食品化学课件(第二章)

FoodChemistry北京商贸学校梁佳1、概述·六大营养素之一，是维持人类正常生命活动必需的基本物质·存在于动植物体内、食品当中·赋予了食品色、香、味、形等特征·分散蛋白质和淀粉等，使其形成凝胶·新鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等2.1水和冰的结构（单分子）水蒸气中水：多以单分子形式存在化学式：H2O组成：一个氧原子和两个氢原子形状：折线形H-O结合方式：共价键键角：104.5°分子类型：极性分子2.2液体水的结构（水分子的缔合）存在形式：若干个水分子缔合[(H2O)n]缔合原因——H-O键具有极性→分子中电荷非对称分布→分子具有较大偶极矩；极性→吸引力→强度缔合键能大小：共价键氢键偶极间静电吸引力结构不稳定动态平衡：水分子得失熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、表面张力和介电常数等明显偏高压力降低，沸点降低比热越大，越不易随外界气温变化水密度低，黏度小导热率高冰的导热系数水的导热系数，冻结速度解冻速度水的密度大于冰质量相同时，冰的体积大于水的体积，从而导致冷冻工艺机械易受损伤溶解能力强，可溶解电解质、蛋白质等溶液离子型化合物→介电常数大非离子型化合物→氢键溶解脂肪形成乳浊液溶解蛋白形成溶胶溶液4.1根据在食品中与非水物质的结合程度划分结合水单分子层水、多分子层水自由水毛细管水、截留水定义——指与非水物质结合最强的并作为非水组分整体部分的结合水可与各非水组分结合且结合的最为牢固作为非水组分整体部分不能作为溶剂-40℃以上不能结冰位置：第一个水分子层中结合基团：非水组分中强极性基团（如羧基-COOH、氨基-NH2）结合方式：氢键键能：大，结合牢固，呈单分子层结合强度：最为牢固蒸发、冻结、转移和溶剂能力均可忽略个别单分子层上的水分子可脱离开强极性基团，进入到外面的多分子层水内，与多分子层中的水分子交换含量：在高水分食品中，占总水量的0.5%不能被微生物利用，不能用作介质进行生化反应邻近水：与非水物质结合强度较次的结合水位置：强极性基团单分子层外的几个水分子层结合基团：非水组分中弱极性基团结合方式：氢键键能：小，不牢固被束缚强度：稍弱蒸发能力：较弱除结合水外剩余的部分水连接力：毛细管力位置：占据与非水组分相距很远位置性质：与稀溶液中水相似，宏观流动不受阻碍或仅受凝胶或组织骨架阻碍；在食品中可以作溶剂在-40℃以上可以结冰含量：在高水分食品中，略低于总水量的5%动植物体中毛细管保留的水存在于细胞间隙中只能在毛细管内流动，加压可使水压出体外食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留主要存于富水的细胞中火凝胶块内只能在被截留的区域内流动，单个水分子可通过生物膜或大分子网络向外蒸发在高水分食品中，占总水量的90%以上与食品的风味、硬度和韧性有关，应防止流失结合水的量与食品有机大分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系结合水的蒸汽压比自由水高结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃以上不能结冰；自由水在食品中可以作溶剂，在-40℃以上可以结冰自由水能为微生物所利用，适于微生物繁殖及进行化学反应，是发生食品腐败变质的适宜环境；结合水不能结合水对食品风味其重要作用5.1水分活度的定义水含量不能作为判断食品稳定性的指标：1）水分含量的测定受温度、湿度等外界条件的影响2）各非水组分与水氢键键合的能力和大小均不相同，与非水组分结合牢固的水不可能被食品中的微生物生长和化学水解反应所利用因此，用水分活度作为食品易腐败变性的指标比水含量更为恰当，且与食品中许多降解反应的速度有良好的相关性水分活度：食品的蒸汽压与同温下纯