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西北农林科技大学考研复试科目 食品营养与健康方向 《食品化学》
编辑于2022-03-29 08:55:39食品化学
绪论
食品化学的概念
从化学和分子水平上研究食品组成、结构、理化性质、营养、品质、质量安全以及在加工、储藏、运输、销售过程中变化,及其对食品品质和安全性的影响的学科。 是为开发食品资源、革新食品加工和储运技术、增加食品花色品种、控制食品质量、调整膳食结构、提高原料综合利用水平和发展食品分析技术奠定化学基础的学科
食品化学的研究内容
研究食品中化学成分发生变化的现象、条件、机制、结果、对食品品质的影响,食品化学侧重食品中生物和非生物成分在营养 安全性 感官特性 加工特性和储藏稳定性方面的功能和变化。
按物质成分划分 水分、碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质、酶、色素、风味(美拉德反应)、添加剂、毒物、保健成分
研究问题的性质划分
确定食品的组成、安全性、营养价值和重要的理化性质
研究食品储藏加工可能发生的各种化学、生物学变化,并研究其反应机制、动力学、环境因素变化的影响
确定影响食品品质和质量安全的主要成分、功能性质、关键变化和影响变化的重要环境因素
从化学角度研究食品原料改良、食品配方优化、加工工艺改良、加工技术和设备革新、包装方法和储存条件改善等原理,以便保护食品有益成分,减少有害成分,减缓不良反应,提高产品品质和附加值。
发展食品化学理论和研究方法,建立和丰富数据库和标准的分析检验方法。
食品的化学组成
水分
食品中最普遍的组分,占食品原料质量的4%-95%,水分存在形式有多种,功能性质复杂。与食品化学变化,微生物生长,物理变化密切相关
碳水化合物
人类食品中能量的主要来源,也是多数植物性原料和食品中含量最大的非水物质。
脂质
食用脂质具有重要价值,提供能量和必须脂肪酸,改善食品口味;在食品加工和储藏过程中,必须高度重视发挥油脂的功能以及控制其不良变化
蛋白质
必须的营养素,具有重要的生理功能和食品功能。结构复杂多样
酶
由生物活性细胞产生的,具有高效性、专一性催化活性的特殊蛋白质。对食品的风味、色泽、营养具有重要影响
维生素
由多种构成不同的有机化合物构成的一类营养素。在食品中绝对含量少,其中一些维生素稳定性较差,食品加工中损失问题依然严重
矿物质
无法在人体内合成,必须通过膳食补充
色素
首先来源于植物或动物细胞组织中的天然色素,其次来源于人为添加的人工合成或从天然产物中提取的食用着色剂
风味物质
除了新鲜水果、蔬菜主要由本身生物合成产生外,一般是在加工过程中由糖类、蛋白质、脂类、维生素等分解或进一步反应产生的
添加剂
有害成分
保健成分
化学变化对食品质量的影响
食品质地的变化
蛋白质变性,多糖水解使食品持水容量下降,蛋白质加热变性使肉品变硬、原果胶降解使果蔬变软,亲水性多糖溶胶或胶原蛋白在冷却中凝胶化,可转化为果冻,软糖和皮冻之类的半固态
风味的变化
挥发逸失引起的变化,吸附获得引起的变化;加热引起的变化,酶催化引起的变化;脂类氧化水解产生蛤喇味,羰氨反应产生蒸煮味,焦糖味,大蒜组织细胞破裂,释放酶,催化蒜氨素分解产生大蒜香气,水果后熟的生理生化变化使风味更加醇厚可口。
色泽的变化
褐变反应,氧化,反应速度相当快
营养价值的变化
食品经过加工储存,多数食品会造成营养素的损失,有少部分食品可以使营养素的消化、吸收、利用得到改善,产生一些功能保健成分。
安全性的变化
影响食品安全性 有些变化使安全性提高,有些变化产生毒素和致癌物、有害物
食品化学的研究方法
把食品的化学组成、理化性质以及变化的研究同食品品质和安全性要求联系起来
从实验设计开始,食品化学的研究就以揭示食品品质或安全性变化为目的,研究中需要重点检测反应这些变化的成分和指标。
避免复杂的食品体系带给化学研究的多种困难,使分析、推导和综合有一个清晰的背景,通常采用一个简化的、模拟的食品体系来进行实验,得到结果和结论后,再于真实的食品体系进行验证、充实和修正
水分
水和冰的结构
单分子水的结构
水分子中的氧原子有4个杂化的sp3轨道,2个氢原子的seigema轨道与氧原子的2个sp3轨道形成2个共价seigema键构成水分子。由于氧的电负性高,O-H键具有部分的离子特性 水是典型的极性分子
水分子的缔合结构
水分子中的氢、氧原子呈V字形排列,O-H键具有极性,所以分子中的电荷分布是不对称的 每个水分子在三维空间具有相等数目的氢键供体和受体,可以形成三维空间多重氢键,因此,每个水分子最多可以和另外4个水分子通过氢键结合,形成四面体结构。
水中的O-H键的极性、多重氢键、使水分子间存在着非常大的吸引力,有利于形成相对稳定的网状氢键多分子缔合体系。
冰的结构
普通冰的晶格属于六方晶格
冰还能以9种其他晶型结构存在,也能以无定形或玻璃态的结构存在
只要避免极端快速冻结,在溶质性质和浓度不显著妨碍水分子运动时,食品中的冰总是以最有序的六方形冰结晶型存在
水和冰的物理性质
水的物理性质和功能
食品理化性质:起着溶解,分散蛋白质,淀粉等水溶性成分的作用
食品质地方面:对食品的新鲜度、硬度、风味、波动性、色泽、耐储藏性、加工适应性有影响
食品安全性:水是微生物生长繁殖的必要条件
食品工艺角度:水起着湿润、浸透、均匀化等功能;大多数食品加工的单元话操作都与水有关,如干燥、浓缩、冷冻
冰的物理性质和功能
结冰时体积增加,表现出膨胀特性,会导致冻结食品组织结构的破坏
相同温度下,组织材料冻结的速度比解冻的速度快很多
对食品稳定性有很大影响
结冰后食品中非水组分的浓度变大,浓缩效应会导致化学反应速度增大
结冰后体积增加
水在食品中的存在和转移
常见食品的水分含量
水是构成多数食品的主要组分,食品中水的含量、分布和对食品的外观、质构、风味、新鲜程度、腐败程度都产生极大的影响。
水和其他成分相互作用
水和其他成分相互混合时产生多种作用,会同时改变两者的性质,这种变化与溶质的性质有关。
亲水性物质改变溶质周围邻近水的结构和流动性
水与离子和离子基团的相互作用
