任务二 掌握蛋白质组成、分类、性质、生理功能
蛋白质是生物体的重要组成成分，分布广泛，人体内几乎所有的组织器官都含有蛋白质，其含量约占人体干重的50%以上，在细胞中可达细胞干重的70%以上。动物的血液、肌肉、上皮组织、毛发等都由蛋白质构成；体内绝大多数化学反应的催化酶、调节物质代谢的某些激素、与遗传有密切关系的核蛋白、能起免疫作用的抗体、能致病的细菌和病毒等都含有蛋白质。蛋白质是生物体内最重要的生物大分子之一，也是生命活动的物质基础。肌肉收缩、消化道的蠕动、激素的分泌及高等动物记忆活动等都离不开蛋白质。
一、食物蛋白质的组成、分类与性质
蛋白质存在于所有动植物的原生质内，蛋白质的种类繁多，组成、结构、性质、功能各异。人体内的蛋白质不断进行代谢与更新。
（一）组成与结构
1.组成
从各种动植物中提取得到的蛋白质进行元素分析，发现蛋白质的元素组成基本相同。所有蛋白质均具有碳（50%～55%）、氢（6%～8%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%）。另外，大多数蛋白质还含有硫（0～4%），有些蛋白质还含有少量的磷或微量的铁、铜、锰、锌、钼、钴等金属元素，个别蛋白质还含有碘等非金属元素。
蛋白质组成的重要特征是都含有氮元素。经实验测定，大多数蛋白质含氮量相当接近，平均约为16 % （质量分数），即生物组织中100 g蛋白质含有16 g氮，每含1 g 氮大约相当于含6.25 g蛋白质，6.25 常被称为蛋白质系数。
2.结构
蛋白质的基本组成单位是氨基酸。自然界中的氨基酸有三百多种，但是组成人体内蛋白质的氨基酸只有20种，且均为α-氨基酸，可用如下通式表示：
其中R是脂肪烃基、芳香烃基、杂环基等。不同的α-氨基酸只是R基不同。味精是一种氨基酸的盐，学名为谷氨酸钠，其结构为：
味精结构简式为：
蛋白质是由氨基酸以脱水缩合的方式、按一定顺序组成的、具有一定空间结构的生物大分子化合物。其分子质量相当大，从几万D至几百万D，由一级结构和空间结构构成，体内众多蛋白质的一级结构和空间结构各不相同，每一种蛋白质执行各自特异的生物学功能，蛋白质的结构决定了其性质。
（二）蛋白质种类
味精
蛋白质从不同的角度有不同的分类方式。
1.根据分子形状分类
①球状蛋白质：分子外形近似球状或椭球状，溶解性较好，能形成结晶。大多数蛋白质属于这一类，如血红蛋白、酶、免疫球蛋白。
②纤维状蛋白质：蛋白质分子的长短轴之比大于10，即为纤维状蛋白质。纤维状蛋白质又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。如毛发、指甲中角蛋白，皮肤、骨组织中的胶原蛋白和弹性蛋白等。
2.根据分子组成分类
①单纯蛋白质。
蛋白质的完全水解产物仅为各种氨基酸，这类蛋白质称为单纯蛋白质。清蛋白、球蛋白、精蛋白、组蛋白和大麦中的麦胶蛋白等都属于此类蛋白质。
②结合蛋白质。
此类蛋白质除氨基酸成分外，还含有非氨基酸成分——辅基，只有两者结合在一起才具有生物学活性。根据辅基不同，它主要分为核（酸）蛋白、糖蛋白、脂蛋白、金属蛋白和色蛋白等。
3.根据生物学功能分类
根据生物学功能，可将蛋白质分为以下8类：
①具有运输作用的清蛋白、血红蛋白、运铁蛋白等。
②具有催化作用的胃蛋白酶、淀粉酶、脱氢酶。
③具有激素作用的胰岛素、生长因子。
④具有保护作用的免疫球蛋白、血浆纤维蛋白。
⑤具有收缩功能的肌动蛋白、肌球蛋白。
