Hvilke ændringer sker der i protein under forarbejdning af fødevarer?

Behandling og opbevaring af fødevarer involverer køling, opvarmning, tørring, fermentering, bestråling, kemisk reagensbehandling eller forskellige andre behandlinger, som uundgåeligt vil forårsage fysiske, kemiske og ernæringsmæssige ændringer i proteinerne og samtidig påvirke produktets kvalitet, så det er nødvendigt for fødevareudviklere at vide mere om processens virkninger på proteinerne i fødevarer.
Ændringer under varmebehandling
De fleste proteinfødevarer steriliseres ved opvarmning, og varmebehandling er den behandling, der har størst indvirkning på proteiner. Omfanget af effekten afhænger af faktorer som varmebehandlingens varighed, luftfugtighed, temperatur og tilstedeværelsen eller fraværet af redoxstoffer. Varmebehandling involverer kemiske reaktioner som termisk denaturering, termisk nedbrydning, aminosyreoxidation, udveksling mellem aminosyrebindinger og dannelse af nye aminosyrebindinger.
Opvarmning på næringsværdien af fødevarer har en skadelig side, men har også en gunstig side, de fleste fødevareproteiner kun i et snævert temperaturområde for at vise biologisk aktivitet eller funktionelle egenskaber, de fleste proteiner opvarmet for at forbedre næringsværdien, under de rette opvarmningsforhold, proteindenatureringen sker efter den oprindelige peptidkæde på grund af varme og brud, så den oprindelige foldede del af peptidkæden løsnes, så den er modtagelig for virkningen af fordøjelsesenzymer, forbedrer fordøjeligheden og essentielle aminosyrer. Fordøjelsesenzymernes virkning forbedrer fordøjeligheden og bioeffektiviteten af essentielle aminosyrer.
Moderat varmebehandling kan også gøre nogle enzyminaktivering, enzym inaktivering kan forhindre fødevaren i at producere uegnet farve, tekstur, smagsændringer og reducere indholdet af cellulose, og for at sikre, at fødevaren i konserveringsperioden ikke forekommer i harskning, teksturændringer og misfarvning.
De fleste af de naturlige proteintoksiner eller antinutritionelle faktorer, der findes i planteproteiner, kan denatureres eller sløves af varme. Proteasehæmmere i frø eller blade fra bælgfrugter hæmmer proteinhydrolytiske enzymer i kroppen, hvilket igen påvirker proteinudnyttelsen og næringsværdien. Frø af bælgfrugter og oliefrø kan inaktiveres ved ristning, og sojamel kan inaktiveres ved fugtig varmebehandling med eksogene lektiner og proteasehæmmere for at forbedre proteinfordøjeligheden. Mange proteiner som f.eks. sojaglobulin og ovalbumin er mere fordøjelige efter moderat varmebehandling.
Nogle gange kan der dog forekomme visse ugunstige reaktioner ved overdreven varmebehandling. Protein eller proteinfødevarer uden tilsætning af andre stoffer i tilfælde af varmebehandling kan forårsage aminosyredesulfurisering, deamidation, isomerisering og andre kemiske ændringer, og nogle gange endda ledsaget af produktion af giftige forbindelser; i varmebehandlingsprocessen vil proteiner også være med de andre komponenter i fødevarer, såsom sukker, lipider, forurenende stoffer og fødevaretilsætningsstoffer og andre reaktioner, hvilket resulterer i en række gunstige og ugunstige ændringer. Derfor er det af stor betydning at vælge passende varmebehandlingsbetingelser i fødevareforarbejdningen for at opretholde proteinernes næringsværdi.
Ændringer under behandling ved lav temperatur
Opbevaring af fødevarer ved lav temperatur kan forsinke eller forhindre væksten af mikroorganismer og hæmme enzymaktivitet og kemiske reaktioner. Almindelig lavtemperaturbehandling af køling og frysning, køling er at kontrollere temperaturen lidt over frysetemperaturen, proteinstabilitet, mikrobiel vækst hæmmes også; frysning er at kontrollere temperaturen under frysetemperaturen, madens smag er mere eller mindre en vis skade, men hvis kontrollen er god, vil proteinets næringsværdi ikke falde.
Kødmad efter frysning, optøning, celler og cellemembraner ødelægges, enzymet frigives, med stigningen i temperatur enzymaktivitet for at forbedre nedbrydningen af proteiner og protein-protein irreversibel binding, i stedet for vand-proteinbinding, så proteinets struktur ændres, vandretention reduceres også, men proteinets ernæringsmæssige værdi har ringe effekt. Det har dog ringe effekt på proteinets næringsværdi.