离子和有机分子的离子基团在阻碍水分子流动的程度上超过其他任何类型的溶质,与离子或离子基团相互作用的水是食品中结合的最紧密的那部分水 离子-偶极极性结合 离子基团的引入可产生偶极-离子相互作用,会破坏水的正常结构
离子水合作用
水与具有氢键键合能力的中性基团相互作用
水与溶质之间的氢键键合能力弱于水-离子的相互作用,而与水-水氢键的强度大致相同
水与食品中的蛋白质、淀粉、果胶、纤维素等成分通过氢键键合,还能与一些极性基团发生氢键键合
对水的网状结构几乎没有影响,凡是能产生氢键键合能力的溶质都可以强化纯水的结构,至少不会破坏这种结构,大多数氢键键合能力溶质都会阻碍水结成冰
水与非极性物质相互作用
疏水性物质,被加入到水中时,与水分子产生斥力,使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合能力增强,处于这种状态的水与纯水的结构相似,甚至比纯水的结构更为有序-疏水水合作用
如果水体系中存在多个分离的疏水性基团,那么不相容的水环境将促进它们之间的缔合从而减小水-非极性实体界面的面积-疏水相互作用
疏水基团和水可以形成笼形水合物-水通过氢键形成像笼一样的结构,通过物理作用的方式将非极性物质截留在笼中
主体水分子与客体分子的相互作用力一般是弱的范德华力,也存在静电相互作用
水和水的结构对蛋白质结构起着重要的影响
水在食品中的存在状态
食品中的结合水
构成水
邻近水
多层水
食品中的自由水
滞化水
毛细管水
指生物组织的细胞间隙或食品的结构组织中,由毛细管力所滞留的水
自由流动水
水分活度
食品的水分活度可以反应水与各种非水成分的结合程度强度,它的大小与微生物的生长和许多化学反应的速度具有良好的相关性,比水分含量能更可靠的预示食品的稳定性
定义
一定温度下,被测食品中的蒸汽压与纯水的饱和蒸汽压之比
水分活度与温度的关系
水分活度随温度改变而改变,且温度对水分活度的影响在冰点以下远大于冰点以上
在冰点以下,水分活度可以定义为部分冻结食品中的水分压与纯过冷水饱和蒸汽压之比
冰点以上和冰点一下水分活度含义不同
冰点以上温度时,水分活度是样品成分和温度的函数,样品成分起着重要的作用;冰点以下温度时水分活度与样品中成分无关,仅与温度有关,即冰相存在时,水分活度不受体系中的溶质种类或比例的影响,冰点以下的水分活度作为物化变化的指标价值较低。
冰点以上和冰点一下水分活度大小对食品稳定性的影响不同
冰点以下水分活度不能预测冰点以上温度同一种食品的水分活度,冰蛋以下水分活度与样品组成无关,仅与温度有关
水分活度受其他成分的影响
温度
水中溶质的浓度和种类
水与非水物质结合的强度
食品成分或物理化学特性
食品水分活度与其组成有关,含水量越大,自由水越多,水分活度越大;反之,非水物质越多,结合水占的比例越大,水分活度越小
水分吸附等温线
定义
食品水分活度与水分含量的关系曲线
制作方法:高水分含量的食品,通过测定脱水过程中水分含量和水分活度来绘制解吸等温线;低水分含量的食品通过测定加湿过程中水分含量和水分活度来绘制吸湿等温线。同一食品通过脱水和加湿获得的吸附等温线彼此相近,但不重合。
分区
一区
构成水和邻近水
二区
多层水
三区
自由流动水
滞后现象
采用解吸和回吸方法所得到的等温线不相互重叠
水分活度和食品稳定性的关系
与微生物生长的关系
与化学变化的关系
脂肪氧化
酶促氧化
非酶褐变
与物理变化的关系
碳水化合物
碳水化合物是自然界最丰富的一类天然有机化合物,占植物干质量的0.9以上-多羟基醛、酮及其衍生物和缩合物
碳水化合物组成丰富,性质多样,结构复杂,变化多端
碳水化合物的分类
单糖-指不能再水解的最简单的多羟基醛、酮及其衍生物
按官能团的特点
醛糖
酮糖
按碳原子数不同,可分为几碳糖
五碳糖戊糖-核糖 阿拉伯糖 木糖
六碳糖己糖-半乳糖 甘露糖 葡萄糖
衍生单糖 糖醇 木糖醇
低聚糖-由单糖聚合而聚合度小于或等于10的糖类
均低聚糖、杂低聚糖
还原性低聚糖、非还原性低聚糖
多糖-由10个以上的单糖分子聚合而成的糖类
同聚多糖、杂聚多糖
结构性多糖、储藏性多糖、抗原多糖
动物多糖、植物多糖、细菌多糖
食品单糖的结构性质和变化-还原糖在羰氨反应中的变化及产物
定义:美拉德反应是最常见的羰氨反应,是羰基与氨基经缩合聚合反应生成类黑色素的反应,非酶促褐变反应。 褐变反应是指由多酚氧化酶催化下的多酚化合物氧化产生黑色物质的反应
过程
初始阶段:还原糖如葡萄糖与蛋白质或氨基酸的自由基脱水缩合生成N-葡萄糖基胺,经过Amadori重排反应生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖
中期阶段
当pH≤7时继续反应生成羟甲基糠醛
当pH>7且温度较低时,继续反应生成还原酮类
末期阶段:多羰基不饱和衍生物一边进行裂解反应生产挥发性化合物,另一方面进行聚合、缩合反应,生成褐黑色的类黑精物质,美拉德反应结束
影响因素
糖和蛋白质的种类结构
对于糖类,发生褐变反应速度,五碳糖中核糖>阿拉伯糖>木糖,六碳糖中,半乳糖>甘露糖>葡萄糖,五碳糖>六碳糖,还原性双糖,因其分子比较大,反应速率比较慢
对于氨基化合物,简单肽类比氨基酸反应速度快,碱性氨基酸反应速度最快,蛋白质的褐变速度十分缓慢
pH的影响
低pH使氨基质子化,阻断羰氨反应
反应物浓度,水分活度
低水分活度的条件抑制羰氨反应的进行,增加水分使脂肪氧化加快,褐变速度也加快
温度和氧气
温度与褐变反应密切相关,当温度低于10摄氏度时,褐变反应被抑制
金属离子
金属离子铁和铜可以促进还原酮类的物质氧化,促进褐变
控制措施
选择不易发生褐变的食品原料
降低pH值
降低温度,控制氧气含量
降低反应物浓度,减少水分含量
限制金属离子,避免在食品加工中混入金属离子
食品低聚糖的结构性质和变化-低聚糖的脱水和焦糖化反应
定义:糖类尤其是单糖在没有氨基化合物存在的情况下,加热到熔点以上的高温,糖会发生脱水降解,也会发生褐变反应
生成两种物质
糖的脱水产物,焦糖或酱色
它们进一步缩合、聚合,最终形成深色物质
裂解产物,挥发性的醛、酮类物质
焦糖化反应最终产生深色物质
过程