⑥具有结构功能的胶原蛋白、弹性蛋白。
⑦具有调节功能的钙调蛋白。
⑧具有基因调节的转录因子、阻遏蛋白等。
4.根据来源分类
根据来源的不同，蛋白质可分为动物蛋白质和植物蛋白质。
动物体内蛋白质的含量一般高于植物体内蛋白质的含量，其质量也比植物蛋白质量好。动物肌肉组织中蛋白质含量最丰富，固形物几乎都是蛋白质，植物种子中的蛋白质含量较多，大豆中蛋白质的含量可达40%。
（1）动物蛋白质
烹饪中接触较多的动物蛋白质是肌肉蛋白质和鸡蛋蛋白质。
肌肉蛋白质是指存在于动物横纹肌组织中的蛋白质，包括肌质蛋白质、肌原纤维蛋白质和间质蛋白质3类。肌质蛋白质是存在于肌细胞中的可溶性蛋白质，主要有肌溶蛋白、肌红蛋白等，其中肌红蛋白与肌肉颜色有关。肌原纤维蛋白质是存在于肌细胞中的不溶性蛋白质，是肌肉蛋白质的主体，主要有肌球蛋白、肌动蛋白等，它们决定肌肉的烹饪加工性能。间质蛋白质是存在于结缔组织中的蛋白质，主要是胶原蛋白，也有少数弹性蛋白，在皮肤、肌肉与骨骼连接处、韧带、血管等处大量存在。它们决定着肉类在加热中的嫩度变化。
鸡蛋蛋白质在蛋清和蛋黄中的种类有很大不同。蛋清中主要为简单蛋白质，也有一定量的糖蛋白，有卵清蛋白、伴清蛋白、类卵黏蛋白、卵黏蛋白和卵球蛋白等，其中卵黏蛋白与蛋清的起泡性有关。蛋黄中的蛋白质主要为结合蛋白质，其中卵黄磷蛋白含量最大，其次为卵黄黏蛋白。另外，还有卵黄高磷蛋白和卵黄球蛋白，卵黄蛋白质具有很强的乳化性。
（2）植物蛋白质
烹饪加工中比较重要的植物蛋白有小麦蛋白质和大豆蛋白质。小麦蛋白质一般可分为麦胶蛋白、麦谷蛋白、清蛋白和球蛋白4类，其中麦胶蛋白和麦谷蛋白含量较多，它们不溶于水，但可吸水膨润，形成面筋，故又称为面筋蛋白质，它是小麦面粉调制成团并决定面团性质的关键成分，拉面需要高含量的面筋蛋白，而松脆的米饼中面筋蛋白含量很少。大豆含蛋白质丰富，所含蛋白质主要为大豆球蛋白。大豆球蛋白可溶于水，不发生热凝固，部分其他蛋白质会热凝固，用以生产腐竹。
（三）蛋白质的主要性质
1.两性电离和等电点
蛋白质分子表面带有一定量的氨基（呈碱性）和羧基（呈酸性）。在水中可发生两性电离。蛋白质分子在水溶液中的电离情况可表示为：
蛋白质电离
如果将溶液的pH调节到某种蛋白质分子正好以两性离子的形式存在时，则蛋白质分子在电场中既不向阴极移动，也不向阳极移动，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点，用pI表示。蛋白质处于等电点时，溶解性、黏性、溶胀性、导电能力等都降到最低值。大多数蛋白质的等电点偏酸性，少数呈现偏碱性的特点。
2.水化作用
水化作用也称为水合作用，指蛋白质分子与水结合的能力。蛋白质的分子表面带有许多极性基团（如：羧基—COOH、氨基—NH2等），对水具有亲和能力。这些极性基团及蛋白质分子中的肽键，均能通过氢键、静电引力等形式与水分子相互作用，把无数水分子吸附到蛋白质分子表面，从而使蛋白质分子形成很厚的水化膜。吸附在蛋白质分子表面水层中的水属于结合水，不能再溶解其他的物质。
蛋白质水化作用的直接结果是使蛋白质成为亲水胶体。但水化作用还与其他许多功能有关，它是蛋白质其他胶体性的基础。例如：蛋白质的润湿性、溶解、溶胀、持水容量，以及黏附力和凝集、凝固等都与水化作用有关。水化作用较强烈的蛋白质能分散于水而形成溶胶。水化作用较弱的蛋白质，虽然不能分散于水，但也能结合一定量的水分。
