第九章-食品的色香味化学精编版

第九章食品的色香味化学学习目标1.了解色素的分类及其化学结构。2.掌握色素的性质及在实践中的应用。3.掌握食品加工贮藏中褐变的机理及应用。4.了解各种味感及产生的机制。5.掌握甜味物质、酸味物质及苦味物质的应用。6.掌握食物中主要香气成分，了解香气成分的产生过程。第一节食品的色素化学食品的色泽是衡量食品品质的重要指标之一，在一定程度上反映食品质量的优劣和新鲜程度。色泽是食品的感官质量中最重要的属性之一。一、食品中的天然色素定义：食品中的天然色素是指在新鲜原料中能被识别的有色物质，或本来无色，但经加工发生化学反应而呈现颜色的物质。来源植物色素动物色素微生物色素叶绿素、类胡萝卜素、花青素血红素、胭脂虫红红曲色素、β-胡萝卜素溶解性水溶性色素脂溶性色素花青素、黄酮类化合物叶绿素、类胡萝卜素化学结构吡咯色素多烯色素醌类色素叶绿素、血红素花青素、黄酮类、单宁酚类色素酮类色素类胡萝卜素红曲色素、姜黄素虫胶色素、胭脂虫红1．吡咯色素(四吡咯色素)吡咯类色素的基本单位是4个吡咯环的α-碳原子通过次甲基(－CH=)相连而成的卟啉环。四吡咯色素中最重要的两种是植物组织中的叶绿素和动物组织中的血红素，它们的不同之处在于：①卟啉环中结合的金属离子不同；②吡咯的β-碳原子连接的侧链基团不同。因此它们呈现出不同的颜色。⑴血红素血红素是高等动物血液和肌肉中的主要色素。血红素是血红蛋白和肌红蛋白的辅基，二者都是结合蛋白，蛋白部分属球蛋白。血红蛋白可粗略看作是肌红蛋白的四聚体。结构特点血红素中心铁为+2价，在血红蛋白中它可以形成2个共价键，4个配位键。性质氧合作用：血红素中的亚铁分子与氧气以配位键结合，这种作用被称为氧合作用。氧化作用：血红素中的亚铁被氧化，生成高铁血红素的作用。组成与色泽肌红蛋白·H2OFe2+(紫色)肌红蛋白·O2Fe2+(鲜红色)高铁肌红蛋白Fe3+(褐色)肌红蛋白·C2OFe2+(暗红色)血色质蛋白变性、Fe2+(粉红色)变肌红蛋白(肌色质)蛋白变性、Fe3+(褐色)血红素还可以和NO结合，得到亚硝基肌红蛋白，这种物质呈鲜桃红色。加热时，形成亚硝基血色原，但仍呈桃红色。因此食品加工中常添加硝酸盐或亚硝酸盐作为肉制品的护色剂。肉品色素会受多方面因素的影响。⑵叶绿素叶绿素有多种：叶绿素a、b、c和d，及细菌叶绿素等。其中最主要是高等植物中的叶绿素a和b，两者含量比约为3:1。叶绿素是由叶绿酸、叶绿醇和甲醇缩合而成的二醇酯。叶绿素a、b仅取代基R不同，颜色略有差别，a呈蓝绿色，b呈黄绿色。叶绿素是脂溶性色素，不溶于水溶于有机溶剂。组成、颜色和溶解性叶绿素(绿色，脂溶性)甲基叶绿酸(绿色，水溶性)脱镁叶绿素(暗绿，脂溶性)-Mg2+酸/热脱镁甲基叶绿酸(暗绿，水溶性)脱镁叶绿酸(褐色，水溶性)脱镁叶绿酸(褐色，水溶性)-甲醇-叶绿醇酸/热-叶绿醇叶绿素酶-甲醇酸/热-Mg2+酸/热碱+热-COCH3-叶绿醇叶绿酸(绿色，水溶性)强酸/高热-Mg2+蔬菜加工前可用石灰水或氢氧化镁处理，以提高溶液的pH，保持蔬菜的鲜绿色。但碱过量会破坏食物的质地、风味和VC。在适当条件下叶绿素中的Mg还可以被Cu、Fe、Zn等取代，形成的取代物的颜色仍为鲜绿色，且稳定性大为提高，以叶绿素铜钠的颜色和稳定性最好。2．多烯色素即类胡萝卜素，目前已知的有500多种，有黄、橙、红、紫等多种颜色。自然界中仅植物和一些微生物能合成类胡萝卜素，动物本身是不能合成这类色素的。类胡萝卜素的结构特征是以异戊二烯为单位，分子左右两边对称排列。另外也有一些类胡萝卜素，仅中心结构对称，末端基团不相同。⑴胡萝卜素类：仅由C、H两种元素构成。包括α–，β–，γ–胡萝卜素及番茄红素等。⑵叶黄素类：由C、H、O三种元素构成。主要包括叶黄素、玉米黄素、辣椒红素、虾黄素等。类胡萝卜素是脂溶性色素，胡萝卜素类微溶于甲醇和乙醇，易溶于石油醚；叶黄素类易溶于甲醇或乙醇中。