高级食品化学讲稿脂质ppt课件.ppt

1 第五章脂质 2 第五章脂类 5 1概述5 2脂类的结构与组成5 3脂类的物理性质5 4食品加工与贮藏中脂类的变化5 5食品中脂类的调控5 6脂类与食品的品质 3 引言 5 1引言5 1 1常见的油和脂肪 植物油脂 动物油脂 饱和的 不饱和的 氢化油 5 1 2有营养的油和脂肪5 1 3脂肪的营养价值 大豆磷脂 4 大豆磷脂的作用 构成人体的最基本单位是细胞 细胞决定了身体素质 磷脂是构成细胞的基本成份 与胆固醇以一定的比例并存于细胞膜中 随着年龄的增长 人在二十五岁以后 磷脂的含量逐渐减少 胆固醇的含量相对增加 从而 导致细胞膜发生老化 病变 磷脂存在于所有生物中 是构成生物膜的主要成分 是人体细胞不可缺少基本物质 它能够促进神经传导 提高大脑活力 而且由于它具有良好的乳化性 能够阻止胆固醇在血管壁沉积并清除部分沉积物 从而起到降低血清胆固醇 降低血液粘度 促进血液的循环 预防心血管疾病的作用 磷脂一直被用作维持生命 改善生命 保护生命的高级营养物质 精制大豆卵磷脂 可直接做为保健食品 也可以广泛用于医药 化妆品 生物制剂等领域 大豆磷脂对于降低胆固醇 防止动脉硬化 预防高血压有明显好于其他产品的药效 脂类 5 大豆磷脂 研究表明 精神异常的患者脑细胞中磷脂含量仅为正常人的一半 磷脂的代谢与脑的机能状态有关 如果通过大豆磷脂来激活脑细胞 就能提高记忆力与注意力 人服用大豆磷脂后生成的胆碱 甘油磷酸及脂肪酸 具有较强的生理活性和营养价值 胆碱在机体内又能转化为起传递信息作用的乙酰胆碱 这种物质能焕发人的精神 因此无论年龄大小 适当补充磷脂可益智健脑 大豆磷脂是一种比较理想的延缓衰老的保健食品 具有保护和恢复细胞的作用 细胞膜是由磷脂 蛋白质 胆固醇组成 承担着代谢过程中供应细胞维持生命所必须的物质和排泄废物的功能 科学研究证明 老化后的细胞膜所含的胆固醇含量高 大豆磷脂含大量的不饱和脂肪酸 能改善细胞膜的硬化程度 延缓细胞的衰老 从而起到抗衰老的作用 脂类 6 大豆卵磷脂的功效 1 健脑益智 卵磷脂被小肠吸收后 能水解出胆碱来 随着血液进入大脑中 与醋酸结合转化为乙酰胆碱 也就是记忆素 它是一种神经传导物质 其含量越高 神经的反应速度越快 记忆力就越强 所以卵磷脂对智力开发和增强记忆力有独特功效 是聪明阶级必备的 脑的食品 2 血管 清道夫 卵磷脂具有乳化分解油脂的作用 可增进血液循环 改善血清质 清除过氧化物 使血液中的胆固醇及中性脂肪含量降低 减少脂肪在血管内壁的滞留时间 促进粥样硬化斑的消散 防止胆固醇在血管内壁沉积 卵磷脂对高血脂和高胆固醇有显著的功效 可预防和治疗动脉硬化 脂类 7 3 防治老年性痴呆症 老年性痴呆是由于脑部血管病变导致脑缺氧 脑细胞死亡致使脑神经障碍而引起的意识障碍性疾病 补充卵磷脂可提高脑细胞中乙酰胆碱的含量 活化和再生脑细胞 从而恢复和改善大脑的功能 所以卵磷脂是脑疾患的物美价廉的功能性食品 4 防治肝病 人体肝脏含磷5 如含量下降则磷脂载脂体缺乏 脂肪则易囤积于肝脏形成脂肪肝 进而可能形成肝硬化 甚至肝痛 卵磷脂即有亲水性又有亲油性 良好的乳化特性可使脂肪乳化 因此对防治脂肪肝功效显著 5 防治胆结石 胆固醇和胆红素的沉积是形成结石的基础 卵磷脂的乳化作用可溶解和阻止它的沉积 从根本上治疗和预防胆结石 脂类 