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文档简介
1、水:一 为什么水会有跟其他分子量相同的分子(如CH4,NH3),性质比较特别?1 OH键中的氢原子带有部分正电性,而氧原子的孤对电子带有部分负电性,所以形成较大的偶极矩。2 每个水分子可以和4个其他水分子形成氢键,氢键向四面伸展,可以形成立体的连续氢键结构,也就是水分子的缔合作用。3 水形成三维氢键的能力可以用来解释它的一些不寻常的性质,这些性质都关系到打破分子间氢键所需的额外能量。二 水分子与离子基/疏水基相互作用的特点?离子基:1. 水具有偶极,可以和离子发生水合作用。由于离子和水分子的结合能力高于氢键键能,水分子优先与离子结合。2. 在所产生的离子水合物当中,水分子被严密地控制在离子周围
2、,失去自由移动的能力。3. 离子水合物当中的水不能结冰,不能蒸发,不能成为溶剂,表现和固体一样。4. 在稀盐溶液中,离子对水结构的影响不同:a。某些离子,例如K+、Rb+、Cs+、NH4+、Cl-、Br-、I-、NO3-、BrO3- 、IO3- 和ClO4-等,具有破坏水的网状结构效应,它们是净结构破坏体, 其中K+的作用很小。大多数是电场强度较弱的负离子和离子半径大的正离子,它们阻碍水形成网状结构,这类盐溶液的流动性比纯水的更大。b. 另外一些离子具有净结构形成效应。这些离子大多是电场强度大,离子半径小的离子。如:Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Mg2+、Al3+、F-和OH-
3、等。它们促进水形成网状结构,这类盐溶液的流动性比纯水的更低。5. 在高浓度的盐溶液中不可能存在体相水,这种溶液中水的结构与邻近离子的水相同。也就是水的结构完全由离子所控制。疏水基:1. 疏水基团与水分子产生斥力,从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强,结构更为有序。2. 疏水基团之间相互聚集,从而使它们与水的接触面积减小,结果导致自由水分子增多。3. 疏水基团还有两种特殊的性质,即:和水形成笼形水合物,和蛋白质产生疏水相互作用。三. 水活度的概念,与温度的关系。水活度:即某含水体系中的水蒸汽压和相同温度下纯水蒸气压的比值。与温度的关系:1.在冻结温度以上,aw是样品组分和温度的函数,前者
4、是主要的因素。但在冻结温度以下时,aw与样品中的组分无关,只取决于温度。因此,不能根据水活性值(aw)准确地预测在低于冻结温度时体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。2. 冻结温度以上和冻结温度以下水活性对食品稳定性的影响是不同的。3. 低于冻结温度时的aw不能用来预测冻结温度以上的同一种食品的aw,因为低于冻结温度时aw值与样品的组成无关,而只取决于温度。四水分吸着等温线的概念,分区,分区特点。滞后现象,类型,产生原因。水分吸着等温线:恒温条件下,以食品的含水量(用每单位干物质质量中水的质量表示)对水活性绘图形成的曲线,称为水分吸着等温线。曲线可以划分为三个区域:区:为构成水和邻近
5、水区,即与食品成分中的羧基、氨基等基团通过氢键或静电引力相互结合的那部分水。 表格,课件特点:由于这部分水比较牢固的与非水成分结合,aw一般在00.25之间,相当于物料含水量00.07g/g干物质。这种水不能作为溶剂而且在-40不结冰,对固体没有显著的增塑作用,可以简单的看作固体的一部分。区:多层水区,即食品中与酰胺基、羧基等基团和结合水、邻近水以水溶质、水水氢键和缔合作用被相对固定的水,也包括直径小于1m的毛细管的水。特点:这部分水的aw一般在0.250.8之间,相当于物料含水量在0.07g/g干物质至0.140.33g/g干物质。当食品中的水分含量相当于区和区的边界时,水将引起溶解过程,它
