《化工脂类应用》PPT课件.ppt

模块二 脂类在食品加工中的应用 江苏食品职业技术学院食品工程系 2.1 概述 2.2 脂肪及脂肪酸的性质 2.3 脂类的代谢 2.4 食品原料中的脂类 2.1 概述 一、脂类的特征 脂类是生物细胞和组织中不溶于水，而易溶于乙醚、氯仿 、苯等非极性溶剂的重要有机化合物。 脂类的共同特征：不溶于水而易溶于乙醚等非极性的有 机溶剂； 都具有酯的结构，或与脂肪酸有成酯的可能； 都是生物体产生，并能为生物体所利用 脂肪细胞 二、脂类的分类 三、脂肪的化学组成与种类 从化学结构上看，脂肪是由甘油和脂肪酸结合成的酯，即甘油 三个羟基和三个脂肪酸分子的羧基脱水缩合而成的酯，学名为 三酰甘油，也称为真脂或中性脂肪。 脂肪结构 若构成三酰甘油的三个羟基相同，则称为单纯甘油酯，否 则称为混和甘油酯。 天然脂肪中单纯甘油酯很少，只有少数脂肪例外。 油：常温下，含不饱和脂肪酸多的植物脂肪，液态 脂：常温下，含饱和脂肪酸多的动物脂肪，固态 二者均以其来源名称命名。如：豆油、菜籽油、猪脂、牛 脂等。 甘油：学名叫丙三醇，是最简单的一种三元醇，它是多种 脂类的固定构成成分。 脂肪酸：构成脂肪的脂肪酸种类繁多，脂肪的性质取决于 脂肪酸的种类及其在三酰甘油中的含量和比例。 长链、中链、短链脂肪酸 反式脂肪酸 反式脂肪酸概念：物油加氢可将顺式不饱和脂肪酸转 变成室温下更稳定的固态反式脂肪酸。 应用：利用这个过程生产人造黄油，也利用这个过程 增加产品货架期和稳定食品风味。 1. 脂肪中脂肪酸的种类 脂肪中的脂肪酸可分为： 饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。 饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸摄入过多，会引起身体 内胆固醇增高、血压高、冠心病、糖尿病、肥胖症等疾病 容易发生； 多不饱和脂肪酸可以降低血脂，防止血液凝聚。 当这三种脂肪酸的吸收量达到111的比例时，营养 才能达到均衡，身体才能更健康。 2. 各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点 陆地上植物 脂肪中多数为C16C18的脂肪酸，尤以C18脂肪酸最多 。 其中，植物中主要脂肪酸是软脂酸、油酸，并往往含有亚 油酸。种子中一般以软脂酸、油酸、亚油酸及（或）亚麻酸为 主要脂肪酸。 高等陆生动物 脂肪中的脂肪酸主要是软脂酸、油酸，并往往含有硬脂酸 。许多动物（特别是反刍动物）的乳中含有相当多的短链脂肪 酸（C4C10）。 油脂不仅可以增加制品的风味，改善了结构、外形和色 泽，提高营养价值，而且还为油炸类糕点提供了加热介质。 油脂能覆盖于面粉的周围并形成油膜，增加面团的塑性 。油脂能层层分布在面团中，起着润滑作用，使面包、糕点 、饼干产生层次，口感酥松，入口易化，并具有调节面筋胀 润度、提高面团可塑性的作用。 四、油脂在食品加工中的应用 在油脂原料的选择方面，起酥性、稳定性、吸收率三者 之间存在较大矛盾。 猪油和奶油：起酥性好，吸收率高；但稳定性较差。 植物油：吸收率高达98%；但起酥性差，其稳定性除了 椰子油和棕榈油有较高稳定性外，其余几乎都不耐贮藏。 氢化油：起酥性和稳定性均好；但吸收率很低。 生产中经常使用抗氧化剂抑制油脂的酸败。 五 类脂 （一）磷脂 磷脂是分子中含有磷酸的 复合脂，因分子中含有磷酸根 而得名。 