大豆卵磷脂的功效 8 6 防治便秘 磷脂的活化细胞功能可促进结肠的蠕动 并将水分送出肠壁 促进毛细管的畅通 从而消除便秘及由其引起的焦虑和疱疹等症状 7 良好的心理调和剂 植物神经紊乱及神经衰弱 可经常补充卵磷脂 使大脑神经及时得到营养补充 保持健康的工作状态 得消除疲劳 激活脑细胞 改善因神经紧张而引起的焦躁 易怒 失眠等症 8 糖尿病患者的营养品 卵磷脂卵磷脂不足 会使胰脏功能下降 无法分泌充分的胰岛素 不能有效的将血清中的葡萄糖运送到细胞中 这是导致糖尿病的基本原因之一 卵磷脂构成细胞膜的主要成分 有接收糖分 并使其顺利排出体外的功能 且有促进胰脏释放胰岛素的作用 因此服用卵磷脂可有效地降低血糖 防治糖尿病 脂类 大豆卵磷脂的功效 9 9 利尿 护肾剂 磷脂有利尿作用 可使细胞内的废物和尿一起排出 有助于保护肾脏 10 胎 婴儿神经发育的必需品 孕妇体内的羊水中含有大量的卵磷脂 人体脑细胞约有150亿个 其中70 早在母体就己形成 为促进胎儿脑细胞能健康发育 孕妇补充足够的卵磷脂是很重要的 婴 幼儿时期是大脑形成发育最关键时期 卵磷脂可以促进大脑神经系统与脑容积的增长 发育 因此 美国食品与药物管理局 FDA 规定在婴儿奶粉中必须添加卵磷脂 脂类 大豆卵磷脂的功效 10 脂类的分类 5 2脂类的分类与命名脂类是生物体内的一大类物质 包括脂肪 蜡 磷脂 糖脂 固醇等 脂类的种类繁多 结构各异 但都具有下列共同特征 1 不溶于水而溶于乙醚 石油醚 氯仿等有机溶剂 2 都具有酯的结构或可能成为酯的物质 醇 酸 3 能被生物体利用的物质 根据脂类的化学组成 可作如下分类 脂类 11 在食品化学中 脂类中最重要的是作为能源的油脂和易引起食品腐败的复合脂类 12 磷脂 磷酸甘油酰酯简称磷脂 各种油料中磷脂含量为0 3 3 2 主要包括卵磷脂 磷脂酰胆碱 PC 脑磷脂 磷脂酰乙醇胺 PE 脂类 13 甘油酯和脂肪酸 动植物油脂的主要成分是脂肪酸的甘油酯 若甘油结合的三个脂肪酸相同 则称之为单纯甘油酯 否则称为混合甘油酯 天然油脂中的甘油酯大部分是混合甘油酯 脂类 14 甘油酯中的脂肪酸一般是直链的 分为饱和脂肪酸及不饱和脂肪酸两类 脂肪酸的命名一般多保持其俗名 与食品化学关系较大的脂肪酸见表1 其中以C16及C18的脂肪酸在自然界中最广为存在 如棕榈酸 十六酸 硬脂酸 十八酸 油酸 9 十八烯酸 亚油酸 9 12 十八二烯酸 天然存在的不饱和酸大部分为顺式 如油酸 脂类 甘油酯和脂肪酸 15 5 3脂肪酸及脂肪的性质 1 物理性质纯净的脂肪酸及其油脂都是无色的 脂肪是混合物 所以没有确切的熔点和沸点 几种常见油脂的熔点范围如下 脂类 脂肪的性质 16 物理性质 一 气味和色泽纯净的油脂无色无味 天然油脂由于混入叶绿素 叶黄素 胡萝卜素等有色物质而呈现不同的颜色 油脂特征的气味一般是由其中的非脂类成分引起的 如芝麻油中的乙酰吡嗪 椰子油中的壬基甲酮及菜油加热时产生的黑芥子苷等 二 熔点和沸点天然油脂无固定的熔点和沸点 而只有一定的熔点范围和沸点范围 油脂组成中脂肪酸的碳链越长 饱和程度越高 熔点越高 反式脂肪酸 共轭脂肪酸含量高的油脂 其熔点较高 油脂的沸点随脂肪酸组成的变化变化不大 17 物理性质 三 烟点 闪点及着火点烟点 不通风条件下油脂发烟时的温度 闪点 油脂中挥发性物质能被点燃而不能维持燃烧的温度 