焦糖的形成,糖类在无水条件下加热或者在高浓度时用稀酸处理,可发生焦糖化反应
第一阶段:蔗糖加热熔融,继续加热,约经35min的起泡,蔗糖同时发生水解和脱水两种反应,并迅速进行脱水产物的二聚合作用产物是失去一分子水的蔗糖,叫做异蔗糖酐,无甜味有温和的苦味
第二阶段:由异蔗糖酐脱去一分子水缩合成焦糖酐
第三阶段:由焦糖酐进一步脱水形成焦糖烯,焦糖烯熔点154℃,可溶于水,继续加热生产高分子量的深色物质,为焦糖素
挥发性物质,糠醛和其他醛的形成 裂解反应
脱水裂解生成一些醛类物质,性质具有活泼性,被称为活性醛。
单糖在酸性条件下加热主要进行脱水 形成糠醛或糠醛衍生物
单糖在碱性条件下加热
首先进行互变异构作用,生成烯醇糖
然后生成四碳糖、五碳糖、甲醛、乙醇醛、丙酮醛、甘油醛等
这些醛类经过聚合、缩合或羰氨反应生成褐黑色的物质,深色物质
低聚糖的还原性和羰氨反应
结构中保留着半缩醛(酮)的低聚糖还有被氧化的可能,但其还原力随着寡聚程度的提高而迅速降低
还原性的二糖、三糖可以发生羰氨反应,但随着聚合物的提高,低聚糖就逐渐失去了羰氨反应的能力
环状糊精
结构:D-吡喃葡萄糖由alpha-1,4-糖苷键链接而成的环状低聚糖 通过特定的酶类作用淀粉糊精而产生的
中间的空穴是疏水区域,环的外侧是亲水的。,可以包含脂溶性物质或适当大小的疏水物质,形成各种包合物
在溶液中存在亲水性和憎水性物质时,憎水性物质能被内环的疏水基吸附,主动进入空穴,并稳定在其中
功能:对油脂具有乳化作用,对挥发性的芳香物质具有防治挥发的作用,对易氧化易光解的疏水小分子物质具有保护作用,去除食品的异味 苦味 不良风味
淀粉的结构、性质和变化
淀粉的种类、结构和基本组成
淀粉主要以颗粒形式储存在植物体内,植物的种子、根、 茎、叶含量较多,结构紧密,不溶于水
从化学组成上,淀粉是葡聚糖。从单糖的连接方式来看,淀粉是由两个不同链接方式的葡聚糖组成,即直链淀粉和支链淀粉
支链淀粉和直链淀粉的结构和性质
直链淀粉是D-葡萄糖通过alpha-1,4糖苷键连接而成的线性高分子化合物
支链淀粉是由D-吡喃葡萄糖通过alpha-1,4和alpha-1,6糖苷键连接起来,带分支的复杂大分子
淀粉糊化和影响因素
概念:人们将从加水升温使淀粉结晶开始破坏到结晶彻底破坏并形成黏糊的整个过程,成为淀粉的糊化,将糊化形成的无定态淀粉成为α-淀粉
糊化作用的过程
第一阶段:可逆吸水阶段,水分进入淀粉粒的非晶质部分,体积略有膨胀,此时冷却干燥,淀粉粒可以复原,双折射现象不变
第二阶段:不可逆吸水阶段:随着温度升高达到或超过糊化温度,水分进入淀粉微晶间隙,淀粉不可逆大量吸水,结晶溶解
第三阶段:淀粉粒几何结构解体阶段:淀粉原有的几何结构破裂,分子或分子团全部进入溶液
淀粉糊化的影响因素
淀粉晶体结构 淀粉分子间结合程度高、分子排列紧密、微晶区大,整体晶体结构相对完整,破话它们所需要的能量就越多,淀粉粒不容易糊化
直链淀粉和支链淀粉的比例 直链淀粉含量越多,越难以糊化,糊化温度越高
水分活度 体系中水分少,有大量水分结合剂存在,会降低水活性,与淀粉争夺结合水,从而抑制淀粉糊化,或仅产生有限的糊化
pH值 碱性条件下易于糊化,pH于5以下时淀粉受酸降解,糊化温度降低,淀粉黏度下降
淀粉酶 酶解促进淀粉糊化,但也降低淀粉糊化最终黏度
糖的浓度 糖的浓度增高时,降低了水分活度 降低淀粉糊化速率
脂类以及与脂类有关的物质 影响淀粉糊化,增加糊化难度
淀粉老化和影响因素
概念:经过糊化的alpha-淀粉在室温或低于室温下放置,会变得不透明甚至凝结而沉淀 实际是再结晶的过程 老化的淀粉溶解度低,不易被淀粉酶水解,消化率低
老化过程可以看作糊化的逆过程,但是老化不能使淀粉彻底复原成生淀粉的结构状态,比生淀粉的结晶程度低 老化后的淀粉失去水的亲和能力,严重影响食品品质。
影响老化的因素
淀粉的种类 直链淀粉易老化,支链淀粉不易老化
淀粉的浓度 淀粉浓度越大,分子间碰撞机会增加,易于老化,淀粉含水量在30%-60%相对最易老化,含水量低于10%或在大量水中不易老化
食品的pH值 液态食品的pH值对淀粉的老化也有影响,pH在5-7时,老化速度快,在偏酸偏碱下,老化速度慢
温度 老化最适的温度是2-4℃,大于60摄氏度小于-20摄氏度都不发生老化
淀粉的水解及反应的产物
麦芽糊精 甜度很低,在食品加工中以高浓度使用,常用作焙烤果仁和糖果的涂层、风味保护剂、风味物质微胶囊化的壁材和微乳化的保护剂
麦芽糖浆 主要成分麦芽糖 甜味剂
果葡糖浆 优质甜味剂
葡麦芽糖 主要成分为葡萄糖和麦芽糖
低聚麦芽糖 为包含至多10个脱水葡萄糖基的低聚糖
淀粉改性技术原理
定义:改性淀粉是指利用物理、化学和酶的方法处理天然淀粉,使其性质发生改良而得到的修饰淀粉或淀粉衍生物
种类:低粘度变性淀粉、预糊化淀粉、醚化淀粉、氧化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉
植物细胞壁多糖的种类、结构、性质和变化
果胶的组成、结构及性质变化
果胶的组成和结构
天然的果胶有两种存在形式
水溶性果胶
原果胶
原果胶不溶于水,但可在酸碱盐等化学试剂或酶的作用下,转变成水溶性果胶
在果蔬的成熟过程中,原果胶在果胶酶的作用下分解成可溶性果胶,最后分解为不溶于水的果胶酸
结构:由D-吡喃半乳糖醛酸通过alpha-1,4糖苷键连接成长链状
果胶的性质及其变化
果胶主要聚集在细胞壁中,它与纤维素、半纤维素结合在一起构成细胞壁
与果实成熟的关系
果实增大期:果皮和果肉的水溶性果胶有明显的上升,虽起伏较大但进入成熟期仍然较高,而对于原果胶均于果实增大前期较高,中后期均趋下降
果实成熟期:进入成熟期,原果胶可以向可溶性果胶等形态转化从而使果实原果胶的含量下降,伴随果实的成熟软化
有研究报道,通过热处理可以抑制某些果实的后熟,提高储藏品质,延长储藏寿命
膳食纤维及其性质
膳食纤维的定义、类型、组成
膳食纤维的定义和分类
定义:是一种不能被人体消化的碳水化合物
分类:
水溶性膳食纤维:某些半纤维素、果胶和各种亲水性多糖胶 存在于自然界的非纤维性物质中
非水溶性膳食纤维:纤维素、半纤维素、木质素 存在于植物细胞壁中