6、还起了增塑剂的作用并且促使固体骨架开始溶胀。溶解过程的开始将促使反应物质流动,因此加速了大多数的食品化学反应。区:自由水区,aw在0.80.99之间,物料最低含水量在0.140.33 g/g干物质,最高为20g/g干物质。特点:这部分水是食品中与非水物质结合最不牢固、最容易流动的水,也称为体相水。其蒸发焓基本上与纯水相同,既可以结冰也可作为溶剂,并且还有利于化学反应的进行和微生物的生长。食品中结合得最不牢固的那部分水对食品的稳定起着重要的作用。滞后现象:采用向干燥样品中添加水的回吸的方法绘制的MSI和按解吸的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象。滞后类型见PPT产生原因: 解吸过程中
7、一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分. 不规则形状产生毛细管现象的部位,欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内P外, 要填满则需P外 P内). 解吸作用时,因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水,由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw.五水活度与食品稳定,脂肪氧化,美拉德反应的关系。(见书28页)六冷冻对食品保藏的影响。 1. 冰点以下储存时,食品中的自由水分结冰,使剩余溶液的冰点下降、浓度增高。2. 期间,温度下降,反应速度降低,微生物增长受抑制;自由水减少,净效果类似于常规脱水,对变质反应速度降低起积极作用,有利于食品的保藏。3.但冷冻过程也对非水物质产生浓缩效果,促进了非水物
8、质之间的接触机会,为一些反应创造了合适的反应条件;使酶的浓度提高,酶与激活剂、底物之间的接触机会大大提高;还可能造成离子强度、pH值、氧化还原电位等改变,从而促进许多化学反应的发生。这又对食品的变质反应速度起促进作用,不利于食品的保藏。碳水化合物:一 焦糖化反应的概念,产生色素的过程。焦糖化:糖类化合物在没有氨基化合物存在的条件下,加热熔融以后,在150-200高温下发生降解,缩合,聚合等反应,产生粘稠的黑褐色焦糖,这一反应称焦糖化反应。蔗糖形成焦糖的过程可以分为三个阶段:开始阶段:蔗糖熔融后,温度约达200左右,经过约35分钟的起泡,蔗糖脱去一分子水,生成无甜味但具有温和苦味的异蔗糖酐C12
9、H20O10。中间阶段:生成异蔗糖酐后,起泡暂停。稍后又发生第二次起泡现象,持续时间约55分钟,在此阶段失水约9%,形成焦糖酐产物,可溶于水及乙醇,味苦,平均分子式为C24H36O18。最后阶段:焦糖酐进一步脱水形成焦糖烯(C36H50O25),继续加热则生成高分子量深色难溶焦糖色素,分子式为C125H188O80,其结构尚不清楚。二 美拉德反应的概念,条件,机理,影响因素,在食品工业中的应用。美拉德反应:羰基化合物和氨基化合物在少量水存在下反应,形成褐色色素的过程。美拉德褐变发生的条件:少量氨基化合物、还原糖和少量水存在。机理见PPT影响因素:(1)糖的种类及含量a.开链式环式 b.单糖双糖
10、;五碳糖六碳糖 c.还原糖含量与褐变成正比 d.-己烯醛-二羰基化合物醛,酮(2)氨基酸及其它含氨物种类a.含S-S,S-H不易褐变 b.有吲哚,苯环易褐变 c.碱性氨基酸易褐变 d.氨基在-位或在末端者,比-位易褐变(3)pHpH 4-9范围内,随着pH上升,褐变上升当pH6时,褐变反应程度较轻微pH在7.89.2范围内,褐变严重(4)温度:升温易褐变(5)水分:褐变需要一定水分,但过多的水分会降低褐变的速率(6)SO2和亚硫酸盐:亚硫酸盐防止褐变(7)金属离子Cu(I), Cu(II), Fe(II), Fe(III) 能加速美拉德褐变的发生,其他金属离子影响较小。可以用一些金属螯合剂(如
