第八、九章酶对食品成分的变化、褐变解析.ppt

第八章食品成分的变化 第一节酶对食品成分的变化 酶的简要介绍 一 酶的生物学意义 二 酶的组成 三 酶作为生物催化剂的特殊点 四 六大类酶催化反应的性质 五 酶的作用机理 六 影响对酶反应速度的因素 一 酶的生物学意义 酶和辅酶是生物体内的催化剂 没有酶 生物体内多数化学反应就无法进行 如各种消化酶 帮助分解脂肪 蛋白质 淀粉等 人体才能吸收 二 酶的组成 1 单纯蛋白质酶类2 结合蛋白质酶类 全酶 酶蛋白 辅助因子 辅酶 辅基或金属离子 三 酶作为生物催化剂的特殊点 1 用量少 高的催化效率酶的催化效率比化学催化剂高107 1013倍 比非催化反应高108 1020倍 2 能加快化学反应的速度 但不改变平衡点 反应前后本身不发生变化 3 高度专一性 1 结构专一性类别 绝对专一性和相对专一性 2 立体异构专一性类别 旋光异构专一性和几何异构专一性4 温和的反应条件5 酶在体内受到严格调控6 酶催化活力与辅酶 辅基和金属离子有关 四 六大类酶催化反应的性质 1 氧化还原酶类 oxidoreductases 2 转移酶类 transferases 3 水解酶类 hydrolases 4 裂合酶类 lyases 5 异构酶类 isomerases 6 连接酶类 ligases 也称synthetases合成酶类 1 酶催化的中间产物理论2 酶的活性中心和必需基团3 酶作用专一性机理 五 酶的作用机理 1 酶催化的中间产物理论 酶的活性中心 酶分子中直接与底物结合 并和酶催化作用直接有关的区域 酶分子的必需基团 参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团 2 酶的活性中心和必需基团 1 锁钥学说 2 诱导契合学说 3 酶作用专一性机理 1 锁钥学说 2 诱导契合学说 1 酶浓度2 底物浓度3 pH 最适pH的概念 4 温度 最适温度的概念 5 激活剂6 抑制剂 六 影响对酶反应速度的因素 当S足够过量 其它条件固定且无不利因素时 v k E 1 酶浓度 2 底物浓度 1 过酸过碱导致酶蛋白变性 2 影响底物分子解离状态 3 影响酶分子解离状态 4 影响酶的活性中心构象 3 pH 1 在达到最适温度以前 反应速度随温度升高而加快 2 酶是蛋白质 其变性速度亦随温度上升而加快 3 酶的最适温度不是一个固定不变的常数 4 温度 凡是能提高酶活性的物质 称为酶的激活剂 1 金属离子 K Na Mg2 Cu2 Mn2 Zn2 Se3 Co2 Fe2 2 阴离子 Cl Br 3 还原剂 抗坏血酸 半胱氨酸 谷胱甘肽 4 金属螯合剂 EDTA 5 激活剂 酶的抑制剂 凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质 6 抑制剂 类型 不可逆抑制剂 可逆抑制剂 谷氨酰胺转胺酶在食品中的作用 在肉制品中的应用 1 改善结构 提高原料利用率 2 低盐肉制品的开发 3 作为抗氧化剂在乳制品中的应用 1 增加凝胶强度 提高奶制品质量 2 改善乳蛋白乳化特性 3 提高保水性 思考题 何谓食品酶 在食品加工中 食品酶起什么作用 第一节主要内容 一 酶对糖类的变化二 酶对油脂的变化三 酶对蛋白质的变化四 酶对维生素的变化五 酶对食品的其它作用 一 酶对糖类的变化 一 对淀粉的影响 二 对双糖的影响 三 对果胶的影响 一 对淀粉的影响 1 分解产物 1 淀粉酶 直链淀粉 支链淀粉 2 淀粉酶在自然界中存在人的唾液 胰脏蟑螂涎腺麦芽芽孢杆菌 枯草杆菌黑曲霉 米曲霉 3 淀粉酶在食品中的应用 荞麦馒头 蛋糕 2 淀粉酶 1 分解产物 直链淀粉 支链淀粉 2 淀粉酶在自然界中存在高等植物种子如麦芽 大豆 甘薯中 也有存在少数细菌和霉菌中 3 淀粉酶的应用 