Protein

Proteiner i livsmedel
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Läsförslag
• i Laga mat
– S 33-35, 39, 48-53,145-150,158-165, 170-175
•
i Coulter
– Kapitel Protein och kapitel Water, avsnitt Allergens i kapitel
Undesirables
• På Wikipedia
– Aminosyra, protein, skelettmuskel, myofibrill (en), enzyme (en),
transglutaminase (en)
• http://meat.tamu.edu/color.html
• http://www.foodsci.uoguelph.ca/dairyedu/chem.html#protein1
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Proteiner i livsmedel
• Varför proteiner
• Vad är protein, vad bestämmer dess form
• Hur påverkas protein-vatten systemet av
–
–
–
–
Joner och deras laddning och storlek
pH
Värme
Opolär gränsyta (luft)
• Livsmedelsviktiga proteiner
– Lösta/lösbara lagringsproteiner
• Mjölk, ägg, soya
– Olösbara, strukturproteiner, lagringproteiner
• Kött, cerealier
– Allergener
– Enzymer
• Proteaser, transglutaminaser
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Aminosyror och peptidbindnig
20 aminosyror, med olika sidokedjor.
Sidokedjorna
polära,
opolära,
ioniserbara (kan bli positivt eller negativt
laddade, beroende på pH)
sidokedjornas pKa
Asparginsyra
3.9
Glutaminsyra
4.3
Arginin
12.0
Lysin
10.5
Histidin
6.08
Cystein
8.28 (-SH)
Tyrosin
10.1
http://en.wikipedia.org/wiki/Amino_acid
Peptidbindning = mellan aminogruppen och
karboxylsyragruppen,
inte thermodynamiskt stabil i vatten !
…fast med halveringstid på 500 år
http://sv.wikipedia.org/wiki/Peptidbindning
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Aminosyror
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Proteinerna struktur
Hydrophoba
aminosyror
gömms
undan
Wikipedia, protein folding
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Proteinkedja
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Salteffekter
• ”salting in” (små) envärda saltjoner binder till
motsatt laddade grupper men attraherar även
vatten, kan öka lösligheten
• Flervärda joner kan binda till motsatt laddade
grupper och forma bryggor – aggregat
• ”salting out” (mycket höga salthalter) förorsakar att vattnet inte är
tillgängligt för proteinet, och proteinet aggregerar
• Stora laddade polymerer kan binda till motsatt
laddade grupper och
– om få – forma bryggor,
– om lagom många - stabilisera (pektin i sura mjölkprodukter)
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
pH effekter
• Laddade grupper ger bra löslighet, nettoladdning
orsakar att proteinerna elektrostatiskt stöter bort
varandra
• Isoelektrisk punkt = pH där proteinet har lika
många positiva och negativa laddningar på ytan
Ger sämst löslighet, dvs oftast (men inte alltid)
aggregering
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Värme I
• Med ökad temperatur ökar rörelsenergin i
molekylen, och samtidigt minskar vattnets ”vilja”
att stöta bort opolära substanser, balansen
skiftar mot en mer rörlig konformation av
proteinkedjan (en ”unfolding”)
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Värme II sk denaturering
• Generellt hittar proteinet inte rätt veckning vid
avkylning
• Vid tillräckligt hög proteinkoncentration kan det
bildas
– ”fel” hydrophoba bindningar
– ”fel” ionpar
– ”fel” disulfidbryggor
Ger ofta men inte alltid synliga aggregat
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Opolär gränsyta
• Den nativa proteinstrukturen förustätter
vattenomgivning, vattnets vätebindningar driver
hydrophoba sidokedjor in i proteinets inre
• Vid t ex luftkontakt kan de hydrophoba
sidokedjorna sträcka sig in i luften och proteinet
kan vecka ut sig i gränsytan (mer eller mindre,
allt efter de olika proteinernas stabilitet)
• Ger liknande konsekvenser som vid värme, sk
ytdenaturering
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kemiska tvärbindningar
(ger olösliga aggregat)
• de absolut vanligaste – S-S bryggor
• sockerförmedlade – Maillardreaktioner
• aldehyder – bl a i röken (formaldehyd i
kaseinplast)
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Mjölk I
• Mjölk - två klasser av proteiner
– Kaseiner (stora proteinaggregat, ca 100 nm)
– Vassleproteiner
Traditionell skiljelinje: löslighet vid pH ca 4
Kaseiner – lite påverkade av värme, även 140C
Vassleproteiner –aggregerar vid
pasteuriseringstemperaturer, men det syns inte
om kasein närvarande
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Mjölk II
• Långsam utfällning av kasein (egentligen av
värmeinducerad kasein-vassleproteinaggregat)
med pH ger en gel, som i filbunke och set type
yoghurt
• Med måttlig omrörning av den färdiga gelen får
man vanlig filmjölk och yoghurt
• Om man genom omrörning stör
geluppbyggnaden får man tätare aggregat,
färskost, quarg, keso, cream cheese, queso
fresco
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Mjölk III
• En mycket specifik enzym, chymosin, kan
spjälka av en laddad, hydrofil del av kaseinet
och får det att aggregera och bilda ostkoagel,
som efter värmning och rörning dras ihop för att
utgöra basis för vanliga hårdostar
• Samma sak kan göras med andra proteolytiska
enzymer, men man får en starkare nedbrytning
av proteinerna under ostens lagring
• Löpe används industriellt för ostframställning,
det innehåller oftast chymosin i blandning med
pepsin (framställs av kalvmagar)
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Soja
Sojaproteiner i form av specifika aggregat
• leguminin (11S~350 000 Da) glycinin
• vicilin (7S~150 000 Da) beta-conglycinin.