11、EDTA)控制。(8)氧:间接因素,影响不大。在食品工业中的应用:a. 抑制Maillard反应注意选择原料:如土豆片,选氨基酸、还原糖含量少的品种,一般选用蔗糖。保持低水分:蔬菜干制品密封,袋子里放上高效干燥剂。如 SiO2等。应用SO2:硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效。保持低pH值:常加酸,如柠檬酸,苹果酸。其它的处理:热水烫漂除去部分可溶固形物,降低还原糖含量。冷藏库中马铃薯加工时回复处理(Reconditioniny)钙处理:如马铃薯淀粉加工中,加Ca(OH)2可以防止褐变,产品白度大大提高。b. 利用Maillard反应在面包生产,咖啡,红茶,啤酒,糕点,酱油等生产中产生特殊风
12、味,香味。通过控制原材料、温度及加工方法,可制备各种不同风味、香味的物质。三 功能性低聚糖的生理功效:见PPT四 淀粉糊化,老化的历程和影响因素。糊化:淀粉粒在适当温度下,在水中溶胀,分裂,形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化。其本质是微观结构从有序转变成无序。影响因素:结构:直链淀粉不易糊化,而易老化,支链淀粉易糊化,且淀粉糊稳定。Aw:Aw提高,糊化程度提高。高浓度的糖和盐能降低Aw,故能抑制糊化。脂类:脂类可与淀粉形成包合物,阻止水渗透入淀粉粒。糖:高浓度的糖水分子,使淀粉糊化受到抑制。盐:高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制;低浓度的盐存在,对糊化几乎无影响。但对马铃薯淀粉例外,因为它含有磷酸基
13、团,低浓度的盐影响它的电荷效应。酸度:pH60 或50%)。条件:可溶性固形物含量(一般是糖)超过55%,pH2.0-3.5。机制:高甲氧基果胶形成凝胶必须在糖和酸存在下才能形成凝胶,糖可使果胶粒表面吸附水减少,分子间形成结合区;酸能中和果胶所带的负电荷,当pH达到一定值时,果胶接近电中性,溶解度最小,故酸能加速凝胶的形成。低甲氧基果胶(LM):分子中低于一半的羧基是甲酯化的(DE50%)。条件:多价金属离子(Ca2+)的参与,可溶性固形物含量为10%-20%,pH2.5-6.5。机制:低甲氧基形成凝胶的机理是在二价阳离子等存在下,不同分子链的均匀区间形成分子间结合区。脂肪:一 脂肪在食品中的
14、功能。1. 赋予油炸食品香酥的风味2. 热量最高的营养素(39.58kJ/g) 3. 脂溶性维生素的载体4. 提供滑润的口感,光润的外观,塑性脂肪还具有造型功能二 决定脂肪塑性的因素。(1) 油脂的晶型:油脂为型时塑性最好,因其在结晶时包含大量小气泡,从而赋予产品较好的塑性;型结晶所包含的气泡大而少,塑性较差(2) 熔化温度范围:从开始熔化到熔化结束的温度范围越大,油脂塑性越好。(3) 固液两相比:油脂中固液两相比适当时塑性最好。固体脂过多则油脂过硬,塑性不好。液体油过多则流动性大,油脂过软易变形,塑性也不好。固液两相比例又称固体脂肪指数(SFI),是影响脂肪塑性最重要因素三 乳化剂失稳的三个
15、阶段,常见的乳化剂,如何选择乳化剂。乳状液失稳的三个阶段为:分层或沉降,絮凝或群集,聚结。分层或沉降:由于重力作用,使密度不相同的相产生分层或沉降,沉降速度遵循斯托克斯(Stokes)定律絮凝或群集:乳状液絮凝时,脂肪球成群的而不是各自地运动。未均质的牛奶,脂肪球容易絮凝,絮凝会加快分层速度,但不能使包围每个脂肪球的界面膜破裂,因此,脂肪球原来的大小不会改变。球表面的静电荷量不足,斥力减少,是引起絮凝的主要原因。聚结:这是乳状液失去稳定性的最重要的途径,它使界面膜破裂,脂肪球相互结合,界面面积减小,严重时导致均匀脂相和均匀水相之间产生平面界面。聚结过程中脂肪球先互相接触,然后通过絮凝、分层或沉