着火点 油脂中挥发性物质能被点燃并维持燃烧时间不少于5s时的温度 油脂的纯度越高 其烟点 闪点及着火点均提高 四 结晶特性同质多晶现象 化学组成相同的物质可以形成不同形态晶体 但融化后生成相同液相的现象叫同质多晶现象 例如由单质碳形成石墨和金刚石两种晶体 油脂在固态的情况下也有同质多晶现象 可能形成的晶体形态 主要有 型 型 和 型三种 几种晶体的基本特点 型 有点阵结构但脂肪酸侧链呈现不规则排列 18 型 有点阵结构且脂肪酸侧链全部朝着一个方向倾斜 按照序列内分子间交错排列的紧密程度 还有 二倍碳链长 DCL 2 和 三倍碳链长 TCL 3 之分 19 表1作为脂类成份的主要天然脂肪酸5 3 1 直链饱和脂肪酸CnH2n 1COOH 脂类 20 5 3 2 直链不饱和脂肪酸a 单烯型酸CnH2n 1COOH 脂类 21 b 二烯酸CnH2n 3COOH c 三烯酸CnH2n 5COOH d 多烯酸CnH2n 1 pCOOH p 8 10 12 脂类 22 鲨烯 深海鲨鱼栖息在深海1000至2000公尺 氧气稀薄水压极大的恶劣环境中 仍能展现惊人生命力的秘决即为其巨大的肝脏富含鲛鲨烯 squalene 能夺取水中的氢分子而形成氧气 深海鲨鱼肝中所含之活性物质鲛鲨烯 Squalene 能在血液中进行 夺氢作用 使血液中的带氧量增加 同时净化血液 使成健康的碱性 体内各细胞经由血液获得足够氧气 得以重现活力 新陈代谢良好 进而提升免疫力 脂类 23 深海鲨烯的主要功效 供给体内氧气净化血液 预防脑部缺氧 改善常打哈欠身体疲倦 头脑浑沌沉重无法集中注意力 晕眩 耳鸣等因脑部缺氧引起的症状 活化身体机能细胞 帮助预防及治疗因机能细胞缺氧而引致的病变 如胃溃疡 十二指肠溃疡 肠炎 肝炎 肝硬化 肺炎等 全面增强体质 延缓衰老 高抗病 包括癌症 的免疫能力 消炎杀菌 帮助预防及治疗细菌引致的疾病 如感冒 皮肤病 耳鼻喉炎等 修复细胞 加快伤口愈合 可外用 治疗刀伤 烫伤等 外用时用针刺破胶囊 直接涂抹 有保护肝脏细胞 对抗肝炎 缓解肝硬化与脂肪肝效果 脂类 24 5 3 3 羟基酸a 饱和羟基酸 saturatedhydroxyacid b 不饱和羟基酸 unsaturatedhydroxyacid 脂类 25 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 因此 象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 脂肪不溶于水 而易溶于乙醚 石油醚 氯仿等有机溶剂 脂类 26 脂类的化学性质 5 4化学性质 1 水解和皂化脂肪能在酸 碱或酶的作用下水解为脂肪酸及甘油 脂类 27 肥皂的制备 制肥皂的关键问题是各种原料的配料比和皂化反应进行的程度 通常制皂所用油脂都是混合油脂 即是用各种不同来源的油脂经过试验 确定一个恰当的比 皂化时碱的用量一般为混合油脂的15 以上 皂化进行得愈完全 游离的碱和油脂的含量愈少 肥皂的质量也愈高 皂化作用完成后加食盐盐析 肥皂即凝结在液面上 制取肥皂时 还要加入多种填料 主要有 松香 先把松香跟Na2CO3作用制得松香皂 然后混入制皂的混合油脂中 它有能增加肥皂的泡沫等作用 水玻璃能增加水对纺织品的润湿能力 对肥皂有防腐作用 