生产高麦芽糖浆 高纯度麦芽糖 医用针剂麦芽糖 麦芽糖醇 麦芽糊精 啤酒等 葡萄糖淀粉酶能水解 1 4苷键 1 6苷键和 1 3苷键 因此 淀粉在葡萄糖淀粉酶作用下 全部水解成葡萄糖 3 葡萄糖淀粉酶 小结 1 在食品工业中 酶制剂主要用于淀粉加工 乳品加工 果汁加工 烘烤食品 啤酒发酵等 2 在淀粉加工中使用 淀粉酶 淀粉酶 糖化酶 葡萄糖异构酶等 3 淀粉酶用于液化淀粉 故称液化淀粉酶 淀粉酶和葡萄糖淀粉酶用于糖化淀粉 故称这两种酶为糖化淀粉酶 麦芽糖 蔗糖 乳糖等双糖 可经相应的麦芽糖酶 转化酶 或蔗糖酶 乳糖酶的作用而水解 生成各自的分解产物 二 对双糖的影响 三 对果胶的影响 果胶 果胶酯酶 聚半乳糖醛酸 果胶酸 甲醇 聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶 半乳糖醛酸 1 分解产物 2 果胶酶的来源 存在于植物和霉菌 细菌等微生物中 生产上使用的果胶酶主要来自霉菌 3 果胶酶的应用 1 果胶酶处理碎的果实 可以提高果汁的产量 加速果汁过滤 促进澄清 2 生产药用的低甲氧基果胶和半乳糖醛酸 3 导致水果 蔬菜成熟后过分软化 思考题 1 直链淀粉 支链淀粉 在 淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶作用下的产物各是什么 2 果胶在果胶酯酶作用下 其水解产物是什么 所谓的酸败是指油脂或含油脂较多的食品 在贮藏或加工过程期间 因空气中的氧 日光 微生物 酶等的作用 产生不愉快的气味 味变苦涩 甚至具有毒性等劣化现象 也称为油脂变哈 二 酶对油脂的变化 1 水解型酸败 3 氧化型酸败 油脂酸败 油脂酸败类型 2 酮型酸败 1 混入食品中的脂肪酶或霉菌产生的脂肪酶 在少量水的作用下 使脂肪水解产生低分子游离脂肪酸和甘油 2 脂肪酸和甘油再进一步氧化分解 直至形成CO2和H2O 1 水解型酸败 1 油脂水解产生的饱和脂肪酸 在霉菌产生的酶的作用下氧化 最后产生有怪味的酮酸和甲基酮 这种酸败称为酮型酸败 由于在酶作用下的氧化都发生在饱和脂肪酸的 碳位上 因而也称 氧化作用 2 酮型酸败 2 氧化是指在一系列酶的作用下 脂肪酸的 碳原子被氧化并在 碳原子之间断裂 生成乙酰辅酶A和少了两个碳的脂肪酸 此脂肪酸继续进行氧化 直至最后完全变成乙酰辅酶A 人和动物体及植物的某些组织中 氧化作用是在线粒体基质中进行 而在发芽的油料作物种子中 氧化则是在乙醛酸循环体中进行 防止上述两种酸败的方法 1 对油脂进行精制 2 提高油脂的纯度 降低杂质 3 降低含水量 4 包装容器干燥清洁 避免污染 5 在较低的温度下保存 三 酶对蛋白质的变化 1 蛋白质经蛋白酶作用最终可水解生成氨基酸 2 蛋白酶的应用较广 但早年蛋白酶制剂主要从动物内脏和植物果实中取得 原料有限 目前蛋白酶制剂主要由微生物发酵生产制取 3 蛋白酶的应用 1 食品工业用植物蛋白酶防止啤酒混浊 2 蛋白酶制剂在医药上应用较早 如用胃蛋白酶 木瓜蛋白酶作助消化剂 3 外科用胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶消肿和消炎 消除坏死组织 促进伤口愈合 4 纺织工业用蛋白酶脱丝胶 思考题 1 蛋白质在酶的作用下 其最终产物是什么 2 什么是油脂的酸败 根据酸败的机理可分几种类型 其机理各如何 如何防止油脂酸败 3 油脂酸败对食品质量有何影响 四 酶对维生素的变化 1 维生素A 2 维生素B1 3 维生素C 维生素A可被脂肪氧化酶分解 氧化酶与不饱和脂肪酸作用后 生成过氧化物 过氧化物再与维生素A作用 使之氧化而分解 1 维生素A 维生素B1在抗神经炎素酶 或维生素B1酶 作用下 易分解成嘧啶和噻唑 2 维生素B1 1 在贝类 淡水鱼 山葵中含有维生素B1酶 