食品的商业加工常涉及加热、冷却、干燥、化学试剂处理、发酵、辐照或各种其他处理。其中，加热是最常用的处理方法，它通常是为了使微生物失活;使内源酶失活，以免食品在保藏中产生氧化和水解;使由生的食品配料组成的无吸引力的混合品转变成卫生的和感官上吸引人的食品。此外，有些蛋白质，如牛β-乳球蛋白、α-乳清蛋白和大豆蛋白质，会产生过敏反应，加热能消除这个不良效应。不幸的是，通过加热食品蛋白质产生上述的有益效应时，也同时损害蛋白质营养价值和功能性质。在本节中，将同时讨论食品加工对蛋白质产生的期望的和不期望的效应。
5.8.1 营养质量的变化和有毒化合物的形成 5.8.1.1 适度热处理的影响 大多数食品蛋白质在经受适度的热处理(60～90℃，1h或更短时间)时产生变性。蛋白质广泛变性后往往失去溶解度，这会损害那些与溶解度有关的功能性质。从营养观点考虑，蛋白质的部分变性能提高它们的消化率和必需氨基酸的生物利用率。几种纯的植物蛋白质和鸡蛋蛋白质制剂，即使不含蛋白酶抑制剂，仍然在体外和体内显示不良的消化率。适度的加热能提高它们的消化率而不会产生有毒的衍生物。 除了提高消化率，适度热处理也能使一些酶失活，例如蛋白酶、脂酶、脂肪氧合酶、淀粉酶、多酚氧化酶和其他的氧化和水解酶。如果不能使这些酶失活，将导致食品在保藏期间产生不良风味、酸败、质构变化和变色。例如，油料种子和豆类富含脂肪氧合酶，在提取油或制备分离蛋白前的破碎过程中，此酶在分子氧存在的条件下催化多不饱和脂肪酸氧化而引发产生氢过氧化物;随后氢过氧化物分解并释放出醛和酮，后者使大豆粉、大豆分离蛋白和浓缩蛋白产生不良风味。为了避免不良风味的形成，有必要在破碎原料前使脂肪氧合酶热失活。 由于植物蛋白质通常含有蛋白质类的抗营养因子，因此热处理对它们特别有益。豆类和油料种子蛋白质含有胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶抑制剂，这些抑制剂损害蛋白质的消化率，于是降低了它们的生物利用率。而且，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶因这些抑制剂的作用而失活和复合，进一步引起胰脏过量生产和分泌这些酶，导致胰脏肿大和腺瘤。豆类和油料种子蛋白质也含有外源凝集素，它们是糖蛋白，由于它们能导致红血细胞的凝集，因此也被称为植物血球凝集素。外源凝集素对碳水化合物具有高亲和力。当人体摄入它时，会损害蛋白质的消化作用[103]和造成其他营养成分的肠吸收障碍。后一个结果是由于外源凝集素与肠黏膜细胞的膜糖蛋白的结合，从而改变了它们的形态学和输送性质[96]。存在于植物蛋白质中的蛋白酶和外源凝集素是热不稳定的。豆类和油料种子经烘烤和大豆粉经湿热处理后能使外源凝集素和蛋白酶抑制剂失活，从而提高了这些蛋白质的消化率和蛋白质的效率比(图5.33)[45]，并防止胰脏肿大的发生[53]。对于家庭烹饪和工业加工的豆类和以大豆粉为基料的食品，加热条件足以使这些抑制剂失活，因此这些抗营养因子不会造成麻烦。 牛奶和鸡蛋蛋白质也含有几种蛋白酶抑制剂。卵黏蛋白具有抗胰蛋白酶活力，约占蛋清蛋白质的11%。卵抑制剂(Ovoinhibitor)能抑制胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和几种霉菌蛋白酶，在蛋清蛋白质中的浓度为0.1%。