陶土或高岭土能增加洗涤时的摩擦力 香料或消毒药物等 脂类 28 尸蜡 尸蜡是由于环境湿度过大等原因腐败过程缓慢 尸体皮下脂肪分解为脂肪酸和甘油 然后甘油流走 脂肪酸和蛋白质分解产生的氨形成脂肪酸氨 接着和游离的钙 镁等碱土金属结合皂化 这种皂化反应形成很失败的肥皂 尸蜡是灰白色或黄褐色的物质 尸蜡的形成要1年左右 全身尸蜡很少见 多是局部形成 脂肪多的尸体易形成尸蜡 古人常说的僵尸往往就是尸蜡 尸蜡僵而不腐 而且被扔到水里还不沉 脂类 29 化学性质 2 加成反应不饱和脂肪酸在催化剂 如Pt 存在下可在不饱和键上加氢 本反应被应用于从植物油制造人造奶油 不饱和双键上还可以和卤素发生加成反应 利用此反应可进行脂肪酸的分离和精制等 如含6个Br原子以上的不饱和酸不溶于乙醚 因此亚油酸 亚麻酸等可通过溴化精制 脂类 30 化学性质 3 氧化脂肪酸可被空气徐徐氧化分解生成低级醛酮 脂肪酸等 这个性质对含油食品的质量有重要意义 例如 油脂在精制处理过程中 尽速将进货的原料处理是很重要的 尤其在高温天气 如果想要生产较高品质 等级 的产品这点特别要做到 如果让所进的原料放置在收货场所太久 原料中蛋白质分解将会引起油脂色泽的改变 而且脂肪将发生分解 如此 造成游离脂肪酸含量的升高 产生酸败 脂类 31 脂肪的氧化 5 5脂肪的自动氧化机理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嗅感 从而使油脂发生酸败 耗败 发生酸败的油脂丧失了营养价值 甚至变得有毒 5 5 1 不饱和油脂的自氧化不饱和油脂的自动氧化是游离基反应历程 以RH代表不饱和脂肪 则 脂类 32 33 氧化机理 在自动氧化的情况下 由引发剂与不饱和脂肪酸反应得到的烷基自由基是与基态氧进行氧化反应的 基态氧就是空气中存在的常态氧 其分子中电子的排布方式为 氧分子中电子的这种排布方式成为三线态 与之相对应的是单线态 由于散线态中电子的排布符合洪特规则 因此能量较低 比较稳定 二 常见脂的氢过氧化合物的形成a 油酸氢过氧化合物 34 35 b 亚油酸氢过氧化合物 36 氧化机理 5 5 2光敏氧化光敏氧化即是在光的作用下 不需要引发剂 不饱和脂肪酸与氧 单线态 之间发生的反应 光所起的直接作用是提供能量使三线态的氧变为活性较高的单线态氧 但在此过程中需要更容易接受光能的物质首先接受光能 然后将能量转移给氧 将此类物质成为光敏剂 食品中具有大的共轭体系的物质 如叶绿素 血红蛋白等可以起光敏剂的作用 37 此反应的基本特点是 双键邻位C上的氢参与了反应 但形成的氢过氧键不在双键邻位C上 而是直接在双键C上 反应中双键移位 原先邻位饱和C变为了双键不饱和碳 单线态氧首先和邻位C上的氢结合 然后未与氢结合的另一个氧原子进攻并打开双键 同时双键移位并H从邻位C上断下 形成产物 如果双键两边均有邻位C 则有不同的反应方式 这正是理解教材所举例子的关键 对于同样的反应底物 光敏反应的速度大于自动氧化 约1500倍 38 随着氢过氧化物的积累和逐步分解 生成低分子量的醛 酮 羧酸 醇等 油脂出现难闻的气味 其品质已深度劣变 油脂自动氧化是食用油脂和油基食品品质劣变最主要的原因 它给油脂食品造成的品质 营养价值 安全性和生理影响等方面的损害是非常巨大的 因此 研究油脂的自动氧化过程及其防止措施具有重要的理论和实际意义 