磷脂按其组成中醇基部分 的种类可分为甘油磷脂和非甘 油磷脂两类。 磷脂的结构 所含甘油的第3个羟基被磷酸酯化，而其他两个羟基被 脂肪酸酯化。 1. 甘油磷脂 不同类型的甘油磷脂 （1）卵磷脂（PC） 卵磷脂使由磷脂酸与胆碱 结合而成。 磷脂酸及胆碱在卵磷脂分 子中的位置不同可分为-及- 两种结构，天然的卵磷脂都 是成-型的。 卵磷脂的分子模型 脑磷脂常与卵磷脂共存于组织中，以脑组织含量最多， 约占脑干物质重的4%6。 脑磷脂与卵磷脂结构相似，只是以氨基乙醇代替了胆碱 。脑磷脂同样是双亲性物质，但由于分布相对较少，很少用 作乳化剂。脑磷脂与血液凝固机制有关，可加速血液凝固。 （2）脑磷脂（PE） （3）肌醇磷脂（PI） 肌醇磷脂是从组织所含的脑磷脂粗制品中分离出来的， 分子中肌醇与磷酸成脂。 2. 非甘油磷脂 非甘油磷脂只有一类，即神经鞘磷脂，由神经鞘氨基醇、 脂肪酸、磷酸即胆碱组成，主要存在于脑及神经组织中。 （二）固醇 固醇：脂类中不被皂化，常温下呈固态的一大类化合物 。 固醇化合物广泛分布于动植物体中，有游离固醇和固醇 酯两种形式。 动物固醇以胆固醇为代表，植物固醇以麦角固醇为代表 。 胆固醇以游离形式或以脂肪酸酯 的形式存在，分布于动物的血液、脂 肪、脑、神经组织和卵黄中。 1. 胆固醇 胆固醇化学式示意 胆固醇是维持人体生理功能不可缺少的物质，它是构成 细胞膜的重要成分。 胆固醇作为胆汁的组成成分，经胆道排入肠腔，可帮助 脂类的消化和吸收。 胆固醇的衍生物7-脱氢胆固醇经太阳光中的紫外线照射 后能转化为维生素D3，这是人体获得维生素D的一条重要途 径。 但是，胆固醇可在人的胆道中沉积形成结石，并在血管 壁上沉积，引起动脉硬化。 因此, 对需要摄取低胆固醇食品者应该注意膳食组成中 胆固醇的含量。 麦角固醇是酵母及菌类的主要固醇，最初从麦角（麦及 谷类因患麦角菌病而产生的物质）分出，因此得名。 麦角固醇的性质与胆固醇相似，经紫外线照射后可变成维 生素D2。 2. 麦角固醇 （三）蜡 蜡是高级脂肪酸与高级一元醇所生成的酯。 不溶于水，熔点较脂肪高，一般为固体，溶于醚、苯、三 氯甲烷等有机溶剂。在人及动物消化道中不能被消化，故无营 养价值。 在动物体内存在于分泌物中，主要起保护作用。蜂巢、 昆虫卵壳毛皮、植物叶、果实表面及昆虫表皮均含有蜡层。我 国出产的蜡主要为蜂蜡，虫蜡和羊毛蜡，是经济价值较高的农 业副产品。 2.2脂肪及脂肪酸的性质 纯净的脂肪酸及其油脂都是无色的、无气味的。 天然油脂的色泽：来源于非脂色素，如类胡萝卜素。 天然油脂的气味：除了极少数由短链脂肪酸挥发所致外 ，多数是由其中溶有非脂成分引起的，如：椰子油的香气主要 由于含有壬基甲酮，奶油香气部分是由于含有丁二酮。 1. 物理性质 脂肪是混合物，所以没有确切的熔点和沸点。油脂含不饱 和酸越多，碳原子数目越少，熔点越低，但碳链长度相同的脂 肪沸点相近。 几种油脂的熔点范围：大豆油（818）、花生油（0 3）、向日葵油（1619）、棉籽油（34）、猪 油（2848）、牛脂（4050）。 油脂的熔点：消化率有关，一般油脂的熔点低于37时， 其消化率可达到97.98；熔点在3750时，其消化率可达 到90；熔点超过50则难以消化。 脂肪及脂肪酸的沸点：都比较高，一般在180200之 间。在常压下蒸馏时要发生分解，故只能在减压下蒸馏。 脂肪酸的比重一般都比水轻，它们的折光率随分子量和 不饱和度的增加而增大。 