牛奶含有几种蛋白酶抑制剂，如纤维蛋白溶酶原激活剂抑制剂(plasminogen activator inhibitor，PAI)和纤维蛋白溶酶抑制剂(PI)，它们来自于血液。当有水存在时，经适度的热处理，这些抑制剂都会失活。 热处理的益处也包括使蛋白质毒素失活，例如，在100℃加热可使肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridium botulinum)产生的肉毒素失活，热处理也可使金黄色葡萄球菌产生的肠毒素失活。
5.8.1.2 在提取和分级时组成的变化 从生物材料制备分离蛋白质包括一些单元操作，如提取、等电点沉淀、盐沉淀、热凝结和超滤/渗滤。在这些操作中，粗提取液中的一些蛋白质很可能损失。例如，等电点沉淀时一些富含硫的白蛋白由于在等电点pH通常是可溶的，因此从上清液中流失。这样，与粗提取液蛋白质相比，等电点沉淀所得到的分离蛋白的氨基酸组成和营养价值发生变化。例如，采用超滤/渗滤和离子交换法制备的乳清浓缩蛋白(WPC)，胨-胨含量产生了显著的变化，从而显著影响了它们的起泡性质。
图5.33 烘烤对大豆粉中胰蛋白酶抑制剂活力(○)和PER(□)的影响
5.8.1.3 氨基酸的化学变化 在高温下加工时，蛋白质发生一些化学变化，这些化学变化包括外消旋、水解、脱硫和去酰胺。这些变化中的大部分是不可逆的，有些变化导致了具有潜在毒性的修饰氨基酸的生成。 (1)外消旋 蛋白质在碱性条件下经过热加工，例如制备组织化食品，不可避免地导致L-氨基酸部分外消旋至D-氨基酸[77];蛋白质酸水解也造成一些氨基酸的外消旋[42];蛋白质或含蛋白质食品在200℃以上温度被烘烤时同样可能出现这种情况[55]。在碱性pH条件下的机制包括一个羟基离子从α-碳原子获取质子，产生的碳负离子失去了它的四面体对称性。随后，在碳负离子的顶部或底部加上一个来自溶液的质子，相同的几率导致氨基酸残基的外消旋作用[式(5.81)][77]。氨基酸残基获取电子的能力影响着它的外消旋速率。因此，Asp、Ser、Cys、Glu、Phe、Asn和Thr残基比其他氨基酸残基更易产生外消旋作用[78]。外消旋作用的速率也取决于羟基离子的浓度，但是与蛋白质的浓度无关。有趣的是，蛋白质外消旋速度比游离氨基酸外消旋速度约高10倍[78]，这表明蛋白质的分子内作用力降低了外消旋作用的活化能。除外消旋作用外，在碱性条件下形成的碳负离子也能通过β-消去反应产生一个活性中间物——去氢丙氨酸。半胱氨酸和磷酸丝氨酸残基比其他氨基酸残基更倾向于按此路线发生变化，这也是在碱处理蛋白质中未能发现有显著数量的D-半胱氨酸的一个原因。
由于含有D-氨基酸残基的肽键较难被胃和胰蛋白酶水解，因此氨基酸残基的外消旋使蛋白质的消化率下降。必需氨基酸的外消旋导致它们的损失并损害蛋白质的营养价值。D-氨基酸不易通过小肠黏膜细胞被吸收，即使被吸收，也不能在体内被用来合成蛋白质。而且，一些D-氨基酸，如D-脯氨酸，已经被发现在鸡中具有神经毒性[20]。 在碱性pH加热蛋白质时，除了外消旋和β-消去反应外，还破坏了几种氨基酸残基，如Arg、Ser、Thr和Lys。Arg分解成鸟氨酸。 当蛋白质被加热至200℃以上时，正如在烧烤中在食品表面常遇到的情况，氨基酸残基分解和热解。从烧烤的肉中已经分离和鉴定了几种热解产物，Ames试验证实它们是高度诱变性的。从Trp和Glu残基形成的热解产物是最致癌/诱变性的产物[19]。Trp残基的热解形成了咔啉和它们的衍生物。肉在中等温度(190～220℃)时也能产生诱变性化合物。这些类化合物被称为咪唑喹啉类化合物(IQ化合物)，它们是肌酸酐、糖和一些氨基酸(Gly、Thr、Ala和Lys)的缩合产物[60]。在烧烤鱼中发现的三个最强的诱变剂如下所示：
