华中农大食品化学课件word版.doc

difficult, not hating; blueprints, not rhetoric; words and simple, but full of love, truth, passion, entrepreneurial passion. Take this opportunity, my inspirational quotes Li Dazhaos classic iron specialise in uplifting blend with the article gave everyone, with a view on how to do well under the new situation of township and village leaders inspire and help, and also share with you. A good play to create iron shoulders strong arms, to assume the burden be passed; only specific qualities, will it be possible in specific areas to create a world. In my view, village chiefs in the new situation, we must first have five basic quality. One ambition is to pioneer. Who is handsome. People only high-minded can stimulate the flow of momentum to become brave and persistent, become quiet and powerful. Township and village party leaders, within their respective jurisdictions, political stability and economic and social development issues, decisions and orientation depends to a large extent because of your. Everybody in village chiefs and the positions, both the trust of the masses, the Organizations trust, more ability to you, fully affirmed the moral and other qualities. Therefore, we must always maintain the historical mission and social responsibility, and our ideal tree rooted in the hard work of the soil, with indomitable spirit, indomitable courage to open up a new situation of villages and towns. To have a feeling of closeness to the second. The people and country. Our business foundation in the peoples blood in the people power people. Advanced decisions of the party cadres to the feelings of the people is an eternal theme. Fan Zhong-yan, called first, and enjoy comfort about others, Zheng Banqiaos also wrote a Ya Chai lay listening to the rustling of bamboo, the suspect is suffering. Cao County officials, little my, a total turn off. Old of feudal official even has so feelings, alone we is to serving for purposes of people servant does? we more should always hold with on people of deep feelings, heart Department masses of leading visited tea, care masses of emotions thoughts complained, always insisted put masses of interests put in first, consciously from itself do up, from small do up, from masses most care, and most directly, and most reality of interests problem grabbed, real do love for people by Department, and right for people by with, and Lee for people by conspiracy to. Three with the fame of mind. Non-indifferent not insist your dream, without serenity not go far. Ascension to fame is morality, is the sublimation of the soul. As Township and village, be sure to maintain a normal state of mind, establish a correct viewpoint on power, position and values and Outlook, as fame is light like water, depending . 