两类膳食纤维的基本性质和组成
水溶性膳食纤维不能被人体消化道酶消化,但可以溶于温热水,和水结合后形成凝胶状物质,且其水溶液又能被其4倍体积的乙醇再沉淀,主要是细胞内的储存物质和分泌物,还包括一些微生物多糖和合成多糖
非水溶性的膳食纤维也不能被人体消化道酶消化,不溶于热水
膳食纤维的保健功能
增加饱腹感
促进排便
降低血糖血脂
改善肠道菌群,益生元
对阳离子的结合交换作用,吸附有害离子随粪便排出,从而起到解毒的作用
抗性淀粉
分类
物理包埋淀粉
通过细胞壁或蛋白质的隔离作用使淀粉酶不能接触到淀粉颗粒的淀粉
抗性淀粉颗粒
抗消化性的淀粉
回生淀粉
经糊化后老化的淀粉,可由可溶性淀粉转化
化学改性淀粉
通过化学作业改变化学性质的淀粉 如交联淀粉
性质
物理包埋淀粉:在水中难以膨胀和分散,在小肠中仅部分被消化
抗性淀粉颗粒:结构完整紧密,相对缺水,具有相对较高的直链淀粉含量,对淀粉酶的水解具有抗性
回生淀粉:失去水溶性,不被小肠消化吸收
化学改性淀粉:不能被人体小肠的淀粉酶水解
生理功能
降低血糖,胰岛素反应,增加胰岛素的敏感性,调节血糖稳态,减低餐后胰岛素分泌,延缓血糖上升,控制病情
降低血清中胆固醇和甘油三酯的作用,增加类固醇的排泄量
优质的膳食纤维,调节肠道菌群,促进益生菌的增殖
脂类
固体状态的油脂成为脂肪,液体状态的油脂称为油
脂类的分类、命名、组成、结构
脂质的分类
脂质又称脂类,包括脂肪、蜡、磷脂、糖脂、类固醇等 主要由脂肪酸和醇等 所组成的酯类及其衍生物,其组成元素主要是碳氢氧,氮磷硫
简单脂类:由脂肪酸和醇构成的酯
脂肪酸与甘油构成的酯,脂肪
脂肪酸与高级一元醇构成的酯,蜡
复合脂类:简单脂类的衍生物,除了脂肪酸和醇,还有一些其他物质
含有磷酸和氮素 为磷脂 如甘油磷脂、卵磷脂
含有糖和氮素的 为糖脂
含有鞘胺醇的 为鞘脂 神经磷脂
含有蛋白质的 为蛋白脂
衍生脂类:符合脂类共同的溶解特性,但又不是简单脂类和复合脂类,如类固醇、类胡萝卜素、脂溶性维生素
油脂的组成 主要是由甘三酯构成的混合物
磷脂的组成 含有磷酸根的脂类化合物,普遍存在于动植物细胞的原生质和生物膜中,对机体的正常代谢和生物膜的生物活性具有重要作用。
固醇的组成 固醇化合物是由四个环组成的一类稠环化合物,自然界重要的固醇化合物来自动物的胆固醇和植物的植物固醇
油脂的物理化学特征值
酸值,又称酸价 指中和1g天然脂肪中的游离酸所需要消耗氢氧化钾的毫克数 反应了天然脂肪中游离脂肪酸的含量,越高稳定性越差
碘值,指100g油脂所能吸收碘的克数,是表示油脂不饱和程度的指标
皂化值,完全皂化1g油脂所需要的氢氧化钾亳克数 皂化值的高低表示脂肪酸分子量的大小,皂化值越高,脂肪酸分子量越小,亲水性较强,失去油脂的特性;皂化值越低,则脂肪酸分子量越大或含有较多不皂化物,油脂接近固体,相对难以吸收利用。
折光率 光在真空中传播速度与光在某介质中的传播速度之比 作为油脂掺伪鉴别的辅助手段
羰基值 指每1kg油脂中所含羰基化合物的毫摩尔数,羰基值是判断油脂氧化、劣变的重要敏感指标之一。
过氧化值 是1kg油脂活性氧的含量,以过氧化物的毫摩尔数表示 表示油脂 脂肪酸被氧化程度的一种常用指标。
油脂的物理性质
油脂的同质多晶性质:同一种物质具有不同的晶体形态的现象叫做同质多晶现象,这些晶体被称为同质多晶体,它们融化后何以形成相同的液态
天然的油脂一般存在3-4种晶型,按照熔点增加的顺序分别是
r型 不是真正的晶体
α型 六方晶系,熔点低,密度小,不稳定
β′ 正交晶系,熔点较高,密度较大,较稳定
β三斜晶系,熔点高,密度大,稳定,结晶较粗
油脂的熔化曲线
油脂的熔化特性与其脂肪酸的组成有关,组成脂肪酸的饱和度高,碳原子数多,熔点就高
油脂的熔点随饱和脂肪酸基含量增加和脂肪酸基碳链长度增加而升高
脂肪酸基中含有反式双键的脂肪熔点高于顺式双键
含有共轭双键的脂肪也比含非共轭双键的脂肪熔点高
塑性脂肪
由液体油和固体脂均匀混合并进行一定加工而形成的半固态脂肪
油脂的冬化:指为达到油脂在冷藏时不产生混浊的目的而采用“干法分提”方法脱去存在油脂中的少量蜡质或饱和脂肪的一种工艺过程
油脂的酮型酸败
油脂的酮型酸败是由于某些微生物繁殖时所产生酶的作用引起的食品变质,属于酶促脂肪酸氧化和水解等多步骤系列反应
油脂的氧化和抗氧化剂
油脂的自动氧化
过程:油脂或脂肪酸在光、热、金属等催化作用下形成自由基,可以与食品中的氧结合,形成过氧化自由基,夺取双键临位亚甲基上的氢 生产氢过氧化物,自由基,再次与氧结合,与氢结合,氢过氧化物
影响因素:抗氧化剂 金属 光 温度 脂肪酸类型 水分
光氧化
过程:油脂中含有核黄素、叶绿素等光敏化合物,在光照时可以从基态跃迁到单线激发态,寿命短,释放全部能量回到基态 或释放部分能量变成三线激发态,寿命长,将能量转移给基态氧,自身回到基态的同时生成单线态的氧,活性氧,与不饱和脂肪酸的双键进行反应,形成六元环过度态,经过双键移位形成氢过氧化物。
酶促氧化
过程:具有顺顺戊二烯结构的多不饱和脂肪酸可以通过脂肪氧合酶的作用催化生产具有共轭双键的氢过氧化物
氢过氧化物的分解和聚合
生成醛、酮、醇、酸
油脂氧化分解生成很多醇、酮、醛、酸、内酯等小分子,都有一定气味,有的气味较强,有的较弱,其中某些醛类具有哈味和刺激性,某些小分子脂肪由酸馊风味,还有难闻气味,从而产生油脂氧化酸败明显的感官特征
抗氧化剂的作用机制和分类
抗氧化剂是为了防止和延缓食品氧化,提高食品的稳定性和延长储存期的物质。
分类
游离基清除剂
多为酚类物质,是优良的氢供体,酚型抗氧化剂与游离自由基反应后,可使它转化为非游离基的物质,同时自身转变为比较稳定的游离基,从而阻断游离基的链传递。 非游离基的化合物
单线态氧崒灭剂
单线态氧易与同属单线态的双键作用,转变为三线态氧,如果被作用的双键化合物转变为不能继续传递氧化反应的物质,这一反应就起到消除单线态氧的作用
氢过氧化物分解剂
可以将氢过氧化物转变为更稳定的物质,从而起到抑制油脂氧化的作用
金属螯合剂
柠檬酸、酒石酸、抗坏血酸、EDTA等螯合剂能与过度态金属离子螯合,通过配位键占据这些空轨道,从而使之钝化,失去催化功能,从而起到抑制油脂氧化的作用
