食品加工中蛋白质结构变化对食品品质的影响

李若昀 李云

蛋白质是人体所需的三大营养物质之一，作为人体细胞的重要组成部分，是生命的物质基础。根据中国营养学会发布的建议标准，综合中国人的饮食习惯以及不同身高、体重的个体差异，一个成年人每天应摄入的蛋白质含量为60-90g。在日常生活中，我们主要从肉、蛋、奶以及豆类食品中摄取蛋白质。

在食品的加工过程中，因为某些因素的影响，蛋白质结构往往会发生变化，在改变食物外观、口感的同时，也会影响食品的质量安全。本文主要根据在食品加工中能够对蛋白质结构产生作用的诸多因素，来分析蛋白质结构变化趋势，以及对食品品质的影响。

一、引发蛋白质变性的因素

蛋白质变性的本质原因是蛋白质的酶、激素、抗原抗体等关系着蛋白质活性的构成成分遭到破坏，或者蛋白质的肽键结构发生轻微变化，从而导致蛋白质的生物活性丧失，由此引发变性的后果。从外在客观条件来看，蛋白质的致变因素大致可以分成物理和化学两类，高温、加压、脱水、强酸强碱等都是重要原因。

1.导致蛋白质发生结构改变的物理因素。（1）温度。温度作为蛋白质维持活性的重要外在条件之一，因其具有两个极端性，所以对蛋白质的结构也存在两方面的影响。当温度低时，蛋白质中酶的活性较弱，蛋白质状态更加稳定。而且蛋白质的活性会随着温度降低而降低。当温度在一定范围内升高时，蛋白质活性在一定程度上会增强。但当温度超过了蛋白质性质变化的临界值后，蛋白质空间构象的一些弱键断裂，原本的肽键结构遭到不可逆的改变，即使温度再变回原来的状态，蛋白质的结构也不能再回到原本样貌。这也是为什么在加热鸡蛋等高蛋白质食物时，食物会发生极大变化的原因。再比如，各种肉类中的肌红蛋白在正常室温下稳定度较好，但是如果接受高温加热后，肌红蛋白会发生肉眼可见的变化，在煎制牛排时这一现象表现最为明显。五成熟的牛排还可以看到红色的血水，但随着温度升高，肌红蛋白就会发生变性，牛肉的颜色也逐渐变成黄褐色。

（2）液压。很多时候液压也能够使蛋白质的结构发生变化。有数据证明，大多数蛋白质在高强度的压力之下会发生变性，当高压配合高温时，由于在高温下分子运动更加剧烈，再加上高压的条件，蛋白质分子的体积、非共价键会受到极大的影响。但当压力足够高时，即使在25℃的环境下，蛋白质仍然可以发生结构变化。

（3）辐射。大部分的蛋白質分子中都含有芳香族氨基酸残基，紫外线以及各种射线都会被其吸收，正因为蛋白质有这一特性，所以常被用于测量蛋白质含量。但芳香族氨基酸残基在吸收各种辐射的过程中也会导致自身蛋白质结构中的共价键发生变化，导致蛋白质分子离子化或者游离基化等现象。在对食品进行杀菌消毒的过程中，紫外线杀菌的方法在破坏细菌的DNA，使其失去增殖能力的同时，也会对食物自身的蛋白质产生作用，但由于国家对紫外线杀菌有标准，所以其对食物中蛋白质的影响在可接受的范围内，所以经过紫外线杀菌的食物大多不会产生安全问题。

2.导致蛋白质发生结构改变的化学因素。（1）酸碱。在导致蛋白质变性的原因中，蛋白质所处环境的pH是其中一个，过酸或过碱都会导致蛋白质变性。这主要是因为带电荷的侧链没有在规定的pH下带有合适的电荷，从而导致静电力起不到作用，正常的结构形态无法正常维持。按照不变性电泳时的pH来看，一般在4.3-8.8，在这个区间内大部分蛋白质都不会发生变性，不过也要根据具体情况具体分析。例如胃蛋白酶就不适用于常规范围，pH在1.5时最稳定，但其他大多数种类的蛋白质，如血红蛋白pH在7左右时是最稳定的。

