综述改性蛋白质的安全性

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1、综述改性蛋白质的安全性综述改性蛋白质的安全性改性方法主要有物理法、化学法、酶法、生物基因工程法等。 1 化学改性化学改性实质是通过改变蛋白质的结构、静电荷和疏水基团分布，去除抗 营养因子，从而改善大豆蛋白的性质。蛋白质的化学改性可分为两大类，一类 是蛋白质分子的特定基团与改性试剂以共价键相连接，即化学衍生化反应，另 一类则不存在蛋白质与改性试剂之间的共价键，主要包括亲油化、酸、碱处理 等。 最常用的食品蛋白质化学改性方法：乙酸酐和琥珀酸酐作为酰化试剂的酰 化作用。它们的作用机理是酰化试剂一般与赖氨酸 -氨基作用，带正电的氨基 被一个中性的酰基残基取代。酰化作用的功能：提高蛋白质的溶解度和水合作

2、 用和改进蛋白质的乳化性质。酰化蛋白质的特点：较低的等电点、较高的正极 电迁移率、较好的起泡能力、较差的泡沫稳定性、结构较无序、电荷推斥、热 稳定性高（主要由前两个决定） 。决定酰化蛋白质营养质量的因素：蛋白质的种 类、改性的程度、所采用的酰化剂。其他改性方法，如化学磷酸化利用并入 的高亲水性的磷酸基，提高蛋白质在水中的溶解度；温和酸处理增加蛋白质 表面的负电荷、导致蛋白质结构的展开、疏水性残基的暴露具有较好的溶解 度、乳化性质、起泡性质。 化学变化的危害方面需要考虑因素有两个改性蛋白质和它的消化产物的 毒性；使用的化学试剂以及在蛋白质中任何残留物的毒性。 蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸(Pi)

3、 与蛋白质上特定的氧原子(Ser 、Thr 、Tyr 的-OH) 或氮原子(Lys 的 -氨基、His 咪唑环 1 ,3 位 N、Arg 的胍基 末端 N) 形成-C-O-Pi 或-C -N -Pi 的酯化反应。 蛋白质的磷酸化改性可通过化学方法或酶法予以实现。化学磷酸化试剂： 磷酰氯(POCl3)、磷酸(H3PO4)、P2O5/ H3PO4、三聚磷酸钠(STP) 。 用于蛋白质磷酸化的酶称为蛋白激酶. 蛋白激酶家族包括有约1001 种酶. 蛋白激酶能对蛋白质进行磷酸化修饰,是很有潜力和前途的食品蛋白质改性的工 具。常用到的蛋白激酶有依赖于CAMP 激活的蛋白激酶(CAMPdPK)，酪蛋白激酶

4、 (CK- )。 磷酸化改性后的蛋白中,由于引进了大量的磷酸根基团,从而增加了蛋白质 体系的电负性,提高了蛋白质分子之间的静电斥力,使之在食品体系中更易分散, 相互排斥,因而提高了溶解度,聚结稳定性,降低了等电点,而且其净负电荷只有 在相当低的pH 环境中才会被中和,故其可有效地拓宽在食品中的应用范围。用 三聚磷酸钠改性大豆蛋白的实验结果充分验证了这一结论。但用磷酰氯改性蛋 白时其蛋白溶解度反而下降,这是因为用磷酰氯作磷酸化试剂会导致蛋白质分子 之间发生交联,这些交联键的存在是导致蛋白水溶解性降低的原因。但用磷酰氯 改性蛋白可显著提高蛋白的粘度及胶凝性。磷酸化改性蛋白中由于负电荷的引 入大大降

5、低了乳化液的表面张力,使之更易形成乳状液滴,同时也增加了液滴之 间的斥力,从而更易分散, 因此改性蛋白的乳化能力及乳化稳定性都有较大改善。从毒理学的观点看,因为没有一种生物可以合成磷酸根离子,而磷酸根离子 为所有生物代谢所必需,必须由膳食中取得,所以蛋白质的磷酸化改性是一种较 实用、有效的方法。化学改性也存在很多的限制因素：(1)产品安全性，化学衍生化可定向地改 变蛋白质的功能特性，然而这一技术在食品方面的应用却很少，毒性(或安全性)问 题是最主要的原因之一。并且，这一问题由于衍生化蛋白质在消化道内的各种 变化而更加复杂化，因为完整的衍生化蛋白质无毒并不等于被消化道酶水解后 的产物无毒性，因此

6、，在化学改性应用于食品蛋白工业之前，必须考虑安全性 问题。(2)营养损失，蛋白质的化学衍生化主要是Lyse-NH2的反应，人体内酶无 法水解这种反应产物，因而使蛋白质的有效赖氨酸损失。酸水解会使某些受到 全部或部分破坏(如色氨酸)；另外，在强碱性条件下（pH11)，长时间加热蛋 白质会形成人体无法吸收的Lysinoalanine(赖氨酰丙氨酸)。 2 酶法改性： 酶法改性的作用：改变食品蛋白质的功能性质以满足食品加工的要求。酶 法改性的优点：专一性高、条件温和、有毒副产物产生几率低。酶法改性蛋白 质不会导致营养方面的损失，也不会产生毒理方面的问题。此外，蛋白质的酶 法改性还具有水解时间短，酶解