当按照推荐的工艺加热食品时，IQ化合物的浓度是很低的(微克数量级)。 (2)蛋白质交联 一些食品蛋白质同时含有分子内和分子间的交联，如球状蛋白质、锁链素(desmosine)和异锁链素(isodesmosine)中的二硫键;纤维状蛋白质如角蛋白、弹性蛋白、节枝弹性蛋白和胶原蛋白中的二和三酪氨酸类的交联。胶原蛋白中也含有ε-N-(γ-谷氨酰基)赖氨酰基和/或ε-N-(γ-天冬氨酰基)赖氨酰基交联。存在于天然蛋白质中的这些交联的一个功能是使体内的蛋白质水解降到最低。加工食品蛋白质，尤其在碱性pH条件下，也能诱导交联的形成。在多肽链之间形成的非天然的共价交联降低了包含在或接近交联的必需氨基酸的消化率和生物利用率。 在前一节中曾经讨论到，在碱性pH加热蛋白质或在近中性pH将蛋白质加热至200℃以上会导致在α-碳原子上失去质子而形成一个碳负离子，碳负离子又可形成高活性的脱氢丙氨酸残基(DHA)。DHA也可以通过一步机制(无须形成碳负离子)而生成。高活性的DHA一旦形成，即与诸如赖氨酸残基的ε-氨基、半胱氨酸残基的巯基、鸟氨酸(精氨酸的分解产物)的δ-氨基或组氨酸残基这样的亲核基团反应，分别形成蛋白质中的赖氨酸基丙氨酸、羊毛硫氨酸、鸟氨酸基丙氨酸和组氨酸酰丙氨酸交联。由于在蛋白质中富含易接近的赖氨酸残基，因此，在经碱处理的蛋白质中赖氨酸基丙氨酸是主要的交联形式[式(5.83)]。
经碱处理的蛋白质，由于形成蛋白质-蛋白质之间的交联，它们的消化率和生物价降低。消化率的降低与胰蛋白酶不能分裂赖氨酸丙氨酸交联中的肽键有关。而且，由此交联产生的空间限制因素也妨碍了与赖氨酸基和类似的交联相邻的其他肽键的水解。证据表明，游离赖氨酸丙氨酸在肠内被吸收，但是它不能被动物体利用，大部分通过尿被排出。一些赖氨酸基丙氨酸在肾内被代谢。机体不能使赖氨酸丙氨酸的共价键断裂，从而使碱性条件下处理的蛋白质中的赖氨酸的生物价下降。 喂食100mg/kg纯赖氨酸丙氨酸或3000mg/kg与蛋白质结合的赖氨酸丙氨酸的大鼠出现肾巨细胞(即肾紊乱)。然而，此肾中毒效应并未在其他品种的动物中发现，如鸽、小鼠、仓鼠和猴。此现象可归因于大鼠和其他动物生成的代谢物类型的差别。按照在食品中的浓度，与蛋白质结合的赖氨酸丙氨酸不会造成人的肾中毒。尽管如此，在蛋白质的碱处理中，尽可能地减少赖氨酸丙氨酸的形成仍然是一个理想的目标。 几种商业食品的赖氨酸丙氨酸含量见表5.24[120]。赖氨酸丙氨酸形成的程度取决于pH和温度。pH愈高，赖氨酸基丙氨酸形成的程度愈大。对于经高温热处理的食品，如牛奶，甚至在中性pH仍然会形成显著数量的赖氨酸基丙氨酸。加入低分子质量的亲核化合物，如半胱氨酸、氨或亚硫酸盐，能最大限度地减少或抑制赖氨酸基丙氨酸的形成。由于半胱氨酸的亲核SH基比赖氨酸的ε-氨基反应快1000倍以上，因此它是高效的。亚硫酸钠和氨与赖氨酸的ε-氨基竞争DHA，从而显示了它们的抑制效应。在碱性处理前，赖氨酸残基的ε-氨基因与酸酐反应而被封闭，这样也可以减少赖氨酸基丙氨酸的形成。然而，这样的方法会造成赖氨酸活性的降低，因此，可能不适合于在食品中的应用。
