6.1概述 6.1.1氨基酸基本的理化性质 一、基本物理学性质

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1 6.1概述 6.1.1氨基酸基本的理化性质 一、基本物理学性质
包括基本组成和结构、溶解性、酸碱性质、立体化学、熔点、沸点、光学行为、旋光性、疏水性等。 (一）溶解性质 氨基酸在水中的溶解度（25℃ ,g/L） 氨基酸 溶解度 氨基酸 溶解度 氨基酸 溶解度 丙氨酸(Ala) 精氨酸(Arg) 天冬酰胺(Asn) 天冬氨酸(Asp) 半胱氨酸(Cys) － 谷氨酰胺(Gln) (37℃) 谷氨酸(Glu) 甘氨酸(Gly) 组氨酸(His) － 异亮氨酸(Ile) 亮氨酸(Leu) 赖氨酸(Lys) 蛋氨酸(Met) 苯丙氨酸(Phe) 脯氨酸(Pro) 丝氨酸(Ser) 苏氨酸(Thr) 色氨酸(Trp) 酪氨酸(Tyr) 缬氨酸(Val) 讨论氨基酸相关的内容是在已经学过内容的基础上进行的，重点在于结合食品化学研究，增加新见解，扩展认识范围。 据Owen R. Fennema, Food Chemistry, Marcel Dekker, Inc. 1996, 270

2 根据氨基酸侧链与水相互作用的程度可将氨基酸分作几类。含有脂肪族和芳香族侧链的氨基酸，如Ala、Ile、Leu、Met、Pro、Val及Phe、Tyr，由于侧链的疏水性，这些氨基酸在水中的溶解度均较小；侧链带有电荷或极性集团的氨基酸，如Arg、Asp、Glu、His、Lys和Ser、Thr、Asn在水中均有比较大的溶解度；但根据电荷及极性分析也有一些例外，如脯氨酸属于带疏水基团的氨基酸，但在水中却有异常高的溶解度。 （二）氨基酸的疏水性 氨基酸的疏水性，是影响氨基酸溶解行为的重要因素，也是影响蛋白质和肽的物理化学性质（如结构、溶解度、结合脂肪的能力等）的重要因素。 按照物理化学的原理，疏水性可被定义为：在相同的条件下，一种溶于水中的溶质的自由能与溶于有机溶剂的相同溶质的自由能相比所超过的数值。估计氨基酸侧链的相对疏水性的最直接、最简单的方法就是实验测定氨基酸溶于水和溶于一种有机溶剂的自由能变化。 一般用水和乙醇之间自由能变化表示氨基酸侧链的疏水性，将此变化值标作△G′。 不同氨基酸的△G′值如下表所示。

3 氨基酸侧链的疏水性（乙醇→水，kJ/mol）
氨基酸 △G′ 氨基酸 △G′ 氨基酸 △G′ 丙氨酸(Ala) 精氨酸(Arg) － 天冬酰胺(Asn) 天冬氨酸(Asp) 半胱氨酸(Cys) 谷氨酰胺(Gln) 谷氨酸(Glu) 甘氨酸(Gly) 组氨酸(His) 异亮氨酸(Ile) 亮氨酸(Leu) 赖氨酸(Lys) － 蛋氨酸(Met) 苯丙氨酸(Phe) 脯氨酸(Pro) 丝氨酸(Ser) 苏氨酸(Thr) 色氨酸(Trp) 酪氨酸(Tyr) 缬氨酸(Val) 当氨基酸的△G′值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子的内部； △G′为负时，其侧链是亲水的，倾向于处在蛋白分子的表面。需要注意的是，赖氨酸通常是蛋白质分子中亲水性的氨基酸残基，但它的△G′是正值，这是由于它的侧链含有优先选择有机环境的4个-CH2-基。 （三）氨基酸的光学性质 氨基酸中的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸分子中由于有共轭体系，因此可以吸收近紫外光。它们的最大吸收波长（λmax)分别为260nm、275nm、278nm；在吸收最大波长光线的时候还会发出荧光。

4 二、基本化学性质 关于氨基酸基本的化学性质，在生物化学中已经进行了介绍。下面再根据Owen R. Fennema, Food Chemistry, 作简要系统介绍；其主要的线索还是氨基酸分子中所带的官能团。 氨基酸和蛋白质中官能团的化学反应性 官能团及反应 试剂和条件 产物 评论 A.非α氨基 1.还原甲基化 甲醛、NaBH 蛋白放射性标记 2.胍基化 邻甲基异脲*，pH10.6,4℃,4d Lys转换成Arg 3.乙酰化 乙酸酐 去除正电荷 4.琥珀酰化 琥珀酸酐 在Lys上引入正电荷 5.巯基化 硫代仲康酸** 在Lys残基引入巯基