人的肠道中有一种细菌也可以产生这种酶 2 该酶在90 100 经10 15分钟热处理即可失去活性 1 植物组织中含有抗坏血酸氧化酶 在组织完整时 催化作用不明显 当组织破坏又与空气接触时 就能迅速使抗坏血酸氧化 3 维生素C 2 抗坏血酸氧化酶加热至100 1分钟后即失去活性 3 加热菜汁中维生素C因酶失去活性而未被氧化破坏 1 葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶是一种氧化还原酶 它可催化葡萄糖与氧反应 生成葡萄糖酸和过氧化氢 五 酶对食品的其它作用 2 溶菌酶溶菌酶是催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的一种水解酶 溶菌酸可以从蛋清中分离得到 也可以通过微生物发酵制得 在食品中应用较多的是蛋清溶菌酶 它对金色葡萄球菌以外的许多革兰氏阳性菌具有强烈的溶菌作用 3 果蔬不溶性 橙皮苷加工 果汁压榨 啤酒酿造 焙烤食品等 讨论题 1 影响维生素A和维生素C氧化的影响因素是什么 第二节因氧气而发生的变化 二 维生素的变化 一 不饱和油脂的自动氧化 一 不饱和油脂的自动氧化 一 不饱和油脂自动氧化机理 二 影响油脂自动氧化速度的因素 三 油脂自动氧化对食品质量的影响 一 不饱和油脂自动氧化机理 水解型酸败 酮型酸败 氧化型酸败 油脂酸败类型 不饱和油脂的自动氧化过程 油脂自动氧化的游离基反应机理 不饱和油脂自动氧化引发阶段 不饱和油脂自动氧化增殖阶段 不饱和油脂自动氧化增殖阶段 不饱和油脂自动氧化游离基种类 不饱和油脂自动氧化终止阶段 氢过氧化物分解 二 影响油脂自动氧化速度的因素 1 油脂的脂肪酸组成2 氧3 温度4 光和射线5 水分6 金属离子7 抗氧化剂 1 油脂的脂肪酸组成对脂肪氧化的影响 主要的脂肪酸的氧化率 2 氧对脂肪氧化的影响 含油脂食品的比表面与氧化速度之间的关系 比氧分压更重要 3 温度对脂肪氧化的影响 1 油脂自动氧化率随温度升高而加快 2 在常温下氧化大多数发生在双键相邻的亚甲基上 而当温度超过50 时 氧化发生在不饱和双键上生成环状过氧化物 4 光和射线对脂肪氧化的影响 2 高能射线 射线 辐射 能显著提高脂肪氧化酸败的敏感性 1 从紫外线到红外线之间所有的光辐射 不仅能促进氢过氧化物的分解 还能引发未氧化的脂肪酸成为游离基 其中以紫外线光辐射能最强 5 水分活度 Aw 对脂肪氧化的影响 6 金属离子对脂肪氧化的影响 1 重金属离子是脂肪和含油脂食品氧化酸败的重要催化剂 2 不同金属对油脂氧化反应的催化作用强弱如下 铅 铜 黄铜 锡 锌 铁 铝 不锈钢 银 食品中重金属离子可能来自污染 或者就是食品中天然存在的成分 如含金属卟啉环物质的血红素 血红素催化脂肪氧化的机理 金属原子的氧化还原作用 生成了血红素 过氧化物复合物 然后产生游离基 3 金属离子污染 7 抗氧化剂对脂肪氧化的影响 抗氧化作用机理 1 一个作用是它在形成过氧化物游离基之前 能提供氢给R 而终止反应 2 最主要的是它作用于油脂氧化时生成的过氧化物游离基而终止氧化连锁反应 三 油脂自动氧化对食品质量的影响 1 食品风味变坏2 长期食用酸败的油脂对人体健康有害3 营养价值降低 二 维生素的变化 1 维生素A 1 维生素A和A原由于高度不饱和 易被空气和氧化剂所氧化破坏 特别高温条件下 紫外线 金属均可促使氧化破坏 2 维生素A末端的 CH2OH 在体内可被氧化成醛 称为视黄醛 再进一步氧化成酸 称为视黄酸 后两者都失去视黄醇的功能 很快的经代谢 由尿或胆汁中排出 2 维生素B1维生素B1在碱性介质中可被赤血盐氧化 产生具有蓝色荧光的硫色素化合物 可借助荧光比色法测定B1的含量 3 维生素C 1 维生素C又称为抗坏血酸 因结构中具有烯二醇基 