第三节 豆制品蛋白质变性的原理

大豆蛋白质是如何变性的

由于物理条件、化学条件的改变使大豆蛋白质分子的内部结构、物理性质、化学性质和功能性质随之改变的现象称为大豆蛋白质的变性。

引起大豆蛋白质变性的有物理因素和化学因素。物理因素有过度加热、剧烈震荡、过分干燥、超声波处理等；化学因素有极端pH、与水混溶的有机溶剂或重金属、尿素、巯基乙醇、亚硫酸钠、十二烷基磺酸钠等物质的作用。

在变性因素的作用下，维持蛋白质分子空间构象（二、三、四级结构）的次级键被破坏，二硫键变为巯基，使二硫键充分舒展，形成新的构型。这些变化在偏离等电点的酸碱条件下发生时，变性分子仍带有相同的正（负）电荷，由于同性相斥而不至于沉淀或絮凝。这些变化发生在等点电的pH范围内时，变性的电中性分子因布朗运动相互碰撞而吸引，互相凝聚而析出絮状物。提供能量（如加热）可使碰撞加剧，分子相互聚集而形成凝固物。絮状物及凝固物的形成是蛋白质变性作用的直接结果。

（1）酸碱引起的大豆蛋白的变性 随着pH的变化，大豆蛋白质溶解性也发生变化。在极端的酸性和碱性条件下，大豆蛋白质解离成小分子质量物质，并发生不可逆的变性现象。这是由于处在极端的酸性或碱性条件下的蛋白质分子全部带有正电荷或负电荷，相互之间发生静电排斥作用，破坏了蛋白质的高级结构。

当酸沉淀蛋白质在pH11.0以下时，蛋白质产生了凝聚及水合反应，使得溶液黏度增加，这时通过透析可得到未变性的蛋白质。可是，当pH达到11.0～12.0时，蛋白质发生解离，分子被完全解开，露出疏水基，二硫键也被破坏。如果透析时蛋白质浓度较高，则会发生凝胶化现象，而低浓度时则不产生凝胶化。当pH达到12.0时，露出的疏水基和二硫键均被破坏。

（2）热变性 蛋白质含量为0.01%～0.02%的大豆球蛋白稀溶液，在适当的pH或盐存在的条件下，会发生溶解，在此浓度下，即使加热也不会形成凝胶。将0.5%的大豆球蛋白溶液在100℃下加热5min（分钟），大豆球蛋白便会形成80～100s（秒）的巨大可溶性凝聚物，此后随着该凝聚物的减少，不溶性沉淀开始增加，最后会达到一定值。不同的加热条件引起的大豆蛋白变性程度也不同。当大豆球蛋白在70～80℃下加热时，解离成酸性亚基和碱性亚基。酸性亚基成为4S可溶性低聚物，而碱性亚基则发生聚合，在高离子强度下，形成可溶性聚合物；在低离子强度下则易生成沉淀。β-伴大豆球蛋白在低离子强度条件下加热易发生解离，而在高离子强度下则容易发生凝聚现象。

（3）冷冻变性 将大豆蛋白质溶液冷冻会产生冻结变性，而失去可溶性。冻豆腐就是利用这个性质制作而成的。大豆蛋白质溶液在冷冻前进行加热处理，这种热变性的蛋白质冷冻变性快于未热变性的蛋白质。欲使大豆蛋白冻结变性而不溶解，-5～-1℃的高温好于-20℃以下的低温。在-5～-1℃时，有10%～20%的水未被冻结，此时的蛋白质被浓缩在未冻结的水中。由于水的存在促进了各种化学反应，促进了二硫键以及其他分子间相互作用，聚合的蛋白质之间保持着狭小的间隔。-20℃时，全体均被冻结，失去了液态水分，蛋白质分子间不能很好地接近，侧链不能发生反应，因而导致冻结聚合性不好。