5 官能团及反应 试剂及条件 产物 评价 6.芳基化 FDNB*** 氨基酸序列测定 TNBS**** 产物同上 测定Lys残基(367nm) 7.脱氨基 含1.5mol/LNaNO2的乙酸，0℃ ROH+N2+H2O B.羧基 1.酯化 酸性甲醇 RCOOCH3+H2O 在pH大于6时，酯水解 2.还原 含氢硼化物的四氢呋喃，三氟乙酸 RCH2OH 3.脱羧基化 酸、碱、热处理 胺 仅发生在氨基酸 C.巯基 1.氧化 过氧甲酸 RCH2SO3H 2.封闭 氮丙环 RCH2SCH2CH2NH 避免巯基氧化 碘乙酸 RCH2SCH2COOH 同上 苹果酸酐***** 对汞代苯甲酸 测定巯基含量(250nm)

6 （二）与邻苯二甲醛的反应：在2-巯基乙醇的存在下，氨基酸与邻苯二
官能团及反应 试剂和条件 产物 评价 N-乙基马来亚胺 封闭 DTNB****** 测定巯基含量 D.羟基 酯化 乙酰氯 E.-SCH3(Met) 1.烷烃化 CH3I 2.β-丙醇酸 三、重要的分析鉴定反应 （一）与茚三酮的反应（略） （二）与邻苯二甲醛的反应：在2-巯基乙醇的存在下，氨基酸与邻苯二

7 甲醛反应生成高荧光的衍生物，在380nm激发时，在450nm具有最高荧光发射，用来定量分析氨基酸、肽和蛋白质。
（三）与荧光胺的反应 含有伯胺基的氨基酸、肽或蛋白质与荧光胺反应生成高荧光的衍生物，在390nm时，在475nm具有最高的荧光发射。此法可被用于氨基酸、肽或蛋白的定量分析。

8 6.1.2肽类物质 活性肽的种类及功能 生物活性肽也称作功能肽，是近年来非常活跃的研究领域，其应用涉及到生物学、医药学、化学等多种学科，在食品科学研究及功能食品开发中也显示出美好的前景。 功能肽按照获得途径的差异可以分作两种类型，一类是由生物体特别是动物体内获得的天然功能肽；另一类是利用动植物蛋白，通过水解或酶解，再经过活性筛选而获得的外源性功能肽。 一、天然活性肽 目前，由自然界已经获得了种类多样、功能各异的生物活性肽，下页列举了一些这方面的例证。 昆虫抗菌肽 ：迄今为止，已有150多种昆虫抗菌肽被分离鉴定，许多抗菌肽的cDNA已被克隆测序并进行了初步的基因定位和表达调控机制研究。昆虫抗菌肽已成为当前研究的热点，某些抗菌肽正在通过基因工程技术开始工业化生产并用于农业、工业和食品卫生等多个领域。

9 天然活性肽举例 活性类型 氨基酸数 生理活性 抗菌肽 枯草菌素 乳酸链球菌素 Lactocin S 橡胶素 神经肽 脑啡肽 α-内啡肽
强啡肽 韩蛙皮素 激素肽及激素调节肽 催产素 促肾上腺皮质激素 加压素 Amylin 免疫活性肽 α-干扰素 白细胞介素-2 抗癌多肽 肿瘤坏死因子 环己肽 未知 34 33 43 5 16 17 14 9 39 37 133 6 抑制革兰氏阳性菌 抑制革兰氏阳性菌和乳酸菌 抑制肉毒梭菌、李氏杆菌、金黄色葡萄球菌 抑制含几丁质的真菌 鸦片样生物活性 神经调节 神经条件 平滑肌的收缩作用 甾类合成的刺激作用 血管肌的收缩作用 胰岛素拮抗 抗病毒、调节机体免疫反应 T-细胞激活 抗癌

