高級食品化學(xué)專題一水分省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

高級食品化學(xué)汪東風82031575wangdf@1研究生高級生物化學(xué)/2011-61/35高級生物（食品）化學(xué)《高級生物（食品）化學(xué)》內(nèi)容提要及學(xué)習(xí)要求《高級食品化學(xué)》是在學(xué)習(xí)掌握了基礎(chǔ)生物化學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)及食品化學(xué)等課程基礎(chǔ)上提升課程。以專題講座和討論形式進行課堂理論學(xué)習(xí)。一、專題講座主要內(nèi)容有：1，食品中水分研究進展2，生物無機化學(xué)及研究進展（生命金屬元素基礎(chǔ)知識及生物功效，生物無機化學(xué)應(yīng)用現(xiàn)實狀況及前景）；3，模擬酶基礎(chǔ)知識及研究進展4，孟祥紅教授二個專題。2研究生高級生物化學(xué)/2011-62/35二，課堂討論主要內(nèi)容有：1，指定主題討論；2，自選主題討論；三，學(xué)習(xí)要求：1，對專題講座及課堂討論主要內(nèi)容有很好了解和掌握；2，不論是指定主題討論還是自選主題討論都應(yīng)有較新文件綜述及較強文字組織。課程論文文字不少于4000字，最新外文文件不少于8篇左右；3，本課程是碩士必修課，所以需要考評成績?？荚u方式：筆試50%，課堂討論50%聯(lián)絡(luò)電話：82031575，E-mail:wangdf@3研究生高級生物化學(xué)/2011-63/35第一專題水分1.1概述1.1.1水在食品和人體中功效1.1.2食品中水與非水成份之間相互作用在食品中功效在人體中功效與非水成份之間相互作用水在食品中存在形式1.1.3水分活度與食品穩(wěn)定性水分活度水分活度與溫度關(guān)系水分活度與水分含量關(guān)系

水分活度與食品穩(wěn)定性4研究生高級生物化學(xué)/2011-64/351.2冷凍和脫水過程中食品改變相關(guān)基礎(chǔ)理論1.2.1相平衡相平衡相相圖單組分系統(tǒng)水相圖理想完全互溶雙溶液體系p-x圖

理想完全互溶雙溶液體系T-x圖

二組分系統(tǒng)完全互溶雙溶液體系5研究生高級生物化學(xué)/2011-65/35二組分系統(tǒng)二組分部分互溶體系H2O-C6H5NH2體系溶解度圖

水-三乙基胺體系溶解度圖

含有最低會溶溫度雙溶液體系含有最高會溶溫度雙溶液體系6研究生高級生物化學(xué)/2011-66/35二組分不互溶體系含有簡單低共熔混合物二組分體系A(chǔ)與B共存時，各組分蒸氣壓與其單獨存在時一樣，液面上總蒸氣壓等于兩純組分飽和蒸氣壓之和，即：p=pA*+pB*低共熔混合物相圖H2O-（NH4）2SO4相圖7研究生高級生物化學(xué)/2011-67/35狀態(tài)圖二組分體系狀態(tài)圖8研究生高級生物化學(xué)/2011-68/351.2.2結(jié)晶成核作用成核只能是在溫度低于凝固點溫度Tm條件下才能產(chǎn)生，均相成核溫度Thom要比非均相成核溫度Thet低，即Thom＜Thet＜Tm（下列圖）。一些物質(zhì)凝固點溫度（Tm）、均相成核溫度（Thom）和濃度關(guān)系9研究生高級生物化學(xué)/2011-69/35不過當溶液處于過飽和時，G晶＜G液。此時結(jié)晶相從溶液中析出將有利于降低體系總自由能，所以離子有向群集繼續(xù)堆積傾向，從而有可能形成晶核。但與此同時，結(jié)晶相析出使得體系相數(shù)從一個變?yōu)閮蓚€，在兩相之間產(chǎn)生了相界面。因為相界面含有表面自由能，因而結(jié)晶相出現(xiàn)從另首先又造成體系總自由能增高。（一）均相成核晶核大小與體系自由能關(guān)系