奶油等含低饱和度酸多的油，折光率就低，而亚麻油等不 饱和酸含量多的油，折光率就高，在制造硬化油（人造奶油） 加氢时，可以根据折光率的下降情况来判断加氢的程度。所以 ，折光法也可用于鉴定油脂的类别、纯度和酸败程度。 脂肪在酸或酶及加热条件下水解为脂肪酸及甘油。 在碱性条件下水解出的游离脂肪酸与碱结合生成脂 肪酸盐（皂），习惯上称为肥皂。因此，脂肪在碱性溶 液中的水解称为皂化作用。 （1）水解与皂化 2. 化学性质 脂肪 甘油 脂肪酸 脂肪 甘油 脂肪酸盐盐（皂） 脂肪的水解反应在食品加工中对食品质量的影响很大。 在油炸食品时，油温可高达176以上，由于被炸食品 引入大量的水，油脂发生水解，产生大量游离脂肪酸，使油 的发烟点降低，表面张力下降，而且更容易氧化，从而影响 油炸食品的风味，降低食品的质量，故要常更换新油。 脂肪中不饱和脂肪酸的双键非常活泼，能起加成反应 。其主要反应有氢化和卤化两种。 氢化：脂肪中不饱和脂肪酸在催化剂（如铂）存在下 在不饱和键上加氢的反应；氢化后的油脂叫氢化油或硬化 油。 油脂氢化具有重要的工业意义，氢化油双键减少，熔 点上升，不易酸败，且氢化后便于储藏和运输。 此外，氢化还可以改变油脂的性质，如猪油进行氢化 后，可以改善稠度和稳定性。 （2）加成反应 油脂中所含的类胡萝卜素因氢化而破坏，故硬化油色 泽较淡，如棉籽油经氢化后色度可以降低50，但由于脂 溶性的维生素被破坏，因此作为食用油脂其营养价值会有 所下降。 氢化反应还可用来生产稳定性高的煎炸用油。如稳定 性较差的大豆油氢化后，稳定性大大提高，用它来代替普 通煎炸用油，使用寿命可大大延长。 油脂暴露于空气中会自发地进行氧化作用，先生成氢过氧 化物，氢过氧化物继而分解产生低级醛、酮、羧酸等。这些物 质具有令人不快的气味，从而使油脂发生酸败。发生酸败的油 脂丧失了营养价值，甚至变得有毒。 （3）自动氧化 不饱和油脂的自动氧化 不饱和油脂易发生游离基自动氧化反应。 脂肪分子的不同部位对活化的敏感性不同，一般以双键 的- 亚甲基最易生成自由基。 CH2-CH=CH- 饱和脂肪的自氧化与不饱和脂肪不同，它无双键的-亚甲 基，不易形成碳自由基。然而，由于饱和脂肪酸常与不饱和脂 肪酸共存，它很易受到由不饱和酸产生的氢过氧化物的氧化而 生成氢过氧化物。 饱和酸的自氧化主要在-CO2H的邻位上进行。 饱和脂肪的氧化 在脂肪氧化过程中，氢过氧化物是不稳定的化合物，易发 生分解而重新生成游离基，再进一步氧化生成各种低分子量化 合物。 以上这些低分子量的醛、酮、酸有不好闻的嗅味。同时， 不饱和脂肪酸在氧化过程中，在形成低分子化合物的同时也生 成一些聚合物。 影响因素：光照、受热、氧、水分活度、重金属离子（Fe 、Cu、Co等）以及血红素、脂氧化酶等都会加速脂肪的自氧 化速度。 阻止氧化的方法：最普遍的办法是排除O2，采用真空或充 N2包装和使用透气性低的有色或遮光的包装材料，并尽可能避 免在加工中混入Fe、Cu等金属离子；家中油脂应用有色玻璃 瓶装，避免用金属罐装。 影响脂肪自动氧化速度的因素 被消化的油脂 甘油、脂肪酸 小肠吸收门静脉（ 次要） 肝脏乳糜管（ 主要） 肝静脉 淋巴系统血液循环 2.3.1 脂类的消化吸收 2.3 脂类的代谢 血浆中所含的脂类统称为血脂。 临床上将空腹时血脂含量超出正常上限并且持 续升高的症状叫做高血脂症。 临床研究表明，血浆中的总胆固醇和甘油三酯 含量长时间过高，就可能引起动脉粥样硬化。 糖尿病等疾病患者的血脂含量也会明显升高。 脂类平衡 肥胖 脂肪肝 合理膳食，控制脂肪摄入 量，保证身体健康。 