第九章-食品的色香味化学ppt课件

.,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、-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-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：卟啉环中结合的金属离子不同；吡咯的-碳原子连接的侧链基团不同。因此它们呈现出不同的颜色。,.,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。,.,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),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),叶绿酸(绿色，水溶性),.,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。,.,胡萝卜素类：仅由C、H两种元素构成。包括，胡萝卜素及番茄红素等。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。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pHpH11，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,.,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。,.,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。,.,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。,.,.,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7095加热7s内可使大部分酚酶失活。调节pH酚酶的最适pH范围是67，pH3.0以下，pH8.5以上，酚酶几乎完全失去活性。,酶促褐变的控制,.,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。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。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,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氨基酸种类碱性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸,.,pH值pH39范围内，随着pH上升，褐变上升pH3时，褐变反应程度较轻微pH在7.8-9.0范围内，褐变较严重反应物浓度(水分含量)1030%(H2O)时，褐变易进行10H2O时，多数褐变难进行30%H2O时，随水分增多，褐变速度减慢,.,温度t10，褐变速度差v相差35倍t30时，褐变开始发生t80时，褐变快速发生，产生风味物质金属离子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。,.,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,无水或浓溶液；糖的熔点越低，反应速度越快；温度越高、时间越长，焦化程度越高；酸、碱性条件下都能进行，但pH8比pH6时快10倍；催化剂：铵盐、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。,.,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；pH3.5时，pH越低，褐变作用越强；pH35.0，抗坏血酸较稳定，不易发生褐变；pH6.5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,.,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0.250.4nm；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,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。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。,.,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100200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氨基酸单体，对人体都是安全的，有的还具有营养价值。,.,合成甜味剂,糖精钠糖精的化学名是邻苯甲酰磺亚胺。糖精为白色结晶性粉末，难溶于水，其钠盐易溶于水，商品糖精是它的钠盐。糖精甜度为蔗糖的500700倍，浓度高于0.5、加热煮沸或在酸性条件下，会有苦味。糖精钠其安全性一直引人注目。