烯二醇基中的氢极易脱去而氧化成二酮基化合物即脱氢抗坏血酸 2 Vc在碱性介质中进行强氧化 其内酯环裂开形成二酮基古洛糖酸 进一步氧化 则分解成低分子化合物如草酸 苏阿糖酸等 3 除空气氧外 温度 光线 酶等因素均有促进食品中维生素C氧化地效果 第三节因温度而发生的变化 温度对维生素变化的影响 温度对蛋白质变化的影响 温度对油脂变化的影响 温度对糖类变化的影响 一 温度对糖类变化的影响 1 温度对糖的溶解度的影响 2 温度对Maillard反应的影响 1 随着贮藏或加工温度的升高 Mailard反应的速度也提高 2 温度相差10 褐变速度相差3 5倍 一般在30 以上褐变较快 而20 以下则进行较慢 3 温度对焦糖化反应的影响 55min 焦糖酐 焦糖稀 焦糖素 蔗糖 异焦糖酐 200 35min 加热 加热 起泡 起泡 糖在强热的情况下 生成两类物质一类 糖的脱水产物 即焦糖色或酱色 另一类 裂解产物 即一些挥发性的醛 酮类物质 它们进一步缩合 聚合最终将形成黑褐色或深色物质 4 温度对糖与酸作用的影响酸与糖的作用因酸的种类 浓度和温度不同而不同 在室温下无影响 1 在较高温度下 发生复合反应生成低聚糖 2 糖与强酸共热则脱水生成糠醛 糠醛能与某些酚类作用生成有色的缩合物 如 间苯二酚和盐酸 5 温度对糖与碱作用的影响碱性溶液中糖的稳定性与温度的关系很大 1 温度较低时 相对较为稳定 温度增高 发生异构化和分解反应 2 随着加热作用时间的延长 糖还会发生分子内氧化与重排作用 生成羧酸 此酸称为糖精酸类化合物 6 温度对糊化和老化的影响 1 糊化的定义是指淀粉粒在适当温度下 在水中溶胀 分裂 并形成均匀的糊状溶液的作用 2 糊化的影响因素 淀粉来源 糊化温度 提高温度 有利于淀粉的糊化 淀粉颗粒大小 颗粒大糊化温度低 3 老化的定义老化是指糊化后的淀粉缓慢冷却 或淀粉凝胶长期放置 会变得不透明甚至凝结而沉淀的现象 淀粉分子在低温下又自动重新排序 通过分子间的氢键重新组合形成致密的 晶化的淀粉胶束 4 老化后的淀粉性质 与水失去亲和力 不易被淀粉酶水解 直链淀粉易老化 支链淀粉几乎不发生老化 水分30 60 易老化 温度 60 或 20 不易老化 pH值偏酸或偏碱不易老化 5 老化的影响因素 二 温度对脂类变化的影响 1 温度对油脂氧化的影响 2 温度对油脂热分解的影响 3 温度对热聚合的影响 4 温度对缩合的影响 1 温度对油脂氧化的影响 1 一般来说 温度上升 氧化反应速率加快 2 饱和脂肪酸在室温下稳定 但在高温下也会发生氧化 3 危害 形成过氧化物 无氧热聚合生成的环状酯 长时间加热的煎炸油等 2 温度对油脂热分解的影响 1 饱和脂肪在常温下较稳定 在高温下 T 150 下将发生热分解 氧化热分解 非氧化热分解 2 金属离子 如Fe2 的存在 可催化热分解反应 3 不饱和脂肪在隔氧条件下加热 主要生成二聚体 此外还生成一些低分子量的物质 3 温度对热聚合的影响 1 油脂在高温条件下可发生非氧化热聚合多烯化合物之间Diels Alder反应生成环烯烃 2 油脂在高温条件下发生氧化热聚合 高温条件200 230 下的氧化热聚合反应 4 温度对缩合的影响 1 高温下特别是在油炸条件下 食品中的水进入到油中 将缩合成分子质量较大的环氧化合物 2 通常油炸食品特有的香气的主要成分是羰基化合物 烯醛类 3 一般油脂加热温度控制在150 以下 三 温度对蛋白质类变化的影响 1 温度对蛋白质变性的有利方面 蛋白质发生变性以后 原有的球状的肽链因受热而造成次级键断裂 使原来折叠部分的肽链松散 容易受到消化酶作用 从而提高消化率和必需氨基酸的生物有效性 适度热处理也能使一些酶如蛋白酶 脂酶 脂肪氧合酶 淀粉酶 多酚氧化酶等失活 保证食品在保藏期间不发生酸败 质构变化和变色 