2.3.2脂肪的分解代谢 (一)脂肪的酶促水解 （二）甘油的降解及转化 脂肪酸的活化脂酰CoA的生成 长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化在线粒体外 进行。内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP 、CoASH、Mg 2+存在条件下，催化脂肪酸活化，生成 脂酰CoA。 （三）脂肪酸的氧化分解 （-氧化 ） 穿膜（脂酰CoA进入线粒体） 脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的 酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入 线粒体内才能代谢。 （1）脱氢 脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其和碳原子 上脱氢，生成2反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为 FAD。 （2）加水（水合反应） 2反烯脂酰CoA在2反烯脂酰CoA水合酶催化下， 在双键上加水生成L-羟脂酰CoA。 （3）再脱氢 L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶催化下， 脱去碳原子与羟基上的氢原子生成-酮脂酰CoA，该 反应的辅酶为NAD+。 （4）硫解 在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-酮脂酰CoA与CoA 作用，硫解产生 1分子乙酰CoA和比原来少两个碳原子 的脂酰CoA。 总结： 脂肪酸氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和FADH2 。假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行氧化，可以生成的 ATP数量为： 以软脂酸（18C）为例计算其完全氧化所生成的ATP 分子数： (一)-磷酸甘油的生物合成 (二) 脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成的碳源主要来自糖酵解产生的乙酰CoA。脂 肪酸的生物合成是在细胞液中进行，需要CO2和柠檬酸参 加。 2.3.3脂肪的生物合成 脂肪酸合成过程可以分为三个阶 段： 原料的准备 合成阶段 延长阶段 (三)脂肪合成 磷酸甘油的生成 脂肪 脂酰CoA的生成 粮谷类食物中脂类含量较少。 大豆中含有丰富的脂肪，一般为18%左右，可用 于制油。大豆油中的脂肪酸主要是不饱和脂肪酸。易于 消化吸收。 2.4.1粮谷类及豆类中的脂类 2.4食品原料中的脂类 肉中的脂肪含量变化较大，约15%45%，取决于 动物种类、品种、年龄、性别及肥育程度。但是畜类产品 中的脂肪胆固醇含量较高，食用要适量。 水产品中脂肪大都是不饱和脂肪酸，而且EPA、 DHA含量丰富，对人体有益。 2.4.2畜禽肉类中的脂类 乳中脂肪含量为3%5%，其中必需脂肪酸含量不高 。 蛋类制品中脂肪含量为9%12%，主要集中在蛋黄 部分。其中不饱和脂肪酸占58%62%。蛋黄中胆固醇含 量较高（1510mg/100g）应适量食用。 