16、降以及布朗运动最终发生聚结。常见的乳化剂:PPT如何选择乳化剂: PPT四 脂类氧化的历程(见PPT),预防手段。预防手段:延迟光敏氧化;使脂肪氧合酶(LOX)失活- 热烫处理;螯合剂(EDTA, 柠檬酸);抗氧化剂(p116,表4-13。五 油脂在油炸中的变化。油脂在高温(150以上)下烹调时,会发生热分解、热聚合、热氧化聚合、缩合、水解、氧化反应等。经长时间加热后,导致油脂品质降低,如黏度增大,碘值降低,酸价升高,发烟点降低,泡沫量增多。蛋白质:一蛋白质热变性的机理与影响因素。影响因素:1. 氨基酸的组成:氨基酸的组成影响蛋白质的热稳定性,含有较多疏水氨基酸残基(尤其是缬氨酸,异亮氨酸、亮
17、氨酸和苯丙氨酸)的蛋白质,对热的稳定性高于亲水性较强的蛋白质。蛋白质的热稳定性不仅决定于分子中氨基酸的组成,极性与非极性氨基酸的比例,而且还依赖于这两类氨基酸在肽链中的分布,一旦这种分布达到最佳状态,此时分子内的相互作用达到最大值,自由能降低至最小,多肽链的柔顺性也随之减小,蛋白质则处于热稳定状态。2. 水:水是极性很强的物质,对蛋白质的氢键相互作用有很大影响,因此水能促进蛋白质的热变性。干蛋白粉似乎是很稳定的。水分越少,热变性温度越高。在干燥状态,蛋白质具有一个静止的结构,多肽链序列的运动受到了限制。当向干燥蛋白质中添加水时,水渗透到蛋白质表面的不规则空隙或进入蛋白质的小毛细管,并发生水合作
18、用,引起蛋白质溶胀。在室温下大概当每克蛋白质的水分含量达到0.30.4g时,蛋白质吸水即达到饱和。水的加入,增加了多肽链的淌度和分子的柔顺性。当加热时,蛋白质的这种动力学柔顺性结构,相对于干燥状态,则可提供给水更多的几率接近盐桥和肽链的氢键,结果Td降低。二哪些化学试剂能引起蛋白质变性。三 影响蛋白质溶解度,乳化的因素。影响溶解度的因素:(1)pH的影响:当溶液的pH值高于等电点时,蛋白质带负电荷,低于等电点则带正电荷。带电荷的蛋白质分子比不带电荷的分子溶解度大,因为水分子与电荷产生相互作用引起增溶效果,另外,带同种电荷的蛋白质链易于互相排斥、解离或展开。(2) 离子强度的影响:“盐溶”当中性
19、盐的离子强度较低(0.5)时,可增加蛋白质的溶解度,这种效应称为盐溶效应。若中性盐的离子强度大于1.0时,盐对蛋白质溶解度的影响具有特异的离子效应,硫酸盐和氟化物将降低蛋白质的溶解度,并产生沉淀(盐析),即盐析效应。(3)温度的影响:温度的影响(在恒定pH和离子强度时)通常是蛋白质的溶解度在0到4050之间随温度上升而增加。然而对高疏水性蛋白质,例如-酪蛋白和某些谷蛋白,它们的溶解度则与温度呈负相关。超过40-50时,分子运动足以使稳定的二级和三级结构的键断裂,这种变性往往伴随发生聚集,在此情况下,变性蛋白质比天然蛋白质的溶解度小。(4)有机溶剂的影响:某些有机溶剂,如乙醇或丙酮,使水的介电常
20、数降低,提高了蛋白质分子内和分子间的静电作用力(排斥和吸引力)。分子内的静电排斥作用使蛋白质分子伸长,有利于肽链基团的暴露和在分子之间形成氢键,并使分子之间的异种电荷产生静电吸引。这些分子间的极性相互作用,促使了蛋白质在有机溶剂中聚集沉淀或在水介质中溶解度降低。同时由于这些溶剂争夺水分子,更进一步降低了蛋白质的溶解度。甚至在低浓度有机溶剂的水介质中,暴露残基间的疏水相互作用对于降低蛋白质溶解度也是有贡献的。影响乳化作用的因素:1. 溶解度:高度不溶性的蛋白质不是良好的乳化剂。蛋白质溶解度在25%80%范围内部存在蛋白质溶解度和乳化性质之间确实的关系。良好的乳化性质所必须的最低溶解度取决于蛋白质