Frysedenaturering af proteiner er hovedsageligt forårsaget af ændringer i den spredte tæthed af proteinplasmaer, på grund af sænkning af temperaturen dannes iskrystaller gradvist, så hydreringsfilmen af proteiner svækkes eller endda forsvinder, og proteinets sidekæder udsættes, og på samme tid, på grund af ekstrudering af iskrystallerne, kombineres proteinplasmaer tæt på hinanden, hvilket resulterer i agglutination af proteinplasmaer og udfældning. Graden af denaturering af proteiner under fryseforhold er relateret til frysehastigheden. Generelt gælder det, at jo hurtigere frysehastigheden er, jo mindre er iskrystallerne, jo mindre er ekstruderingseffekten, og jo mindre er denatureringsgraden. Hurtig indfrysning kan bruges i henhold til dette princip for at undgå proteindenaturering og bevare fødevarens oprindelige smag.
Ændringer under dehydrering
Formålet med fødevaredehydrering er at forlænge fødevarernes holdbarhed, reducere vægten af fødevarer samt øge stabiliteten, men samtidig vil der forekomme ugunstige reaktioner, når alt vandet i proteinopløsningen fjernes på grund af protein-protein-interaktioner, hvilket resulterer i et stort antal proteinaggregeringer, især ved høje temperaturer for at fjerne vandet vil føre til proteinopløselighed og overfladeaktivitet af Faldet. Effekten af tørringsforholdene på pulverpartiklernes størrelse samt på den indre og overfladiske porøsitet ændrer proteinets fugtighed, vandabsorption, dispersion og opløselighed. Tørring er normalt den sidste proces i fremstillingen af proteiningredienser, og man bør være opmærksom på effekten af tørringsbehandling på proteinernes funktionelle egenskaber.
Der er mange dehydreringsmetoder, som ofte bruges i fødevareindustrien, og forskellige tørringsmetoder medfører forskellige grader af proteinforandringer:
(1) Traditionel tørremetode. Til naturlig varmlufttørring, dehydrering af kød, vil fisk blive hård, krympning og dårlig genopretning, madlavning føles hård og ingen original smag.
(2) Vakuumtørring. Denne metode har mindre skade på kødets kvalitet, fordi der ikke er noget ilt, så oxidationsreaktionen er langsommere, ved lave temperaturer kan også reducere ikke-enzymatisk bruning og andre kemiske reaktioner.
(3) Frysetørring. Frysetørring, når maden er frossen, under lavt tryk, så vandet fjernes ved direkte sublimering af is. Frysetørret mad kan bevare den oprindelige form og størrelse, har en porøs natur, har en bedre genopretning. Frysetørring er den bedste metode til dehydrering af kød, men vil stadig gøre en del af proteinforringelsen, kødet hårdt, dårlig vandretention, men dets indhold af essentielle syrer og fordøjelighed og frisk kød er ikke meget forskel.
(4) Sprøjtetørring. Æg, mælketørring almindeligt anvendt spraytørringsmetode, væsken sprøjtes i tåge ind i den hurtigt bevægende varme luft, hvilket resulterer i den næste granulære, denne metode til proteinskade er mindre.
(5) Tromlefilmtørring er råmaterialet placeret på overfladen af en dampopvarmet roterende tromle, dehydrering i en film, ofte fordi det ikke er let at kontrollere den rette og gøre produktet let brændt smag, opløseligheden af proteiner er også reduceret.
Ændringer under bestrålingsbehandling
Metoden med bestråling til konservering af fødevarer er blevet indført i mange lande, men forskellige fødevarer og forskellige formål med bestråling kræver forskellige bestrålingsdoser. Høje doser (10-50 kGy) kan sterilisere kød eller kødprodukter; mellemstore doser (1-10 kGy) kan forlænge holdbarheden af nedkølet frisk fisk, kyllinger, frugt og grøntsager; og lave doser (<1 kGy) kan forhindre spiring af kartofler og løg, forsinke modningen af frugt og dræbe korn, ærter og grøntsager. modning og dræbe insekter i bl.a. korn, ærter og kidneybønner.
Når et stof absorberer ioniserende stråling, danner det først ioner, der reagerer med exciterede molekyler, og ionerne nedbrydes eller reagerer med nabomolekyler, hvilket får kemiske bindinger til at bryde og producere frie radikaler, som kan binde sig til hinanden eller diffundere ud i massemediet for at reagere med andre molekyler. Effekten af bestråling på proteiner er også relateret til vandindhold, ilt, pH, temperatur og bestrålingsdosis osv. Generelt har stråling kun en lille effekt på aminosyrers og proteiners næringsværdi.