氧清除剂
自身被氧氧化,除去食品中的氧而起到抗氧化的效果
酶抗氧化剂
超氧化物歧化酶可以将超氧化物自由基转变为三线态氧和过氧化氢,生成的过氧化氢在过氧化氢酶的作用下进一步转变为水和三线态氧,从而起到抗氧化的作用
增效剂
提高抗氧化剂功效,帮助抗氧化剂再生
蛋白质
蛋白质的基本性质和分类
分类
按结构外形
球状蛋白
纤维蛋白
按生理功能
酶蛋白
色素蛋白
激素蛋白
结构蛋白
按组成特点
简单蛋白质
清蛋白
溶于水、稀盐、稀酸、稀碱溶液,为饱和硫酸铵沉淀
球蛋白
为半饱和硫酸铵沉淀
优球蛋白 不溶于水,溶于稀盐溶液
拟球蛋白 溶于水
谷蛋白
不溶于水、醇及中性盐溶液,但易溶于稀酸或稀碱
醇溶谷蛋白
不溶于水及无水乙醇,但溶于70%-80%的乙醇中
组蛋白 溶于水及稀酸,但为稀氨水所沉淀
鱼精蛋白
溶于水及稀酸,不溶于氨水,分子呈碱性
硬蛋白
不溶于水、盐、稀酸、稀碱 在生物体中起结缔保护功能的蛋白质
结合蛋白质
糖蛋白
脂蛋白
核蛋白
磷蛋白
血红素蛋白
黄素蛋白
金属蛋白
氨基酸基本组成结构和性质
20种氨基酸的结构通式和氨基酸侧链的分类 氨基 羧基 R H ,根据R侧链的结构氛围
非极性氨基酸
这类氨基酸具有非极性的侧链,具有疏水性,甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸
极性氨基酸
中性氨基酸
具有亲水性,在中性水溶液中不电离
碱性氨基酸
侧链带有易连接H+的基团而具有碱性
酸性氨基酸
侧链含有-COOH 易解离出H+而具有酸性
根据侧链R基团的结构特点
脂肪族氨基酸
芳香族氨基酸
杂环族氨基酸
氨基酸的两性、等电点、水溶性和疏水性
氨基酸的两性和等电点
氨基酸分子中既含有羧基,又含有氨基,在适当条件下,羧基可以释放H+,变成R-COO-负离子,而氨基可以接受H+离子变成NH3+正离子。因此,氨基酸就变成了同时带有正负两种离子的两性离子,既可以与碱生成盐,又可以与酸生成盐
在中性pH范围内,alpha-氨基和alpha-羧基都处在离子化状态,此时氨基酸分子是偶极离子或两性离子。偶极离子以电中性状态存在时的pH被称为等电点pI
氨基酸的水溶性和疏水性
氨基酸在纯净水中有一定的溶解度,但彼此有一定的不同。调整水的pH后,氨基酸的溶解度有一定的变化,在等电点时溶解度相对最小。
蛋白质结构中氨基酸残基侧链的疏水相互作用对肽链通过折叠形成高级结构起到了很大作用
侧链疏水性越大,氨基酸残基在折叠时越趋向于疏水聚集在蛋白质内部
侧链亲水性越大,氨基酸残基在折叠时趋向保留在蛋白质表面
疏水相互作用:两非极性物质为了避开水相而聚集在一起的作用;疏水相互作用越强,疏水性越强
蛋白质的结构
蛋白质的结构被分为4级。氨基酸在多肽中的排序称为蛋白质的一级结构,由一级结构的某些区段形成的alpha-螺旋、Beta-折叠、Beta-转角构成蛋白质的二级结构,在多种次级键合力作用下,多肽进一步皱褶形成球状和纤维状结构时的高级构象、内部结构与整体形状就构成了蛋白质的三级结构;三级结构构成亚基,进一步在二硫键和多种次级键作用下构成更大的整体结构,其亚基的整体结构,空间排布,整体蛋白的外形被称为四级结构。
肽键的结构和稳定性
多肽是通过肽键连接而成。肽键是一份子氨基和一份子羧基脱水缩合形成的酰胺键
是蛋白质中的共价键,性质比较稳定。
虽然是单键,但是具有部分双键的性质,难以自由旋转而有一定的刚性
蛋白质的一级结构
是高级结构的基础,由氨基酸通过肽键连接而成,是多肽中氨基酸残基的排列顺序,也是蛋白质的最基本结构。
蛋白质的二级结构
在一级结构的基础上,多肽链经过折叠、卷曲、旋转形成特有而稳定的空间三维结构 以氢键维系
α-螺旋
β-转角
β-折叠
蛋白质的三级结构
在一、二级结构的基础上,蛋白质多肽进一步弯曲折叠并通过多种次级键和二硫键的形成维系着蛋白质的三级结构
二硫键
次级键
范德华力
离子键
疏水键
离子-偶极键
偶极键
氢键
四级结构
三级结构作为亚基,只有那些两条以上多肽链构成的蛋白质才可能有蛋白质的四级结构,作用力是二硫键和次级键,其主要作用的事二硫键和疏水键
影响蛋白质高级结构键合力的因素
温度
在常见的温度范围内升高温度时,离子键、离子-偶极键、偶极-偶极键、氢键、离子-诱导偶极键减弱,疏水相互作用增强
在常见范围内降低温度时,离子键、离子-偶极键、偶极-偶极键、氢键、离子-诱导偶极键加强,疏水相互作用减弱
疏水环境和亲水环境
介电常数增加,离子键等减弱,反之,增加
离子强度
pH变化,离子增加或电荷数增加,使离子键加强
蛋白质的变性
蛋白质变性的定义和机制:蛋白质二级以上的高级结构在酸、碱、盐、热、冷、有机溶剂、界面张力和剪切力等作用下发生的变化
变性蛋白质的特点
变性蛋白质失去生物活性
变性蛋白质疏水基更多暴露在分子表面,溶解度降低,结合水的能力改变
变性后由于更多肽键的暴露,增加了对蛋白酶催化水解的敏感性
蛋白质变性时特征黏度增大
变性蛋白质不能结晶
蛋白质变性的环境条件
温度变化 当温度缓慢上升时,在某一很窄的临界温度范围内,蛋白质快速地从天然状态转变为变性状态
界面张力 蛋白质溶液在高速搅打起泡和喷雾干燥时,溶液变成泡沫或雾这样的分散系,蛋白质被吸附到气液界面上,由于在此受到高能界面的作用,蛋白质疏水基趋于朝向气相,亲水基趋于朝向水相,从而引起蛋白质变性
机械剪切 蛋白质溶液在强烈的机械搅拌,振动、揉捏、挤压等机械剪切力作用下,导致α-螺旋破坏,网状结构改变。
离子强度 低浓度电解质存在于蛋白质溶液中时,影响蛋白质结构的稳定性
pH值 在极端pH下,蛋白质会发生不可逆变性。
超高压 超高静压可以引起蛋白质变性
有机溶剂
氧化剂和还原剂
脱水干燥
金属离子
蛋白质的功能性质及其改良技术
蛋白质的功能性质定义及其分类
定义:指食品体系在加工中、贮藏、运输、消费过程中,蛋白质对食品产生需要特征的那些物理、化学性质。
分类:
水合性质
蛋白质和蛋白质之间相互作用的性质
表面活性
影响蛋白质水合性质的因素
蛋白质的水合功能性质是最基础的功能性质,蛋白质与蛋白质之间的相互作用和表面活性部分取决于水-蛋白质的相互作用。在蛋白饮料中,蛋白质的水合性直接决定自身能否在该食品中稳定存在,又如在焙烤食品和肉糜制品这类低等和中等水分含量的食品中,蛋白质结合水的能力是决定这些食品可接受性的关键因素。