（4）变性后蛋白质的性质 控制大豆蛋白质的变性，对生产理想的大豆蛋白质食品有重要作用。变性后蛋白质的性质发生下列变化，主要包括：

①溶解度下降。由于肽链舒展，疏水基团外露，阻碍了蛋白质分子的溶解，使溶解度下降。

②黏度增加。蛋白质变性时，紧密的分子结构被破坏，多肽链充分舒展，分子体积增大，分子质量一定，黏度随蛋白质分子体积的增大而增加。

③生物活性丧失。酶是具有生物活性的蛋白质，在分子结构破坏的同时，酶分子表面的活力部位被破坏而失活。

④变性后的蛋白质容易被酶水解。当变性蛋白质分子结构变得松散和舒展后，肽链暴露，酶分子就可能与之发生作用进而发生水解。

大豆蛋白质有哪些特性

（1）凝胶化 大豆蛋白质的凝胶化在豆腐的形成以及用作畜肉、鱼肉制品添加剂方面起着重要作用。所谓凝胶化是指蛋白质分子之间依靠二硫键和非共价键等分子间相互作用，形成一个有持水能力的网状结构。凝胶除了具有较高的黏性外，还具有可塑性、弹性等性质。

凝胶的形成及其弹性、持水性等物理性质均受蛋白质的种类、浓度、加热温度和时间、pH、离子强度及变性剂的作用等各种各样的因素影响。

（2）乳化性 加入大豆蛋白质能够使油在水中形成稳定的乳化液。大豆蛋白质是表面活性物质，一旦集结于油-水界面时便可以降低表面张力，使之容易乳化。乳化油滴表面的蛋白质是保护层，能够阻止油滴聚集，提高了乳化液的稳定性。红肠、蛋黄酱、稀奶油、甜点等的制作都是蛋白质的乳化作用在食品中的具体应用。蛋白质除了和油形成乳浊液外，其乳化性还与乳浊液中脂肪的稳定性和食品的风味物质吸附与保持有重要关联。乳溶液有水包油（o/w）和油包水（w/o）两种类型，蛋白质大多形成水包油型的乳浊液。蛋白质和油的混合溶液在均质机作用下形成微小的油滴粒子，而蛋白质覆盖在粒子的表面，防止粒子之间的聚合，起到乳化的作用。

蛋白质的乳化性主要在以下几方面起作用：

①油滴球在液相中的活动性（溶解性）；

②油滴球的表面容易具有重排列的柔软结构（柔软性）；

③再重排时，油滴球上能够有一定量的疏水基露出（疏水性）；

④在油滴球表面，蛋白质分子具有稳定性的结构（坚固结构）。

（3）发泡性 蛋白质的发泡性常被应用于甜点等食品中。蛋白质发泡类似于乳化，由于空气比油滴具有更强的疏水性，使蛋白质在气泡表面形成了薄膜。显然蛋白质的亲水性、柔软性、疏水性、坚固结构对蛋白质发泡能力和形成泡沫的稳定性起着重要作用。

发泡性评价包括发泡能力和形成泡沫的稳定性两个方面。大豆蛋白质发泡性与溶解性和乳化性相似，在等电点附近减少。气泡的破坏率在等电点处最高，因其稳定性最低。随着蛋白质浓度的升高，发泡性增强，稳定性减小。利用酸和酶将大豆蛋白质部分地加水分解，获得的部分水解蛋白有很强的发泡性。市场上销售的大豆蛋白粉就是根据此原理加工而成的。

（4）吸收脂肪 大豆蛋白质能够促使脂肪的吸收与结合。组织化大豆粉吸收的脂肪占其质量的65%～130%，在15～20min吸收脂肪量达到最大值，这一数值主要与大豆粉的粒度大小有关，粒度小吸收脂肪的量较粒度大得多。脂肪的吸收只是乳化作用的一种表现。加入大豆粉有助于防止油炸（煎）食品时吸收过多的脂肪。这是因为大豆蛋白质受热变性，在油炸食品表面形成抗脂肪层。

