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食品化学课件.doc

食品化学课件

王一叶
2017-10-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《食品化学课件doc》,可适用于高等教育领域

食品化学课件第二章水ChapterWater一、食品中的水分含量及功能(一)水分含量一般生物体及食品中水分含量为,某些食品的水分含量见表。(二)水的功能、水在生物体体营养物质代谢载体热容量大调节体温润滑作用、食品功能组成成分显示色、香、味、形、质构特征分散蛋白质、淀粉、形成溶胶影响鲜度、硬度影响加工起浸透、膨胀作用影响储藏性二、食品中的水分状态及与溶质间的相互关系(一)水分状态、结合水(束缚水boundwater化学结合水)可分为单分子层水(monolayerwater)多分子层水(multilayerwater)作用力:配位键氢键部分离子键特点:在以上不结冰不能作为外来溶质的溶剂,与纯水比较分子平均运动大大减少,不能被微生物利用。、自由水(freewater)(体相水游离水可分为滞化水、毛细管水、自由流动水(截留水、自由水作用力:吸湿水)物理方式截留生物膜或凝胶阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质水离子键的强度大于水水氢键破坏水的正常结构,阻止水在时结冰对冰的形成造成一种阻力改变水的结构的能力与离子的极化力有关。、水与可形成氢键的中性基团的相互作用水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键作用力小于水与离子间作用力流动性小对水的网状结构影响小阻碍水结冰大分子疏水水合:向水中添加疏水物质时由于它们与水分子产生斥力从而使疏水集团附近的水分子之间的氢键碱合增强使得熵减小此过程称为疏水水合。疏水相互作用:当水与非极性基团接触时为减少与非极性实体的界面面积疏水基团之间进行缔合这种作用…三、水分活度Wateractivity(一)概念问题:()含水的果脯与含水的小麦比较哪种耐储藏,()含水量标准:大豆、油菜籽玉米水分活度食品中水分逸出的程度可以用食品中水的蒸汽压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示也可以用平衡相对湿度表示。Aw=f(溶液中水的逸度)fo(纯水的逸度)P(食品中水的蒸汽压)Po(纯水饱和蒸汽压)因为纯水的水分活度=,所以溶液的水分活度由拉乌尔定理(理想稀溶液)P=PX(X溶剂摩尔分数)(PP=X)Aw=PP=n(nn)(n、n溶剂、溶质摩尔分数)例如:mol蔗糖溶于gHO中=(mol)Aw=n(nn)=()==所以Aw可以用平衡相对湿度ERH表示(equilibriumrelativehumidity)即Aw=PP=ERH只有当溶质是非电解质且浓度小于molL的稀溶液时,其水分活度才可以按Aw=n(nn)计算:溶质BAw理想溶液=()丙三醇蔗糖氯化钠氯化钙(千克水(约mol)溶解mol溶质B)(二)Aw与温度的关系、Aw随着温度的变化而变化ClasiusClapeyron方程dlnAwd(T)=ΔHRP图可以看出:含水量相等时温度越高Aw越大。、低于冰点时Aw与温度的关系Aw=Pff(部分冻结食品中过冷水蒸气分压),,,(scw,纯过冷水蒸气压),,ice(纯冰蒸气压),,,(scw)(Aw与食品组成无关)图复杂食品在冰点以上和冰点以下时Aw和温度的关系()低于冰点时Aw与,,,成线性关系()冰点时出现折断()温度对Aw的影响远大于冰点以上(陡些)、结论高于冰点时Aw与食品组成及,有关其中食品组成是主要因素当组成水,同,上升则Aw上升。