影响蛋白质吸水性的因素：一是蛋白质的结构（如蛋白质形状、表面积大小、蛋白质分子表面极性基团数目及蛋白质分子的微观结构是否多孔等），蛋白质的表面积大、表面极性基团数目多、多孔结构都有利于蛋白质的水化；二是浓度，总吸水量随蛋白质浓度的增大而增加；三是溶液的酸碱度pH，pH的改变会影响蛋白质分子的电离和所带净电荷的数目，从而影响蛋白质分子与水结合的能力。适当升高温度、适量电解质、pH偏离等电点都可增强蛋白质的水化作用。一般温度在0～40 ℃时蛋白质的水合能力随温度的升高而增大；温度高于40 ℃时，蛋白质因空间结构被破坏而变性，结合水的能力随之下降，从而聚集沉淀，从溶液中沉淀析出。烹饪加工中最重要的是维持蛋白质的水化状态，其次是利用影响水化作用的因素来控制工艺条件，提高一些低水化食品的水化程度。
3.黏性
部分蛋白质能在水中完全分散溶解形成蛋白质溶液，由于蛋白质分子的体积很大，而且由于水化作用而使蛋白质分子表面带有水化层，更增大了分子的体积，使得蛋白质溶液的流动阻力变大，所以蛋白质分散于水所形成的溶胶具有较大的黏性。蛋白质溶液的黏度要比一般小分子溶液大得多。蛋白质溶液的黏度除与浓度有关外，还与蛋白质分子的形状和表面积状况有关。一般而言，表面带电荷较多者，黏性较大；浓度越大，其黏性也越大；球状蛋白质比纤维状蛋白质的黏性小。例如：鲜鸡蛋的蛋清呈碱性，但其主要蛋白都在酸性范围，因此具有很高的黏度，在烹饪中常作为黏结剂来使用。了解蛋白质溶液的黏度对制作液态、膏状和糊状食品（如肉汤、汤汁、酸奶和稀奶油等）过程中确定最佳加工工艺具有实际意义。
4.起泡性和稳定性
（1）泡沫的形成
食品产生泡沫是常见的现象，无论是需要的还是不需要的，在加工过程中都会出现。面包、棉花糖、啤酒、蛋糕、冰激凌等食品都属于含泡沫产品。
纯液体很难形成稳定的泡沫，必须加入起泡剂。常用的起泡剂是表面活性剂，多是蛋白质、纤维素衍生物等成分。烹饪加工中利用蛋清制作含泡沫的菜肴食品。形成蛋白质泡沫的方法主要有鼓泡法、打擦起泡法等。鼓泡法是将气体不断地通入一定浓度的蛋白质溶液（2%～8%）中，鼓出大量的气泡。打擦起泡法是利用搅打或振荡使蛋白质在界面上充分吸附并伸展，获得大量的泡沫，所以充分的打擦是必需的，但过度打擦也会造成泡沫的破裂，所以，打擦蛋清一般不宜超过7 min。
气体（空气、二氧化碳）在外力的作用下分散在液体中形成气乳胶（也叫“稀泡沫”），在气乳胶阶段气泡周围有大量的、连续的液体（连续相）。如果液体黏度小，这些气泡会直接冲出液面而消失；如果液体黏度大，再加上如果有表面活性剂（蛋白质）存在，气泡上升到液面后彼此相连，聚集为气泡聚集物，继而形成泡沫。泡沫之间被液膜分开，液膜的液体流失，这些泡沫会消泡。但液膜中的液体如果含有起泡剂（蛋白质等）时，液膜中的水流失后，起泡剂仍然可以维持膜结构，从而形成干泡沫状态，像面包、发泡蛋糕的最终疏松结构就是这样形成的。
蛋白质不仅是很好的起泡剂，更重要的是还有稳泡性。因为蛋白质不但能降低表面张力，形成具有一层黏结、富有弹性而不透气的蛋白质膜，能较长时间保持泡沫不破灭，而且蛋白质在液膜中的存在大大提高了液体的黏度，液体的流动性减小，这对泡沫的稳定也有益。搅打蛋清，会得到大量泡沫，就是因打入的空气形成气泡，蛋白质在气泡的水-气界面上吸附、聚集、分子伸展和变性，同时，搅打使蛋白质分子在机械力切割下形成包裹气泡的蛋白质膜，使泡沫稳定，最后得到大量的泡沫聚集体。
（2）影响蛋白质起泡和稳泡的因素及应用
起泡性和稳泡性的大小与蛋白质的种类和浓度、酸碱度、溶液的黏度、温度、盐离子等有关。