10 昆虫抗菌肽是一类碱性多肽，具有分子量小、水溶性好、热稳定性强、无免疫原性，不易被水解等特性；同时还具有强而广谱的抗菌、抗癌、抗病毒的能力，对高等动物机体的正常细胞无损伤。根据氨基酸组成和结构特征，可把昆虫抗菌肽分为4类：形成两性分子α-螺旋的抗菌肽类；有分子内二硫桥的抗菌肽类；富含甘氨酸的抗菌肽类和富含脯氨酸的抗菌肽类。 关于抗菌肽的作用机理，现在人们比较一致的看法是，不同的抗菌肽在其杀菌方式上可能存在一些差异。有的通过在细菌膜上形成孔道，造成细胞内物质泄漏进而导致化学势丧失而达到杀菌的效果；有的能够干扰一定类型的外膜蛋白基因的转录，使相应蛋白的合成量减少，从而导致细胞膜的通透性增加，使细菌生长受到抑制。有些还可能抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻，等等。 感染性疾病曾一度是人类生存所面临的最大威胁。随着抗生素的发明和广泛使用，感染性疾病得到了一定程度的控制，但仍然是人类死亡的一个重要原因。据WHO报告，2000年全球死亡人数5570万，其中1440万由感染性疾病引起，占总死亡人数的15.9%。过去的几十年里，耐药性微生物的不断产生和生物耐药性问题的日益恶化，开发新的抗感染药物已成为治疗感染疾病的必由之路。昆虫抗菌肽因其独特的抗菌、杀菌效果和良好的应用前景近来成为抗感染新药开发的热点。目前国外在抗菌肽临床应用方面进展较快，在流行性脑脊髓炎、人幽门螺旋杆菌感染及抗真菌感染等方面的应用已经进入临床试验阶段。

11 二、外源性活性肽 以天然蛋白作为原料通过水解或酶解的方法，获得大量的肽类，从中筛选活性肽，目前已成为扩大功能肽研究范围、发现新型多肽的有效途径。当然化学合成也为功能肽的获得提供了有效的途径，但化学合成往往需要一定的活性结构做模型。 目前已有实际应用的外源性功能肽的制备方法有化学水解法、酶水解法、合成法等。 化学水解法是以天然蛋白质为原料，在酸或碱的催化下进行水解而获得多肽。一般用6～10mol/L盐酸或4mol/L硫酸在100～120℃条件下水解12～24h；也可用6mol/LNaOH或2mol/L的Ba(OH)2水解6h左右；然后经活性炭脱色，再通过701型树脂除去酸和盐便可获得混合多肽。此法工艺虽然简单但难以控制水解程度，容易将肽链继续水解为氨基酸，并且水解过程中氨基酸的结构容易受到影响而发生构型甚至构造上的变化，影响肽的结构和功能。此种影响在碱性条件下表现的尤为突出。 利用酶解的方法由天然蛋白制备功能肽是目前常采用的方法。此方法的一般工艺流程为：原料蛋白→预处理→酶解→灭酶→脱苦味脱色→分离→干燥→成品。酶种类和水解条件的选择是制备功能肽的关键。目前可以使用的酶种类较多，如胰蛋白酶、胃蛋白酶、碱性蛋白酶等动物蛋白酶及菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等植物蛋白酶，而比较便宜易得的还有不同种类的微生物蛋白酶。到底选择何种，可根据酶的水解特性、原料蛋白的来源及欲得到的功能多肽类型来综合考虑决定。

12 三、活性肽在食品中的应用 营养学研究证明，功能肽类在人体内的消化吸收明显优于蛋白质和单个氨基酸，对人体内蛋白质的合成无任何不良影响，而且具有促进钙吸收、降血压、提高免疫力等生理功能。此外，功能肽具有良好的水合性，使其溶解度增加，黏度降低、胶凝程度减小，发泡性丧失，具有优良的加工性能。目前在食品中已经应用或出现了应用苗头的功能肽主要有以下种类。 肽的理化性质 一、肽的物理性质 A、肽的两性：与氨基酸相似，肽类物质也具有两性和等电点。例如Gly-Asp pI3.63；Gly-Gly-Gly pI5.58；利用多肽的等电点，可以进行肽类物质的分离。 B、黏度与溶解度 天然蛋白的水溶液当其浓度超过13%时就会形成凝胶，不利于蛋白溶液的制备；而多肽即使在50%的高浓度下和在较宽的pH范围内仍能保持溶

13 解状态，同时还具有较强的吸湿性和保湿性，这使无法实现的高蛋白饮料和高蛋白果冻的生产成为可能。
C、渗透压和对产品质构的调节作用 当一种液体的渗透压比体液高时，易使人体周边组织细胞中的水分向胃肠移动而出现腹泻。多肽溶液的渗透压比氨基酸溶液要低，因此可以克服因氨基酸溶液渗透压高而导致的问题。 多肽具有抑制蛋白质形成凝胶的性能，可利用此性质来调整食品的质构。如水产、肉、禽蛋白在加热时因形成凝胶而变硬，适量加入大豆多肽，就会起到软化的作用。 二、化学性质 肽类物质基本的化学性质和氨基酸基本的化学性质相同，都是由其特征性官能团决定的。但肽和蛋白可以发生双缩脲反应而氨基酸则不能。