表5.24 加工食品的赖氨酸基丙氨酸(LAL)的含量
| 食品 | LAL含量/(μg/g蛋白质) |
| 玉米片 椒盐卷饼 玉米粥 未发酵的玉米粉饼 墨西哥馅饼的皮 牛奶，婴儿配方 牛奶，淡炼乳 牛奶，甜炼乳 牛奶，UHT 牛奶，HTST 牛奶，喷雾干燥粉 脱脂牛奶，浓缩 仿造干酪 蛋清固体，干 酪蛋白酸钙 酪蛋白酸钠 酸酪蛋白 水解植物蛋白 起泡剂 大豆分离蛋白 酵母抽提物 | 390 500 560 200 170 150～640 590～860 360～540 160～370 260～1030 0 520 1070 160～1820 370～1000 430～6900 70～190 40～500 6500～50000 0～370 120 |
资料来源：Swaisgood，H.E.and G.L.Catignani.1991.Adv.Food Nutr.Res.35：185-236。 在一些食品加工的正常条件下，仅有少量的赖氨酸基丙氨酸形成。于是，在碱处理的食品中，赖氨酸基丙氨酸的毒性被认为并不是一个必须关注的重要问题。然而，消化率的下降、赖氨酸生物利用率的丧失和氨基酸的外消旋(其中有些是有毒的)都是不期望的。 纯蛋白质溶液或碳水化合物含量低的蛋白质食品经过分的热处理也会造成ε-N-(γ-谷氨酰基)赖氨酰基和ε-N-(γ-天门冬酰基)赖氨酰基交联的形成。这包括一个在Lys和Gln或Asn残基之间的转酰胺反应[式(5.84)]。所产生的交联被称为异肽键，这是因为这些键不存于天然的蛋白质。异肽能抵抗内脏中的酶水解，这些交联损害了蛋白质的消化率和赖氨酸的生物利用率。
食品经离子辐照时，在有氧存在的条件下，水产生辐解作用而形成过氧化氢，进而造成蛋白质的氧化变化和聚合作用。离子辐射也能经由水的离子化而直接产生自由基。
羟基自由基能诱导蛋白质自由基的形成，进而又造成蛋白质的聚合作用。
在70～90℃和中性pH条件下加热蛋白质会引起-SH和-S-S-的交换反应(如果这些基团是存在的)，进而造成蛋白质的聚合作用。由于二硫键在体内能被裂解，因此这类热诱导的交联一般不会对蛋白质和必需氨基酸的消化率和生物利用率产生负面影响。 5.8.1.4 氧化剂的影响 过氧化氢和过氧化苯甲酰等氧化剂被用作牛乳的灭菌剂，谷物粉、分离蛋白和鱼浓缩蛋白的漂白剂以及油料种籽粉的去毒剂。次氯酸钠也常作为灭菌剂和去毒剂被用于面粉和粗粉。除了上述外加的氧化剂外，在食品加工过程中还会产生内源氧化性化合物，它们包括食品经辐射，脂肪经氧化，化合物(例如核黄素和叶绿素)经光氧化和食品经非酶促褐变产生的自由基。此外，一些存在于植物蛋白质中的多酚化合物在中性至碱性pH被分子氧氧化，先生成醌，最终产生过氧化物。这些高活性的氧化剂能导致一些氨基酸残基的氧化和蛋白质的聚合。对氧化作用最敏感的氨基酸残基是Met、Cys、Trp和His，其次是Tyr。 (1)蛋氨酸的氧化 蛋氨酸易被各种过氧化物氧化成蛋氨酸亚砜。将与蛋白质结合的蛋氨酸或游离的蛋氨酸与0.1mol/L过氧化氢在升高的温度下保温30min，导致蛋氨酸完全转化成蛋氨酸亚砜[23]。在强的氧化条件下，蛋氨酸亚砜被进一步氧化成蛋氨酸砜，在一些情况下产生高磺基丙氨酸。