①蛋白质种类。具有良好发泡性质的蛋白质有卵清蛋白、血红蛋白中的珠蛋白部分、血清蛋白、明胶蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、小麦蛋白（特别是麦谷蛋白）、大豆蛋白和某些蛋白质的低度水解产物。特别是卵清蛋白，常作为比较各种蛋白起泡力的参照物。(https://www.daowen.com)
②溶液的酸碱度。卵清蛋白和明胶蛋白虽然表面活性较差，但它们可以形成具有一定机械强度的薄膜，尤其是在其等电点附近，蛋白质分子间的静电相互吸引使吸附在空气水界面上的蛋白质膜的厚度和硬度增加，泡沫的稳定性提高。
③黏度。提高泡沫中主体液相的黏度，可防止气泡膨胀，也有利于气泡的稳定。比如在蛋清蛋白中加入蔗糖和甘油时，黏度增大，起泡性减小，但泡沫的稳定性增强，并可防止过度发泡。在打蛋泡时，在打擦起泡后加入蔗糖较好。
④温度。泡沫形成前对蛋白质溶液进行适度的热处理可以改进蛋白质的起泡性能。过度的热处理会损害蛋白质的起泡能力。温度高于40 ℃时，泡沫中的空气受热膨胀，会导致气泡破裂及泡沫解体。只有蛋清蛋白在加热时能维持泡沫结构。
5.变性
天然蛋白质在一定的条件下，原有的性质和功能发生部分或全部改变的现象称为变性。变性的本质是维持蛋白质空间结构的作用力被破坏。大多数的蛋白质变性是不可逆的，若蛋白质变性程度较轻，消除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为蛋白质复性，如天然状态的牛核糖核酸酶在加入尿素和β-巯基乙醇后，空间结构被破坏，失去了催化活性，但是去除变性因素后，又可恢复到正常的天然状态。
变性之后的蛋白质在多种性质上均发生了改变，较明显的是水化作用减弱，黏度增大。引起蛋白质变性的因素很多，例如酸、碱、重金属盐、有机溶剂等化学因素和高温、高压、紫外线、X射线、超声波及强烈振动等物理因素。烹饪加工过程中常见的蛋白质变性一般是由温度、酸碱等引起的。蛋白质的热变性一般在45 ℃时开始，达55 ℃以上有可见的变化。在酸或碱存在时，热变性速度加快。蛋白质加热成熟后具有不可逆变性。冷冻和强烈振动蛋白质溶胶也会导致蛋白质变性。常温下，蛋白质在pH为4～10范围内比较稳定，超出该范围会引起变性。
6.水解作用
蛋白质在体外的降解反应称为蛋白质的水解。人们习惯于把蛋白质在体内的水解过程称为消化。
研究发现，蛋白质在水解或消化过程中是逐步降解的，最后成为各种氨基酸的混合物。蛋白质完全水解或消化后得到的氨基酸是蛋白质的基本组成单位。
蛋白质在酸、碱的水溶液中加热或在酶的催化下，会与水发生反应，其分子中的部分肽键被破坏，逐步分解成相对分子质量较小的产物，最终产物为氨基酸。蛋白质的水解过程为：
蛋白质→
（初解蛋白质）→胨（消化蛋白质）→多肽→二肽→α-氨基酸
根据蛋白质的水解程度，可将蛋白质和水解分为完全水解和不完全水解。
（1）完全水解
在强酸、强碱或高温（100～110 ℃）和长时间（10～20 h）条件下，可发生蛋白质的完全水解。完全水解的产物是各种氨基酸。酸水解时有少数氨基酸被破坏，如：色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸及含酰氨基的氨基酸被分解或水解。碱水解时多数氨基酸被破坏。
蛋白质的完全水解，尤其是酸水解在食品加工中应用较多，如利用酸水解生产化学油和营养添加剂氨基酸等。
（2）不完全水解