脂类 39 5 5 3 氢过氧化物的降解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化合物 脂类 40 5 5 4 聚合不饱和酸在氧化过程中 在形成低分子化合物的同时也生成一些聚合物 如 此二聚体还可以进而形成三聚体或多聚体 如 脂类 41 干性油 有些含有不饱和脂肪酸的油脂具有特殊的性质 如我国的特产桐油中的桐油酸有3个双键形成共轭体系 它的结构简式如下 CH3 CH2 3CH CH CH CH CH CH CH2 7COOH把桐油刷在一个平面上并和空气接触时 它就逐渐变成一层干硬而有弹性的膜 因此像桐油这样的油脂又叫干性油 干性油形成硬膜的详细过程还不十分清楚 但是跟氧化和聚合很有关系 干性油在油漆工业中得到广泛应用 脂类 42 油脂氧化的影响因素 5 5 5影响油脂氧化的因素一 脂肪酸的组成及结构主要发生在不饱和脂肪酸上 饱和脂肪酸难以氧化 不饱和脂肪酸中C C数目增加 氧化速度加快 顺式双键比反式氧化速度快 共轭双键反应速度快 游离脂肪酸容易氧化 二 氧低氧浓度 分压 时 油脂氧化与氧浓度 分压 近似正比 单线态氧反应速度比三线态快 1500倍 43 三 温度温度增加 油脂的氧化速度提高 这是因为温度提高游离于自由基的生成和反应 油脂加工时的温度条件也能影响其以后的加工和贮藏特性 一般经较高温度的提取或精炼过程的油脂 如猪脂 较容易氧化 这是因为提取过程已经使油脂经历了链引发过程 其中有了引发反应的自由基 油脂氧化的影响因素 44 四 水分 水分特别是水分活度对于油脂氧化速度的影响 在第三章已经介绍 总的趋势是当水分活度在0 33时 油脂的氧化反应速度最慢 随着水分活度的降低和升高 油脂氧化的速度均有所增加 五 表面积 油脂表面积越大 氧化反应速度越快 这也是油性食品贮藏期远比纯油脂短的原因 六 助氧化剂 一些二价或多价 如Cu2 Zn2 Fe3 Fe2 Al3 Pb2 等的金属离子常可促进油脂氧化反应的进行 称这些金属离子为助氧化剂 油脂氧化的影响因素 45 金属离子在油脂氧化中通过下面三种方式发挥促进的作用 一 促进氢过氧化物分解 产生新的自由基 二 直接使有机物氧化 三 活化氧分子 油脂氧化的影响因素 46 七 光和射线 光线或射线是能量 可以促使油脂产生自由基或促使氢过氧化物分解 八 抗氧化剂 即能防止或抑制油脂氧化反应的物质 这类物质可以通过不同方式发挥作用 有天然和人工合成两大类 油脂氧化的影响因素 47 贮藏中的变化 5 6油脂在加工贮藏中的其它化学变化一 油脂的水解油脂水解主要的特点是游离脂肪酸含量增加 这会导致油脂的氧化速度提高 加速变质 也能降低油脂的发烟点 使油脂的风味变差 48 二 高温下的反应油脂在加热的条件下会发生分解 聚合 缩合 水解 氧化反应等 这些反应均是机理比较复杂的反应 一 热分解脂类在加热情况下可以发生非氧化热分解和氧化热分解两种形式的反应 贮藏中的变化 49 饱和脂肪的非氧化热分解可以表示为 饱和脂肪酸的氧化热 150 以上 分解可以表示为 50 不饱和脂肪也能发生两种形式的热分解反应 在无氧条件下 发生复杂分解得到小分子物质 也有二聚体形成 在有氧条件下的热分解反应和自动氧化的主要过程相同 二 热聚合反应油脂在加热条件下不仅可以发生分解反应 也能发生聚合反应 