稳定性类胡萝卜素在一般加工和贮藏条件下较为稳定。冷冻、热烫几乎不改变类胡萝卜素的含量，另外类胡萝卜素耐pH变化。但氧、氧化剂和光均能使类胡萝卜素分解褪色，金属离子存在会加速其分解。3．酚类色素酚类色素是植物中水溶性色素的主要成分。主要包括：花青素、花黄素和鞣质这三大类,它们在苯环上具有两个或两个以上的羟基，因此称酚类色素。⑴花青素类花青素是在自然界分布最广泛的一类水溶性色素，它存在于植物的细胞液中，使之具有鲜艳的颜色(蓝色、红紫色、紫色、红色及橙色等)。已知花青素有20多种，自然界中的花青素很少以游离状态存在，一般是同糖以糖苷的形式结合存在，称花青苷。形成糖苷键的位置一般为花青素C-3羟基处，偶尔也与其它位置的羟基结合。羟基、糖的数目和糖的种类有一定的变化。稳定性pHpH3，呈深红色，pH3~6，随pH升高颜色逐渐变浅，pH6~8，无色，pH8.5，呈紫色，pH11，呈蓝色，pH11，花青素则会开环，而失去颜色。温度、光照、氧金属元素花青素可与金属元素形成络合物，溶解度降低、稳定性增加，颜色变为暗灰色、暗紫色等深色色素，称为色淀。糖苷酶、酚酶⑵花黄素类花黄素广泛分布于植物细胞液中，也称黄酮类色素。自然状态下，花黄素呈黄色或无色。在植物中黄酮类色素多以糖苷的形式存在。在加工与储藏中的变化pH的影响黄酮类色素在酸性条件下比较稳定，在碱性条件下结构易发生改变，颜色也随之变为黄色、橙色或褐色，加热可促进反应发生。向加工用水中添加有机酸可以消除或逆转褐变现象，一般用醋酸和柠檬酸这两种。金属离子的影响黄酮类可与多价金属离子形成深色络合物。与Al3+络合后会增强黄色，与Fe3+络合后可呈蓝、黑、紫、棕等不同颜色。氧气的影响黄酮类色素在空气中久置后容易发生酶促褐变，生成褐色沉淀。⑶鞣质又名单宁、单宁酸，结构较为复杂，颜色一般为无色、黄色或棕黄色。果蔬中一切有涩味，能与金属离子反应或因氧化产生黑色的酚类物质统称为鞣质(单宁)。植物鞣质主要由下列单体构成：有些鞣质分子中还有下列两种成分：食品中单宁包括水溶性单宁和聚合性单宁两大类，二者常共存。水溶性单宁是单宁单体间通过羧基羟基脱水形成酯基而构成的大分子化合物。水溶性单宁，经稀酸、酶、加热等处理，易水解成单体而溶于水。聚合性单宁是单宁分子通过C-C共价键连接而形成的大分子物质。当聚合程度较低时，是无色、可溶于水的。在加热、酸或酶的作用下，聚合性单宁不会水解成单体，反而会聚合成高分子化合物。当聚合度8时转变为不溶状态，同时涩味消失，颜色加深。鞣质类色素也容易在植物体内氧化酶的催化下发生氧化褐变而成黄褐色。二、人工合成色素我国曾经许可使用的食品合成色素有22种，正逐年减少。目前我国允许使用的人工合成色素有8种。目前世界各国允许使用的合成色素几乎全是水溶性色素。三、食品加工和储藏中的褐变现象定义：褐变是指在加工、储藏过程中，食品发生褐色变化而比原来的色泽加深的现象。褐变分类:褐变酶促褐变非酶褐变羰氨反应(美拉德反应)焦糖化反应抗坏血酸作用1．酶促褐变(生化褐变)多发生在水果蔬菜等新鲜植物性食物中。酶促褐变必须同时满足三个条件：多酚类物质、多酚氧化酶和与氧接触。⑴反应机制酚酶属氧化酶，是两种酶的复合体：酚羟化酶，其作用是使酚进一步羟基化；多元酚氧化酶，作用于二元酚和多元酚，使其氧化形成醌。①加热处理加热处理是普遍使用的控制酶促褐变的方法，处理的关键是严格控制时间和加热温度。在70~95℃加热7s内可使大部分酚酶失活。②调节pH酚酶的最适pH范围是6~7，pH3.0以下，pH8.5以上，酚酶几乎完全失去活性。⑵酶促褐变的控制③加抑制剂处理SO2及亚硫酸盐是酚酶的强抑制剂，广泛应用于食品工业中作为护色剂。④驱氧法此法一般不会影响果蔬的风味和品质，但操作上都有一定的局限性。2．非酶褐变在食品加工和贮藏过程中还常发生一类与酶无关的褐变，称为非酶褐变。