50 km, also red and like hundreds of thousands of the KMT military combat, but he went on to collect a variety of newspapers and magazines, and then race against time to pore over. As long as the study of mind, it is not necessary to come to the library, workshops, into the villages, people learned farming techniques, problem-solving methods, participation in华中农业大学食品化学课件第二章 水 本章提要重点：水和冰的结构及其在食品体系中的行为对食品的质地、风味和稳定性的影响。水分活度与水分吸着等温线及水分活度对食品稳定性的影响。食品中水分含量和水分活度的测定方法。难点：分子淌度与食品稳定性的关系，笼形水合物。2.1概述Introduction 水.战争之源“下一场世界大战将是对水资源的争夺”.生命之源,组成机体，维持生命活动、调节代谢.水是唯一的以三种物理状态广泛存在的物质.水是食品中非常重要的一种成分，也是构成大多数食品的主要组分.水对食品的结构、外观、外表、质地、风味以及对腐败的敏感性有着很大的影响.各种食品都有显示其品质的特征含水量, 如果蔬: 75%-95%,肉类:50%-80%,面包:35%-45谷物:10%-15%2.2 水和冰的结构Structure of water and ice1. 水和冰的物理特性Physical character of water and ice.与元素周期表中邻近氧的某些元素的氢化物比较（CH4、NH3、HF、H2S）表面张力、介电常数、热容及相变热等.与冰比较（密度、热扩散率等）.Viscosity decreases with pressure (at temperatures below 33C).Hot water may freeze faster than cold water; the Mpembaeffect2.水和冰的结构Structure of water and ice水的异常性质可以推测水分子间存在强烈的吸引力以及水和冰具有不寻常结构(2)分子的缔合Hydrated hydroxide ion (H7O4-), with 3 water molecules donating hydrogen bonds to the hydroxide ion(3)水分子缔合的原因:H-O键间电荷的非对称分布使H-O键具有极性,这种极性使分子之间产生引力.由于每个水分子具有数目相等的氢键供体和受体,因此可以在三维空间形成多重氢键.静电效应.(4)冰的结构六方型冰晶Ice 1六方冰晶形成的条件：.在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻.溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁移。按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类.六方型冰晶.不规则树枝状结晶.粗糙的球状结晶.易消失的球状结晶及各种中间体(5)冰形成分子动力学过程研究了过冷水（230K）体系中冰的形成（Masakazu Matsumoto,NATURE/VOL 416 /28 ,03,2002 ）.四个阶段：静态化学势能相对稳定期(t 256290 ns);短暂的化学势能快速衰减期（t290320ns）短暂的化学势能快速增加期（t320360ns)终止期，化学势能虽有降低但相对恒定，冰结构完全形成（t360ns）3.水的结构 Structure of water目前提出的3类水的结构模型:.混合模型:混合模型强调了分子间氢键的概念,认为分子间氢键短暂地浓集于成簇的水分子之间,成簇的水分子与其它更密集的水分子处于动态平衡.连续模型:分子间氢键均匀地分布于整个水样, 水分子的连续网络结构成动态平衡.填隙式模型:水保留在似冰状或笼状结构中,个别的水分子填充在笼状结构的缝隙中.(1)水分子的结构特征.水是呈四面体的网状结构.水分子之间的氢键网络是动态的.水分子氢键键合程度取决于温度温度() 配位数 分子间距nm 0 4 0.276 1.5 4.4 0.29083 4.9 0.305 2.3 食品中水的存在形式Categories of water in foods自由水体相水截留水水化合水结合水邻近水多层水Constitutional water:Water that is an integral part of anonaqueousconstitutents.在-40下不结冰.无溶解溶质的能力.与纯水比较分子平均运动为0.不能被微生物利用Vicinal water:Water that strongly interacts with specific hydrophilic sites of nonaqueousconstituents by water-ion and water-dipole associations.在-40下不结冰.无溶解溶质的能力.与纯水比较分子平均运动大大减少.不能被微生物利用此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。Multilayer water:water that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hydrophilic groups of nonaqueousconstituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate.大多数多层水在-40下不结冰，其余可结冰，但冰点大大降低。.有一定溶解溶质的能力.与纯水比较分子平均运动大大降低.不能被微生物利用Bulk-phase water:water that occupies positions furthest removed from nonaqueousconstituents; water-water hydrogen bonds predominate.能结冰，但冰点有所下降.溶解溶质的能力强，干燥时易被除去.与纯水分子平均运动接近很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起Food的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。