22【考研必备】食品-生物化学-课件-华南理工-宁正祥-第.ppt

1、第22章供使用的褐变，主讲人：赵谋明，主要内容，第1节概述第2节非酶褐变第3节酶褐变，第1节概述食品在加工和贮藏过程中颜色发生变化并趋于加深的现象称为褐变。有益的褐变：例如，面包、蛋糕、咖啡和其他食物在烘烤过程中产生的焦黄色以及由此产生的香味；有害褐变：在其他食物中，尤其是水果和蔬菜，褐变是有害的，它不仅影响外观，而且影响风味，降低营养价值，它往往是食品腐败和不可食用的标志。酶促褐变非酶褐变美拉德反应焦糖反应抗坏血酸，褐变分类：第2节非酶褐变，在食品贮藏和加工中，与酶无关的褐变常发生在热加工和长期贮藏中，主要包括美拉德反应焦糖化反应和抗坏血酸。1.美拉德反应发现：法国化学家美拉德在1912年发

2、现，当甘氨酸和葡萄糖一起加热时，会形成棕色色素(也称为类黑素)，这种反应以后被称为美拉德反应。美拉德反应，也称为羰基氨反应，包括氨基化合物和羰基化合物之间的类似反应。因为食物含有这两种物质(蛋白质和碳水化合物)，这种反应可能发生在食物中。美拉德反应过程中，还原糖胺葡甲胺(无色)阿马多里重排1-氨基-1-脱氧-D-果糖胺pH5 5-羟甲基-2-呋喃甲醛(HMF) pH5迅速聚合形成深色物质，美拉德反应过程复杂，可分为三个阶段：(1)起始阶段。羧酰胺反应的第一步是含氨基化合物与含羰基化合物缩合形成席夫碱，然后环化成氨基葡萄糖(2)果糖胺在中间阶段：重排后的进一步降解。果糖胺脱水产生羟甲基糠醛，积累

3、后导致褐变；果糖胺去除胺残基并重排形成还原酮，还原酮不稳定，进一步脱水后与胺化合物缩合；c氨基酸与二羰基化合物反应(Strecker降解)(3)在最后阶段，羟醛缩合并聚合形成棕色色素，也称为黑素。影响美拉德反应的因素(1)糖的种类和含量(1)五碳糖(2)单糖和二糖(3)还原糖含量与棕色直接成正比(2)氨基酸和其他含氨物质的种类(1)含硫、硫、氢的物质不易棕色(2)吲哚、苯环易棕色(3)碱性氨基酸易棕色(4)氨基在位或末端。当酸碱度为4时，褐变反应轻微。当酸碱度在7.89.2范围内时，褐变严重。(6)金属离子铜和铁促进铁()铁()(7)亚硫酸盐的褐变。缺点：营养损失，尤其是必需氨基酸(如赖氨酸)

4、的损失；b .导致不希望的颜色和光泽。酱油储存后，颜色会变暗，面包会烧焦变黑。优点是褐变产生金黄色和强烈的香气和风味，赋予食品特殊的气味和风味。烘烤面包时，必须加深它的颜色和味道，这意味着褐变。烘焙咖啡产生特殊的咖啡风味，美拉德反应影响食品质量，因此在食品加工中应控制美拉德反应。(1)抑制美拉德反应：注意选择原料，如薯片，一般选择氨基酸和还原糖较少的品种。保持低含水量：干燥的蔬菜产品被密封，高效干燥剂如二氧化硅被放入袋中。SO2:硫处理在奶粉保鲜中的应用对防止酶促褐变和非酶促褐变非常有效。保持低酸碱度：加入酸如柠檬酸和苹果酸。其他治疗方法：热水热烫去除一些可溶性固体，降低还原糖含量。在钙处理如

5、马铃薯淀粉加工中，加入氢氧化钙可以防止褐变，大大提高产品的白度。(2)美拉德反应用于生产面包、咖啡、红茶、啤酒、蛋糕、酱油、肉精等特殊风味。肉精与美拉德反应。生肉没有香味。只有经过蒸馏和烘焙，它才会有香味。在加热过程中，肉的各种组织成分发生了一系列复杂的变化，产生了挥发性风味物质。目前，肉类中已鉴定出1000多种挥发性成分，包括内酯类化合物、吡嗪类化合物、呋喃类化合物和硫化物。肉类风味物质可通过美拉德和特雷克尔降解：糖、氨基酸和由氨基酸(半胱氨酸和半胱氨酸)产生的脂类而产生。脂类(脂肪酸)通过氧化、水解、脱水和脱羧产生肉味。硫胺素产生肉味。硫化氢硫醇与其他成分反应产生肉味。核糖核苷酸、核糖-5