pH的影响
当pH处于等电点时,蛋白质净电荷量为0,自身趋向聚集,结合水量相对最低
离子强度、盐的种类
低盐浓度,使蛋白质的水合性提高
高盐浓度,引起蛋白质盐析,降低蛋白质水合性
温度
温度升高时,蛋白质由氢键和离子-偶极键作用结合的水量下降。继续升高温度,蛋白质会变性。对于天然蛋白质来说,只要未达到变性的温度,适当增加温度时,由于介质中水活度提高,蛋白质的水合作用常有一定的提高
界面活性
乳化性
定义:指作为一个大分子的两亲物质,可以自动吸附到分散系的界面上,降低界面张力并在界面上形成一层保护膜,使得乳化体系和泡沫体系容易形成和保持稳定
影响因素:
蛋白质自身结构和性质
有良好的初始溶解度,这样才能首先溶解高度分散在水溶液中,并通过溶液迁移到界面上
有相对较高含量的疏水基,并且高级结构有较高的可调整性,这样蛋白质在界面上才能表现出较高的界面活性,形成的黏弹性界面也较稳定
到达界面后,蛋白质经过界面变性,应仍然含有一定的电荷,这样有利于使乳滴产生静电排斥,对乳滴的聚集产生阻碍
蛋白质所处的环境条件
pH影响蛋白质的溶解度,也影响蛋白质的构像和荷电性,一般来说难溶蛋白质,远离等电点,增强乳化性,但有些蛋白质在等电点乳化性更好。
温度影响蛋白质构象,有些蛋白质在溶液中加热,可提高乳化性,但加热对多数蛋白质的乳化作用不利
离子强度变化,在一定离子强度下的蛋白质乳化性较好。
蛋白质的浓度
起泡性
影响起泡性的因素
内因-蛋白质自身的结构和性质
相对缺乏二、三级结构
具有良好的初始溶解性
蛋白质分子之间存在一定的黏着力
蛋白质分子有一定的疏水基
蛋白质经过界面变性后还存在一些电荷,防治两气泡聚结,稳定泡沫的作用增强
外因-环境因素
盐类,氯化钠可以提高蛋白质的发泡性,但会使泡沫的稳定性降低,Ca2+可以提高蛋白质的泡沫的稳定性
糖类,糖类会抑制蛋白质的发泡性,但可以提高蛋白质泡沫的稳定性
脂类,对蛋白质的起泡性和泡沫稳定性都不利
蛋白质的浓度,蛋白质浓度2-8效果最好
搅拌时间,压力,温度
蛋白质的相互作用及其影响因素
凝胶形成性
定义:蛋白质胶体溶液在一定条件下,蛋白质之间相互作用形成三维有序网络,水分子分散在网络之中,体系失去流动性,成为具有一定形状、弹性的半固态软凝胶状态
凝胶形成方法
先热处理溶胶再适当冷却
酸化溶液到达等电点附近
先加碱以提高蛋白质的分散性,然后再酸化至中性或等电点
向溶胶中适当添加多价金属盐类
均匀分散的蛋白质水溶液中适量加入特异性强的水解酶类;在蛋白质溶胶中适度加入多糖凝胶剂,调节pH值,使蛋白质和多糖静电吸引而共同凝胶化
凝胶形成机制:先让蛋白质适度变性,使它们有限的三维交联保留一部分亲水基维持高的水合能力。
主要类型
分子凝胶:以水合蛋白质分子的多肽链键相互作用形成交联并以多肽链构成网络的蛋白质凝胶
粒子凝胶:以蛋白质粒子相互作用形成交联并以彼此相连接的胶粒构成网络的蛋白质凝胶
影响凝胶强度的因素
交联点数量多,分布均匀,交联键的强度高,凝胶强度就高
交联点分布不均匀,凝胶的脆性增加
交联点数量多,分布均匀,凝胶网的柔性高,凝胶的弹性高
含水量也有影响,含水量下降,凝胶弹性下降,变硬
影响凝胶形成的因素
蛋白质的浓度
蛋白质的结构
添加物 共凝胶形成作用
pH值
组织形成性:能够由非组织状态转变为类似肉组织状态的性质
面团形成性:水化面筋蛋白质能形成黏弹性面筋网络的性质 面筋蛋白包括
醇溶蛋白
麦谷蛋白
蛋白质加工过程中可能发生的蛋白质变化及其对营养和安全性的影响
有利影响:
适度变性和适度水解有利于消化吸收,提升营养价值
使毒素蛋白和过敏原变性失活,提升安全性
脱除植酸、减少多价阳离子和抗营养因子,使蛋白质转化为活性多肽
不利影响
强烈变性聚集使消化性降低、氨基酸残基变化失常使蛋白质消化性降低、
必需氨基酸减少
产生毒性
蛋白质腐败分解,然后进一步反应生成腐胺、尸胺、硫化氢和毒素
发生不利影响的因素
温度
高温
暴露在氧化条件下
与碳水化合物的羰基接触
发生美拉德褐变反应
酶促褐变
酶学基础
酶的本质:酶是生物活细胞产生,具有高效专一催化功能的生物大分子
酶是催化剂
酶是生物催化剂
酶的特性
具有很高的催化性,且酶本身在反应前后并无变化
不改变化学反应的平衡常数,且对一个正向反应和其逆向反应速度的影响是相同的,即酶的作用仅是缩短反应达到平衡所需的时间
降低反应的活化能
专一性
一种酶只能催化一种化学反应或一类相似的化学反应
本质是蛋白质
酶促反应一般在温和条件下进行
酶的催化活性受到严格的调控
影响酶促反应的因素
底物浓度对酶活力的影响
如果酶的浓度不变,当底物浓度适当增加,反应浓度随着增加,并以双曲线形式达到最大速度
酶的浓度对酶促反应的影响
对大多数酶促催化反应来说,在适宜pH、温度和底物浓度条件下,在初始阶段反应速率与酶的浓度成正比,但反应继续下去,反应速度会下降,这与底物浓度减少和反应产物抑制酶活有关
pH值对酶促反应的影响
pH的变化对酶的反应速度影响较大,即酶的活性随介质pH值得变化而变化,每一种酶只能在一定的pH范围内表现出它的活性
温度对酶促反应的影响
温度上升,反应速率增加,直到最大反应速率为止
酶促反应如果达到最大反应速率再继续升温,反应速率会随着温度的升高而减小,酶变性
水分活度
含水量相当低的条件下仍具有活性
激活剂对酶促反应的影响
许多酶促反应必须要有其他适当物质存在时才能表现酶的催化活力或加强其催化效力,酶的激活作用
抑制剂
减弱、抑制甚至破坏酶的作用。
酶促褐变
定义:当新鲜的蔬菜、水果等植物性食物,发生机械损伤或处于异常的环境条件下,便会影响氧化还原反应的平衡,发生氧化产物的积累,造成变色,这类变色作用非常迅速,并需要和氧接触,由酶催化,为酶促褐变
酶促褐变的机制
植物组织中含有酚类物质,在完整的细胞中作为呼吸传递物质,在酚-醌两种形式之间保持着动态平衡,当细胞破坏以后,氧就大量侵入,造成醌的形成和还原之间的不平衡,于是发生了醌的积累,醌进一步氧化聚合便形成了褐色色素。
酶促褐变的条件
适当的酚类底物
多酚氧化酶