水的蒸汽压的比值，即Aw=P/P0，Aw=水分活度；P=食品中水的蒸汽分压；P0=指定温度下纯水的蒸汽压一个物质所含有的自由状态的水分子数与如果是纯水在此同等条件下同等温度与有限空间内的自由状态的水分子数的比值纯水P=P0，Aw=1食品中P总小于P0，故Aw1平衡相对湿度（ERH）食品中水分蒸发达到平衡时食品上空已恒定的水蒸气分压与在此温度时水的饱和蒸汽压的比值Aw=P/P0=ERH/100定义——在恒定温度下，表示食品的水含量（g水/g干物质）与它的水分活度之间关系的曲线称为稀释等温曲线（MSI）即以食品中的水分含量为纵坐标，以水分活度为横坐标作图，所得的曲线为稀释等温曲线大多数食品的MSI呈S形，含有大量糖及其它可溶性小分子但不富有高聚物的水果、糖果及咖啡提取物等的MSI则具有J形用途：确定食品适宜的浓缩脱水时间确定适宜的食品组成以防止水分在各组分间转移预测食品适宜含水量以确保其稳定性看出不同食品非水成分与水结合能力的强弱根据测定方法分类——吸附等温线：在恒温条件下，把水逐步渗透到干燥的食品中，在测定了不同吸湿阶段的水分活度后绘制的等温线解吸等温线：把高水分含量的食品逐步脱水，在测定了不同脱水阶段的水分活度后绘制的等温线定义——同一食品吸附等温线和解吸等温线不完全重合，在中低水分含量部分张开一细长眼孔影响因素——·食品组成结构、性质·食品除去和添加水所发生的物理变化·温度·吸湿与解吸速度和脱水程度在同一Aw下，所对应的水分含量，都是解吸大于吸湿，说明吸湿到食品内的水，还没有充分地被非水组分束缚，没有使食品复原水分含量一定，t℃↑→Aw↑同一食品不同温度下绘制的吸湿等温线，t℃↑，曲线形状基本不变，位置顺序向右下方移动目的：深刻理解含义和实际应用与食品内水的类别紧密联系根据：水分含量和Aw的关系MSI图形特点单分子层的结合水：为构成水和邻近水连接基团：羧基和氨基等离子基团连接方式：水-离子或水-偶极相互作用连接部位：吸附在极性部位结合力：最强、吸附最牢固和最不易移动Aw：最低在食品中占比例：Aw=0~0.25，相当于物料含水量的0~0.07g/g干物质难以蒸发，蒸发焓较纯水大很多-40℃时不结冰不能溶解溶质与食品腐败无关对食品的固形物不产生增塑效应，相当于固形物的组成部分高水分末端（区间Ⅰ和区间Ⅱ的分界线）位置的这部分水相当于食品的单分子层水含量多分子层水、毛细管水与水结合基团：酰胺基（-CONH2)、羟基(-OH)等键型：水-水、水-溶质的氢键键合作用与邻近分子缔合，形成多分子层结合水或称为半结合水结合力：稍差蒸发能力：比水弱，蒸发焓比纯水大新增多的这部分水不能做溶剂，在-40℃时也不结冰Aw=0.8时增加水，溶解作用使多数反应加速，并具有增塑剂和促进基质溶胀的作用（引发固态组织溶胀）Aw：0.25~0.8，相当于物料含水量0.07至0.33~0.4g水/g干物质，最高为20g的干物，占总水量的5%以下Aw接近0.8，常温可能霉烂变质吸湿性：最强新增加的水：属于自由水中直径1μm毛细管凝聚的水和生物大分子凝结成的网状结构截留水，结合最不牢固和最易流动的水（体相水）Aw:0.8~0.99与非水组分间的结合力极弱蒸发焓：基本与纯水相同，即可结冰也可作为溶解，在很多方面与纯水相似，因而有利于化学反应及微生物生长物料含水量：最低为0.14~0.33g/g干物质，增加的水最多20g干物质在高水分食品中一般占总含水量的95%以上区段划分不绝对1）区段Ⅰ：靠近Ⅱ→多分子层水区段Ⅱ：靠近Ⅰ→单分子层水2）除结合水外，其余水能在区域内/间进行交换故用区带表示相互交叉过程区段Ⅱ/Ⅲ水↑→区段Ⅰ/Ⅱ水性质几乎不变→食品中结合得最不牢固的那部分水对食品的稳定性起着重要作用Aw对微生物繁殖及化学反应的影响酶促反应与水分活度的关系非酶反应（Maillard）与Aw的关系脂类氧化与Aw的关系水分活度越小，食品越稳定，较少出现腐败变质的问题；毛细管水能溶解反应物质，起溶剂作用，有助于反应物质的移动，从而促进化学变化；过分干燥→氧化、脂肪酸败、非酶褐变↓最高稳定性所必需的水分含量：保持在结合水范围内（即最低Aw）→防止氧对活性基团的作用，阻碍蛋白质和碳水化合物的相互作用，化学变化难于发生，不会丧失吸水性和复原性。