⑴羰氨反应(美拉德反应)羰氨反应实质：羰基与氨基经缩合、聚合反应生成类黑色素和某些风味物质的反应。羰氨反应是食品在加热和长期存放后发生褐变的主要原因。不利方面：a.营养损失，特别是必需氨基酸损失严重b.产生某些致癌物质c.对某些食品，导致不期望的色泽，影响质量有利方面：会产生诱人的色泽、浓郁的香气和特殊的味道。影响美拉德反应的因素①糖的种类及含量四碳糖＞五碳糖＞六碳糖单糖＞双糖＞多糖还原糖＞非还原糖还原糖含量与褐变成正比②氨基酸种类碱性氨基酸＞中性氨基酸＞酸性氨基酸③pH值pH3~9范围内，随着pH上升，褐变上升pH≤3时，褐变反应程度较轻微pH在7.8-9.0范围内，褐变较严重④反应物浓度(水分含量)10％～30%(H2O)时，褐变易进行10％＞H2O时，多数褐变难进行30%＜H2O时，随水分增多，褐变速度减慢⑤温度△t＝10℃，褐变速度差△v相差3～5倍t＞30℃时，褐变开始发生t＞80℃时，褐变快速发生，产生风味物质⑥金属离子Fe、Cu等变价金属促进褐变发生Na＋对褐变无影响Ca2+与氨基酸生成不溶性物，抑制褐变。⑵焦糖化反应糖类(无水或浓溶液)在没有氨基酸存在的情况下，加热到熔点以上时，变成黑褐色的色素物质，称为焦糖化反应。焦糖化作用会生成两类物质：一类是糖的脱水产物，产物聚合，产生棕褐色或黑褐色物质，俗称焦糖或酱色，具特殊味道;另一类是糖的裂解产物，是具有挥发性的醛酮类物质，从而产生特殊的香气。焦糖化反应影响因素①无水或浓溶液；②糖的熔点越低，反应速度越快；③温度越高、时间越长，焦化程度越高；④酸、碱性条件下都能进行，但pH8比pH6时快10倍；⑤催化剂：铵盐、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。⑶抗坏血酸褐变作用抗坏血酸在果汁褐变中其重要作用。褐变主要是抗坏血酸通过氧化、水合、分解等反应，最终生成糠醛和二氧化碳的过程。另外，同样条件下，抗坏血酸发生羰氨反应的速度比糖快得多。影响因素主要取决于抗坏血酸浓度和pH：抗坏血酸浓度越高，褐变程度越深；pH＜3.5时，pH越低，褐变作用越强；pH3~5.0，抗坏血酸较稳定，不易发生褐变；pH＞6.5时，随pH升高，褐变程度增强；金属离子、抗坏血酸酶对反应有促进作用。第二节味感及味感物质一、味感的概念概念：指物质在口腔内给予味觉器官舌头的刺激。这种刺激有时是单一性的，但多数情况下是复合性的。味觉的分类心理味觉形状、色泽和光泽等物理味觉软硬度、粘度、温度、咀嚼感、口感化学味觉酸味、甜味、苦味、咸味、辣味等目前世界各国对味感的分类并不一致。日本：甜、苦、酸、咸、辣5类；欧美：甜、苦、酸、咸、辣、金属味6类；我国：甜、苦、酸、咸、辣、鲜、涩7类；还有其它国家和地区的分类有清凉味、碱味、不正常味等。从味觉的生理角度分类，只有四种基本味觉：酸、甜、苦、咸。二、物质的化学结构与味感的关系一种物质产生味感的先决条件是能溶于水。易溶解的物质呈味快，味感消失也快；慢溶解的物质呈味慢，但味感持续时间长。物质分子结构上的微小改变，即可使味感发生极大的变化。味感物质的化学结构与味感之间有内在联系。三、甜味与甜味物质1.甜味的机制——夏伦贝格尔学说B与AH基团的距离大约为0.25~0.4nm；当糖的分子量增加时，溶解度降低，因此甜味降低。AH-B学说2.甜味剂⑴甘草甘草苷甜度为蔗糖的250倍，甜味缓慢长存。甘草苷是一种高甜度、低热量的甜味剂，还具有一定增香作用和药用价值。⑵甜叶菊甜叶菊苷其甜度为蔗糖的300倍。甜叶菊溶解性好，甜味纯正，热能低，化学性质稳定，此外还有药用价值。⑶二肽和氨基酸衍生物多种天门冬氨酸的二肽衍生物，甜度为蔗糖的100~200倍，甚至上千倍；6-甲基-D-色氨酸衍生物是蔗糖的1000多倍；新合成的氨基酸类甜味剂甜度可达蔗糖的上万倍。此类甜味剂在人体内分解成