6、-磷酸和甲基呋喃酮通过硫化氢反应产生肉味。环境因素对肉味美拉德反应的影响：牛肉味、较长时间和较强的反应溶液。猪肉和鸡精需要较短的加热时间、较稀的反应溶液和较低的反应温度。反应混合物的酸碱度低于7(优选26)，反应效果更好。当酸碱度高于7时，反应速度难以控制，风味较差。不同种类的氨基酸对加热反应产生的风味特征的影响比不同种类的糖类更显著。同种氨基酸和不同种类的糖有不同的香味。不同的加热方法，如“煮”、“蒸”和“烧”，不同的烹饪方法，相同的反应物质产生不同的风味。2.焦糖化作用焦糖化作用是指在不存在含氨基化合物的情况下，将糖类加热到高于其熔点的温度，使其烧焦和变黑。在焙烤和油炸食品中，焦糖化的效果

7、可以得到适当的控制，使产品得到令人愉快的色泽和风味。在高温作用下，糖形成两种物质：一种是糖的脱水(分子内脱水)产物，即焦糖或酱的颜色；在分子中引入双键，然后裂解产生一些挥发性的醛和酮，这些醛和酮被缩合和聚合产生黑色物质。另一种是糖裂解产物，它是挥发性的醛和酮，可以在环中进一步缩合或聚合形成粘稠的深棕色物质。焦糖化的作用有三个阶段：(1)从蔗糖熔化开始，经过一段时间的起泡，蔗糖除去一分子水形成异硬脂酸酐，起泡暂时停止，形成的产品有轻微的苦味，没有甜味。(2)继续加热，第二次发泡持续时间更长，失水约9%，形成焦糖酐。平均分子式为C24H36O18，熔点为138，呈苦味。(3)焦糖酐进一步脱水形成焦

8、糖烯，通过连续加热生产相对分子量高的不溶性暗物质焦糖精。焦糖的等电点在3.0-6.9之间。(1)适用于食品、糖果和饮料的焦糖色素可以通过在酸或酸性铵盐的溶液中加热蔗糖来制备，用于可乐饮料的耐酸焦糖色素(pH24.5)以亚硫酸氢铵作为催化剂来制备。其次，烘焙食品着色剂是通过将蔗糖溶液和铵离子溶液一起加热来制备的。水溶液的酸碱度为4.24.8，含有带正电荷的胶体颗粒，用于啤酒。第三种是焦糖色素，其带有由蔗糖直接热解形成的微负电荷胶体颗粒。溶液的酸碱度为34，主要用于烘焙食品。焦糖色素是我国传统的天然色素之一，无毒。然而，最近发现通过添加铵盐制成的焦糖含有4-甲基咪唑，其具有强烈的惊厥性，并且当含量

9、高时对人体有毒。中国的食品卫生法规定焦糖色素的添加量不得超过200毫克/千克。焦糖色素及其在调味品中的应用。一般来说，调味品中的盐含量较高(酱油)，大部分都是微酸性的，有些更酸(醋)。因此，在使用中必须选择合适的焦糖色素。酱油中使用的焦糖色素必须耐盐，否则容易沉淀；为了提高酱油的红色亮度和挂壁性，有必要选择红色指数高、固形物含量高的品种。醋中使用的焦糖色素通常是耐酸的，否则它会在短时间内褪色。焦糖化产品的风味、面包风味、各种风味和甜味增强剂；第三，抗坏血酸棕色化并氧化形成脱氢抗坏血酸，脱氢抗坏血酸再水合形成2，3-二酮古龙酸，2，3-二酮古龙酸脱水脱羧形成糠醛和棕色颜料。抗坏血酸的褐变主要取决

10、于酸碱度和抗坏血酸浓度。脱氢抗坏血酸在中性或碱性溶液中生成迅速，反应不容易逆转。当酸碱度低于5.0时，抗坏血酸的氧化速率较慢，反应是可逆的。在pH2.03.5范围内，褐变与pH值成反比。此外，抗坏血酸的褐变也受到金属离子和抗坏血酸酶的影响。(4)非酶褐变对食品质量的影响(1)颜色：如果浓缩果汁颜色变暗，(2):的营养价值主要体现在氨基酸、蛋白质和维生素C上。氨基酸通过羰基胺反应和斯特莱克降解而损失。蛋白质不容易被酶分解，因为它与糖结合，所以氮的利用率降低。维生素C也因氧化褐变而减少。奶粉和脱脂大豆粉与糖一起贮藏时，蛋白质的溶解度随着褐变而降低。褐变产生的醛类具有一定的抗氧化能力，对防止食品中油

