵發(fā)生變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子離子化或者游離基化等現(xiàn)象。在對(duì)食品進(jìn)行殺菌消毒的過程中，紫外線殺菌的方法在破壞細(xì)菌的DNA，使其失去增殖能力的同時(shí)，也會(huì)對(duì)食物自身的蛋白質(zhì)產(chǎn)生作用，但由于國(guó)家對(duì)紫外線殺菌有標(biāo)準(zhǔn)，所以其對(duì)食物中蛋白質(zhì)的影響在可接受的范圍內(nèi)，所以經(jīng)過紫外線殺菌的食物大多不會(huì)產(chǎn)生安全問題。

2.導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的化學(xué)因素。（1）酸堿。在導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的原因中，蛋白質(zhì)所處環(huán)境的pH是其中一個(gè)，過酸或過堿都會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。這主要是因?yàn)閹щ姾傻膫?cè)鏈沒有在規(guī)定的pH下帶有合適的電荷，從而導(dǎo)致靜電力起不到作用，正常的結(jié)構(gòu)形態(tài)無法正常維持。按照不變性電泳時(shí)的pH來看，一般在4.3-8.8，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)大部分蛋白質(zhì)都不會(huì)發(fā)生變性，不過也要根據(jù)具體情況具體分析。例如胃蛋白酶就不適用于常規(guī)范圍，pH在1.5時(shí)最穩(wěn)定，但其他大多數(shù)種類的蛋白質(zhì)，如血紅蛋白pH在7左右時(shí)是最穩(wěn)定的。

（2）表面活性劑。在食品加工過程中往往會(huì)涉及各種各樣的表面活性劑，其作用十分廣泛，包括保鮮、提高食品質(zhì)量等。需要注意的是，表面活性劑可以與蛋白質(zhì)發(fā)生作用從而使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，例如離子型表面活性劑溶液中的離子由于電力產(chǎn)生的帶電基團(tuán)與帶有相反電荷的蛋白質(zhì)殘基發(fā)生靜電結(jié)合，兩者的疏水端和疏水位結(jié)合后，蛋白質(zhì)構(gòu)象會(huì)發(fā)生巨大程度的變化。

（3）有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑簡(jiǎn)單來說就是有機(jī)分子構(gòu)成的溶劑，其種類繁多，按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分成十大類，常見的有甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等。許多有機(jī)溶劑能夠降低水的介電常數(shù)，并且因?yàn)槎鄶?shù)有機(jī)溶劑是親水試劑，會(huì)將蛋白質(zhì)表面的水化水吸引過來，從而使蛋白質(zhì)表面水化層被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子失水沉降。還有許多有機(jī)溶液因本身羥基上帶有氫和氧，通過破壞蛋白質(zhì)的氫鍵使其發(fā)生變性。

（4）鹽析。鹽析會(huì)使原本液體中的蛋白質(zhì)分子的溶解度降低，從而使其逐漸凝聚沉降下來。鹽析蛋白質(zhì)的整個(gè)過程是一種物理變化，而且與其他破壞蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的方式不同，中性鹽只是更多攝取了蛋白質(zhì)的水分，作用于蛋白質(zhì)表面的水化層，并打破了原本蛋白質(zhì)溶液的電荷平衡，使其以固體顆粒的形態(tài)析出。在日常實(shí)驗(yàn)中，常見的氯化鈉就可以完成這一過程，而且蛋白質(zhì)不會(huì)出現(xiàn)喪失生物活性的情況，整個(gè)鹽析過程是可逆的，沉降下來的蛋白質(zhì)顆粒在一定的條件下還可以重新溶解。這種方式不僅常用于工業(yè)上蛋白質(zhì)的提純過程，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸灿幸欢ǖ挠猛?。例如，穿的時(shí)間較長(zhǎng)的衣物會(huì)發(fā)黃變色，就是由于有蛋白質(zhì)殘留，在清洗時(shí)可以使用一定濃度的鹽水，能夠有效對(duì)蛋白污漬進(jìn)行清潔。