低于冰点时Aw与食品组成无关仅与温度有关。冰点以上或以下Aw对食品稳定性影响是不同的。例:,,Aw,微生物不繁殖,,Aw,微生物繁殖(三)吸湿等温线(MSI)MoistureSorptionIsotherms、概念及意义在等温条件下以食品含水量为纵坐标以Aw为横坐标作图所得曲线称为吸湿等温线。P图吸湿性食品的吸湿等温线不同食品因其化学组成和组织结构不同对水束缚能力不一样有不同的吸湿等温线但都为,型。P图各种食品和生物物质的吸湿等温线意义:吸湿等温线表示了食品的Aw与含水量对应关系除去水(浓缩、干燥)的难易程度与Aw有关配制食品混合应注意水在配料间的转移测定包装材料的阻湿性质测定一定水分含量与微生物生长的关系预测食品稳定性与水分含量的关系。、吸湿等温线与温度的关系因为,升高Aw升高对同一食品,升高形状近似不变曲线位置向下方移动图,,不同温度下马铃薯的吸湿等温线、吸湿等温线的滞后现象测定水加入干燥食品的吸湿(回吸)等温线测定高水分食品脱水的解吸等温线二线不完全重合显示吸湿等温线滞后环。这一吸湿(吸附)等温线与解吸等温线不完全重合的现象称为吸湿等温线的滞后现象。在Aw同对应的水分含量回吸解吸说明:吸湿到食品区:Aw=,约,g水g干物质作用力:HO离子HO偶极配位键属单分子层水(含水合离子不能作溶剂以上不结冰与腐败无关区:Aw=,(加区gHOg干)作用力:氢键:HOHOHO溶质属多分子层水加上区约占高水食品的不作溶剂以上不结冰但接近(Aw)的食品可能有变质现象。区:,新增的水为自由水(截留流动)多者可达gHOg干物质可结冰可作溶剂划分区不是绝对的可有交叉连续变化、吸湿等温方程式因为计算单分子层水值具有实际意义可准确预测干燥产品最大稳定性时的含水量。据热力学、动力学、统计学、经修改的吸湿等温线方程式如下:=以αw,m(αw)对αw作图得到一条直线称为BET直线(P图)天然马铃薯淀粉的BET图a==b=所以m=()=gHOg干物质)m’==AW=(相当于)四、水对食品的影响(一)Aw与食品的稳定性、Aw与微生物生长微生物的生长繁殖需要水适宜的Aw一般情况如下Aw大多数细菌大多酵母大多霉菌,耐盐、干、渗透压细菌、酵母、霉菌任何微生物均不生长繁殖、Aw与酶促反应水可作为介质活化底物和酶Aw大多数酶活力受到抑制Aw=,有效阻止酶褐变包括淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力而脂肪酶在Aw=,仍保持其活性如肉脂类(因为活性基团未被水覆盖易与氧作用)Aw与羰氨反应(非酶褐变)AwAw升高v升高Aw=,v最大Awv降低(因为HO稀释了反应物浓度)、Aw与脂肪氧化酸败影响复杂:AwAwV(MOHO阻V)AwAwV(HO溶解O溶胀后催化部位暴露氧化V)AwAwV(稀释浓度)、Aw与水溶性色素分解维生素分解AwV分解总之水分应该保持在结合水范围蛋白质变性S氧化反应(VC、脂肪、VA、VE、β胡萝卜素…)酶催化反应(糖原损失、乳酸高能磷酸盐降解……)(三)水对食品质构的影响水、Aw对干、半干、中湿食品质构有影响低Aw:饼干脆性油炸土豆片脆性硬糖防粘固体饮料防结块中湿:软糖防变硬蛋糕防变硬面包防变硬冷冻方式对质构的影响速冻、小晶体破坏小慢冻大冰晶破坏大干燥方法对质构的影响空气干燥质构破坏冷冻干燥相似质构如脱水蔬菜高温脱水质构破坏(四)降低Aw的方法在食品中添加吸湿剂可在水分含量不变条件下降低Aw值。