,.,甜蜜素,甜蜜素学名环己基氨基磺酸钠。甜蜜素在常温下为白色结晶，易溶于水，碱性条件下具有很高的化学稳定性。甜蜜素的甜度是蔗糖的4050倍，甜味纯正，若浓度过高也会微苦。甜蜜素为无营养甜味剂，对人体无致癌性。,.,甜味素,学名天门冬酰苯丙氨酸甲酯，又名阿巴斯甜，我国命名为甜味素。甜味素为白色晶体粉末，微溶于水。甜度为蔗糖的100200倍，甜味纯正。高温和在水溶液中稳定性较差，易分解而失去甜味，低温、干燥和pH值35较稳定。甜味素以其无毒、低热、高甜等优点而被广泛使用，也适于糖尿病、肥胖症等病人食用。,.,四、酸味与酸味物质,1酸味机制酸味是由H+刺激味蕾细胞引起的，因此凡是在溶液中能解离出H+的物质都具有酸味。酸味的定味基是H+，助味基是酸根，即H+浓度越高，酸度越大；酸根对副味及酸味的强弱有一定的辅助作用。pH相同时，人对有机酸酸味的敏感性更高。,.,无机酸绝大多数都带有强烈的苦涩的副味，因此往往不会作为酸味剂用于食品中。磷酸带有轻微的涩辣味，常用与碳酸饮料中。有机酸根据种类不同，具有不同的副味。一般6碳酸风味较好，具有鲜美爽口的酸味，4碳酸味道稍差，略带涩辣味，而3碳、2碳酸则有较强的刺激性副味。随烃基数增多，有机酸溶解度下降，酸度下降。,.,五、咸味及咸味物质,咸味以NaCl为最纯粹。盐类的味道与其阴、阳离子的离子直径之和有关：离子直径小于0.658nm的显示纯咸味，随着离子直径的增大，盐的苦味逐渐增强。食盐是人体不可缺少的物质，但摄入量过多会引起高血压、心脏病、肾衰竭等疾病。,.,六、苦味及苦味物质,从化学结构看，苦味物质一般具有下列基团：-NO2、N、SH、S、SS、SO3H、CS、Ca2+、Mg2+、NH4+等。1生物碱类苦味物质茶叶碱主要存在于茶叶中，咖啡碱存在于咖啡和茶叶中，可可碱主要存在于茶叶和可可中。这三类生物碱类苦味物质都具有刺激神经中枢的作用，因此有令人兴奋提神的功效。,.,2啤酒中的苦味物质,酸，又称-苦味酸，有强烈的苦味和很高的防腐能力，啤酒中的苦味7595%来自-酸。-酸难溶于冷水，微溶于沸水，能溶于乙醇。-酸在热、碱、光等作用下能变成苦味更强的异-酸。因此啤酒煮沸过程中，苦味增强。-酸，苦味约为-酸的1/9，稍酸，防腐能力约为-酸的1/3，在水中溶解度较-酸低。,.,3糖苷类物质,柑橘类果皮中的苦味物质主要是新橙皮苷和柚皮苷，它们是黄酮类色素同葡萄糖和鼠李糖脱水形成的，糖苷键水解苦味即消失。苦杏仁苷水解产生葡萄糖、苯甲醛和氢氰酸，后者有毒，必须煮沸之后，方可食用。,.,4.胆汁新鲜的胆汁是金黄色液体，放置一段时间后往往由于脱水、氧化等原因，色泽变为暗绿。胆汁对蛋白质的附着力极强，加工时一旦污染，则很难将其苦味洗净。,.,七.其他味感及呈味物质,1.鲜味鲜味物质主要有氨基酸类、核苷酸类。一般认为鲜味不是一种独立的味感。鲜味氨基酸味精的主要成分是L-谷氨酸一钠盐，二钠盐的鲜味远低于一钠盐。过去通过将植物蛋白质水解制取，现在基本用发酵法制造。,.,味精的鲜味与它的解离形式有关。pH3.2时(等电点)，结构是,鲜味强度很弱；pH6时，以形式存在，形成一钠盐，鲜味最强；pH7时，以形式存在，形成二钠盐，鲜味大大降低。在使用味精调味时要注意食品的pH范围。,.,味精鲜味还与温度有关：7090，溶解度最好，鲜味最高；加热至120以上或100加热时间较长时，谷氨酸及其钠盐会生成焦性谷氨酸，不仅鲜味消失，且对人体有害。在pH5时也容易形成这种物质。天冬氨酸一钠等，具有竹笋类食物的鲜味其鲜味比谷氨酸一钠淡。,.,2.涩味,涩味是由物质刺激口腔粘膜，引起蛋白凝固紧缩，进而刺激触觉神经末梢，在口腔中产生一种收敛的感觉。3辣味辣味是通过刺激舌的表皮、口腔和鼻腔甚至皮肤产生的一种尖利的刺痛感和特殊的灼烧感的总和，严格讲属触觉。,.,辣味料的辣味强度排序：,.辣椒、胡椒、花椒、姜、蒜、葱、洋葱、芥末热辣辛辣,(挥发性不大),(具有挥发性),.,第三节嗅感及嗅感物质,一、嗅感的概念嗅感是挥发性物质气流刺激鼻腔内嗅觉神经所发生的刺激感，令人喜爱的称为香气，令人生厌的称为臭气。大部分无机物质无气味。有机物质中很多具有气味，食品中的气味成分大都是有机物，其气味取决于物质的分子结构。,.,研究难度大：个人敏感度差异大；嗅细胞易疲劳；受浓度影响极大；易受主、客观条件影响；含量低、种类多；相互之间有影响。,.,.,二、植物性食物的香气,1蔬菜类的香气蔬菜的香气成分主要是一些含硫化合物。蔬菜成熟的过程中，风味酶合成并释出，与香气前体物质结合，催化产生挥发性香气物质。利用提取的风味酶可以再生、强化以至改变食品的香气。从某种原料中提取的风味酶就可以产生该原料特有的香气。风味酶是酶复合体，不是单一酶。,.,葫芦科和茄科具有显著的青鲜气味，香气成分主要是C6或C9的不饱和醇、醛及吡嗪类化合物如：黄瓜、青椒、番茄等伞形花科蔬菜具有微刺鼻的芳香，含有萜烯类化合物如：胡萝卜、芹菜、香菜等,.,百合科蔬菜具刺鼻辛辣气，香气成分主要是含硫化合物如：大蒜、洋葱、葱、韭菜等十字花科蔬菜具有辛辣气味，香气成分主要是含硫化合物如：卷心菜、萝卜、花椰菜、芥菜等,.,2水果的香气,水果的香气成分主要是有机酸酯类、醛类和萜类化合物，此外还有醇类、酮类和挥发酸等。水果的香味随着果实逐渐成熟而增加，人工催熟的水果香气不如自然成熟的好。成熟的水果在贮藏过程中香气会逐渐减弱。,.,各种水果以生吃为主，因为水果中的香气成分大都对热不稳定，热加