二、六種食品加工方式

對(duì)蛋白質(zhì)及食品品質(zhì)的影響

食品的加工過程涉及制作加工、清潔殺菌以及儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)。在量多且繁雜的工序和步驟中，很多物理操作和化學(xué)用劑都會(huì)無可避免地對(duì)食品中的蛋白質(zhì)成分產(chǎn)生影響。有時(shí)為了保障食物的口感和風(fēng)味，會(huì)采取一些物理風(fēng)干和脫水的工藝，這就會(huì)使許多肉類和海鮮等食物中的蛋白質(zhì)失水變性，即使復(fù)水食品的質(zhì)感和味道也無法得到恢復(fù)。有的食品在加工過程中還會(huì)應(yīng)用冷凍或者高溫來達(dá)到殺菌消毒的目的，這也會(huì)降解蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分，而且這種影響是不可逆的。

1.熱加工。食品在加工制作的過程中引入熱處理技術(shù)，主要目的是對(duì)食物進(jìn)行殺菌消毒。食物中的蛋白質(zhì)因其類型不同，在不同溫度下的反應(yīng)也不盡相同。多數(shù)蛋白質(zhì)在高溫下空間結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，因此在食品的加工過程中應(yīng)精準(zhǔn)控制溫度，保證在殺滅細(xì)菌的同時(shí)，對(duì)食物中蛋白質(zhì)的影響降到最低。但也有些蛋白質(zhì)不懼高溫，適當(dāng)提高溫度反而能保持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的穩(wěn)定。例如，制作動(dòng)物飼料時(shí)往往會(huì)有高溫環(huán)節(jié)，有研究表明經(jīng)過加熱處理后，部分植物蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值會(huì)得到有效提升，更有利于動(dòng)物食用和吸收。再如，生蛋清中的蛋白質(zhì)是獨(dú)立的團(tuán)狀，經(jīng)過加熱后其蛋白質(zhì)變成相互交叉的鏈狀結(jié)構(gòu)，在人們的消化系統(tǒng)中更容易分解成氨基酸，更有利于人體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

2.脫水干燥。對(duì)食品進(jìn)行脫水干燥的主要目的是為了更好地儲(chǔ)存與運(yùn)輸，食品中蛋白質(zhì)經(jīng)過脫水后發(fā)生氧化的程度大大減少，儲(chǔ)存時(shí)間會(huì)更久。但在自然條件下對(duì)食品進(jìn)行脫水往往會(huì)導(dǎo)致食物組織變硬，口感和風(fēng)味都會(huì)發(fā)生一定程度上不可逆的變化，二次加工復(fù)原的難度極高，因此如今在對(duì)食品進(jìn)行加工時(shí)大多會(huì)選擇真空干燥和冷凍干燥，通過降低酶活性的方式延長(zhǎng)食物的食用期限。富含蛋白質(zhì)的食品在干燥過程中，由于水分的極速抽離，蛋白質(zhì)顆粒表面會(huì)因?yàn)辂}類物質(zhì)和碳水化合物的遷移產(chǎn)生多孔的現(xiàn)象，這也更有利于其在烹飪過程中復(fù)水。

3.冷凍與解凍。對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行低溫處理不僅能夠阻止微生物的大肆繁衍，還能降低蛋白質(zhì)的酶活性，使其保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下。當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以后，食物的觀感和味道會(huì)出現(xiàn)一些變化，但若能進(jìn)行有效控制，蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值則不會(huì)降低。例如，大多數(shù)肉類尤其是紅肉中的蛋白質(zhì)大多是脂溶性的，受溫度的影響程度較低，所以對(duì)肉類進(jìn)行冷凍，不會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生影響。但在解凍過程中，若操作不當(dāng)導(dǎo)致解凍時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)出現(xiàn)大量蛋白質(zhì)降解的現(xiàn)象。需要注意的是，經(jīng)過多次冷凍和解凍的肉類食品，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不僅會(huì)大打折扣，還會(huì)有滋生微生物的隱患，因此不建議對(duì)肉類進(jìn)行反復(fù)冷凍和解凍。