（2）表面活性剂。在食品加工过程中往往会涉及各种各样的表面活性剂，其作用十分广泛，包括保鲜、提高食品质量等。需要注意的是，表面活性剂可以与蛋白质发生作用从而使蛋白质发生变性，例如离子型表面活性剂溶液中的离子由于电力产生的带电基团与带有相反电荷的蛋白质残基发生静电结合，两者的疏水端和疏水位结合后，蛋白质构象会发生巨大程度的变化。

（3）有机溶剂。有机溶剂简单来说就是有机分子构成的溶剂，其种类繁多，按照化学结构可以分成十大类，常见的有甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等。许多有机溶剂能够降低水的介电常数，并且因为多数有机溶剂是亲水试剂，会将蛋白质表面的水化水吸引过来，从而使蛋白质表面水化层被破坏，导致蛋白质分子失水沉降。还有许多有机溶液因本身羟基上带有氢和氧，通过破坏蛋白质的氢键使其发生变性。

（4）盐析。盐析会使原本液体中的蛋白质分子的溶解度降低，从而使其逐渐凝聚沉降下来。盐析蛋白质的整个过程是一种物理变化，而且与其他破坏蛋白质空间构象的方式不同，中性盐只是更多摄取了蛋白质的水分，作用于蛋白质表面的水化层，并打破了原本蛋白质溶液的电荷平衡，使其以固体颗粒的形态析出。在日常实验中，常见的氯化钠就可以完成这一过程，而且蛋白质不会出现丧失生物活性的情况，整个盐析过程是可逆的，沉降下来的蛋白质颗粒在一定的条件下还可以重新溶解。这种方式不仅常用于工业上蛋白质的提纯过程，在我们日常生活中也有一定的用途。例如，穿的时间较长的衣物会发黄变色，就是由于有蛋白质残留，在清洗时可以使用一定浓度的盐水，能够有效对蛋白污渍进行清洁。

二、六种食品加工方式

对蛋白质及食品品质的影响

食品的加工过程涉及制作加工、清洁杀菌以及储存运输等多个环节。在量多且繁杂的工序和步骤中，很多物理操作和化学用剂都会无可避免地对食品中的蛋白质成分产生影响。有时为了保障食物的口感和风味，会采取一些物理风干和脱水的工艺，这就会使许多肉类和海鲜等食物中的蛋白质失水变性，即使复水食品的质感和味道也无法得到恢复。有的食品在加工过程中还会应用冷冻或者高温来达到杀菌消毒的目的，这也会降解蛋白质的营养成分，而且这种影响是不可逆的。

1.热加工。食品在加工制作的过程中引入热处理技术，主要目的是对食物进行杀菌消毒。食物中的蛋白质因其类型不同，在不同温度下的反应也不尽相同。多数蛋白质在高温下空间结构会发生变化，因此在食品的加工过程中应精准控制温度，保证在杀灭细菌的同时，对食物中蛋白质的影响降到最低。但也有些蛋白质不惧高温，适当提高温度反而能保持蛋白质空间构象的稳定。例如，制作动物饲料时往往会有高温环节，有研究表明经过加热处理后，部分植物蛋白的营养价值会得到有效提升，更有利于动物食用和吸收。再如，生蛋清中的蛋白质是独立的团状，经过加热后其蛋白质变成相互交叉的链状结构，在人们的消化系统中更容易分解成氨基酸，更有利于人体对营养物质的吸收。

2.脱水干燥。对食品进行脱水干燥的主要目的是为了更好地储存与运输，食品中蛋白质经过脱水后发生氧化的程度大大减少，储存时间会更久。但在自然条件下对食品进行脱水往往会导致食物组织变硬，口感和风味都会发生一定程度上不可逆的变化，二次加工复原的难度极高，因此如今在对食品进行加工时大多会选择真空干燥和冷冻干燥，通过降低酶活性的方式延长食物的食用期限。富含蛋白质的食品在干燥过程中，由于水分的极速抽离，蛋白质颗粒表面会因为盐类物质和碳水化合物的迁移产生多孔的现象，这也更有利于其在烹饪过程中复水。