2.4 水与溶质的相互作用Water solute interactions1.水与溶质相互作用的分类种类实例相互作用强弱（与H2O-H2O氢键比较）偶极-离子H2O-游离离子较强,H2O-有机分子带电基团偶极-偶极H2O-PR-NH，H2O-PR-CO 近乎相等H2O-侧链OH疏水水合H2O+RR（水合）G0疏水相互作用R（水合）R（水合）R2（水合）+ H2O G02.水与离子基团的相互作用 Interaction of water with Ionic groups在稀水溶液中一些离子具有净结构破坏效应（Net structure-breaking effect), 这些离子大多为负离子和大的正离子，如：K+, Rb+, Cs+, NH4+, Cl-, Br-，I-,NO3-,BrO3-,IO3-，ClO4-等。另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure-forming effect),这些离子大多是电场强度大，离子半径小的离子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等。3.水与有氢键键合能力中性基团的相互作用.水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱。氢键作用的强度与水分子之间氢键相近.水能与某些基团，例如羟基、氨基、羰基、酰氨基和亚氨基等极性基团，发生氢键键合。.结晶大分子的亲水基团间的距离是与纯水中最邻近两个氧原子间的距离相等。如果在水合大分子中这种间隔占优势，这将会促进第一层水和第二层水之间相互形成氢键.在生物大分子的两个部位或两个大分子之间可形成由几个水分子所构成的“水桥”。木瓜蛋白酶中的三分子水桥十个水分子链将一个-helix（helix9，211-227）的一端与另一个-helix（helix11，272-285）的中段连接起来。水分子与蛋白质的二级结构结合，不仅决定蛋白质二级结构的精细结构，而且还决定特定的分子振动。4.水与疏水基团的相互作用Interaction of water with nonpolarsubstances疏水水合(Hydrophobic hydration)：向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程成为疏水水合。疏水相互作用( Hydrophobic interaction)：当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用成为疏水相互作用。笼形水合物(Clathratehydrates)是象冰一样的包含化合物，水为“宿主”，它们靠氢键键合形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼内，被截留的物质称为“客体”。一般“宿主”由20-74个水分子组成，较典型的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等。球状蛋白质的疏水相互作用疏水基团缔合或发生“疏水相互作用”，引起了蛋白质的折叠。疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力。同时也是维持蛋白质三级结构的重要因素2.5 水分活度与吸着等温线（Water activity and Moisture Sorption Isotherms）一、 水分活度的定义Water Activity: DefinitionAt equilibriumenergy of water in vapor = energy of water in food注意:水分活度的物理意义是表征生物组织和食品中能参与各种生理作用的水分含量与总含水量的定量关系.应用aw=ERH/100时必须注意: aw是样品的内在品质,而ERH是与样品中的水蒸气平衡是的大气性质. 仅当食品与其环境达到平衡时才能应用.只有当溶质是非电解质且浓度小于1mol/L的稀溶液时,其水分活度才可以按aw=n1/(n1+n2)计算:溶质Aaw 理想溶液0.9823=55.51/(55.51+1) 丙三醇0.9816蔗糖0.9806 氯化钠0.967 氯化钙0.945 A:1千克水(约55.51mol)溶解1mol溶质二、水分活度与温度的关系 (temperature dependence)aw=-KH/RT比较高于和低于冻结温度下的aw时应注意两个重要差别:在冻结温度以上, aw是样品组分与温度的函数,且前者是主要因素,在冻结温度以下, aw与样品组分无关,只取决于温度,不能根据aw预测受溶质影响的冰点以下发生的过程,如扩散控制过程,催化反应等. 冻结温度以上和以下aw对食品稳的影响是不同的.三、水分吸湿等温线Moisture Sorption IsothermsDefinition:poltsinterrelating water content of a food with its water activity at constant temperature .MSI的实际意义:.由于水的转移程度与aw有关,从MSI图可以看出食品脱水的难易程度,也可以看出如何组合食品才能避免水分在不同物料间的转移.据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响.从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱.区 I区 II区 III区Aw 0-0.2 0.2-0.85 0.85含水量% 1-6.5 6.5-27.5 27.5冷冻能力 不能冻结 不能冻结 正常溶剂能力 无 轻微-适度 正常水分状态 单分子层水 多分子层水 体相水微生物利用 不可利用 部分可利用 可利用四、滞后现象Hysteresis定义:采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和按解吸(desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象.1.滞后现象产生的原因.解吸过程中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.水分活度与食品的稳定性.在aw=0-0.35范围内,随aw,反应速度的原因:水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合,保护氢过氧化物的分解,阻止氧化进行.这部分水能与金属离子形成水合物,降低了其催化性.