4.酸堿處理。對(duì)富含蛋白質(zhì)的食品進(jìn)行酸堿處理已經(jīng)成為食品制作加工領(lǐng)域的常用手段，通過調(diào)節(jié)pH有意地改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可以使食品在形態(tài)、顏色、質(zhì)感等方面都發(fā)生新的變化，以滿足人們的多樣化需求。例如在制作蛋糕的過程中，要想得到口感松軟、水分充足的蛋糕胚，蛋清的起泡過程是重要一步，而蛋白質(zhì)的起泡性與pH的關(guān)系較大。雞蛋清中的卵白蛋白和卵球蛋白要保持較高的起泡能力需要使其pH處在較低的狀態(tài)，在酸性環(huán)境下配合連續(xù)的攪拌，就可以使起泡能力更強(qiáng)，成型后地蛋糕效果更佳、風(fēng)味更好。

5.輻射。在食品加工中應(yīng)用強(qiáng)射線已經(jīng)成為一種常規(guī)操作，雖然仍有大量的消費(fèi)者對(duì)于經(jīng)過射線殺菌后的食品安全性存在疑惑，但不可否認(rèn)的是，輻射技術(shù)的引入確實(shí)為食品行業(yè)帶來了可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。輻射應(yīng)用的范圍十分廣泛，可用于肉類保鮮、抑制植物發(fā)芽、殺蟲、調(diào)味品保鮮等諸多領(lǐng)域。許多肉類在經(jīng)過輻射照射之后，少數(shù)維生素被降解掉，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)也斷開重組，部分氨基酸含量增多。例如，蝦肉經(jīng)過輻射照射后天門甘氨酸、丙氨酸的數(shù)量會(huì)升高，肉類在經(jīng)過輻射照射后質(zhì)量也會(huì)有所提升。許多谷類植物在接受射線照射后，其品質(zhì)會(huì)更進(jìn)一步。如，豆類植物經(jīng)過電離輻射之后，蛋白酶抑制劑含量會(huì)降低，從而使人體能夠更好地消化吸收豆類植物中的蛋白質(zhì)。

6.美拉德反應(yīng)。美拉德反應(yīng)是一百多年前發(fā)現(xiàn)的，近幾年在食品加工領(lǐng)域發(fā)揮了重大的作用。美拉德反應(yīng)究其本質(zhì)是氨基和羥基之間的加縮反應(yīng)，在特定的外在條件下經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)，往往能使食物產(chǎn)生絕佳的風(fēng)味。例如對(duì)可可豆的焙炒、肉類的燜煮、餅干的烘焙等，都是美拉德反應(yīng)發(fā)揮作用的有力證明。但是對(duì)于蛋白質(zhì)類的食品而言，經(jīng)過美拉德反應(yīng)后產(chǎn)生的類黑精在一定程度上會(huì)影響人體對(duì)某些氨基酸的吸收。類黑精是美拉德反應(yīng)后期形成的一種棕褐色的大分子物質(zhì)，是引發(fā)食品非酶褐變的主要原因。不過，美拉德反應(yīng)對(duì)于人體吸收氨基酸的具體影響，還需要根據(jù)美拉德反應(yīng)的程度進(jìn)行具體判定。

綜上所述，食品在加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)使用各式各樣的工藝手段，這些工藝必然會(huì)對(duì)食品中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而這些影響可能會(huì)對(duì)食品質(zhì)量產(chǎn)生或好或壞兩方面的影響。所以，我們應(yīng)正確使用各種食品加工工藝，使其在保障食品質(zhì)量安全的同時(shí)，避免蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，以此來保證食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：李若昀（1992-），女，漢族，山西高平人，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。

李云（1990-），女，漢族，河南中牟人，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称芳庸ぁ?/p>