21、的品种。在香肠那样的肉乳状液中, 0.51mol/L氯化钠可提高蛋白质的乳化能力,很可能是因为肌原纤维蛋白质发生盐溶,所以溶解度和伸展性两者都增大。2. pH:等电点时溶解度较低,影响其乳化能力。但是,在等电点时有利于蛋白质与脂肪的相互作用。在等电点时缺乏净电荷和静电推斥相互作用,这有助于在界面达到最高蛋白质载量和促使高粘弹膜的形成。大多数食品蛋白质(酪蛋白、商品乳清蛋白、肉蛋白、大豆蛋白、花生蛋白、牛血清蛋白和肌纤维蛋白)在它们的等电点pH时是微溶和缺乏静电推斥力的,因此在此pH它们一般不是良好的乳化剂。然而,这些蛋白质在远离它们的等电点pH时可能是有效的乳化剂。4. 疏水性:蛋白质的乳化性
22、质与它的表面疏水性存在着一个弱正相关联,然而与平均疏水性无关。一些蛋白质,像-乳球蛋白、-乳清蛋白和大豆蛋白,它们的乳化性质与表面疏水性之间不存在紧密的关联。5. 蛋白质分子的柔性在油水界面的蛋白质分子的柔性可能是决定蛋白质乳化性质最重要的因素。蛋白质在乳化作用前的部分变性(展开),如果没有造成不溶解,通常能改进它们的乳化性质。因为提高了分子的柔性和表面疏水性。蛋白质在界面上展开的速度取决于原始分子的柔性。在展开状态,含有游离巯基蛋白质通过形成二硫键经受缓慢的聚合作用,这会导致在油水界面形成高粘弹性的膜。足以造成蛋白质不溶解的热变性会损害蛋白质的乳化性质。加热,加热使蛋白质的乳化能力下降;添加
23、小分子表面活性剂,使蛋白质保留界面能力下降,乳化能力下降。6. 加热作用:加热处理通常能降低吸附在界面上的蛋白膜的粘度和硬度,因而降低了乳状液的稳定性。然而,高度水化的界面蛋白质膜的凝胶作用提高了表面粘度和硬度,从而稳定了乳状液。7. 小分子的表面活性剂:小分子的表面活性剂,降低了蛋白质膜的硬度和减弱了使保留在界面上的作用力。损害由蛋白质稳定的乳状液的稳定性。四 蛋白质的凝胶,凝胶的维持作用力,作用力的特点。(见书171)五 影响凝胶形成的因素。1. 蛋白质分子的解离和伸展,一般使反应基团更易暴露,特别是球蛋白的疏水基团,因此有利于蛋白质-蛋白质的疏水相互作用,它通常是蛋白质发生聚集的主要原因
24、。所以,分子量大和疏水氨基酸含量高的蛋白质容易形成稳固的网络。2高温下可增强疏水相互作用,而冷却有利于氢键的形成,加热还可使内部的巯基暴露,促使二硫键的形成或交换。3. 大量的巯基和二硫键存在,可使分子间的网络得到加强,有利于形成热不可逆的凝胶。4. 钙离子形成的桥键能提高许多凝胶的硬度和稳定性。5. 在或近等电点pH蛋白质通常形成凝结块类凝胶。在极端pH ,由于强烈的静电推斥作用,蛋白质形成弱凝胶。对于大多数蛋白质,形成凝胶的最适pH 约78。6. 为了形成一个静止后自动凝结的凝胶网络状结构,一个最低蛋白质浓度,是必需的。六面团形成的本质。面筋蛋白主要由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成,面团的特性与
25、它们密切相关。(1)在面包制作过程中麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的平衡非常重要。大分子的麦谷蛋白与面包的强度有关,它的含量过高会抑制发酵过程中残留CO2的膨胀,抑制面团的鼓起;麦醇溶蛋白含量过高会导致过度的膨胀,产生的面筋膜易破裂和易渗透,面团塌陷。(2)在面团中加入极性脂类、变性球蛋白有利于麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的相互作用,提高面筋的网络结构,而中性脂肪、球蛋白则不利面团结构。七肌肉蛋白在肌肉收缩,舒张中起的作用。八动物死后颜色,质地的变化情况。动物死后,肌肉柔软、干燥、具有很好的弹性和延展性几小时后,会发生僵直,肌球蛋白和肌动蛋白结合不脱离,肌肉保持收缩状态,没有延展性,而且变得潮湿(肌肉供氧停止,ATP发生降解,浓度降低;糖酵解形成乳酸留在肌肉中,使肌肉pH下降)一段时
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