蛋氨酸一旦被氧化成蛋氨酸砜或高磺基丙氨酸，其生物学活性就丧失。另一方面，在胃中的酸性条件下，蛋氨酸亚砜被重新转变成Met。证据进一步表明，通过肠的任何蛋氨酸亚砜均被吸收并在体内被还原成蛋氨酸。然而，蛋氨酸亚砜在体内被还原成蛋氨酸的速率较缓慢。经0.1mol/L过氧化氢氧化的酪蛋白(将蛋氨酸完全转化成蛋氨酸亚砜)的PER和NPU比对照组酪蛋白的相应值约低10%。 (2)半胱氨酸和胱氨酸的氧化 在碱性条件下，半胱氨酸和胱氨酸遵循β-消去反应路线生成脱氢丙氨酸残基。然而，在酸性pH条件下，简单体系中的半胱氨酸和胱氨酸经氧化作用生成几种中间氧化物，其中一些衍生物不太稳定。
L-胱氨酸的单-和二亚砜具有生物学效价，据推测，它们在体内被重新还原成L-胱氨酸。然而，L-胱氨酸的单-和二砜衍生物并无生物学活性。与此类似，半胱氨酸次磺酸具有生物学活性，而半胱氨酸亚磺酸并不具备。在酸性食品中，有关这些氧化产物形成的速率和程度尚未见充分的实验报道。 (3)色氨酸的氧化 在所有必需氨基酸中，色氨酸非常特别，这是因为色氨酸在一些生理功能中具有重要的作用，因此它在加工食品中的稳定性尤其备受关注。在酸性、温和、氧化条件下，例如有过甲酸、二甲基亚砜或N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)存在时，色氨酸主要被氧化成β-氧代吲哚基丙氨酸。在酸性、剧烈、氧化条件下，例如，有臭氧、过氧化氢或过氧化脂存在时，色氨酸被氧化成N-甲酰犬尿氨酸、犬尿氨酸和其他未被鉴定的产物。
在有氧和光敏剂如核黄素或叶绿素存在条件下，Trp经光照生成主要产物N-甲酰犬尿氨酸和犬尿氨酸及几种次要产物。依据溶液中的不同pH，还可产生其他衍生物，如5-羟甲酰犬尿酸(pH >7.0)和一种三环氢过氧化物(pH 3.6～7.1)[86]。除光氧化产物外，Trp还可与核黄素形成光化加成产物。与蛋白质结合的和游离的色氨酸都能形成这种加成产物。此光化加成产物形成的程度取决于氧的供应量，在无氧条件下形成的程度较大[112]。 Trp的氧化产物具有生物活性。此外，犬尿氨酸在动物体内有致癌性，所有其他的Trp的光氧化产物如同在肉制品烘烤时形成的β-咔啉一样呈现诱变活性和在组织培养中抑制哺乳动物细胞的生长。色氨酸-核黄素加成产物显示出对哺乳动物细胞的细胞毒性效应，并且在胃肠外营养中产生肝机能障碍。除非有意识地创造一个氧化环境，这些不期望的产物在食品中通常以非常低的浓度存在。 在氨基酸残基侧链中，仅Cys、His、Met、Trp和Tyr的侧链对光氧化敏感。对于Cys，磺基丙氨酸是终产物。Met首先被氧化成蛋氨酸亚砜，最终成为蛋氨酸砜和高磺基丙氨酸。组氨酸的光氧化形成门冬氨酸和脲。酪氨酸的光氧化产物尚不清楚。由于食品含有内源和添加的核黄素(维生素B2)，并且通常暴露于光和空气中，因此上述氨基酸残基的光氧化作用有可能发生。在牛奶中，游离蛋氨酸会因为光氧化作用而转化成蛋氨酸亚砜，从而使牛奶产生不良风味。在等摩尔浓度下，含硫氨基酸和Trp的氧化速度可能是按下列顺序排列：Met>Cys>Trp。
(4)酪氨酸的氧化 酪氨酸溶液在过氧化物酶和过氧化氢作用下酪氨酸被氧化成二酪氨酸。在天然蛋白质如节枝弹性蛋白、弹性蛋白、角蛋白和胶原蛋白中，已发现此类交联，最近在面团中也发现这种交联存在。