晶核臨界半徑（rc）與過冷度（ΔT）關(guān)系

注：ΔG為體系總自由能改變；-ΔG1為結(jié)晶相與液相二者自由能差值；ΔG2為兩相界面表面自由能；rc為晶核臨界半徑；ΔGc為成核能。10研究生高級生物化學(xué)/2011-610/35（二）非均相成核和二次成核（三）分散體系中成核作用1.3凍藏時冰對食品穩(wěn)定性影響微生物繁殖被抑制機械性損傷冰凍濃縮效應(yīng)低共熔混合物逸出11研究生高級生物化學(xué)/2011-611/351.4玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性1.4.1基本概念amorphousglassystaterubberystateglasstransitiontemperatureTg，Tg′氣體、液體、玻璃和晶體X射線散射曲線示意圖

晶態(tài)與非晶態(tài)蔗糖X衍射圖譜

茶多糖與面包混合后X-衍射圖12研究生高級生物化學(xué)/2011-612/351.4.2食品玻璃態(tài)食品小分子物質(zhì)玻璃態(tài)小分子純物質(zhì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化及其與結(jié)晶/熔化轉(zhuǎn)化比較（實線表示平衡態(tài)，虛線表示非平衡態(tài)）（1）比體積與溫度（T）關(guān)系（2）表觀黏度（ηa）與溫度（T）關(guān)系（3）比熱容與溫度（T）關(guān)系（在溫度升高時正向表示吸熱改變）13研究生高級生物化學(xué)/2011-613/35食品大分子物質(zhì)玻璃態(tài)結(jié)論：小分子物質(zhì)形成玻璃態(tài)非常困難，而大分子物質(zhì)形成玻璃態(tài)則很輕易高分子體系玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化（1）糊化馬鈴薯淀粉凝固點溫度（Tm）和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（Tg）與水分含量（ww）關(guān)系（在含水量極低時數(shù)值是外推，虛線表示葡萄糖Tg曲線）；（2）高分子體系溫度與流變性質(zhì)關(guān)系（G為彈性剪切模量，單位Pa）；ηa為表觀黏度，單位Pa·s14研究生高級生物化學(xué)/2011-614/35（1）為T＜Tg，明膠凝膠處于玻璃態(tài)；（2）為當T=Tg時，發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化，并進入“韌性區(qū)”，彈性模量降低了大約三個數(shù)量級；（3）和（4），Tg＜T＜Tm，為橡膠態(tài)平穩(wěn)改變區(qū)和橡膠態(tài)流動區(qū)；（5）為黏性液態(tài)流動區(qū)。值得注意是，在Tg＜T＜Tm，明膠凝膠能夠允許一些物質(zhì)分子自由擴散，只有在T＜Tg，這種擴散作用才得到抑制。其它大分子物質(zhì)也有相同趨勢，如支鏈淀粉、擠壓淀粉、淀粉和葡萄糖混合物、改性面筋等。明膠彈性模量在玻璃化過程中改變

15研究生高級生物化學(xué)/2011-615/35食品混合物玻璃態(tài)與純物質(zhì)體系相比，混合物結(jié)晶作用更輕易受到妨礙，更輕易形成玻璃態(tài)。因為在普通情況下，一些成份會阻止另一些成份結(jié)晶。另外，體系黏度大大增大，足以阻止結(jié)晶成份擴散作用。蔗糖-水體系狀態(tài)圖注：ws為蔗糖質(zhì)量分數(shù)；Tf為水冷凍溫度曲線；Ts為蔗糖溶解溫度曲線；Tg為玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度曲線；Thom為均相成核溫度曲線；Tf,f表示水快速冷卻曲線；T′g為特殊玻璃化溫度；Tg,s為蔗糖玻璃化溫度；Tg,w為水玻璃化溫度；Tm,w為水凝固點溫度。特殊玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化各種生物體系凍結(jié)曲線T—溫度ws—固形物含量1—人血液2—酵母細胞3—膠原蛋白4—肌肉組織16研究生高級生物化學(xué)/2011-616/351.4.3影響食品玻璃化溫度原因冷卻歷程對食品玻璃化溫度影響玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg本身將伴隨冷卻速率改變而改變。冷卻速率快，其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度較高，反之，則較低。水對食品玻璃化溫度影響小麥面筋Tg與水分含量關(guān)系

