Page 93 - 《精细化工》2020年第2期

第 2 期 马天怡，等: 碱性氨基酸改造食品蛋白质功能性研究进展 ·295·

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改性目的 [9-10] 。此外，还可以采用添加小分子物质的 化、平面的结构，其中 C 原子属于 sp 杂化。几乎
方法来改性蛋白质 [11] 。蛋白质改性方法多种多样， 在所有条件下，胍基均带正电荷，而且由于结构的
每种方法都有其应用的局限性。例如，热处理法尽 共振，正电荷在整个胍基上均有分布 [24] 。对铁离子
管操作简便，但并不适用于不宜加热的食品体系（如 的螯合作用使得 Arg 具有一定的抗氧化功能 [25] 。
冰淇淋）；酸碱处理改性蛋白质效果比较理想，但是 1.2 Lys
调节 pH 过程中会引入离子，增加体系的离子强度， Lys 属于必需氨基酸，其结构式如图 1b 所示，
+
+
并且酸和碱还可能对设备造成腐蚀；酶处理具有专 25 ℃时，pK 1 （α-COOH）、pK 2 （α-NH 3 ）、pK 3 （ε-NH 3 ）
分别为 2.18、8.95、10.53，整个 Lys 分子的等电点
一性高、副产物少等优点，但由于酶制剂价格较高，
为 9.74 [23] 。Lys 具有 1 个含 4 个亚甲基的长侧链，
用于改性蛋白质可能成本较高。
末端上有 1 个 ε-氨基，很容易发生电离，所以 Lys
然而，借鉴 Arg 等氨基酸运用在某些蛋白质类
药物中的经验 [12-14] ，采用碱性氨基酸改性食品蛋白 也具有很强的碱性。ε-氨基能与带相反电荷的蛋白
质氨基酸侧链发生静电相互作用，且直接参与美拉
质的方法应运而生，并且该法广泛地为中外研究者
德反应、酰化反应等重要的蛋白质化学改性过程 [24] 。
采用。目前，利用碱性氨基酸改造食品蛋白质结构
1.3 His
与功能以及提高蛋白功能性等方面的研究主要集中 His 属于半必需氨基酸，对婴幼儿生长发育尤
在流质、乳化和凝胶类的动物源性蛋白食品体系。 为重要。His 的结构式如图 1c 所示，25 ℃时，pK 1 
+
（α-COOH）、pK 2 （咪唑基）、pK 3 （α-NH 3 ）分别为
1 碱性氨基酸
1.82、6.00、9.17，整个 His 分子的等电点为 7.59 [23] 。
侧链上的咪唑基使得 His 具有特殊功能，它能与 Fe 2+
氨基酸等电点大于 7.0 称为碱性氨基酸，它们
形成配位键，促进铁的吸收，还能预防血红蛋白氧
是构成蛋白质原料的一部分，分子结构如图 1 所示。
化，即具有抗氧化能力 [26] ；由于咪唑基可同时作为
向蛋白质溶液体系添加碱性氨基酸改性蛋白质不会
质子供体和质子受体，且相互转化速度非常快，故
引入有毒物质，是一种绿色的改性手段。另外，根
可以作为缓冲溶液。
据 GB2760—2014《食品安全国家标准食品添加剂使
1.4 碱性氨基酸在不同 pH 下的电离形式
用标准》，L-Arg、L-Lys 和 L-His 还可以作为香料添 碱性氨基酸通常在食品体系中均带正电荷，如
加剂在食品中使用 [15] ，并且 Arg [16-19] 、Lys [20-21] 和 图 1 所示的结构形式。但在少数较强酸性或碱性食
His [22] 还具有对人体组织、免疫调节等方面积极的生
品中，它们会以其他电离形式存在（图 2）。
理功效和不可替代的营养价值。

图 1 Arg、Lys 和 His 的化学结构式
Fig. 1 Molecular structures of arginine, lysine and histidine

1.1 Arg
Arg 属于半必需氨基酸，其结构式如图 1a 所示，
+
25 ℃时，pK 1 （α-COOH）、pK 2 （α-NH 3 ）、pK 3 （胍

基）分别为 2.17、9.04、12.48，整个 Arg 分子的等
电点为 10.76 [23] 。从其分子式可以看出，Arg 侧链上 图 2 碱性氨基酸在不同 pH 下的电离形式
Fig. 2 Ionized forms of basic amino acids at different pH
有一个特殊基团——胍基。在 20 种氨基酸中，胍基
的存在赋予了 Arg 较强的碱性，这也使 Arg 在食品、 碱性氨基酸作为一种小分子，既能通过自身电
医药等生物技术领域的应用备受关注。胍基是质子 荷与蛋白质表面异性带电残基静电吸引，提高带电