2.4.3乳及蛋制品中的脂类 油炸过程的条件控制不适当会引起油脂的分解和聚 合，不仅会损害油炸食品的感官品质，而且也会使营养 价值降低。 油脂加热后（温度300时），粘度增大，直至凝 固，同时油脂起泡性也增加，这种现象是由于油脂加热 聚合所引起的。油脂聚合又分为热聚合和热氧化聚合两 种。 2.4.4 食品加工过程中油脂的变化 煎炸油过滤机在食品行业的应用 油脂在真空、二氧化碳、氮气的无氧条件下，加热至200 300的高温时，增稠速度极快，油脂热增稠是由于发生了 聚合作用，当温度300时，增稠速度极快。 聚合作用可以发生在同一甘油酯的脂肪酸残基之间，也可 以发生在不同的甘油酯之间。 热聚合 油脂在空气中加热至200230时即能引起热氧化聚合。 油炸食品所用的油逐渐变稠，即属于此类聚合反应。 油的热氧化聚合过程随油的种类而不同，干性油的桐油、 亚麻油等最易聚合，半干性油的大豆油、芝麻油等次之，不干 性的橄榄油、花生油等则不易聚合。 一般认为热氧化聚合体的形成是由于碳碳结合所生成的 聚合体，油脂热聚合的程度与温度、氧气的接触面有关。 热氧化聚合 压榨法 熬炼法 浸出法(萃取法) 机械分离法(离心法) 压榨法通常用于植物油的榨取，或作 为熬炼法的辅助法，分冷榨和热榨。 热榨：将油料作物种子炒焙后再榨取 ，炒焙不仅可以破坏种子组织中的酶，而 且油脂与组织易分离，故产量较高，产品 中的残渣较少，容易保存；如果压榨后， 再经过滤或离心分离质量就更好，热榨油 脂因为植物种子经过炒焙，所以气味较香 ，但颜色较深。 冷榨：不加炒焙，所以香味较差，但 色泽好。 2.4.5油脂的加工及品质评定 一、油脂的制取和精炼 1. 油脂的制取 压榨法 熬炼法 浸出法(萃取法) 机械分离法(离心法) 通常用于动物油脂加工。 动物组织经高温熬制后，组织中的 脂肪酶和氧化酶可全部被破坏，即使有 少量的残渣存在，油脂也不会酸败。因 此，熬炼法在卫生学上认为是较完善的 加工方法。 但熬炼的温度不宜过高，时间不宜 过长，否则会使部分脂肪分解，油脂中 游离脂肪酸量增高。且温度过高容易使 动物组织焦化，影响产品的感观性状。 1. 油脂的制取 压榨法 熬炼法 浸出法(萃取法) 机械分离法(离心法) 利用溶剂提取组织中油脂，然后再 将溶剂蒸馏除出，可得到较纯的油脂。 多用于植物油的提取，油脂中组织 残渣很少，质量纯净。 优点：油脂不分解，游离脂肪酸的 含量亦不会增高；残油量少，对含油量 低的原料更为有利。 缺点：食油中溶剂不易完全除净， 长期食用，将对人体造成危害；设备费 用高。 1. 油脂的制取 压榨法 熬炼法 浸出法(萃取法) 机械分离法(离心法) 利用离心机将油脂分离开来，主要 用于从液态原料提取油脂，如从奶中分 离奶油。 另外，在用蒸气湿化并加热磨碎原 料后，先以机械分离提纯一部分油脂， 然后再进行压榨。或者，压榨制得的产 品中残渣杂质过多时，也可在所得产品 中加热水使油脂浮起，然后再以机械法 分离上层油脂。为了减少油脂产品的残 渣含量，可采用机械分离法。 1. 油脂的制取 油脂食用方法主要有加热食用及生食两种。 加热食用：如炒菜，煎炸食物，须加热至100以上，加 热时要求不发生泡沫，无烟或无刺激性臭味，粘度及色泽亦 不致变坏。 生食：供直接食用，如调味的应用，应具有一定风味， 冬季不至因冷混浊或凝固。 油脂精炼的原因：未精炼的粗油脂中含有数量不同的、 可产生不良风味和色泽或不利于保藏的物质，这些物质包括 游离脂肪酸、磷脂、糖类化合物、蛋白质及其降解产物；其 中还含有少量的水、色素（主要是胡萝卜素和叶绿素）以及 脂肪氧化产物。 