吸湿剂应该含离子、离子基团或含可形成氢键的中性基团(羟基羰基氨基亚氨基酰基等)即有可与水形成结合水的亲水性物质。如:多元醇:丙三醇、丙二醇、糖无机盐:磷酸盐(水分保持剂)、食盐动、植物、微生物胶:明胶、卡拉胶、黄原胶五、分子流动性与食品稳定性Molecularmobilityandfoodstability、分子流动性(Mm):是分子的旋转移动和平转移动性的总度量。决定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。玻璃态(glassstate):是聚合物的一种状态,它既象固体一样有一定的形状又象液体一样分子间排列只是近似有序是非晶态或无定形态。处于此状态的聚合物只允许小尺寸的运动其形变很小类于玻璃因此称玻璃态。玻璃化温度(glasstransitiontemperature,Tg):非晶态食品从玻璃态到橡胶态(具有柔软、弹性的固态)的转变称玻璃化转变此时的温度称玻璃化温度。无定形(Amorphous):是物质的一种非平衡非结晶态。、状态图描述分子流动性与食品稳定性关系包括平衡和非平衡状态数据的图(p图)食品存在无定形区食品的物理变化和化学变化的速度由分子流动性所决定分子流动性与温度有相依性大多数食品具有玻璃化温度溶质类型影响玻璃化温度、大分子缠结(Macromoleculerentanglement):指大的聚合物以随机的方式相互作用没有形成化学键有或没有氢键。大分子的缠结对食品性质的影响:EN对于冷冻食品的结晶速度大分子化合物的溶解度、功能性乃至生物活性都将产生不同程度的影响同时可以阻滞焙烤食品中水分的迁移有益于保持饼干的脆性和促进凝胶的形成。分子的缠结能影响食品的性质(因为阻碍水分的迁移有助于保持谷物食品的脆性减缓冷冻食品的结晶速度。、食品中水分的转移有两种:位转移、相转移食品水分化学势:μ=μ(T,P)(纯水)RTlnAw()位转移水分在同一食品的不同部位或不同食品之间产生位转移。温差引起:如TATB,则μAμB,水A水BAw不同引起:如AwAw则μμ,水水(蛋糕饼干)则:水蛋糕水饼干水的淀粉水脱水蔬菜脱水蔬菜的水升高到发生非酶褐变。μ=μ(T,P)(纯水)RTlnAw()相转移相转移与环境(空气)湿度有关水分蒸发μ食品μ环境水食品蒸发水环境食品干燥水分凝结空气中的水蒸气在食品表面凝结形成液体水的现象。μ食品μ环境水食品水环境食品表面是亲水性物质食品被凝结水润湿再吸附而变湿稳定性如糕点糖果。食品表面是憎水性物质凝结水收缩成小水珠如蛋和水果表面有蜡质层。、Aw和Mm方法研究食品稳定性的比较二者相互补充非相互竞争Aw法主要注重食品中水的有效性如水作为溶剂的能力Mm法主要注重食品的微观黏(nian)(Microviscosity)和化学组分的扩散能力。目前测定分子流动性有困难在实际应用上不能达到或超过Aw方法的水平。第三章碳水化合Chapter:Carbohydrates一、概述Introduction、概念Concept糖类是多羟基的醛、酮及其衍生物和缩合物。习惯上称为碳水化合物。onosaccharides、分类Classification单糖M低聚糖(寡糖)(单糖数小于等于)Oligasaccharides多聚糖Polysaccharides、作用供能糖脂构成神经组织和细胞膜的成分生理功能物质:糖蛋白、粘蛋白风味结合功能(色、香、味)保持食品粘、弹性(质构)、食品中的糖类物质植物干重由糖类构成表主要粮种的糖类含量(以干重计)(单位:,)粮食可溶性糖*淀粉纤维素半纤维素小麦,,,,大麦,,黑麦,,燕麦,糙米,玉米,,高粱,,,,*可溶性糖类是指葡萄糖、麦芽糖及蔗糖等单糖和低聚糖的总和。