11、脂的氧化具有重要意义。(3)产生呈味物质，赋予食品优或劣的气味和风味。(4)产生CO2，导致“肿胀和听力”现象。5.非酶褐变的控制(1)冷却：每10次温度差，褐变速度相差35倍。例如，酿造酱油时，当温度增加5时，色度增加35.6%。(2)含水量：含水量为10.15%时，最容易发生褐变。对于容易褐变的食品，如含水量低于3%的奶粉，可以抑制褐变。(3)酸碱度：羧氨缩合物在酸性条件下容易水解，降低酸碱度可以有效防止褐变。在酸性条件下，维生素C的自氧化速率缓慢且可逆。(4)原料选择：使用不易褐变的食品原料。对于羰基氨反应的速度；还原糖不是还原糖；戊聚糖-六碳糖；二糖包括：乳糖、蔗糖、麦芽糖、海藻糖。戊

12、糖中：核糖阿拉伯糖木糖；六碳糖：半乳糖、甘露糖、葡萄糖、果糖；在胺化合物中：氨基酸多肽蛋白质，而在氨基酸中：碱性氨基酸酸性氨基酸，氨基在位置或末端比在位置更快。(5)亚硫酸盐处理的羰基能与亚硫酸盐形成加成物，其加成物能与氨基化合物缩合，但缩合产物不能进一步生成席夫碱和氨基葡萄糖。因此，SO2和亚硫酸盐可以用来抑制褐变。(6)形成钙盐的钙能与氨基酸结合形成不溶性化合物，因此钙盐具有协同SO2控制褐变的作用。(7)通过生化方法添加酵母，发酵去除食品中的少量糖分；用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合酶制剂去除食品中的微量糖和氧。(8)有机酸和金属离子也促进非酶褐变。酒石酸比柠檬酸具有更强的褐变活性。锡、铁

13、和铝离子会促进褐变；在生产和储存过程中，必须尽可能防止上述非酶褐变条件。第3节：酶促褐变。1.概念果蔬采收后，当发生机械损伤或处于异常环境时，果蔬原有的氧化还原平衡被破坏，导致氧化产物的积累和果蔬变色。这种反应速度很快，通常需要与空气接触，并由酶催化，所以这被称为酶促褐变。酶促褐变酶引起的褐变主要发生在浅色水果和蔬菜中，如苹果、香蕉和土豆等。当它们的组织被擦伤、切割和剥皮时，它们易于褐变，因为它们的组织暴露在空气中，多酚在多酚酶的催化下被氧化成o-醌，而o-醌被进一步氧化和聚合形成棕色色素(或黑色素和类黑素)。酶促褐变机理植物中的酚类物质在酚酶和过氧化物酶的催化下被氧化成醌，然后醌发生非酶促反

14、应形成棕色素。酶促褐变的物质条件。酚类：植物中酚类种类繁多，分布广泛，含量丰富。这种物质主要来源于碳水化合物代谢。2.与褐变相关的酶类：(1)酚酶类：植物中的酚酶类是寡聚体，能催化两种反应，一种是羟基化，产生酚的邻羟基；另一种是氧化，使邻二酚氧化成醌。因此，酚酶是一个多酶系统，一个是酚羟化酶，另一个是多酚氧化酶。(2)抗坏血酸氧化酶。(3)过氧化物酶。3.氧的存在：氧是生物生命活动的主要参与物质，也是生命活动不可缺少的物质。在正常的植物组织中，酚类、氧和多酚氧化酶同时存在而不发生褐变。然而，细胞膜结构的改变和破坏为酶与酚类物质接触创造了条件。在氧气存在下，酚类被氧化成醌，发生一系列脱水和聚合反应，最终形成深棕色物质，导致褐变。3.酶促褐变的控制(1)热处理：热烫，巴氏杀菌和微波加热到9095几秒钟；(2)酸处理：大多数酚酶的最适酸碱度在67之间，当酸碱度为3.0时基本失活，因此降低酸碱度可以抑制酶促褐变。抗坏血酸、柠檬酸和苹果酸通常用于降低酸碱度。0.5%的柠檬酸与0.