氧气
酶促褐变的控制
热处理法
在适当的温度和时间条件下加热新鲜蔬果,使酚酶及其他相关的酶都失活 水煮和蒸汽处理
加热处理的关键是在短时间内达到钝化酶的要求
酸处理法
利用酸的作用控制酶促褐变,柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸,通过降低pH值来抑制酶的活力
二氧化硫及亚硫酸盐
抑制酚酶活力
去除和隔绝氧气
添加酚酶底物类似物
酚酶底物类似物如阿魏酸、肉桂酸、对位香豆酸等酚酸可以有效控制酶促褐变
酶对食品品质的影响
酶对食品色泽的影响
动物性食品中,肉中的酶促反应与其他反应竞争氧,这些反应能改变肉组织的氧化-还原状态和水分含量,因而影响肉的颜色
植物性食品中,色泽变化都与酶有关,绿色是大多是新鲜蔬菜和水果的质量指标,导致蔬菜水果变色的三个关键性酶是脂肪氧合酶、叶绿素酶、多酚氧化酶
酶对食品质构的影响
自然界存在能作用于碳水化合物的酶,酶的作用显然会影响果蔬的质地
对于动物组织和高蛋白的植物性食品,蛋白酶的作用会导致质地软化
酶对食品风味的影响
产生不良风味
酶对食品营养价值的影响
使营养价值下降,破坏维生素,一些氨基酸,降低必须氨基酸含量
维生素和矿物质
维生素
维生素是人和动物维持正常生理功能所必须的一类微量有机化合物。它不参与机体器官和组织的构成,也不参与供能,主要以辅酶的形式参与细胞的物质和能量的代谢过程,部分维生素还参加其他的生理和生化调节功能
分类和营养属性
维生素的类别和缺乏症
类别
水溶性维生素
脂溶性维生素
功能
维生素B1 抗神经炎,预防脚气病
维生素B2 预防唇、舌发言,促进生长
维生素B3 预防癞皮病、辅酶I、II的成分
维生素B5 制造抗体
维生素B6 与氨基酸代谢有关
维生素B11 B12 预防恶性贫血
维生素H 预防皮肤病,促进脂类代谢
维生素H1 有利于毛发的生长
维生素C 预防及治疗坏血病,促进细胞间质的生长
维生素P 增加毛细血管抵抗力,维持血管正常透过性。
维生素A 替代视觉细胞内感光物质,预防表皮细胞角化,促进生长,预防眼部干燥症
维生素D 调节钙磷代谢,预防佝偻病和软骨症
维生素E 预防不育症
维生素K 促进血液凝固
缺乏 发病
维生素B1缺乏,脚气病
维生素C缺乏,坏血病
维生素B3缺乏 癞皮病
维生素B2缺乏 影响机体的呼吸和代谢
维生素A缺乏皮肤干燥、脱屑、粗糙、易角化,易感染而发生上呼吸道感染性疾病。
供给过量
脂溶性维生素不易排出体外,长期过量摄入容易蓄积在体内发生中毒
水溶性维生素易溶于水,服用过量则容易在尿中排出,不易中毒,但摄入过量易引起不良反应
维生素A在体内大量蓄积 骨骼脱钙,关节疼痛,皮肤干燥,食欲减退
维生素D 肾衰竭、软组织和血管钙化;孕妇,高钙血症,使婴儿智力低下,儿童服用过量则导致生长发育停止
维生素E 高血压 荨麻疹 胃肠功能紊乱 影响内分泌功能、免疫功能
维生素K 高胆红素血症、溶血性贫血。
维生素损失的常见原因
食品原料本身的影响
成熟度
不用组织部位
叶片>果实,茎>根
采后和宰后的变化-分解代谢
食品加工前预处理
水溶性维生素大量流失
食品加工过程
研磨:谷物精制程度越高,维生素损失约严重
热处理
烫漂:短时间高温烫漂维生素损失较少,产品成熟度高,烫漂时维生素C和B1损失越少,食品切分越细,损失越多
干燥:食品的主要储存方式之一,不同干燥方式对维生素影响不同
加热:造成维生素不同程度的损失
冷却和冷冻:对食品中维生素影响通常较小
辐照:维生素C对辐照敏感,B1容易被辐照破坏,对烟酸破坏较小,脂溶性维生素敏感程度EADK
添加剂:对维生素有一定破坏作用
储藏过程
损失速度与温度关系密切,,罐头冷藏保存,B1损失低于室温保存;包装材料也有影响;脂类氧化产生的一些氢过氧化物对胡萝卜素 E C等氧化。碳水化合物非酶褐变产生的高度活化的羰基对维生素也有破坏作用
矿物质
指食品中各种无机化合物,大体相当于食品中的灰分,具有重要的生理功能
构成人体重要的组织成分
维持细胞渗透压、酸碱平衡及神经和肌肉的兴奋性
构成酶的辅基、激素、维生素、蛋白质、核酸的构成成分
食品中矿物质元素生物利用率的影响因素
在食品加工过程中元素的损失
预加工
食品加工最初的整理和清洗会直接带来矿物质的大量损失,如水果的去皮,蔬菜去叶
精制
造成谷物中矿物质损失的主要因素,研磨越精,损失越大
烹调过程中食物间的搭配
溶水流失是矿物质在加工过程中主要的损失途径,食物搭配不当,降低矿物质的生物利用率
烹调方式不同,对矿物质损失的影响也不同
加工设备和包装材料
食品加工设备、用水和包装都会影响食品中的矿物质。
矿物质的存在形式对其吸收率的影响
同一种矿物质处于不同的化学形式,其生物可用性不同
二价铁较三价铁更易被机体利用
血红素铁较无机离子铁更容易吸收利用
与酶蛋白结合的锌更容易被机体吸收
矿物质溶解度低,吸收越差
抗营养因子和促营养吸收因子对矿质成分吸收利用性的影响
若与矿物质形成难溶性螯合物的配位体影响矿物质的吸收,如草酸抑制钙的吸收,植酸抑制钙铁和锌的吸收利用
维生素C可以促进铁的吸收,EDTA与金属形成可溶性螯合物促进钙的吸收
膳食纤维对矿质成分吸收利用性的影响
食物中含有大量膳食纤维会与矿物质形成螯合物,影响铁、锌、钙的吸收
色素
色素的概念和食品色素的分类
色素、着色剂、发色团的概念
色素:植物、动物、微生物的细胞或组织中固有的具有色泽的天然物质
着色剂:能够赋予食品色泽和改善食品色泽的物质
发色团:是指含有碳-碳双键、碳-氮双键、氮-氮双键、碳-氮双键的结构基团
食品天然色素的分类
根据化学结构
四吡咯色素
含有吡咯环,血红素,叶绿素,胆汁色素
多烯类色素
结构单元为异戊二烯,类胡萝卜素
多酚类色素
结构中含有苯并氧杂环,花青素、类黄酮、单宁
醌酮类色素
酮类、蒽醌类、萘醌类化合物,姜黄素,红曲色素,虫胶色素
其他色素
含氮花青素,甜菜红,核黄素
根据来源
动物色素
植物色素
微生物色素
根据溶解性
水溶性
油溶性
食品天然色素的结构、性质、变化
花青素和花色苷的分类、结构和性质
花色苷:花青素类色素多以糖苷形式存在于植物细胞的液泡中,构成植物花、茎、叶、果等色彩。;花青苷由花青素与糖基结合