5.8.1.5 羰-胺反应 在各种加工引起的蛋白质化学变化中，美拉德反应(非酶促褐变)对它的感官质量和营养性质具有最大的影响。美拉德反应是一组复杂的反应，它由胺和羰基化合物之间的反应所引发，在升高的温度下，分解和最终缩合成不溶解的褐色产物——类黑素(见第14章)。此反应不仅存在于加工中的食品，而且也发生在生物体系中。在这两种情况下，蛋白质和氨基酸提供了氨基组分，而还原糖(醛糖和酮糖)、抗坏血酸和由脂肪氧化而产生的羰基化合物提供了羰基组分。 从非酶促褐变系列反应产生的一些羰基衍生物容易与游离氨基酸反应，导致氨基酸降解成醛、氨和二氧化碳，此反应被称为斯特雷克尔(Strecker)降解。在褐变反应中，醛对香味的形成作出了贡献。每一种氨基酸经斯特雷克尔(Strecker)降解可产生一种具有特殊香味的特定的醛(表5.25)。
表5.25 经Strecker降解产生的具有特殊香味的醛
| 氨基酸 | 典型风味 |
| Phe.Gly Leu，Arg，His Ala Pro Gln，Lys Met Cys，Gly α-氨基丁酸 Arg | 焦糖味 焙烤风味 坚果味 面包饼干风味 黄油味 肉汤味 烟熏味，烧烤味 胡桃味 爆米花味 |
美拉德反应损害蛋白质营养价值。反应的一些产物可能是抗氧化剂，有些产物可能有毒，不过在食品中所出现的毒性产物的浓度或许还不会造成危险。由于赖氨酸的ε-氨基是蛋白质中伯胺的主要来源，因此它经常参与羰-胺反应，当此反应发生时，它一般遭受生物利用率的重大损失。Lys损失的程度取决于褐变反应的阶段。在褐变的早期阶段，包括希夫碱的形成，赖氨酸保持生物活性。这些早期衍生物在胃的酸性条件下被水解成赖氨酸和糖。然后，经过酮胺(Amadori产物)或醛胺(Heyns产物)阶段，赖氨酸不再具备生物学活性，这主要是由于这些产物在肠内难以被吸收[36]。有必要着重指出的是，在反应的这个阶段并没有出现褐变现象。虽然亚硫酸盐能抑制褐变色素的形成[129]，但是它不能防止赖氨酸生物利用率的损失，这是由于亚硫酸盐不能阻止Amadori或Heyns产物的形成。 通过采用加入1-氟-2，4-二硝基苯(FDNB)，随后用酸水解衍生的蛋白质的方法可以在化学上测定赖氨酸在Maillard反应各个阶段的生物活性。FDNB能同赖氨酸残基的有效ε-氨基反应;然后，采用乙醚提取水解产物以除去未反应的FDNB，在435nm测定吸光度以确定水相中ε-二硝基苯基-赖氨酰基(ε-DNP-赖氨酸)的浓度。通过2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS)与ε-氨基的反应也可以测定有效的赖氨酸，在此方法中，从346nm的吸光度确定ε-三硝基苯基-赖氨酸(ε-TNP-赖氨酸)衍生物的浓度。 非酶促褐变不仅造成赖氨酸的重要损失，而且在褐变反应中形成的不饱和羰基和自由基造成其他一些必需氨基酸，尤其是Met、Tyr、His和Trp的氧化作用。在褐变中产生的二羰基化合物所形成的蛋白质交联降低了蛋白质的溶解度和损害了蛋白质的消化率。 某些美拉德褐变产物是可能的诱变剂。虽然诱变性化合物并不一定是致癌的，但是所有已知的致癌物都是诱变剂。因此，在食品中所形成的诱变性美拉德化合物备受关注。对葡萄糖和氨基酸混合物的研究证实，Lys和Cys的美拉德产物具有诱变作用，而Trp、Tyr、Asp、Asn和Glu的美拉德产物不具诱变性，上述结果已由Ames试验确定。必须指出的是，Trp和Gln的热解产物(在烤肉中)也有诱变作用(Ames试验)。如前所述，在肌酸存在时加热糖和氨基酸会产生最强的IQ类型的诱变剂[式(5.28)]。