在aw=0.35-0.8范围内,随aw,反应速度的原因:水中溶解氧增加大分子物质肿胀,活性位点暴露加速脂类氧化.催化剂和氧的流动性增加.当aw0.8时,随aw,反应速度增加很缓慢的原因: 催化剂和反应物被稀释.2.6分子的移动性与食品的稳定性Molecular mobility and food stability(1)几个概念（Several definition)玻璃态（glass state）：是聚合物的一种状态，它既象固体一样有一定的形状，又象液体一样分子间排列只是近视有序，是非晶态或无定形态。处于此状态的聚合物只允许小尺寸的运动，其形变很小，类于玻璃，因此称玻璃态。玻璃化温度（glass transition temperature, Tg）：非晶态食品从玻璃态到橡胶态的转变称玻璃化转变，此时的温度称玻璃化温度。无定形（Amorphous）：是物质的一种非平衡，非结晶态。分子流动性（Mm）：是分子的旋转移动和平转移动性的总度量。决定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。大分子缠结（Macromoleculerentanglement）：指大的聚合物以随机的方式相互作用，没有形成化学键，有或没有氢键。(2)状态图（State diagrams）二元体系的状态图(3)分子淌度与食品性质的相关性Relationship of Mm and food stability化学、物理反应的速率与分子淌度的关系扩散因子D碰撞频率因子A活化能因子Ea决定化学反应速度扩散限制反应(Diffusion-limited reaction)：质子转移反应，自由基重新结合反应，酸碱反应，许多酶催化反应，蛋白质折叠反应，聚合物链增长，以及血红蛋白和肌红蛋白的氧合/去氧合作用。非扩散限制反应(Non-Diffusion-limited reaction) ：高水分食品中的一些反应，有些非催化的慢反应等。自由体积与分子淌度的相关性当温度降至Tg时，自由体积（Free volume）显著的变小，以致使聚合物链段的平动停止。自由体积与分子淌度是正相关，减小自由体积在某种意义上有利于食品的稳定性，但不是绝对的，而且自由体积目前还不能作为预测食品稳定性的定量指标。(4)分子淌度与状态图的相关性Relationship of Mm and state diagram在Tm和Tg温度范围，分子淌度和限制性扩散食品的稳定性与温度的相关性.对于Tm-Tg，T-Tg和Tm/Tg这些有价值的概念的考虑，大多是来自碳水化合物的限制性扩散性质：.Tm-Tg区间的大小一般大约在10100范围，且与食品的组成有关；.在Tm-Tg区间，食品的稳定性取决于食品的温度T，即反比于T=T-Tg；.Tg确定和固体含量一定时，Tm/Tg的变化相反于Mm。.Tm/Tg高度依赖于溶质的类型。.在一定温度下的食品，如果Tm/Tg相等，固体含量的增加会导致Mm的降低和产品稳定性提高。食品的玻璃化转变温度与稳定性水的增塑作用和对Tg的影响在高于或低于Tg时，水的增塑作用可以提高Mm。当增加水含量时，引起Tg下降和自由体积增加，这是混合物平均分子质量降低的结果。溶质类型和分子量对Tg和Tg的影响大分子的缠结对食品性质的影响EN对于冷冻食品的结晶速度，大分子化合物的溶解度、功能性乃至生物活性都将产生不同程度的影响，同时可以阻滞焙烤食品中水分的迁移，有益于保持饼干的脆性和促进凝胶的形成。（5）分子淌度与干燥Relationship of Mm and food drying二元体系冷冻,干燥和冷冻干燥可能途径的状态图食品货架期的预测几种不同分子质量的碳水化合物的玻璃化转变温度和或P/P0（25）之间的关系M 代表麦芽糊精，数字表示相对分子质量2.Aw和Mm方法研究食品稳定性的比较.二者相互补充，非相互竞争.Aw法主要注重食品中水的有效性，如水作为溶剂的能力；.Mm法主要注重食品的微观黏（Microviscosity）和化学组分的扩散能力。本章小结2.水分子的缔合：由于每个水分子具有相等数目的氢键给体和受体，能够在三维空间形成氢键网络结构。3.冰是由水分子有序排列形成的结晶，有11种晶型，其中六方冰晶是最稳定的。1.水分子的结构特征： A.水是呈四面体的网状结构 B.水分子之间的氢键网络是动态的C.水分子氢键键合程度取决于温度4. 水的结构模型：混合模型连续结构模型填隙结构模型5.化合水：与非水组分紧密结合并作为食品组分的那部分水。特点：在-40下不结冰。无溶解溶质的能力。与纯水比较分子平均运动为0。不能被微生物利用。6.邻近水：与非水组的特异亲水部位通过水-离子和水-偶极产生强烈相互作用的水。特点：在-40下不结冰。无溶解溶质的能力。与纯水比较分子平均运动大大减少。不能被微生物利用。此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。7.多层水：占据第一层邻近水剩余位置和围绕非水组分亲水基团形成的另外几层水。特点：大多数多层水在-40下不结冰，其余可结冰，但冰点大大降低。有一定溶解溶质的能力与纯水比较分子平均运动大大降低。不能被微生物利用。8.体相水：距离非水组分位置最远，水-水氢键最多。它与稀盐水溶液中水的性质相似。特点：能结冰，但冰点有所下降。溶解溶质的能力强，干燥时易被除去。与纯水分子平均运动接近。很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起Food的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。9.水与溶质的相互作用：与离子基团、极性基团、非极性基团，两亲分子的相互作用。10.水活性的定义：指某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸汽分压；与同一温度下纯水的饱和蒸汽压之比。11.在恒温条件下，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（moisture sorption isotherms,MSI）。12.滞后现象：采用向干燥样品中添加水（回吸作用）的方法绘制水分吸着等温线和按解吸过程绘制的等温线并不相互重叠，这种不重叠性称为滞后现象(hysteresis)。13.水分活度的测定方法：冰点测定法;相对湿度传感器测定法;恒定相对湿度平衡法14.水分含量的测定方法：干燥法；卡尔.费休法；蒸馏法；近红外法；核磁共振法16. Aw和Mm方法研究食品稳定性的比较：二者相互补充，非相互竞争，Aw法主要注重食品中水的有效性，如水作为溶剂的能力；Mm法主要注重食品的微观黏度（Microviscosity）和化学组分的扩散能力。