• Lösliga i saltlösning, alkali
• Kan fällas ut (bildar tofu)
– vid pH 4-5
– Med kalcium eller magnesium
– Med proteolytiska enzymer
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Äggvita
• Blandning av flera proteiner
• 54% Ovalbumin denaturerar vid 80C (4
cysteingrupper,)
• 12% Ovotransferrin järnbindande, denaturerar
vid 62-65C
• 11% Ovomucoid ger hög viskositet
• Denaturerar lätt vid luftgränsyta – ännu lättare
vid något sänkt pH, äggvite pH ~ 9, ovalbumin IP
~ pH 4.7
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Cerealier
• gluteniner och gliadiner, aggregat av flera olika
subenheter
• Olösliga, men sväller i vatten
• Rika på cystein, under degberedning bildas
tredimensionellt disulfidbundet nätverk
• Vid kokning, bakning etc denaturerar nätverket
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kött
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kött II
• Muskelproteiner – aktinomyosinkomplex
• Ordnat fiberstruktur, ”låses” vid rigor, mjuknar
genom enzymet calpain under lagring
(hängning)
• Vid värmning sammandragning av fibrer, pressar
ut vätska mellan fibrerna
– Lite: saftigt
– Mycket: torrt
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kött III
• Bindväv – kollagener
• Fiberstruktur, mängd och tvärbindningsgraden
olika i olika muskler och hos olika djur, äldre djur
mer tvärbindning
• Kontraherar starkt vid värmning >65C
• Kan lösas upp vid lång kokning
(peptidbindningar bryt)
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kött
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kött IV
• Myoglobin protein med hemgrupp (som blodets
hemoglobin)
• Transporterar syre inom cellen till mitochondrier
• Mycket myoglobin där långvarigt arbete krävs >
rött kött
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Kött V
• Färgen beror på oxidationsstatus
– Fe2+ utan syre mörkröd, med syre klarröd
(oxymyoglobin)
– Fe3+ oxiderat, brun (metmyoglobin)
– Denaturerat, med histidingrupp på bägge sidor,
rosa
• Med nitrit (skinka)
– Röd
– Denaturerat rosa (kokt skinka)
• Bakteriepåverkan
– Grön, med svavel eller väteperoxid
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Enzymer
Proteaser och peptidaser
• Kan sönderdela proteiner, specificiteten känd
dvs kan angripa specifika sekvenser av
aminosyror.
• Ger i princip högre löslighet, lägre viskositet, kan
ge bismak (bittra peptider)
• Kan minska eller eliminera allergeniciteten
•
(Kan syntetisera ”proteiner” från aminosyror vid låg vattenhalt)
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Enzymer
Transglutaminaser
• Binder främst glutamin till lysin (förlust av
essentiell aminosyra)
• Kan ge tvärbindning mellan proteiner
• Ökar styvheten av olika proteingeler
• Binder samman köttfragment, surimi
• GRAS i USA, oklart i Europa
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Allergener
En specifik configuration av aminosyror, presenterad av en
stor molekyl
Värmebehandling / denaturering kan vanligtvis inte påverka
allergeniciteten, mycket små mängder är tillräckliga (tex
knappt synlig nötfragment)
Vanligaste allergener
– Alla vanliga mjölkproteiner, fast mest beta-lactoglobulin; från alla
mjölkdjur
– Fisk och skaldjur
– Jordnötter, nötter
– Ägg
– Soja
– Vete
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010
Glutenintolerans-celiaki
• En speciell typ av allergi-autoimmun sjukdom,
ger angrepp på tarmen
• Utlöses av gliadin från vete, secalin från råg och
hordein från korn, vanliga fall inte av
motsvarande avenin från havre eller prolamin
från majs.
• Kroppsegen transglutaminas som modifierar
(deamiderar) gliadinet är involverad i
induktionen; ett OBS för tillsats av TG till mjöl
Petr Dejmek
Mat, myter och molekyler 2010