虽然不能将根据模拟体系所得到的结果可靠地应用于食品，但是美拉德产物与食品中其他低分子质量组分的相互作用可能产生诱变性的和/或致癌的物质。 从好的方面来考虑，一些美拉德反应产物，尤其是还原酮，确实具有抗氧化活力[88]。这是因为它们具有还原性质和螯合金属(如Cu和Fe)的能力，而这些金属离子都是促氧化剂，从三糖还原酮与氨基酸(如Gly、Met和Val)反应形成的氨基还原酮显示卓越的抗氧化活性。 除还原糖外，存在于食品中的其他醛和酮也参与羰-胺反应。值得注意的是，棉酚(存在于棉籽中)、戊二醛(被加入至蛋白质粉以控制在反刍动物的瘤胃中的脱胺作用)和从脂类氧化产生的醛(特别是丙二醛)能与蛋白质的氨基反应。像丙二醛这样的双功能团醛能交联和聚合蛋白质，这能造成溶解性下降、赖氨酸的消化率和生物利用率的丧失以及蛋白质功能性质的损失。甲醛也能同赖氨酰基残基的ε-氨基反应;在冷冻阶段，鱼肌肉的变硬被认为是由于甲醛与鱼蛋白质反应的结果。
5.8.1.6 食品中蛋白质的其他反应 (1)与脂肪的反应 不饱和脂肪的氧化导致形成烷氧自由基和过氧化自由基，这些自由基继续与蛋白质反应生成脂-蛋白质自由基，而脂-蛋白质结合自由基能使蛋白质聚合物交联。
此外，脂肪自由基能在蛋白质的半胱氨酸和组氨酸侧链诱导产生蛋白质自由基，然后再发生交联和聚合反应。
食品中的脂肪过氧化物的分解导致醛和酮的释放，其中丙二醛尤其值得注意。这些羰基化合物可经羰胺反应与蛋白质的氨基反应，并形成希夫碱。如前所述，丙二醛同赖氨酰基侧链的反应导致蛋白质的交联和聚合。过氧化脂肪与蛋白质的反应一般对蛋白质的营养价值产生损害效应。羰基化合物与蛋白质的非共价结合也可产生不良风味。 (2)与多酚反应 酚类化合物，如对羟基苯甲酸、儿茶酚、咖啡酸、棉酚和栎精，存在于所有的植物组织中。在植物组织的浸渍过程中，这些酚类化合物能在碱性条件下被分子氧氧化成醌，存在于植物组织中的多酚氧化酶也能催化此反应。这些高度活性的醌能与蛋白质的巯基和氨基发生不可逆反应。醌同SH和α-氨基(N-末端)的反应远快于同ε-氨基的反应。此外，醌能缩合形成高分子质量的褐色素。这些褐色产物保持高活性并易与蛋白质中的SH和氨基结合，醌-氨基反应降低了与蛋白质结合的赖氨酸和半胱氨酸残基的消化率和生物利用率。 (3)与卤化溶剂的反应 卤化有机溶剂常被用来从油籽产物如大豆粉和棉籽粉提取油和一些抗营养因子。采用三氯乙烯提取时，形成少量具有毒性的S-二氯乙烯基-L-半胱氨酸。另一方面，溶剂二氯甲烷和四氯乙烯似乎不与蛋白质反应。1，2-二氯甲烷能同蛋白质中的Cys、His和Met残基反应。某些熏蒸消毒剂，如甲基溴，能使Lys、His、Cys和Met残基烷基化。所有这些反应都降低了蛋白质的营养价值，对于其中的某一些还必须考虑安全问题。 (4)与亚硝酸盐的反应 亚硝酸盐与仲胺(某种程度上与伯胺和叔胺)反应生成N-亚硝胺，后者是食品中形成的最具毒性的致癌物质。在肉制品中加入亚硝酸盐的目的通常是为了改进色泽和防止细菌生长。参与此反应的氨基酸(或氨基酸残基)主要是Pro、His和Trp。Arg、Tyr和Cys也能与亚硝酸盐反应。反应主要在酸性和较高的温度下发生。