17研究生高級生物化學(xué)/2011-617/35溶質(zhì)類型對食品玻璃化溫度（Tg和）影響溶質(zhì)相對分子質(zhì)量對Tg和影響在最大冷凍濃縮條件下從20%（質(zhì)量分數(shù)）蔗糖溶液（○）、糖苷溶液（×）和多元醇（*）溶液測定商業(yè)水解淀粉產(chǎn)品數(shù)均相對分子質(zhì)量和葡萄糖當量（DE）對影響從最大冷凍濃縮溶液測定，溶液最初水分含量為80%（質(zhì)量分數(shù)）18研究生高級生物化學(xué)/2011-618/351.4.4玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性一些物質(zhì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度與水分含量（ww）關(guān)系（淀粉為天然小麥淀粉）

19研究生高級生物化學(xué)/2011-619/351.5.1基本概念1.5分子移動性與食品穩(wěn)定性分子移動性（molecularmobility，Mm）：也稱分子流動性，是分子旋轉(zhuǎn)移動和平動移動總度量（不包含分子振動）。物質(zhì)處于完全而完整結(jié)晶狀態(tài)下其Mm為零，物質(zhì)處于完全玻璃態(tài)(無定形態(tài))時其Mm值也幾乎為零，其它情況下Mm值大于零。1.5.2分子移動性與食品穩(wěn)定性關(guān)系許多食品含有沒有定形組分而且是以介穩(wěn)定或非平衡狀態(tài)（即玻璃態(tài)）存在干燥或半干燥食品冷凍食品流動性質(zhì)和粘性結(jié)晶和重結(jié)晶巧克力糖霜食品在干燥中碎裂干燥和中等水分食品質(zhì)構(gòu)在冷凍干燥中發(fā)生食品結(jié)構(gòu)塌陷以膠囊化方式包埋揮發(fā)性物質(zhì)逃逸酶活性Maillard反應(yīng)淀粉糊化由淀粉老化引發(fā)焙烤食品變陳焙烤食品在冷卻時碎裂微生物孢子熱失活水分遷移（冰結(jié)晶作用）乳糖結(jié)晶（在冷凍甜食中砂狀結(jié)晶）酶活力在冷凍時留存，有時還出現(xiàn)表觀提升在冷凍干燥第一階段發(fā)生無定形結(jié)構(gòu)塌陷食品體積收縮（冷凍甜點中泡沫狀結(jié)構(gòu)部分塌陷）與分子移動性相關(guān)一些食品性質(zhì)和特征20研究生高級生物化學(xué)/2011-620/35在Tm和Tg之間，分子流動性Mm和由擴散限制食品性質(zhì)與溫度有著顯著相依性注意：食品變質(zhì)速度曲線己被豎向調(diào)整以防止重合；圖中所顯示值是相對值，而它們意義僅與這些曲線斜率相關(guān)。曲線a是WLF黏度，它通常反比于由擴散決定反應(yīng)速度；曲線b是冷凍豌豆中抗壞血酸損失假一級速度常數(shù)；曲線c是在麥芽糊精水溶液中對-硝基苯磷酸二鈉酶催化水解速度；曲線d是在冷凍鱈魚中蛋白質(zhì)溶解度下降速度常數(shù)；曲線e是冷凍鱈魚“英斯特朗峰值’，增加速度常數(shù)；曲線f是蛋黃表觀黏度增加平均速度（在冷卻期間，即冷凍早期階段，它相當于曲線右端陡峭斜率）；曲線g是在冷凍牛肉中冰晶生長速度“動力學(xué)常數(shù)”。21研究生高級生物化學(xué)/2011-621/35在不一樣溫度下，抗壞血酸隨時間而損失