如豆类和油料种子中含有胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶抑制剂 将降低蛋白质的消化率 2 加热与变性 1 变性温度 2 影响变性程度的因素 3 热处理涉及到的化学反应 4 蛋白质热变性的一般规律 大多数蛋白质在45 50 时开始变性 例外如大豆球蛋白93 燕麦球蛋白108 等 当加热温度在临界温度以上时 每提高10 变性速度提高600倍 一般认为 温度越低 蛋白质的稳定性越高 然而也有例外 如肌红蛋白在12 5 时显示最高稳定性 低于或高于此温度时肌红蛋白的稳定性降低 蛋白质或蛋白质食品在不添加其他物质的情况下进行热处理 可引起氨基酸脱硫 脱酰胺和异构化等化学变化 有时甚至伴随有毒化合物产生 3 热处理对蛋白质的其它一些影响 蛋白质在超过100 时加热 会发生脱酰胺反应 释放出的氨主要来自谷氨酰胺和天冬酰胺的酰胺基 这些反应并不损害蛋白质营养价值 但放出的NH3会导致蛋白质荷电性和功能性质变化 在强烈加热 150 以上 过程中 赖氨酸的 NH2容易与天冬氨酸或谷氨酸之间发生反应 形成新的酰胺键 不但影响赖氨酸和谷氨酸等的吸收利用 还会干扰相邻肽链上氨基酸的消化性和利用性 新肽链本身还有毒性之嫌 蛋白质在超过200 的剧烈热处理下会导致氨基酸残基异构化 从L 氨基酸转变为D 氨基酸 由于大多移数D 氨基酸不具有营养价值 因此该变化使营养价值降低约70 另外某些D型氨基酸还具有毒性 毒性的大小与肠壁吸收的D 氨基酸量成正比 经剧烈热处理的蛋白质还可生成环状衍生物 其中有些具有强致突变作用 如色氨酸在200 以上环化转变成 和 咔啉 蛋白质与脂质反应 4 冷冻与变性一方面是出于蛋白质周围的水与其结合状态发生变化 这种变化破坏了一些维持蛋白质原构象力 同时由于水保护层的破坏 蛋白质的一些基团就可相互直接作用 蛋白质会聚集或者原来的亚基会重排 另一方面 由于大量水形成冰后 剩余的水中无机盐浓度大大提高 这种局部的高浓度盐也会使蛋白质发生变性 四 维生素类变化的影响 1 热加工对维生素的影响主要是维生素发生热降解而被破坏 随着温度的升高 对维生素的影响越大 2 胡萝卜素的变化 3 硫胺素的变化 4 泛酸在空气中稳定 但对热不稳定 在PH5 7范围的溶液中稳定 而在碱性溶液中容易分解 5 食品加工处理会对泛酸的含量有较大的影响 如在肉罐头中泛酸损失20 35 蔬菜食品中损失46 78 牛乳经过巴氏杀菌以后泛酸的损失低于10 而谷物在被加工成为各种食品时泛酸损失37 74 五 其它的变化 2 最适温度 动物细胞酶通常在37 50 植物细胞酶通常在50 60 温度对酶促反应的影响 1 温度对酶反应的影响是双重的 首先 随温度的升高 反应速度增加 直至最大的反应速度为止 其次 在高温时有一个温度范围 在该范围内反应速度随温度的增高而减小 这是酶本身变性所致 第四节因光线而发生的变化 光线对维生素变化的影响 光线对蛋白质变化的影响 光线对油脂变化的影响 一 光线对油脂变化的影响 1 光敏氧化是不饱和双键与单线态氧直接发生的氧化反应 2 辐照食物作为一种灭菌手段 3 在辐照食物的过程中 油脂分子吸收辐射能 形成离子和激化分子 激化分子可进一步降解 4 辐解首先在碳基附近 和 位置处断裂 生成的辐解产物有烃 醛 酸 酯等 在有氧时 辐照还可加速油脂的自动氧化 同时使抗氧化剂遭到破坏 5 大量试验证明按巴氏灭菌剂量辐照含脂肪食品 不会有毒性危险 二 光线对蛋白质变化的影响 紫外辐射 辐射和其他电离辐射能改变蛋白质的构象 也使氨基酸残基氧化 共价键断裂 离子化 形成蛋白质自由基以及它们重新结合和聚合 1 如果辐照仅引起蛋白质构象的改变 2 如果辐照导致了蛋白质分子中氨基酸残基的变化 三 光线对维生素变化的影响 1 维生素A的变化 1 光照可以加速氧 氧化剂 脂肪氧化酶等因素对维生素A的氧化 2 光能促使维生素A原 