2. 油脂的精炼 沉降和脱胶 脱酸 脱色 脱臭 沉降包括加热脂肪、静置和分离水相。 通常用静置法、过滤法、离心分离法等机械处 理，除去悬浮于油中的杂质。这样可使油脂中的水 分、蛋白质物质、磷脂和糖类被清除。 作为食用油脂，如磷脂含量较高，加热时易起 泡沫，冒烟多，有臭味，同时温度较高时磷脂氧化 而使油脂呈焦褐色，影响煎炸食品的风味和色泽。 在毛油中加入热水或通入水蒸气，即可把磷脂 除掉。特别是含有大量磷脂的油，例如豆油，在脱 胶预处理时应加入2%3%的水，并在温度约50 下搅拌混合，然后静置沉降或离心分离水化磷脂， 达到脱胶的目的。 毛油中游离脂肪酸多在0.5以上，尤其米糠油 中游离脂肪酸的含量较高可达10。 脱酸多采用加碱中和的方法分离除去，除去游 离脂肪酸的方法是向油脂中加入适宜浓度的氢氧化 钠，然后混合加热，剧烈搅拌一段时间，静置至水 相出现沉淀，得到可用于制作肥皂的油脚或皂脚。 油脂用热水洗涤，随后静置或离心，使中性油与残 余的皂脚分离。同时生成的脂肪酸钠盐还可将胶质 、色素等一起吸附而除去。 沉降和脱胶 脱酸 脱色 脱臭 油中含有类胡萝卜素及叶绿素等色素，通常呈 黄赤色。在用碱脱酸时，虽可吸附除去一部分色素 ，但用作直接食用时，仍须再进一步脱色。 脱色的方法很多，但必须保证食用油脂的卫生 和质量，一般采用吸附剂进行吸附。 常用的吸附剂有酸性白土，活性白土和活性炭 等。一般多采用酸性白土，使用量约为油脂的0.5 2；若油脂着色较深或着色难以脱去时，使用量 可增到34。有色物质几乎全部被清除，其他物 质例如磷脂、皂化物和某些氧化产物也同色素一起 被吸附，然后过滤除去漂白土，便得到纯净的油脂 。白土自身能吸附等量的油脂，故用量过多时，油 脂的损耗也会随之增加。 沉降和脱胶 脱酸 脱色 脱臭 油脂中挥发性异味物质多半是油脂氧化时产 生的，故需要进行脱臭以除去气味。 脱臭是用减压蒸汽蒸馏法出去臭味物质；将 油加热至220250，通人水蒸气后即可将产生 气味的物质除去；通常添加柠檬酸是为了螯合微 量重金属离子。 沉降和脱胶 脱酸 脱色 脱臭 精炼可以使油脂的品质无论是色泽、风味或稳定性都明 显提高，还能有效地清除油脂中某些毒性很强的物质，例如 花生油中可能存在的污染物黄曲霉毒素以及棉籽油中的棉酚 。 但精炼过程中也会造成油脂中脂溶性维生素、胡萝卜素 和天然抗氧化物质的损失。例如粗棉油中所含大量的生育酚 （维生素E）具有很强抗氧化作用。 油脂氢化：在催化剂(Pt、Ni)的作用下，三酰基甘油的不 饱和脂肪酸双键与氢发生加成反应的过程。 油脂氢化在油脂工业中是很重要的，它可以使液体油脂转 变成更适合于特殊用途的半固体脂肪或可塑性脂肪。 油脂氢化具有重要的工业意义：如含有不愉快气味的鱼油 等经过氢化后，可使其臭味消失，颜色变浅，稳定性增加，并 能改变风味，提高油的质量，且便于运输和贮存；此外，氢化 还可以改变油脂的性质，如猪油进行氢化后，可以改善稠度和 稳定性。 二、油脂的氢化 酯交换：指酯和酸（酸解）、酯和醇（醇解）或酯和 酯（酯基转移作用）之间发生的酰基交换反应。 包括在一种三酰基甘油分子内的酯交换和不同分子间的 酯交换反应。 1. 酯交换原理 三、酯交换 2. 工业酯交方法 脂肪在较高温度（200）下长时期加热，可完成酯 交换反应，但若使用催化剂通常能在50短时间内（30分钟 ）完成，碱金属和烷基化碱金属是有效的低温催化剂，其中 甲醇钠是最普通的一种。 油脂酯交换时必须非常干燥，以防水解。而且游离脂肪 酸、过氧