2.4.4　蛋白质的变性

天然蛋白质受理化因素的影响,其空间结构发生变化,致使蛋白质的理化性质和生物学功能发生变化,这种现象称为蛋白质的变性。变性后的蛋白质称为变性蛋白。

蛋白质的变性过程如图2.7 所示。

图2.7　蛋白质的变性过程示意图

1)蛋白质变性的实质

蛋白质变性后,蛋白质的多肽链由原来紧密有序的空间结构变成了松散无序的空间结构,但一级结构中的肽键没有断裂。

蛋白质变性后,往往出现如下现象：生物活性丧失,如酶失去催化功能,血红蛋白丧失携带氧的能力；由于疏水基团暴露出来,蛋白质亲水性丧失,溶解度降低而发生沉淀；蛋白质分子结构伸展松散,肽键暴露,易被蛋白酶水解。

【拓展】相比熟鸡蛋,生鸡蛋的蛋白质消化率低很多,同时生鸡蛋没有经过加热杀菌,存在食品安全隐患,因此不鼓励食用生鸡蛋。

2)蛋白质变性的影响因素

(1)物理因素

①加热。当蛋白质被逐渐加热并超过一个临界温度(也称热变性温度)时,蛋白质发生变性,从天然状态转变至变性状态。在食品加热中,应提供足够的加热温度、加热时间以确保蛋白质发生充分变性。此外,水能促进蛋白质的热变性。

一些与食品相关的蛋白质的热变性温度见表2.4。

表2.4　一些与食品相关的蛋白质的热变性温度

②冷冻。冷冻处理也可以导致某些蛋白质的变性。例如,新鲜鱼糜中的鱼肉蛋白(主要是肌原纤维蛋白)在冻藏过程中,容易发生冷冻变性而降低或丧失其功能特性,如不能形成凝胶、持水性降低等,影响所加工鱼丸的口感。

冷冻变性的原因是多方面的,包括冷冻会破坏蛋白质的水化膜,使得蛋白质之间相互聚集；冷冻引起浓缩效应(细胞组织中的水分形成冰晶,未被冻结的细胞液得到浓缩),如酸、盐浓度的提高而导致蛋白质沉淀或变性等。

③电磁辐射。紫外线、X-射线、γ-射线等高能量电磁波会对蛋白质空间结构产生明显影响,引起蛋白质变性。例如,紫外线消毒广泛应用于食品企业的生产环境消毒、微生物无菌操作台的消毒等。而香料、花粉等不适合高温杀菌,可采用γ-射线进行辐照杀菌。

【拓展】X-射线可用于异物探测,控制骨头、玻璃、塑料碎片等混入食品中。

(2)化学因素

①酸和碱。常温下,大多数蛋白质在pH 值为4 ～10 时是稳定的。若超出此范围,蛋白质内部的氨基、羧基等基团发生解离,产生强烈的分子内静电排斥与吸引作用,从而使蛋白质多肽链产生伸展,导致蛋白质发生变性。

例如,水果罐头的杀菌温度往往较蔬菜罐头的低,原因是水果罐头中含有较多的有机酸,会促使细菌蛋白质在加热时发生变性。

②有机溶剂。大多数有机溶剂(如乙醇、丙酮)都会改变稳定蛋白质空间结构的作用力,导致蛋白质变性。例如,在食品操作人员手部喷洒浓度为70% ～75%的食品级乙醇(酒精),可以达到消毒作用。

生物实验室使用福尔马林溶液保存动物标本,其原因就是甲醛能使微生物的蛋白质发生变性,失去活性,使动物标本不易腐烂。但甲醛毒性大,有媒体曝光不法商贩用甲醛溶液保存豆腐、猪血、海鲜、水煮花生等,对人体危害很大。

【补充】福尔马林溶液是指浓度为35% ～40%的甲醛水溶液。

(3)重金属盐

一些重金属离子,如铅离子、铜离子、汞离子、银离子等,易与蛋白质分子中的巯基、羧基形成稳定的化合物,改变了稳定蛋白质空间结构的作用力,使蛋白质发生变性。例如,银离子可与酶的巯基强烈作用而使酶变性失活。

有科研人员开发抗菌不锈钢筷子替代木筷或竹筷,以保护森林资源。其原理是在普通不锈钢的基础上,在熔炼过程中加入铜,在使用中(接触水溶液的过程中),就有适量的铜离子溶出(确保溶出量不超过世界卫生组织推荐的人每天的最大铜摄入量,以保证安全),而铜离子有很强的杀菌作用。