研究生食品化学.ppt

分子移动性 分子移动性 分子的旋转移动和平动移动性的总度量 常以Mm表示 食品中主要成分的分子移动性决定食品的稳定性 水是食品中决定Mm的主要成分 水对食品稳定性的影响 几乎存在于所有食品当中是食品中各种化学反应的载体比较几种常见食品保存方法 干制腌渍冷冻 共性 通过降低水分子的移动性提高食品的稳定性 回顾1 水分子的结构 氧原子的4个杂化轨道2s2 2px22py12pz1由于氧的高电负性 O H共价键是较强的极性键 回顾2 水分子的缔合 回顾3 几个重要的概念 食品中水分的分类构成水 constitutionalwater 临近水 vicinalwater 或单层水 monolayerwater 多层水 multilayerwater 游离水 freewater 或体相水 bulkwater 水分活度Aw水分吸着等温线 水与离子及离子基团的相互作用 离子对水的净结构的影响 净结构形成效应 formingeffect 电荷 半径比值较大的离子产生强电场具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积典型例子 Li Na H3O Ca2 Ba2 Mg2 Al3 F OH 净结构破坏效应 breakingeffect 电荷 半径比值较小的离子产生较弱电场流动性比纯水强典型例子 K Cs NH4 Cl Br I NO3 BrO3 IO3 ClO4 几种无机盐溶液的相对粘度 与疏水基团相邻的水的结构 吸引负电荷 排斥正电荷 1 疏水水合 2 疏水相互作用 主体 物质 水 20 74个水分子 客体 物质 非极性基团 疏水水合与疏水相互作用 两性分子在水中形成的胶团结构 非极性 极性 与分子移动性相关的词汇 无定形 Amorphous 指物质的非平衡 非结晶状态 当溶液达到饱和状态而溶质保持非结晶时 此过饱和溶液可被认为是无定型的 无定形固体一般被称为玻璃状物 它的特征是具有超过1012Pasec的粘度 塌陷 collapse 此术语涉及可见的 明显的塌陷 如在冷冻干燥期间的塌陷 也涉及在分子水平的塌陷 指从非平衡态转变至一个较低自由能的状态 低共熔温度 eutectictemperature TE 在二元体系的温度 组成相图上的一个恒定的点 在该温度下 溶质出现饱和 继续冷却 则溶质与溶剂同时结晶 自由体积 freevolume 未被分子占据的空间 具有温度依赖性 玻璃态 glassstate glassy 以无定形固体存在的物质是处于玻璃态 当处于玻璃态时 大多数大分子的移动和转动降低到可以忽略的水平 小分子 如水 仍保持一定的移动和转动 玻璃化温度 glasstransitiontemperatureTg 过饱和溶液转变成玻璃的温度 玻璃化 vitrification 整个试样固化成玻璃 即没有溶剂或溶质结晶 样品Tg为 10 上面三条线分别代表 11 5 14 3 和 17 7 的数据 和 代表 8 0 和 5 6 的数据 模拟体系中 非酶褐变的速度与T Tg的关系 玻璃化转变温度的影响因素 水对Tg的影响溶质对Tg的影响降温速度的影响 玻璃化转变理论对冷冻保藏和干燥工艺的解释 玻璃化转变温度的测量 表征高聚物特性的一些物理量 如弹性模量 比热 比容 热焓 膨胀系数 折光指数 导热系数 介电常数 核磁共振吸收等 在高聚物玻璃化转变的温度范围 都发生突变或不连续变化 从原则上讲 这些物理量都可用于玻璃化转变温度的测量 膨胀计法 膨胀计法将试样与水银或其他不相溶的高沸点液体混合后装满安瓿瓶 安瓿瓶上连接毛细管 并使液面升到毛细管的一定高度 用热浴以每分钟1 2 的速度加热安瓿瓶 作温度与毛细管内液面的高度的关系图 曲线拐点处对应的温度就是Tg值 差热分析 差热分析的基本原理是在等速供给热能的条件下 连续测定被测试样与某种热惰性物质的温度差 T 并以 T对试样温度T作图 试样由玻璃态转变为高弹态时 比热有突变 在谱图中表现为基线的突然变动 根据基线变动的位置可确定玻璃化转变温度 核磁共振 驰豫 relax 由高能态通过非辐射途径回复到低能态的过程称为驰豫 驰豫时间处于高能态的核可以将能量传递给相应的晶格 从而完成驰豫过程 称为自旋 晶格驰豫 是纵向驰豫 其正寿命称为 1横向驰豫一般发生在自旋核之间 称为自旋 自旋驰豫 其特征寿命计为 2 食品中活泼H质子的驰豫时间 食品中多种化合物都含有质子 但通常所观测到的是水和容易运动的类脂分子的质子信号 不易运动的蛋白质分子等质子的信号由于驰豫时间短不易观测而常被漏掉 因此求得的食品中质子的驰豫时间总的来说可以看作就是食品中水的驰豫时间 食品中水分子相关时间变化的测量能提供有关食物成分分子移动性的宝贵信息 参考资料 DSC和脉冲NMR研究食品的玻璃化和玻璃化转变温度 食品科技 2001 1 NMR在食品玻璃化转变中的应用 粮油加工与食品机械 2002 10 草莓冻结玻璃化保存的试验研究 上海理工大学学报 1999 2 主要食品的水份含量 几种食物中水分的含量 0 5 左右 不少于75 back 影响化学反应发生速率的重要因子 扩散因子D