胡萝卜素 发生顺反异构化反应生成新 胡萝卜素 2 维生素D的变化 1 在植物食品和酵母等中含有麦角固醇 经紫外线照射后就转变成维生素D2 2 人和动物皮肤中含有7 脱氢胆固醇 经紫外线照射后可得到维生素D3 3 核黄素的变化 1 核黄素对光则非常敏感 尤其是紫外光 若将其曝光则很容易破坏 并且在光照时的破坏率随pH值和温度的增加而增加 2 在碱性溶液 pH 7 中辐射会引起核黄素裂解而产生光黄素 在酸性条件下生成光色素 3 牛乳制品进行加工时 巴氏杀菌对牛乳中核黄素破坏甚微 而奶粉贮存16个月后核黄素仍很稳定 食品在进行加工或烹调时对核黄素的破坏很少 思考题 1 油脂酸败的机理有哪几种类型 其机理各是什么 如何防止油脂酸败 2 淀粉老化和淀粉糊化是否为可逆的关系 为什么 淀粉糊化和淀粉老化在食品工业上有何重要意义 第九章褐变作用 学习要点 1 掌握酶促褐变的机制及控制途径2 熟悉非酶促褐变的机制及控制途径 食品在加工 贮存过程中 或受到机械损伤等 发生颜色变褐 有的还出现红 蓝 绿 黄等色泽 这种颜色变化统称为褐变 第一节酶促褐变 定义 酶促褐变一般发生于水果 蔬菜等新鲜植物性食物 当这些食品受到机械损伤或处于异常环境下 并且在有氧情况下 经酶的催化 氧化而呈褐色 这种褐变称酶促褐变 一 酶促褐变的机制 二 酶促褐变的控制 一 酶促褐变的机制 植物组织中含有酚类物质 在完整的细胞中作为呼吸传递物质 在酚与醌之间保持着氧化与还原的动态平衡 马铃薯褐变机理 水果褐变机理 水果中广泛分布的酚类物质为儿茶酚 羟基醌进行聚合 随着聚合程度增大 颜色由红色变成褐色 最后由褐色变成黑色物质 小结 1 在水果和蔬菜中 酚酶最丰富的底物是邻二酚类和一元酚类 2 在酚酶作用下 反应最快的一般是邻二酚类 对二酚类也可被氧化 但间二酚不能被氧化 甚至对酚酶还有抑制作用 几种能被酚酶催化氧化的酚类 绿原酸是许多水果 特别是桃 苹果等 褐变的主要底物 不能被酚酶催化氧化的取代衍生物 小结 1 由于羟化作用进行比较缓慢 所以一元酚的褐变速度不如二元酚快 2 香蕉褐变的主要底物是一种含酚环的含氮衍生物 即3 4 二羟基苯乙胺 3 红茶加工过程中 鲜叶中的儿茶素经酚酶催化氧化 再经缩合生成茶黄素和茶红素等有色物质 他们是构成红茶色泽的主要成分 4 另外 被酚酶氧化的底物还有花青素 黄酮类等其他一些结构较复杂的酚类衍生物 二 酶促褐变的控制 1 多酚类物质其含量是影响褐变程度的主要影响因素 2 多酚类氧化酶 桔子 柠檬 西瓜等瓜果不含多酚类氧化酶 3 氧气 酶促褐变必须具备的条件 二 酶促褐变的控制 1 热处理法 2 酸处理法 3 用化学药品处理 4 驱氧法 1 热处理法 1 此法是在适当的温度和时间条件下加热新鲜果蔬 使酚酶和其他所有的酶失活 从而抑制酶促褐变发生 2 实际应用 蔬莱在冷藏或脱水前的预处理 果汁 果酱在制造过程中分别用烫漂和高温短时间的巴氏杀菌 3 来源不同的酚酶对热的敏感程度不同 加热时间与温度对桃泥中酚酶的影响 4 此法需严格控制加热时间 以达到既能控制酶的活性 又不影响产品原有的风味之目的 5 采用微波加热法 热的穿透力强 可使组织内外均匀迅速受热 而且对产品风味影响也不大 能获得较好的效果 2 酸处理法 小结 一般采用柠檬酸 苹果酸 抗坏血酸以及其他酸的混合液降低pH值 柠檬酸是使用最广泛食用酸 对酚酶除降低pH值外 还能同酚酶的Cu辅基螯合 但单独使用效果不大 通常与抗坏血酸或亚硫酸合用 实践证明 0 5 的柠檬酸与0 3 的抗坏血酸合用效果较好 抗坏血酸对酶促褐变的抑制机理 抗坏血酸可有效控制褐变并减少苹果罐头顶隙中的含氧量 另外 抗坏血酸还能使酚酶本身失活 3 用化学药品处理 1 二氧化硫 亚硫酸钠 亚硫酸氢钠等 是广泛使用于食品工业中的酚酶抑制剂 2 气态二氧化硫渗入水果及蔬菜较快 