Ændringer under alkalibehandling
Koncentration, adskillelse, bobling, emulgering eller sammenkædning af proteiner i opløsning til fibre afhænger ofte af alkalibehandling, og alkalibehandling af fødevarer, især når den udføres samtidig med varmebehandling, har en stor effekt på proteinernes næringsværdi.
Efter alkalibehandling kan proteiner gennemgå mange reaktioner for at generere en række nye aminosyrer, såsom dem, der fører til dannelse af forskellige lysylaminoalanin, lanolinothionin, ornithin og inter- eller intramolekylære kovalente tværbindinger, som genereres ved kondensering af rester såsom lysin, cystein eller ornithin osv. med aminoacrylsyrerester.
Under alkalisk varmebehandling vil aminosyrerester også gennemgå isomerisering, fra L-type til D-type, næringsværdien reduceres; samtidig vil proteinernes funktionelle egenskaber blive ændret, såsom brugen af moderat alkalisk pH, for at fremme dissociationen af oligomere proteiner og derefter fremstillet ved spraytørring af natriumkaseinatsalt eller sojaproteinsalt, som har en høj grad af opløselighed og har god vandabsorption og overfladeegenskaber. Denne depolymerisationsmetode kan bruges til at opløse og udtrække uopløselige planteproteiner, mikrobielle proteiner eller fiskeproteiner.
Ændringer under oxidativ behandling
Proteiner er ofte i kontakt med lipider under fødevareforarbejdning, og auto-oxidation af lipider producerer hydroperoxidation, peroxylradikaler og oxidationsprodukter, der kan oxidere og krydsbinde med proteinernes sidekæder. Forekomsten af proteinoxidationsreaktioner fører til en reduktion af proteinernes næringsværdi og producerer endda skadelige stoffer.
Fotooxidation af svovlholdige aminosyrer kan let forekomme under aerobe og lyse forhold, især hvis der også er naturlige fotosensibilisatorer i fødevaren; polyfenoler findes i mange planter, som let oxideres til kinoner under neutrale eller alkaliske pH-forhold, og når de kommer i kontakt med proteiner, sker der en reaktion, hvor proteinrester oxideres; varmlufttørring og luftblæsning i fermenteringsprocessen i fødevaren kan også føre til aminosyreoxidation.
Ændringer under mekanisk behandling
Mekaniske behandlinger har en stor effekt på proteiner i fødevarer, f.eks. kan tilstrækkeligt tørt formalede proteinpulvere eller koncentrater danne små partikler og store overfladearealer, hvilket kan forbedre deres vandabsorption, proteolyse, fedtabsorption og bruseevne sammenlignet med dem, der ikke er blevet malet fint, og mekaniske kræfter spiller også en vigtig rolle i vævningsprocessen af proteiner.
Proteinsuspensioner eller opløsningssystemer kan udsættes for stærke forskydningskræfter, der kan få proteinaggregater til at dele sig i underenheder, hvilket kan forbedre proteinemulgeringen. Anvendelse af forskydning ved luftgrænsefladen forårsager normalt denaturering og aggregering af proteiner, og delvis denaturering af proteiner kan gøre skummet mere stabilt.
Ændringer under enzymatisk behandling
Enzymatisk behandling er det nuværende forskningsfokus for proteinmodifikation. Enzymatisk behandling har fordelene ved hurtig enzymatisk reaktionshastighed, milde forhold, stærk specificitet, ingen aminosyreødelæggelse eller racemisering, fuldstændig bevarelse af aktive ingredienser i råmaterialer, ingen biprodukter og skadelige stoffer, ingen miljøforurening og kontrollerbar handlingsproces. På nuværende tidspunkt har enzymbehandlingen enzymhydrolysemetode og enzymsyntesemetode, med førstnævnte som den vigtigste metode.
Enzymatisk behandling er brugen af protease endocytose og exocytose, nedbrydning af proteinmolekyler til peptider og mindre aminosyremolekyler i processen, produktets fysiske og kemiske egenskaber end det oprindelige protein har ændret sig. Protein enzymatisk behandling kan målrettes mod at forbedre de funktionelle egenskaber ved proteinbehandling, de vigtigste faktorer, der påvirker enzymatisk fordøjelse, er: enzymegenskaber, pH, denatureringsområdet for proteiner, substratkoncentration, enzymkoncentration, ionkoncentration, temperatur, inhibitorer osv., hvoraf enzymegenskaberne er de vigtigste faktorer, som påvirker stedet og regionen for peptidkæden af protein enzymatisk fordøjelse.