一、氨基酸的化學分析
1、氨基酸的分類
參與蛋白質構成的氨基酸只有α-氨基酸。目前,已發現的20多種α-氨基酸,可以依據其結構中R—基團的極性性質區分為4類。即:
(1)非極性R基氨基酸 包括有8種氨基酸,即丙氨酸[Ala/A(簡寫符號:三字母符事情/單字母符號,以下同)]、蛋氨酸或甲硫氨酸(Met/M)、纈氨酸(Val/V)、亮氨酸(Leu/L)、異亮氨酸(Ile/I)、脯氨酸(Pro/P)、苯丙氨酸(Phe/F)、色氨酸(Trp/W)。
(2)無電荷極性R基氨基酸 包括有7種氨基酸,即甘氨酸(GIy/G)、絲氨酸(Ser/S)、蘇氨酸(Thr/T)、半胱氨酸(Cys/C)、酪氨酸(Thr/Y)、天冬酰胺或天門冬酰胺或門冬酰胺 (Asn/N)、谷氨酰胺(Gln/Q)。
(3)帶正電荷R基氨基酸 亦為堿性氨基酸。包括有3種氨基酸,即賴氨酸(Lys/K)、組氨酸(His/H)、精氨酸(Arg/R)。
(4)帶負電荷R基氨酸 亦為酸性氨基酸。包括有2種氨基酸,即天冬氨酸或天門冬氨酸或門冬氨酸(Asp/D)、谷氨酸(Glu/E)。
2、必需氨基酸
并不是所有20多種氨基酸成分都是絕對必要的。對于人類來講,只有賴氨酸、色氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸這8種氨基酸,是必需的,稱作為必需氨基酸,需要由食物中加以提供。
對于正在發育中的兒童,必需氨基酸中還應包括組氨酸。
另外,在實際過程中,還存在有一個所謂的事實必需氨基酸成分。一般情況下,對于正常機體,這種氨基酸雖然不是必需的,但是由于機體中的合成速度很慢,結果仍必須由食物中獲取大多數需要量。這樣的氨基酸成分,有精氨酸、組氨酸2種,被稱作為半必需氨基酸。從純粹的食品角度來講,這種半必需氨基酸成分,與必需氨基酸成分是一樣的,因此,我們也可以說,必需氨基酸成分共行10種,即:賴氨酸、色氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、組氨酸。
3、氨基酸的性質
氨基酸的熔點值大多高于200℃,只有l—半胱氨酸(178℃)和/l—谷氨酰胺(185℃)稍微偏低—些。氨基酸具有兩性解離的性質。一般情況下,當氨基酸處于兩性解離平衡的等電點狀態時,其在水溶液中的溶解度將達到最小值。利用這一性質,可以從水溶液中分離出特定的氨基酸成分。
二、蛋白質的構成
蛋白質是分子量很大的一類重要有機物質,其基本構成原料是氨基酸。一般,人們將那些完全由氨基酸構成的蛋白質稱作為單純蛋白質或簡單蛋白質。但是,在蛋白質中,還有一些含有非氨基酸物質,這些非氨基酸物質也稱為輔基,目前,一般將這類蛋白質稱為結合蛋白質。由此,我們可以對整個蛋白質進行一種適當的分類(圖3—1)。
另外依食品的來源,也可以簡單地將蛋白質劃分為動物性蛋白質和植物性蛋白質
單純蛋白質,由氨基酸以肽鍵的形式構成,這是蛋白質的基本構成形式。結合蛋白質,除單純蛋白質基團外,還含有非蛋白質基團或輔基。其中,輔基可以是無機質、無機酸、碳水化合物和色素等。
三、蛋白質的性質
顯然蛋白質是由氨基酸構成的物質,與氨基酸有一些近似之處,但是大分子的蛋白質畢竟不同于單個的氨基酸或氨酸的總和,具有一些自己獨特的性質。
1、溶解性
表3—3 蛋白質的溶解性
蛋白質 |
溶于水 |
溶于稀酸、稀堿、稀鹽溶液 |
溶于乙醇 |
清蛋白 |
- |
- |
- |
球蛋白 |
- |
+ |
- |
醇溶谷蛋白 |
- |
- |
+ |
谷蛋白 |
- |
+ |
- |
硬蛋白 |
- |
- |
- |
核蛋白 |
+ |
+ |
- |
磷蛋白 |
- |
- |
- |
色蛋白 |
- |
- |
- |
由表3—3可以看出,蛋白質的溶解性能并不很好。不同的蛋白質在不同溶劑中的溶解性能差別,給分離蛋白質帶來了機會。由于蛋白質分子的直徑為2~20nm,所以,蛋白質溶液不可能是真正的溶液,而只能是一種膠體溶液,具有膠體的一些通性。蛋白質溶于水的過程是一種水合作用,這種由水分子對蛋白質分子的包圍現象,也就是蛋白質的水結合能力,主要由分子間的靜電引力造成,對于肉食品的加工十分重要。保持足夠的結合水,對于許多工藝過程將十分有利,例如制作香腸。
2、酸堿性質
與氨基酸相似,蛋白質也具有兩性解離的能力,既可以被酸作用,也可以被堿作用。與氨基酸—樣,蛋白質也具有一個等電點值。在特定的情況下,等電點時的蛋白質,其導電率、溶解度、滲透壓等均將達到最低值。這種特性可以用來制備或分離蛋白質。
3、沉淀作用
被溶解的蛋白質分子,可以在一定條件下,失去穩定性,產生凝聚作用而沉淀析出。這種現象即稱作為蛋白質的沉淀作用。有許多沉淀劑可以沉淀蛋白質,但是具體的機理卻各不相同。重要的二種沉淀蛋白質的方法是,等電點法:通過酸或堿成分對pH值加以調節實現。這種方法得到的蛋白質將仍會保持其天然的構像;鹽析法:通過加入無機鹽,最常用的是硫酸銨,使蛋白質的溶解度下降,從而沉淀析出。鹽析法具有可逆性,能使蛋白質在一定條件下重新溶解并恢復原有的性質。
4、變性作用
在受到—些物理或化學因素的影響后,蛋白質分子內部結構將發生改變,從而使蛋白質的生物學、物理以及化學性質亦發生變化的現象,稱作為蛋白質變性作用。
主要的物理因素有加熱、紫外線、X射線、超聲波處理以及強烈的攪拌作用;化學因素則有酸、堿、醇、鹽和尿素等。發生變性作用的蛋白質,表現為兩種外觀特性。一種是并不發生沉淀,只是在將溶液調到等電點值時,產生結絮;另一種則是產生比較牢固的結塊,發生凝固。一般來講,蛋白質的變性過程是不可逆的,所以,兩種類型的變性作用,事實上都不可能再得以恢復。蛋白質的變性作用,在食品生產過程中,主要涉及到物態變化,既有好處,也可能帶來壞處。良好的物態變化,則可以使食品產生一定的稠度,提供良好的加及外觀效果。一般來說,食品中蛋白質的受熱變性作用發生于約60℃,這是一個重要的可以利用的變性溫度值。
5、水解性
在酶或酸的作用下,蛋白質也可以發生水解。酶水解的進行是機體消化的基礎,酸水解則是工業制備明膠、氨基酸等的依據。單純蛋白質的分解產物是肽或氨基酸,而結合蛋白質除此以外,還有輔基成分。