亚硫酸盐溶液操作方便 3 二氧化硫及亚硫酸盐溶液在微偏酸性条件下 pH 6 对酚酶抑制的效果最好 二氧化硫 亚硫酸盐对酶促褐变的抑制机理 1 它能抑制酶的活性 2 亚硫酸盐能抑制酪氨酸转变为3 4 二羟基苯丙氨酸 3 亚硫酸盐是较强的还原剂 能将已氧化的醌还原成相应的酚 减少醌的积累和聚合 从而抑制酶促褐变 此方法优点 使用方便 效力可靠 成本低 还有利于保存维生素C 残存的二氧化硫可用抽真空 炊煮 或使用H202等法去除 此方法缺点 可使食品失去原色而被漂白 特别是含有花青素的苹果 芹菜 草莓等 还会腐蚀铁罐内壁 有不愉快的嗅感 味感 还会破坏维生素B1 浓度较高时还有碍人体健康 另外 食品工业上有时也使用氯化钠溶液抑制褐变 但氯化钠溶液必须达到20 才有效 这么高的浓度破坏食品的风味 通常与柠檬酸和抗坏血酸混合使用 4 驱氧法 最简单的驱氧法 是将去皮切开的果蔬浸泡在清水中 与氧隔绝以抑制酶促褐变 可采用浸涂抗坏血酸的方法 在切开的果蔬表面组织的空隙中形成一层阻氧扩散层 以防止组织中氧引起的酶促褐变 填充去氧法 对果肉组织间隙含氧较多的梨 最好的方法是浸泡在水或糖浆中 进行真空处理 此法不仅能抑制酶促褐变 且还对保持罐头内容物的沥干重有好处 小结 1 有些瓜果 如柠檬 桔子 西瓜等由于不含多酚氧化酶 因而它们不发生酶促褐变 2 现实控制酶促褐变的方法 主要从控制酶和氧这两方面入手 3 另外 可以通过调节水分活度来防止酶促褐变 第二节非酶褐变 一 羰氨反应褐变作用二 焦糖化褐变作用三 抗坏血酸褐变作用四 非酶褐变诸历程之间的联系五 非酶褐变对食品质量的影响六 非酶褐变的控制 一 羰氨反应褐变作用 Maillard Maillard 法国化学家 反应指含羰基化合物 如糖类等 与含氨基化合物 如氨基酸等 通过缩合 聚合而生成类黑色素的反应 也被称为非酶褐变 几乎所有的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨基类物质 因此均可能发生Maillard反应 1 反应的总体过程Maillard反应是一个非常复杂的过程 需经历亲核加成 分子内重排 脱水 环化等步骤 其中又可分为初期 中期和末期三个阶段 总体过程可如下图表示 2 反应机理 1 初期阶段Maillard反应的初期阶段包括两个过程 即羰氨缩合与分子重排 酸性条件不利于反应的进行 降低氨基亲核性 碱性可促进此反应的发生 如果体系中存在有可以转化Schiffs碱或使葡糖胺不能形成的物质 则可抑制Maillard反应的发生 如亚硫酸盐的存在 亚硫酸氢钠与葡萄糖的反应为亲核加成反应 而加成产物与伯胺的反应则为亲核取代反应 B 分子重排上步产物葡糖胺酸性条件下可以发生Amadori 阿姆德瑞 重排而转化为环式果糖胺 此过程包括了两个重排步骤 第一个是在酸的存在下葡糖胺经环的破坏而导致的2 C上脱氢的重排过程 可看作是分子内的1 3 重排 第二步是1 氨基 1 脱氧 2 酮糖的烯醇式和酮式的重排过程 果糖胺与葡萄糖反应 2 中期阶段酮式果糖胺在中期阶段反应的主要特点是分解 分解过程有以下三个途径 A 脱水转化成羟甲基糠醛 3 脱氧葡萄糖醛酮与氨基酸发生反应 此机理中胺类化合物离去得到的是羟甲基糠醛 HMF 也可以RNH2不离去 得到HMF的Schiffs碱 即胺仍然连在醛基上 所得到的HMF是食品褐变的重要的中间产物 检测这种物质就可以预测褐变的速度 B 脱去胺基重排形成还原酮 其中第一步为烯醇化的过程 第二步为脱去RNH2 分子内重排 第三步为烯醇式转化为酮式 最后一步是3 4 C之间的烯醇化还原酮是活泼的中间产物 可以继续脱水 也可以与胺类化合物反应 还可分解为较小的分子 如乙酸 丙酮醛 丁二酮 二乙酰 等 C 二羰基化合物与氨基酸的反应这是中间阶段一个不完整的途径 即利用前边两个途径中生成的二羰基类中间产物 