微生物生长需要的Aw值一般较高：Aw↑→微生物生长速度↑↑→生长速度MAX后↓（略有下降）；不同微生物在食品中繁殖时，都有它最适宜的Aw范围在食品中，微生物赖以生存的水主要是自由水：自由水含量↑→Aw↑，故Aw大的食品易受微生物感染，稳定性差。细菌对低水分活度最敏感酵母菌次之霉菌的敏感性最差Aw0.9，细菌不生长Aw0.87,大多数酵母菌受抑制Aw0.80，大多数霉菌不生长微生物发育所必需的最低AW普通细菌0.90普通酵母0.87普通霉菌0.80嗜盐细菌≤0.75耐干性酵母（细菌）0.65耐渗透压性酵母0.61酶促褐变：食品中的酚类物在酚氧化酶的作用下，经氧化后聚合成黑色素所致。条件：酚类物、氧、酶酶的催化活性：酶分子的构像—环境—水介质水的作用：维持酶分子活性构像的各种作用力，特别是非极性侧链间的疏水作用力；有利于酶和底物分子在食品内的移动，使之充分靠拢，溶解并增加基质流动性等。Aw与酶反应速率：Aw极低时，反应几乎停止或极慢；Aw增加，毛细管的凝聚作用开始，毛细管微孔充满水，导致基质溶解于水，酶反应速率增大。Aw与酶活性：Aw0.85，催化活性明显减弱；Aw0.3，淀粉酶、酚氧化酶、过氧化物酶受到极大抑制；Aw=0.3～0.1，脂肪酶仍能保持活性。Aw很低：V很慢；Aw0.35:Aw↑→V↑↑Aw=0.2-0.3（I、II边界，单分子层水，可准确预测干燥产品最大稳定性时含水量）：化学反应、酶促反应速度最小Aw0.2:反应速度保持最小（氧化反应除外）Aw=0.6～0.7，反应达最大值水是反应物：水↓→反应↓；水是生成物：水含量↑，阻止反应进行→抑制水产生，反应速度↓当样品中水的含量对溶质的溶解度、大分子表面的可及度和反应物的迁移率（流动性）等不再是限速因素时，进一步增加水的含量，将会对提高反应速度的组分产生稀释效应，使反应速度降低。Aw=0.01～0.4:Aw↑→V↓Aw=0.4:V↓↓Aw0.4:Aw↑→V↑Aw=0.7～0.8:V↑↑Aw0.7～0.8:Aw↑→V↓原因：Aw极低：空气中O更易进入食品与脂类接触发生反应低Aw较低：加入到干燥样品中的水干扰氧化，与氢过氧化物结合并阻止其分解，从而阻碍氧化进行；催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著降低金属离子的催化效力；Aw增高：促使氧溶解度增加和大分子膨胀，暴露出更多催化位点，从而加速脂类氧化；Aw0.8：氧化速度缓慢，水对催化剂产生稀释效应而减少了催化效力。绝大多数不利于食品品质稳定的反应是在区域II中部和III区发生，因而在具有中高水分含量（Aw=0.7～0.9）的食品中发生最快；食品在解吸过程中，区段I和II的边界位置，即Aw=0.2～0.3，V↓↓；Aw0.2:氧化反应V↑冷冻法：生鲜食品作用：低温主要问题：水怎样转变成冰，以及由此带来的后果水结冰后：非水组分的浓度将比冷冻前变大；体积比结冰前增加9%。冻结保藏关键因素：低温作用：微生物活动和化学反应均受到极大的抑制结冰：当纯水的温度降低到0℃后，继续冷却，液态水便转变成固态的冰，此现象为结冰，包含两个过程：晶核的形成：一部分水分子结合成小的冰的晶核冰晶的生长：众多水分子按冰的晶体结构的要求，顺序地结合到晶核上，使之成长为大的晶体。水中有冰：冷却后，水温保持0℃不变，冰体不断地成长，直到液态水完全转变为冰后，冰的温度才开始下降；水中无冰：冷却后，水的温度会降到0℃以下出现过冷的现象，晶核一般是在0℃以下的过冷水中形成。晶核生长温度：随水质的纯度、冷却的速度、有无搅拌等因素有关，一般在0～5℃之间。晶核形成与晶体生长的速度：与温度有关。温度的波动：改变冰体内部结构。原因：温