表普通食品中的糖含量食品糖食品糖可口可乐橙汁脆点心冰淇淋番茄酱蛋糕(干)韧性饼干果冻(干)水果、蔬菜游离糖含量见表、表水果中游离糖含量(以鲜重计)(单位:,)蔗糖甜菜花椰菜莴苣番茄植物中游离糖分变化水果D一葡萄糖D一果糖苹果梨香蕉葡萄谷、茎、根类植物:桃樱桃草莓蜜橘杏西瓜番茄甜柿肉枇杷肉表蔬菜中游离糖含量(以鲜重计)(单位:,)蔬菜D一葡萄糖D一果糖蔗糖菠菜胡萝卜黄瓜洋葱硬花甘蓝甜玉米甘薯未成熟陈化、后熟淀粉游离可溶糖贮存水果:未成熟贮存后熟成熟、可溶糖淀粉淀粉酶味酸甜动物产品中的糖类物质含量少肌肉、肝脏含一定糖元、葡聚糖乳汁含乳糖鲜半奶乳糖鲜人乳乳糖二、单糖、低聚糖的物理特性(一)溶解度均易溶于水但溶解度不同果糖,蔗糖,葡萄糖,乳糖因为葡萄糖溶解度低浓度高则析出晶体。所以在淀粉糖浆中为了防止结晶析出一般控制葡萄糖含量,,,,果汁、蜜饯、果脯类食品利用糖作保存剂需要糖具有高溶解度。果糖含量溶解度,,,,,,,,,,,,,,,,,,所以果糖含量高的(溶解度大)果葡糖浆其食品保存性好(二)渗透压渗透压随,,渗,同,小分子数目越多,渗则大。,渗,nRTV=wRTMV单糖的渗透压对于抑制不同的微生物生长是有差别的。,,,蔗糖液可以抑制一般酵母生长。,,,蔗糖液才能抑制一般细菌生长。,,,蔗糖液才能抑制一般霉菌生长。密饯、果脯是靠糖的渗透压高才具有较好的保存性。(三)结晶性各种糖的结晶性不一样蔗糖易结晶晶体大葡萄糖易结晶晶体小果糖、转化糖难结晶。糖果制造、应用结晶性差异,、硬糖不能单独用蔗糖,、旧式制造硬糖方法:加入有机酸蔗糖转化糖(,,,,,,)以防止蔗糖结晶,、新式制造硬糖方法添加,,,,,,淀粉糖浆(,,,,,)工艺简单效果好具有以下优点:,,:保存性好,,:含糊精增强糖果韧性强度粘性不易破裂晶体聚合成球形(淀粉糖浆代替部分蔗糖)(四)冰点降低冰点降低与质量摩尔浓度的关系为Δt凝=K凝*mΔt凝(葡萄糖)Δt凝(蔗糖)(M萄M蔗)淀粉糖浆,转化程度越大(DE大),冰点降低越多。冰点相对降低值比较:糖MΔt凝蔗糖葡萄糖淀粉糖浆DE=淀粉糖浆DE=淀粉糖浆DE=生产雪糕类冰冻食品,使用冰点降低较小的糖液为好(等浓度)Δt凝(淀粉糖浆蔗糖混合液)Δt凝(蔗糖)使用DE值小的淀粉糖浆效果更好作用:节约电能促进冰粒细腻、粘稠度高(糊精多)甜味低而温和可口性好。(五)粘度糖的粘度与糖的种类及温度有关:粘度:萄、果蔗淀粉糖浆淀粉糖浆:DE值大、则η葡萄糖:T则η(聚合)蔗糖:T则η在食品生产中可调节糖果的粘度以适应糖果制作中拉条、成型提高粘度和可口性如:水果罐头果汁饮料、食用糖浆中应用淀粉糖浆以增加粘稠感。(六)吸湿性与保湿性(亲水功能)糖类具有亲水功能糖类含有许多羟基与HO分子通过氢键相互作用。具有亲水功能(基本的物理性质之一)吸湿性与保湿性吸湿性是指糖在较高的空气湿度下吸收水分的性质。表示糖以氢键结合水的数量大小。保湿性指糖在较低空气湿度下散失水分的性质即保持水分的性质。后者与氢键结合力的大小有关。吸湿性与结晶性的关系:结晶性越好则吸湿性越小。结晶性好的已形成糖糖氢键果糖、转化糖的吸湿性最强葡萄糖、麦芽糖的吸湿性次之蔗糖的吸湿性最小硬糖、糖霜粉应添加吸湿性低的糖如蔗糖。软糖、焙烤食品、蜜饯则需添加一些一定吸湿性糖如果萄糖浆、淀粉糖浆。(适当量)糖氢键形成使糖易结合水。应用:不同种类杂质影响吸湿性杂质干扰糖食品对于糖的吸湿性和保湿怀要求不同糖果:硬糖果要求吸湿性低(避免遇潮湿天气吸收水分而导致溶化)以蔗糖为主(添加淀粉糖浆防止结晶)软糖果则需保持一定水分即保湿性(避免干燥天气干缩)应用果葡糖浆、淀粉糖浆为宜。糕饼:糕饼为了限制水进入食品其表层涂抹糖霜粉吸湿性要小。