花青苷的基本结构:2-苯基苯并吡喃阳离子
性质
溶解性:溶于水,在甲醇、乙醇中溶解性更好
颜色随pH变化而变化,酸性条件下为红色,中性条件下为紫色,碱性条件下为蓝色
抗氧化,清除自由基,降低低密度脂蛋白,抗突变,抗肿瘤
花青素常见的变色反应和降解反应
变色反应
pH值:花青素在水溶液中存在4种不同的分子构型,蓝色的醌式碱A,红色的2-苯基苯并吡喃阳离子,无色的甲醇碱,无色的查尔酮 酸性条件下,黄烊盐起主导作用,呈红色,pH升高黄烊盐颜色和浓度下降,向着无色的查尔酮方向反应
金属离子,花青素的酚羟基易于金属离子铁、铜、钙、铝形成配合物变色,金属络合物一般呈蓝色,络合物稳定性高于花色苷,一旦形成不可逆转,柠檬酸也有络合金属离子的能力,可以减少花色素和金属离子结合
光、温度 二氧化硫和亚硫酸盐也会使花色素褪色
降解反应
在提取时容易发生降解,在加工和储藏时也容易发生降解
pH条件,在中性和碱性条件下都会发生降解
高温会加快其降解,失去鲜明的颜色
甲基化程度越高,羟基化程度越低,越稳定
光会诱使花青素分解
易受氧化剂、酶、糖的影响
花色苷稳定性的影响因素
pH值和结构变化
颜色会随着pH的变化而变化,甲基化程度越高,羟基化程度越低,花色苷越稳定
温度
食品中花色苷的稳定性受温度的影响比较强烈,可提高其pH稳定性的结构因素也能提高其热稳定性,加热可以使平衡向查尔酮方向反应,造成花色苷褪色
光
光可以加速花色苷的降解,其他形式的辐射,如离子化辐射也可造成花色苷的降解
氧和抗坏血酸
花色苷结构的不饱和性使其对分子氧很敏感,氧可以使花色苷降解变色
抗坏血酸诱发的花色苷降解是由于抗坏血酸在氧化过程中产生的过氧化氢的间接作用所致
金属
金属络合物可以稳定花色苷食品的颜色
二氧化硫
防治微生物污染,漂白之后,通过脱硫,恢复颜色
共色素形成作用
花色苷可以与自身或者其他物质发生缩合反应,形成络合物,并通过红移作用加强颜色,增加花色苷的稳定性
糖分及其降解产物
高浓度的糖分可以稳定花色苷
类黄酮和类黄酮苷的分类、结构和性质
类黄酮化合物的颜色与其结构有关
类黄酮化合物能与多种糖类形成糖苷
一般溶于水、乙醇、甲醇等强极性溶剂中,难溶或不溶于苯、氯仿,且糖链越长溶解度越大
黄酮类化合物显酸性,酸性强弱与酚羟基数量和位置有关
类黄酮的稳定性比花青苷好
类黄酮能与金属离子结合,
具有还原性,可以作为油脂的抗氧化剂
类黄酮常见的变色反应和降解反应
变色反应:pH变化,颜色发生变化 碱性条件下,颜色由浅黄变成深黄,酸性条件下,颜色复原
降解反应:
类黄酮可以和Fe3+、Al3+形成颜色很深的配合物,导致色泽异常
类黄酮在空气中被氧化剂氧化生成褐色化合物
叶绿素和其他衍生物的分类、结构和性质
结构:核心骨架是卟吩和镁的络合物,卟吩是由4个吡咯环通过4个次甲基连接而成的完全共轭四吡咯结构
性质:不溶于水,微溶于醇,易溶于乙醚、丙酮、乙酸乙酯等溶剂,难溶于石油醚
叶绿素的降解和变色反应
叶绿素在加工、储藏、运输的过程中,由于光、热、酶、酸等因素,造成叶绿素发生脱镁反应,使食物变成橄榄色或暗褐色。
叶绿素变色的影响因素
结构:脱镁反应的速度与其结构有关,C10位上的酯基对H+离子的进攻有空间位阻的作用,妨碍反应的进行,酯基链的增加有利于降低脱镁反应
温度和pH值
高温条件下有利于脱镁反应的发生,造成绿色蔬菜呈现橄榄色或暗褐色。
碱性条件下,叶绿素热稳定性很高,酸性条件下很不稳定
金属离子
铜、锌可以和叶绿素脱镁产物发生螯合反应,形成非常稳定的叶绿素衍生物
光照
在正常的生物组织中,有类胡萝卜素等还原性物质的保护作用,叶绿素不会降解;一旦失去保护作用,叶绿素在光和氧的作用下,会发生降解
叶绿素酶
常温下,叶绿素酶没有活性,60-80℃是叶绿素酶被激活的适宜温度,80℃以上活性降低,超过100℃丧失活性
类胡萝卜素的分类、结构、和性质
类胡萝卜素是萜类化合物的衍生物,异戊二烯
性质
类胡萝卜素有较强的亲脂性,多数不溶于水,易溶于氯仿,丙酮、苯、二硫化碳等有机溶剂,遇光、氧、酸及高温时不稳定,易降解。
类胡萝卜素降解和变色反应
氧化降解
类胡萝卜素中的共轭双键会被氧化,反应速度受氧分压、温度、光照等因素的影响,一些酶 如脂肪氧合酶可以加速类胡萝卜素的氧化降解
光降解
光的作用是促进氧化,一些富含类胡萝卜素的干制品在阳光下会褪色
热降解
高温破坏类胡萝卜素的结构,导致其降解
酸碱降解
类胡萝卜素对酸不稳定,导致降解和变色,而对碱稳定
类胡萝卜素在加工中的稳定性
在经典的储藏和加工过程中,类胡萝卜素的性质相对稳定
冷冻对类胡萝卜素的影响微弱
热烫有利于类胡萝卜素的含量增加,使脂肪氧合酶失活,减少类胡萝卜素氧化分解
血红素的结构和性质:
铁原子和卟啉环的复合物
多酚类化合物的酶促褐变
植物组织中的多酚类化合物在有氧的条件下被多酚氧化酶氧化成醌类,醌类物质进一步聚合反应形成褐色物质
控制食品天然色素不良变色和失色的技术原理
控制酶促褐变的技术原理
化学控制方法
抑制多酚氧化酶的活性
在酶促褐变中,多酚氧化酶是引起果蔬褐变的关键酶,抑制酶的活性,可以抑制酶促褐变反应
添加抗氧化剂
抗坏血酸及其衍生物可将醌类还原为酚类,防止有色产物的生成
调节pH值
多酚氧化酶的最适pH为6-7,当pH<3时,几乎完全失去活性
利用螯合剂、络合剂、天然抑制剂
螯合剂可以阻止金属离子对褐变反应的促进作用
物理控制方法
控制温度
酶的活性与温度密切相关,低温可以抑制酶的活力,减慢褐变反应;温度升高,酶的活性也会下降,直至失活
控制氧气浓度
降低氧气浓度,减缓褐变反应
生物技术方法
利用基因工程对果蔬品种进行改良,选育抗褐变新品种
控制花青素褪色
控制花青素的储存环境
优化花青素储存条件,避免加热,光照,金属离子等不利于花青素的因素
精制提取花青素
杂质会影响色素的着色度和色价的大小
通过分子辅色、化学改性提高稳定性
花青素与某些有机酸、糖类、配糖体、酚类化合物结合时,可以有效提高其稳定性
应用生物技术
利用生物工程技术提高稳定性
果蔬加工中的护绿措施
调节pH值护绿,适量加入碱性物质可以提高叶绿素的保留率
降低温度和水分活性护绿
灭酶杀菌而护绿
金属离子置换镁而护绿