在酶或稀酸等较温和的条件下，蛋白质会发生不完全水解，不完全水解产物是各种大小不等的肽段和氨基酸。氨基酸是蛋白质轻微水解的产物，它仍具有黏度大、溶解度小、加热可凝固等高分子特性。肽是较小分子的产物，易溶于水，通常在30～50 ℃即可水解。在烹饪中，蛋白质一般都不能完全水解。
蛋白质是大分子物质，食物蛋白质必须在消化道经过一系列消化酶的催化才能发生分解，以氨基酸或寡肽的形式被机体吸收利用。未经消化的蛋白质不易被吸收，蛋白质的消化过程可消除种属特异性和抗原性，防止过敏及毒性反应的发生。唾液中不含蛋白酶，故蛋白质的消化作用在胃和小肠中完成，氨基酸的吸收部位主要在小肠，是一个耗能的主动吸收过程。
7.羰氨反应
羰氨反应又称为美拉德反应，食品中含氨基的化合物（如氨基酸、肽、蛋白质、胺等）和含羰基的化合物（还原糖、醛、酮等）之间经缩合、聚合而生成类黑精的反应。美拉德反应的产物主要是含类黑精、还原酮以及含N、S、O的杂环化合物，使食品颜色加深，并赋予食品一定的风味。
二、蛋白质的生理功能
蛋白质的生理功能多种多样，主要体现在：
1.组织细胞的基本结构成分
如细胞外结构蛋白胶原纤维参与骨骼和结缔组织的形成；头发、指甲主要由不溶性蛋白角蛋白构成。
2.运输载体作用
如血红蛋白可以转运氧气和二氧化碳，血清清蛋白可以转运脂肪酸和胆红素。
3.催化功能
大部分酶的化学本质是蛋白质，可以催化生物体内的代谢反应，如胰蛋白酶催化食物蛋白质的分解。
4.调节作用
某些蛋白质激素可调节物质代谢，如可以调节血糖的胰高血糖素和胰岛素，与个体的生长、生殖有关的促生长素、促甲状腺激素和黄体生成素等。
5.防御作用
如免疫球蛋白又称为抗体，对机体有保护作用；凝血酶和纤维蛋白原可以参与机体的凝血功能。
6.信号转导作用
某些蛋白质参与细胞内和细胞间信息的接受与传递，如G蛋白和G蛋白受体，以及各种激素的受体蛋白。
7.控制细胞生长、分化和遗传信息的表达作用
如组蛋白、各种转录因子、阻遏蛋白等参与遗传信息的表达。
8.营养与运动作用
如动植物蛋白提供各种必需氨基酸；某些蛋白质参与组织的收缩及运动，如肌肉收缩就是主要通过肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白两种蛋白丝的滑动来实现的；在细菌中，微管蛋白参与构建鞭毛中的微管，微管与鞭毛及纤毛中的动力蛋白共同参与细菌细胞的运动。
人体蛋白质过量与缺乏的表现及危害
三、烹饪与储藏对食物蛋白质的影响
（一）蛋白质（氨基酸）在烹饪中的变化及其应用
1.变性
在烹饪中采用爆、炒、炸等方式，高温加热加快了蛋白质变性的速度，使原料表面因变性凝固、细胞空隙闭合，锁住原料的营养素和水分，既使菜的口感鲜嫩，又能保住较多的营养成分不受损失。如肉类在烹饪前先用沸水烫一下或者在热油中速炸一下，就可达到上述目的。同时，畜肉加热后变色也是由于肌肉中的肌红蛋白受热逐渐发生变性造成的。
2.水解
蛋白质在烹饪中除了会发生变性作用以外，还有水解作用，产生氨基酸和低聚肽。许多氨基酸都有明显的味感，如蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、精氨酸等呈苦味；甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸、丙氨酸等呈甜味；天冬氨酸、谷氨酸等呈酸味；天冬氨酸钠和谷氨酸钠呈鲜味。