15.分子流动性（Mm）：是分子的旋转移动和平转移动性的总度量。决定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。关键词化合水：Constitutional water多层水：Multilayer water体相水：Bulk-phase water邻近水：Vicinal water水和冰的结构：Structure of water and ice水分活度：Water activity 吸着等温线：Moisture Sorption Isotherms滞后现象：Hysteresis状态图：State diagrams玻璃化温度：glass transition temperature疏水水合：Hydrophobic hydration疏水相互作用：Hydrophobic interaction笼形水合物：Clathratehydrates分子的移动性：Molecular mobilityChapter 3 Carbohydrates 碳水化合物本章提要重点： 食品在储藏加工条件下糖类化合物的麦拉德褐变反应及其对食品营养，感观性状和安全的影响；淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；功能性低聚糖简介；食品中总糖、还原糖、淀粉、果胶、及粗纤维含量的测定。难点： 糖类化合物的结构与功能间的关系。3.1 概述3.1 Introduction碳水化合物(Carbohydrates) 多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。1.分类Classification （1）按组成分 单糖（Monosaccharides）： 不能再被水解的多羟基醛或酮，是碳水化合物的基本单位。 低聚糖（寡糖）(Oligasaccharides) 由210个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖 多糖(Polysaccharides) 由许多单糖分子缩合而成（2）按功能分 结构多糖 贮存多糖 抗原多糖2.食品中的糖类化合物（见表一） Carbohydrates comprise more than 75%of the dry matter of Plants. eg: corn, vegetable, fruit, and so on. Monosaccharides & Oligasaccharides is usually found in the vegetable and fruit . Polysaccharides can mainly be found in corn , seed, root, stem plants. 表一食品中的糖类化合物(%) 产品总糖量 单糖和双糖 多糖苹果14.5 葡萄糖1.17 果糖6.04 蔗糖3.78 淀粉1.5 纤维素1.0 葡萄17.3 葡萄糖2.09 果糖2.40 蔗糖4.25 纤维素0.6 胡罗卜9.7 葡萄糖2.07 果糖1.09 蔗糖4.25 淀粉7.8 纤维素1.0 甜玉米22.1 蔗糖12-17 纤维素0.7 甘薯26.3 葡萄糖0.87 蔗糖2-3 淀粉14.65 纤维素0.7 肉 葡萄糖0.1 糖原0.13.食品中碳水化合物的作用 提供人类能量的绝大部分 提供适宜的质地、口感和甜味（如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂） 有利于肠道蠕动，促进消化（如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长，促消化）3.2 糖类化合物的结构Structure of Carbohydrates（1）链式结构醛糖C4 差向异构 C2差向异构酮糖 C5差向异构1.单糖（Monosaccharides） 醛糖 酮糖（2）环状结构（3）己糖构象构象是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。己糖可以形成呋喃型和吡喃型己糖一般由船式和椅式两种构象2.单糖的作用及功能（1）甜味剂蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于蔗糖sucrose 、D-果糖D-fructose、葡萄糖glucose的含量。甜度定义是一个相对值，以蔗糖作为基准物，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20 C 时的甜度为1 甜度 果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖糖 溶液的相对甜度 结晶的相对甜度D果糖 100150 180 蔗糖 100 100 D葡萄糖 4079 74 D葡萄糖 小于异构体 82 D半乳糖 27 32 D半乳糖 21 棉子糖 23 水赤木糖 10 糖的相对甜度糖醇 相对甜度 木糖醇90 山梨糖醇63 半乳糖醇58 麦芽糖醇68 乳糖醇35 糖醇的相对甜度（2）亲水功能(吸湿性或保湿性） 糖分子中含有羟基，具有一定的亲水能力，具有一定的吸湿性或保湿性。吸湿性顺序果糖葡萄糖保湿性顺序葡萄糖果糖例如：面包、糕点、软糖应选吸湿性大的果糖或果葡糖浆. 硬糖、酥糖及酥性饼干应选吸湿性小的葡萄糖.3.糖苷(Glycosides) 是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的-、-2 、-（巯基） 等发生缩合反应而得的化合物。（1）组成糖和配基（非糖部分）(2)性质 无变旋现象 无还原性 酸中水解，碱中可稳定存在 吡喃糖苷环比呋喃糖苷稳定(3)生物活性许多糖苷仅存在于植物中，表现出一定的生物活性。如：黄豆苷（大豆，葛根中含有)）可以促进血液循环，提高脑血流量，对心血管疾病有显著疗效，治冠心病，脑血栓。银杏中的有效成分：银杏黄酮醇苷，具有扩张冠状血管，改善血液循环。(4)糖苷的毒性某些生氰糖苷在体内转化为氢氰酸，使人体中毒。如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成等杏、木薯、马利豆等。3.3 低聚糖Oligosaccharides一般由个糖基构成， 较重要的低聚糖有：蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊精和环状糊精（沙丁格糊精）1.麦芽糖、蔗糖、乳糖结构 乳糖 蔗糖2. 环状糊精