（5）吸收水分 大豆蛋白质的肽链结构中含有极性的侧链，能够吸收水分并保留水分，某些极性部位是可以电离的（例如羧基和氨基）。pH的变化可以改变其极性，从而影响大豆蛋白质的吸水性，当pH大于或小于4.5时，保留水分的量急剧增加。在焙烤食品、糖果的生产中，添加大豆粉等会增加产品的吸水力，使产品的保鲜时间延长。

（6）组织化作用 大豆蛋白质能够使各种传统食品和新型食品具有组织化作用，如含有8%以上分离蛋白质的溶液，加热能够形成胶体；含有16%～17%的分离蛋白质溶液，经过加热后能够得到有弹性的自承重凝胶；也有方法能够将大豆粉和大豆分离蛋白具有和肉相类似的组织。

（7）面团的形成 脱脂大豆粉与40%～60%的水混合即形成“面团”，这种“面团”没有小麦面粉特有的黏着性、附着性、弹性。大豆蛋白质的这3种特性与具有这3种特性的制品有着直接的影响，例如干豆腐在吸水后便有黏着性、附着性和弹性。

（8）薄膜的形成 大豆粉和水形成的“面团”经过高温蒸煮后，表面形成一层薄膜，对含水溶液起着阻挡层的作用。

（9）色泽控制 大豆粉可以用作漂白剂或促使烘烤食品着色的着色剂。例如大豆粉在面包中用作漂白剂，其脂肪氧化酶使不饱和脂肪酸氧化，将小麦粉中黄色的类胡萝卜素漂白并去色。面包表面色泽的增加是大豆蛋白和小麦粉中的碳水化合物反应的结果。

豆制品生产基本原理是什么

中国传统豆制品种类繁多，生产工艺也各有特色，但是就其实质来讲，豆制品的生产就是制取不同性质的蛋白质胶体的过程。

大豆蛋白质存在于大豆子叶的蛋白体中，大豆经过浸泡，蛋白体膜破坏以后，蛋白质即可分散于水中，形成蛋白质溶液即生豆浆。由于蛋白质胶粒的水化作用和蛋白质胶粒表面的双电层，使大豆蛋白质溶胶保持相对稳定。但是一旦有外加因素作用，这种相对稳定就可能受到破坏。

生豆浆加热后，蛋白质分子热运动加剧，维持蛋白质分子的二、三、四级结构的次级键断裂，蛋白质的空间结构改变，多肽链舒展，分子内部的某些疏水基团（如巯基）、疏水性氨基酸侧链趋向分子表面，使蛋白质的水化作用减弱，溶解度降低，分子之间容易接近而形成聚集体，进而形成新的相对稳定的体系——前凝胶体系，即熟豆浆。

在熟豆浆形成过程中蛋白质发生了一定的变性，在形成前凝胶的同时，还能与少量脂肪结合形成脂蛋白，脂蛋白的形成使豆浆产生香气，其形成量随煮沸时间的延长而增加。同时借助煮浆，还能消除大豆中的胰蛋白酶抑制因子、血球凝集素、皂苷等对人体有害的成分，减少生豆浆的豆腥味，使豆浆特有的香气呈现出来，并且达到消毒灭菌、提高风味和卫生质量的目的。

前凝胶形成后必须借助无机盐、电解质的作用使蛋白质进一步变性转变成凝胶。常见的电解质有石膏、卤水、δ-葡萄糖酸内酯及氯化钙等盐类。它们在豆浆中解离出Ca2+、Mg2+, Ca2+、Mg2+不但可以破坏蛋白质的水化膜和双电层，而且有“搭桥”作用，蛋白质分子间通过镁桥或钙桥相互连接起来，形成立体网状结构，并将水分子包容在网络中，形成豆脑。

豆脑形成较快，但是蛋白质主体网络形成需要一定时间，所以在一定温度下保温静置一段时间使蛋白质凝胶网络进一步形成，就是一个蹲脑的过程。将强化凝胶中水分加压排出，即可得到豆制品。