对于富含蛋白质的原料，烹饪中若选用长时间加热的烧、煮、炖、煨、焖等烹调技术，蛋白质会发生水解，水解产生的氨基酸和低聚肽等呈味物质不断释放于汤中，使食材酥烂，汁味浓郁醇厚。如：煮鱼、烧鱼时会生成谷氨酸、天冬氨酸以及这些氨基酸组成的低聚肽，所以鱼汤的滋味特别鲜美。
发酵食品中的豆酱、酱油是利用大豆蛋白为原料经酶水解制成的调味品，除了含呈鲜味的谷氨酸钠，还含有以谷氨酸、亮氨酸、天冬氨酸构成的低聚肽，从而使这类食品具有鲜香味。
3.羰氨反应
几乎所有的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨基类物质，因此均可能发生羰氨反应。羰氨反应是发生在食品加工过程中最重要的化学反应之一，影响食品的颜色、风味、营养价值等质量特性。
（1）羰氨反应与食品色泽
羰氨反应赋予食品一定的颜色，对于食品而言，深浅必须要控制好，比如面包表皮的金黄色，在和面过程中要控制好还原糖和氨基酸的添加量，焙烤时要控制好温度，防止最后反应过度生成焦黑色；酱油的生产过程中需要控制好加工温度，防止颜色过深。
羰氨反应的发生有时是我们期望的，如：咖啡、红茶、啤酒、酱油、糕点、面包等；但有时羰氨反应的发生又不是我们期望的，如：乳品加工过程中，如果杀菌温度控制不当，乳中的乳糖和酪蛋白会发生羰氨反应会使乳呈现褐色，影响乳品的品质。
（2）羰氨反应与食品风味
通过控制原材料、温度及加工方法，可制作各种不同香味、风味的物质。温度不同，同种食物产生的香气也不同，例如：酵母和木糖水解蛋白在90 ℃及160 ℃条件下反应会分别产生饼干香味和酱肉香味；缬氨酸和葡萄糖在100～150 ℃及180 ℃温度条件下反应会分别产生烤面包香味和巧克力的香味。加工方法不同，同种食物产生的香气也不同，例如：麦经水煮可产生75种香气，经烘烤可产生150种香气；土豆经水煮可产生125种香气，而经烘烤可产生250种香气。所以用羰氨反应可以生产各种不同的香精，目前，主要用于生产肉类香精。国内已经研究出用羰氨反应制备牛肉、鸡肉、鱼肉香料的生产工艺。
（二）蛋白质在储藏中的变化及其应用
富含蛋白质的食物易发生腐败变质，例如肉类、蛋类、奶类等，原料中的蛋白质经微生物的分解，产生大量的胺类及硫化氢，出现臭味，这种现象称为腐败。
肉类食品在贮藏过程中，特别是冷冻贮藏中，可发生蛋白质变性、变色、失水、汁液流失以及脂肪氧化，从而降低食品的营养价值，但不同种类的食品，其变化有所不同，如冷冻对牛、羊、猪肉蛋白质变性影响较小，但对鱼类蛋白质则会引起一定的变性。因此，在低温贮藏中应采取相应措施以保持食品的鲜度和营养价值。
（三）蛋白质的营养价值以及提高食物蛋白质营养价值的方法
不同食物蛋白质的营养价值取决于蛋白质中所含必需氨基酸的种类、数量和比例。构成人体蛋白质的有20种氨基酸，成人体内有8种氨基酸不能合成，幼儿体内有9种氨基酸不能合成。这些人体必需又不能自身合成，而必须由食物供应的氨基酸，称为必需氨基酸。缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸均属于必需氨基酸。
通常某种食物蛋白质的营养价值本身不可以提高，但可以通过适当增加蛋白质食物的摄入量，也可以通过不同食物之间的合理搭配，使必需氨基酸之间相互补充，从而提高蛋白质的营养价值。日常生活中，属于优质蛋白质的食物，主要包括鱼虾类、蛋类、奶类、豆制品类。这些食物蛋白质含量比较丰富，生物利用率高，可通过适当增加上述食物的摄入补充蛋白质。
蛋白质互补时要注意的三个原则
小分子肽