3.冷冻与解冻。对蛋白质进行低温处理不仅能够阻止微生物的大肆繁衍，还能降低蛋白质的酶活性，使其保持在一个相对稳定的状态下。当温度降至冰点以后，食物的观感和味道会出现一些变化，但若能进行有效控制，蛋白质的营养价值则不会降低。例如，大多数肉类尤其是红肉中的蛋白质大多是脂溶性的，受温度的影响程度较低，所以对肉类进行冷冻，不会对蛋白质产生影响。但在解冻过程中，若操作不当导致解冻时间过长，就会出现大量蛋白质降解的现象。需要注意的是，经过多次冷冻和解冻的肉类食品，其营养价值不仅会大打折扣，还会有滋生微生物的隐患，因此不建议对肉类进行反复冷冻和解冻。

4.酸碱处理。对富含蛋白质的食品进行酸碱处理已经成为食品制作加工领域的常用手段，通过调节pH有意地改变蛋白质的结构构成，可以使食品在形态、颜色、质感等方面都发生新的变化，以满足人们的多样化需求。例如在制作蛋糕的过程中，要想得到口感松软、水分充足的蛋糕胚，蛋清的起泡过程是重要一步，而蛋白质的起泡性与pH的关系较大。鸡蛋清中的卵白蛋白和卵球蛋白要保持较高的起泡能力需要使其pH处在较低的状态，在酸性环境下配合连续的搅拌，就可以使起泡能力更强，成型后地蛋糕效果更佳、风味更好。

5.辐射。在食品加工中应用强射线已经成为一种常规操作，虽然仍有大量的消费者对于经过射线杀菌后的食品安全性存在疑惑，但不可否认的是，辐射技术的引入确实为食品行业带来了可观的社会和经济效益。辐射应用的范围十分广泛，可用于肉类保鲜、抑制植物发芽、杀虫、调味品保鲜等诸多领域。许多肉类在经过辐射照射之后，少数维生素被降解掉，蛋白质结构也断开重组，部分氨基酸含量增多。例如，虾肉经过辐射照射后天门甘氨酸、丙氨酸的数量会升高，肉类在经过辐射照射后质量也会有所提升。许多谷类植物在接受射线照射后，其品质会更进一步。如，豆类植物经过电离辐射之后，蛋白酶抑制剂含量会降低，从而使人体能够更好地消化吸收豆类植物中的蛋白质。

6.美拉德反应。美拉德反应是一百多年前发现的，近几年在食品加工领域发挥了重大的作用。美拉德反应究其本质是氨基和羟基之间的加缩反应，在特定的外在条件下經过各种化学反应，往往能使食物产生绝佳的风味。例如对可可豆的焙炒、肉类的焖煮、饼干的烘焙等，都是美拉德反应发挥作用的有力证明。但是对于蛋白质类的食品而言，经过美拉德反应后产生的类黑精在一定程度上会影响人体对某些氨基酸的吸收。类黑精是美拉德反应后期形成的一种棕褐色的大分子物质，是引发食品非酶褐变的主要原因。不过，美拉德反应对于人体吸收氨基酸的具体影响，还需要根据美拉德反应的程度进行具体判定。

综上所述，食品在加工、储存和运输的过程中会使用各式各样的工艺手段，这些工艺必然会对食品中蛋白质的结构产生影响，而这些影响可能会对食品质量产生或好或坏两方面的影响。所以，我们应正确使用各种食品加工工艺，使其在保障食品质量安全的同时，避免蛋白质等营养物质的流失，以此来保证食品的营养价值。

作者简介：李若昀（1992-），女，汉族，山西高平人，硕士研究生，研究方向为食品科学。

李云（1990-），女，汉族，河南中牟人，硕士研究生，研究方向为食品加工。