如添加乳糖、蔗糖、麦芽糖。蜜饯、面包、糕点:为控制水分损失、保持松软必须添加吸湿性较强的糖。如淀粉糖浆(转化糖浆)、果葡糖浆、糖醇。(七)风味结合功能风味结合:糖水风味物糖风味物HO风味成分:醛、酮、酯…易于糖形成氢键:低聚糖单糖结合能力结合功能的作用:保持颜色保留风味发挥物对喷雾干燥、冷冻干燥等脱水食品其风味结合功能起着重要作用例:Schardinger(沙丁格)糊精风味结合功能又名:环状糊精(n=α,β,γ)环状淀粉结构:(CHO)nn=(D葡萄糖)nα甙键环溶解度gml作用:保存挥发性香料制成干粉、掩盖苦味及异味(变为无味)保护易氧化易见光分解物质改善香料色素等理化性质(溶解度(油)水中分散性、风味、反应性)与表面活性剂合用起乳化剂作用。三、糖类的化学性质(一)水解转化糖的生成蔗糖葡萄糖果糖,,(,º,,,º右旋左旋蔗糖水解产物为葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖(旋光发生改变)(二)脱水和热降解脱水糖受酸、热的作用易发生脱水反应如已糖脱水生成羟甲基糠醛或甲酸乙酰丙酸或聚合成有色物质热降解热降解反应可使碳碳键断裂产物主要有:醛、酮、酸、二酮、醇、呋喃、芳香族化合物、CO、CO等(三)褐变反应BrowningReaction褐变分两类:酶促褐变、非酶促褐变酶促褐变是氧与酚类物质在多酚氧化酶催化下发生的一类反应不涉及糖类物质。非酶促褐变根据其褐变机理不同又分为三种类型:焦糖化褐变、羰氨反应褐变、抗坏血酸氧化褐变。、焦糖化褐变PhenomenaofCaramelizati糖类物质在没有氨基化合物存在下加热到熔点以上(蔗糖)时会变成黑褐色的色素物质这种作用称为焦糖化褐变。糖受强热生成两类物质一是糖脱水形成焦糖(酱色)另一类是裂解形成一些挥发性的醛酮物质进一步缩合聚合成深褐色物质()焦糖的形成蔗糖形成焦糖可分为三个阶段:左右第一次起泡经约分钟蔗糖脱第一阶段:蔗糖熔融温度至去一分子水生成异蔗糖酐起泡暂停。CHO(脱水加热)CHO(异蔗糖酐)第二阶段:发生第二次起泡现象持续min失水形成焦糖酐:CHOHOCHO(焦糖酐)第三阶段:起泡停后进入第三阶段进一步脱水形成焦糖烯。CHOHOCHO(焦糖烯)继续加热生成焦糖素CHO有官能团:羰、羧、羟、酚羟、烯醇蔗糖异蔗糖酐焦糖酐焦糖烯焦糖素可溶可溶可溶难溶温和苦味味苦味苦深褐色、苦味()活性醛的形成糖在强热下可发生分解反应产生活性醛已糖(加热)羟甲基(聚合)深褐色物质()焦糖色素制法a不加铵盐呋喃醛醛法糖(,加热Hh)焦糖(OH中和)焦糖色(液)b加铵盐法(干燥)粉(块)状色素以亚硫酸氢铵作催化剂。(产品有耐酸性)c将糖与(非酸性)铵盐加热产生红棕色并含有带正电荷的胶体粒子的焦糖色素其水溶液的pH值为,应用于烘焙食品、糖浆及布丁等羰氨反应褐变()概念凡是羰基与氨基经缩合聚合生成类黑色素的反应称为羰氨反应。又称美拉德反应(Maillardreaction)()反应机理分三个阶段:初始、中间、终了a初始阶段两个步骤:第一步:羰氨缩合HHCOCNRHNHRHCOHRNHHOHHOHHOCHHOHHOHHCOHHOHOHHOHHCOHHOHHCHOHOHOH薛夫碱N一葡萄糖基胺第二步:分子重排HNHRHCRHOHOHHHOCHOHHOHHOHHCOHHHOHCHOHOHRHCNHRHCOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHOH

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