热聚合也有氧化热聚合和非氧化热聚合两类 贮藏中的变化 51 贮藏中的变化 非氧化热聚合主要发生在脂分子内或分子间的两个不饱和脂肪酸之间 反应形式主要是共轭烯键与单烯键之间的Diels Alder反应 如 分子内 分子间 52 氧化热聚合反应主要发生在不饱和键的 C上 通过这钟C之间的自由基结合而形成二聚体 油脂在加热条件下还能发生缩合反应 在辐射条件下还能发生降解反应等 53 油脂质量评价 5 7油脂质量评价中的一些重要参数5 7 1过氧化值过氧化值 peroxidationvalue POV 指1kg油脂中所含氢过氧化合物的毫克当量数 这个值在油脂的氧化初期随时间的延长而增加 而在后期则由于氢过氧化物分解速度的加快 其实际存在量会降低 因此用过氧化值评价油脂氧化的趋势多用于氧化的初期 直接测定法 碘量法 54 间接测量法 硫代巴比妥酸法脂质氧化中典型的分解产物是可以得到一些醛类 如丙二醛 MDA 这些醛可与硫代巴比妥酸发生下列反应而显色 油脂质量评价 55 5 7 2碘值碘值 指100g油脂吸收碘的克数 反应原理为 利用碘量法测定消耗的碘量 通常利用碘值说明脂肪或脂肪酸的不饱和程度 5 7 3酸价酸价 acidvalue AV 中和1g油脂中游离脂肪酸所需的KOH的毫克数 酸价与油脂中游离脂肪酸的量成正比 反映了油脂品质的优劣 一般新鲜油脂的酸价较低 小于5 56 5 7 4皂化价皂化价 1g油脂完全皂化所需的KOH的毫克数 油脂的皂化价与油脂的平均分子量成反比 即皂化价越大 油脂的平均分子量越小 5 7 5二烯值二烯值也可称为共轭二烯值 即具有共轭二烯结构的不饱和脂肪酸与丁烯二酸酐反应时需要丁烯二酸酐的量换算成所需碘的量 反映了不饱和脂肪酸中是否存在有共轭二烯结构及此结构的数量 油脂质量评价 57 5 8油脂的精炼采用不同的物理或化学方法 将粗油 直接由油料中经压榨 有机溶剂提取得到的油脂 中影响产品外观 如色素等 气味 品质 如纤维素 蛋白 有毒物质 的杂质去除 提高油脂品质 延长贮藏期的过程 油脂精炼中通常采用的物理方法有沉降 水化脱胶 吸附脱色 蒸馏脱臭等 油脂的精练 58 沉降是利用油脂中的不溶性杂质与油脂比重不同 通过自然沉降而除去这部分杂质 水化脱胶是利用油脂中的蛋白 磷脂等杂质在无水条件下可溶解在油脂中 而在有水的情况下通过形成水合物而溶在中的特点 利用加水 或通水蒸气 除去这部分物质的方法 吸附脱色是利用活性炭 白土等吸附力较强的物质 通过吸附除去有色物质的过程 蒸馏脱臭是利用油脂中的异味物质一般来自小分子氧化产物的特点 利用沸点的差异 通过减压蒸馏的方法除去这部分物质的过程 精炼中的化学过程主要有酸碱中和除去游离脂肪酸等 油脂质量评价 59 油脂的改性 5 9油脂的改性油脂的改性是油脂工业的重要项目 主要包括氢化 酯交换等 油脂的氢化是通过催化加氢的过程使油脂分子中的不饱和脂肪酸变为饱和脂肪酸 从而提高油脂熔点的方法 氢化以后的油脂主要应用在肥皂工业 也可用在食品工业中用作起酥油 人造奶油等 酯交换是在一定的条件 通常加甲醇钠 加热 下 是油脂分子 甘油三酯中的脂肪酸重新分布 从而改变油脂的加工特性或物理属性的过程 按照过程控制条件的差异 酯交换可有随机酯交换和定向酯交换等 60 5 10其它脂类物质其它类脂类物质包括天然其它脂类物质和人工其它脂类物质 5 10 1天然