7、程度可控制，在低酶浓度下即产生显著效果等 优点。 按照酶解程度和酶解产物分子量分布，蛋白质酶解技术可以分为轻度酶解、 适度酶解和深度酶解。蛋白质深度酶解的产物主要是小肽和氨基酸，产物中肽 分子量小于 5000Da，且 90的肽分子量小于 500Da，主要应用于调味品和营养 配方；适度酶解和轻度酶解则被认为是限制性酶解，可实现 DH 和酶解产物多 样性的调控，主要应用于生产具有优良加工特性的功能性蛋白或具有特殊生理 活性的肽。采用复合酶酶解蛋白时，通常根据各种酶的加入顺序又分为分步酶 解和同步酶解。 蛋白质酶解过程中，随着肽键的断裂主要发生三种变化：肽键断裂导致带 电基团增加，分子变小，分子结构

8、变化导致蛋白质内部疏水基团暴露出来。利 用这些变化对酶解条件进行控制，可以影响酶解产物的功能特性。 酶法改性的途径： 2.1 酶催化水解 使用的蛋白酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶、微生物 蛋白酶。作用:提高蛋白质的溶解度、改进蛋白质的泡沫和乳化性质蛋白质 水解产物的特点生理活性、苦味 2.2 胃合蛋白反应 胃合蛋白即是蛋白质部分水解后再经木瓜蛋白酶或凝乳蛋白酶作用生成的高相 对分子质量多肽。胃合蛋白反应（组反应）：蛋白质的最初水解、肽键的重新 合成。参与酶木瓜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶。作用产物的结构、氨基酸顺序 不同于原始蛋白质功能性质改变，能提高蛋氨酸或赖氨酸缺乏的食物蛋白质的

9、 营养质量。 2.3 蛋白质交联（酶作用与化学作用的区别） 交联作用：改进许多食物产品的物理和质构性质、提高蛋白质的营养质量。 参与酶：转谷氨酰胺酶。 应用实例：香肠、鱼糊产品、豆腐 3 挤压高温改性 物理改性是指利用热、电、磁、机械剪切等物理作用形式，改变大豆蛋白 的二、三级或四级结构，从而改善大豆蛋白的功能特性的方法。主要包括高温 处理、超声波处理、高压处理、挤压等，此外，还有超滤、高频增溶、低剂量辐射及添加小分子双亲物质等方法。 天然蛋白质在挤压机内受到热和剪切挤压的综合作用，使蛋白质三级和四 级结构的结合力变弱蛋白分子由折叠状变为直线状(即发生变性作用)。由于 蛋白质种类、分子量和氨基

10、酸组成的不同，使得这种变化非常复杂。蛋白质变 性后，原封闭的分子内的氨基酸残基暴露在外。 很多蛋白质原料在挤压前就发生了不同程度变性，如大豆粕，一般要经过 加热蒸脱除去残留在豆粕内油脂萃取剂己烷。因此全脂大豆粉与脱脂大豆 粉所具有的氨溶指数(蛋白质分散指数)不同。正因如此，水分高时蛋白质的变 性可减低至最小程度。评价蛋白质挤压后变性程度的最常用方法是测定其可溶 性氟的变化。 有大量文献对挤压工艺引起蛋白质和微量营养索的损失作了详细论述。一 般来说，挤压引起蛋白质生物素的降低要比其他形式的热处理来得大。 3.1 蛋白质消化丰变化 蛋白质在挤压过程中由于发生变性作用，伸展的蛋白质分子更易被蛋白酶所

11、消 化。因此，挤压工艺通过蛋白质变性和钝化蛋白酶抑制剂提高了蛋白质消化 率。 玉米面筋粉(CGM)和玉米面筋粉与乳清的混合物pH 为 70 时的挤压产 品在生物体内的消化率比 pH 为 385 时高。同时也比螺杆转速很大时挤出产 品消化率高。高温挤压鱼与小麦的混合物时，如鱼肉掺和量大于 6，则其生物 消化率比来挤压的鱼肉糜和小麦粉来得高。高温挤压艟增加蛋白质变性程度， 同样，增加温度和 pH 值也能提高高粱挤压产品的生物消化率。 3.2 有效赖氨酸的变化 赖氨酸是谷物和油料种子的第一限制性氨基酸，关于挤压对其影响方面的 研究广为进行。在食品的热处理过程中，还原糖或其他羰基化台物可能与赖氪 酸的

12、 -NH2 起化学反应从而降低赖氨酸的生物效价。因此挤压前去除物料 中的葡萄糖和乳糖三类还原糖，可以使有效赖氨酸损失率降低。但是淀粉和蔗 糖在挤压过程中由于受到剪切力作用会发生水解现象，仍会产生一些还原搪。 高温挤压增加丁美拉德反应的机会，但是提高水分含量可减少这种影响。 3.3 抗营养因子变化 很多含高蛋白种子同时也含有干扰蛋白质消化或影响健康的化合物。与其他热 处理方法一样，挤压也可以减少这类化合物的数量或降低其活性。在水分大约 为 20% 时，挤压可使胰蛋白酶抑制素和其他常见的甲壳纲类蛋白质毒性化合物 发生变性。例如，挤压能减少棉籽中游离酚含量，这是因为棉酚与赖氯酸发生 反应，键合的棉酚也许会降低毒性但由于棉酚的键合而损失了有效赖氨酸， 从而使挤压产品出现 PER 减少现象。 生物工程改性是通过基因工程或选育优良野生品种也可改善大豆蛋白的功 能和营养。 多种改性方法联用也是今后蛋白质改性的一个主要发展方向