在美拉德反应中产生的仲胺，如Amadori和Heyns产物，也能与亚硝酸盐反应。在肉类烧煮和烘烤中形成的N-亚硝胺是公众非常关心的一个问题，然而诸如抗坏血酸和异抗坏血酸这样的添加剂能有效地抑制此反应。 (5)与亚硫酸盐的反应 亚硫酸盐还原蛋白质中的二硫键产生S-磺酸盐衍生物。亚硫酸盐不能与半胱氨酸残基作用。 当存在还原剂半胱氨酸或巯基乙醇时，S-磺酸盐衍生物被恢复为半胱氨酸残基。S-磺酸盐衍生物在酸性(如胃)和碱性pH下分解产生二硫化合物。S-磺化作用并没有降低半胱氨酸的生物利用率;然而，由于S-磺化作用使蛋白质的电负性增加和二硫键的断裂，这会导致蛋白质分子展开和影响到它们的功能性质。
P—S—S—P+SO2-3
P—S—SO2-3+P—S–
(5.112)
5.8.2 蛋白质功能性质的变化 分离蛋白质的方法或工艺能影响蛋白质的功能性质。在各种分离步骤中，总希望将蛋白质的变性程度降到最低，使蛋白质具有可以接受的溶解度，后者往往是食品中蛋白质功能性质的先决条件。在某些情况下，蛋白质的有控制地或部分变性能改进它们的某些功能性质。 等电点沉淀是常用的分离蛋白质的方法。在等电点pH时，大多数球状蛋白质的二级、三级和四级结构是稳定的;当蛋白质在中性条件下分散时，它们易于重新溶解。然而，酪蛋白胶束的整体结构在等电点沉淀时不可逆地失去稳定性。在等电点沉淀的蛋白质中，胶束结构的崩溃是由于几个因素，它们包括胶体磷酸钙的增溶和各种类型酪蛋白的疏水和静电相互作用之间的平衡的变化。采用等电点沉淀方法分离的蛋白质成分不同于原料中蛋白质的成分，这是因为原料中一些次要的蛋白质组分在主要组分的等电点pH仍然是溶解的而没有沉淀下来。成分的变化显然影响到分离蛋白质的功能性质。 超滤(UF)被广泛用来制备乳清浓缩蛋白。由于超滤除去了小分子溶质，从而影响了乳清浓缩蛋白的蛋白质和非蛋白质组分。除去了乳清中部分的乳糖和灰分会显著地影响乳清浓缩蛋白的功能性质，而且当浓缩物在经受适度的温度(50～55℃)处理时，由于蛋白质-蛋白质相互作用的增强而降低了超滤蛋白质的溶解度和稳定性，进而改变了它的水结合能力、胶凝作用、起泡作用和乳化作用等性质。在灰分组成中，钙和磷酸盐含量的变化会显著地影响乳清浓缩蛋白的胶凝性质。采用离子交换法生产的乳清分离蛋白含有很少的灰分，因此它的功能性质一般优于采用超滤/渗滤生产的乳清分离蛋白。 钙离子常诱导蛋白质的聚集作用，这可归因于由Ca2+和羧基参与的离子桥的形成。聚集的程度取决于钙离子的浓度，大多数蛋白质在40～50mmol/L Ca2+浓度时出现最高的聚集作用。对于某些蛋白质，如酪蛋白和大豆蛋白，钙离子的聚集作用导致沉淀，而对于乳清分离蛋白，形成了较稳定的胶体聚集物(图5.34)。
图5.34 乳清分离蛋白(5%)在CaCl2(○)和MgCl2(□)溶液中保温24h后在室温下浊度与盐浓度的关系
碱处理，尤其是在高温下的碱处理易造成不可逆的蛋白质构象变化，部分原因是Asn和Gln残基的脱酰胺作用和胱氨酸残基的β-消去反应。它们造成了电负性的增加和二硫键的断裂，使经碱处理的蛋白质在结构上出现显著的变化。一般而言，经碱处理的蛋白质较易溶解，并且具有较好的乳化和起泡性质。 己烷常用来从油料种子如大豆和棉籽中提取油。这样的处理不可避免地导致脱脂大豆粉和棉籽粉中的蛋白质变性，于是损害了它们的溶解度和其他功能性质。 热处理造成蛋白质的化学变化和功能性质的改变已在5.6中讨论过。当蛋白质溶液经剧烈加热时，含天门冬氨酰基残基的肽键的断裂释出低分子质量肽。在碱性和酸性pH条件下剧烈热处理也能导致蛋白质部分水解，蛋白质中的低分子质量肽的含量能影响它们的功能性质。