与氨基酸类物质发生反应 在此过程中 氨基酸发生脱羧 脱氨 自身转化为少一个C的醛类化合物 而二酮接受氨转化为褐色色素 可简单表示为 由于此途径中有二氧化碳释放 因此可以通过检测食品中二氧化碳的释放来监测Maillard反应的发生 3 末期阶段以上两个阶段并无深色物质的形成 但可以看出前两个阶段尤其是中间阶段得到的许多产物及中间产物 如糠醛衍生物 二酮类等 仍然具有高的反应活性 这些物质可以相互聚合而形成分子量较大的深颜色的物质 一类是两分子醛经缩合脱水生成更稳定的不饱和醛的醇醛缩合反应 另一类反应是经中间阶段反应后 产物中的糠醛及其衍生物 二羰基化合物 还原酮类 斯特勒克降解和糖的裂解所产生的醛等进一步缩合 聚合 形成复杂高分子色素 黑色素 3 影响Mailard反应的因素A 羰基化合物种类的影响在羰基类化合物中 最容易发生Mailard反应的是 不饱和醛类 其次是 双羰基类 酮类的反应速度最慢 在糖类物质中有 五碳糖 核糖 阿拉伯糖 木糖 六碳糖 半乳糖 甘露糖 葡萄糖 二糖或含单糖更多的聚合糖由于分子量增大反应的活性迅速降低 B 氨基化合物同样 能够参加Mailard反应的氨基类化合物也不局限于氨基酸 胺类 蛋白质 肽类均具有一定的反应活性 一般地 胺类反应的活性大于氨基酸 而氨基酸中 碱性氨基酸的反应活性要大于中性或酸性氨基酸 氨基处于 位或碳链末端的氨基酸其反应活性大于氨基处于 位的氨基酸 C pH受胺类亲核反应活性的制约 碱性条件有利于Mailard反应的进行 而酸性环境 特别是pH3以下可以有效的防止褐变反应的发生 D 反应物浓度 含水量及含脂肪量Mailard反应与反应物浓度成正比 完全干燥的情况下Mailard反应难于发生 含水量在10 15 时容易发生 脂肪含量特别是不饱和脂肪酸含量高的脂类化合物含量增加时 Mailard反应容易发生 易褐变的奶粉 冰淇淋粉等水分需控制在3 以下才能抑制褐变 E 温度 随着贮藏或加工温度的升高 Mailard反应的速度也提高 温度每相差10 其褐变速度相差3 5倍 一般在30 以上褐变较快 在20 以下褐变较慢 在室温下 氧能促进褐变 但当温度在80 时 不论有无氧存在 褐变速度都相同 因此 易褐变的食品在20 以下的真空贮存 可减慢褐变的速度 酿造酱油时 提高发酵温度 酱油色素加深 F 金属离子许多金属离子可以促进Mailard反应的发生 特别是过渡金属离子 如铁离子 铜离子等 钙可与氨基酸结合生成不溶性化合物而抑制褐变 这在马铃薯等食品的加工中已得到成功应用 G 亚硫酸处理羰基可与亚硫酸根生成加成产物 此加成产物与R NH2反应的生成物不能进一步生成薛夫碱 因此可用S02和亚硫酸盐来抑制羰氨反应褐变 小结 1 麦拉德反应的影响因素羰基化合物 氨基化合物 温度 水分 pH值 氧气 金属离子和抗氧化剂等 2 焦糖化反应褐变机理 定义 糖类在没有含氨基化合物存在的情况下加热到熔点 150 200 以上 生成粘稠状的深褐色物质的过程称焦糖化作用 蔗糖焦糖化反应 55min 焦糖酐 焦糖稀 焦糖素 蔗糖 异焦糖酐 200 35min 加热 加热 起泡 起泡 C12H22O11 C24H36O18 4H2O C36H50O25 C125H188O80 8H2O H2O 糖在强热的情况下 生成两类物质 一类 糖的脱水产物 即焦糖色或酱色 另一类 裂解产物 即一些挥发性的醛 酮类物质 它们进一步缩合 聚合最终将形成黑褐色或深色物质 这些反应在酸性 碱性条件下均可进行 但在碱性条件下进行的速度要快得多 小结 1 铁能催化酚氧化为醌 所以铁的存在能强化焦糖的色泽 2 单糖在酸性条件下加热脱水可主要形成糠醛和糠醛衍生物 它经聚合或与胺类反应 可生成黑褐色的色素 3 单糖在碱性条件下加热生成烯醇糖 然后断裂生成甲醛和五碳糖 乙醇醛和四碳糖 甘油