上部3條線分別代表-11.5℃、-14.3℃和-17.7℃數(shù)據(jù)，◆和■分別代表-8.0℃和-5.6℃數(shù)據(jù)卷心菜和土豆片褐變與水分含量和T-Tg關(guān)系

在一個模擬體系中，非酶褐變速度與T-Tg關(guān)系麥芽糊精（DE10）、L-賴氨酸和D-木糖按13∶1∶1百分比使用。在每一個指出溫度，貯藏溫度保持恒定，通常改變試樣水分含量使T-Tg發(fā)生改變22研究生高級生物化學(xué)/2011-622/351.5.3分子移動性Mm（和/或玻璃化溫度Tg）應(yīng)用食品冷凍冷凍將會出現(xiàn)兩個非常不利后果：（1）水轉(zhuǎn)化為冰后，其體積會對應(yīng)增加9%；（2）在非冷凍相中非水組分被濃縮.23研究生高級生物化學(xué)/2011-623/35SHP制造商淀粉起源/℃DEStaley300Staley①玉米-2435MaltrinM250GPC②（1982）Dent玉米-1825MaltrinM150GPCDent玉米-1415PaselliSA-10Avebe③馬鈴薯（AP）-1010StarDri5Staley（1984）DentCorn-85CrystalgumNational④木薯-65Stadex9StaleyDentCorn-53.4AB7436Anhellser-Busch蠟質(zhì)玉米-40.5分子量與玻璃化相變溫度關(guān)系：分子量越大玻璃化相變溫度越高24研究生高級生物化學(xué)/2011-624/35食品/℃食品/℃果汁熱燙甜玉米-10柑橘（各種試樣）-37.5+1.0馬鈴薯，新鮮-12菠蘿-37菜花，冷凍莖-25梨-40碗豆，冷凍-25蘋果-40青刀豆，冷凍-27梅-41冬季花椰菜，冷凍白葡萄-42莖-27檸檬（各種試樣）-43+1.5頭-12水果，新鮮菠菜，冷凍-17斯帕克爾草莓（心）-41冷凍甜食斯帕克爾草莓（邊緣部分）-39和-33冰淇淋，香草-31～-33[32]～[37]斯帕克爾草莓（中間部分）-38.5和-33[7]冰奶凍，香草，軟-30～-31[28]～[45]其它品種草莓-33和-41[16～24]干酪新鮮藍莓-41契達干酪-24藍莓表皮-41和-32意大利波羅伏洛干酪-13桃-36奶油干酪-33香蕉-35魚紅帥蘋果-42鱈魚肌肉②，③-11.7+0.6蘋果（GrannySmith）-41鱈魚肌肉（水不可溶部分）②，④-6.3+0.1番茄，新鮮，果肉-41鯖雪肌肉②，③-12.4+0.2蔬菜，新鮮或冷凍鯖魚肌肉（水不可溶部分）②，④-7.5+0.4甜玉米（新鮮胚乳）-15牛肉肌肉②，④-12.0+0.3甜玉米（超市新鮮）-825研究生高級生物化學(xué)/2011-625/35冷凍速度與玻璃化相變溫度關(guān)系：提升冷凍速度可提升玻璃化相變溫度26研究生高級生物化學(xué)/2011-626/3527研究生高級生物化學(xué)/2011-627/35食品空氣干燥食品真空冷凍干燥28研究生高級生物化學(xué)/2011-628/351.6.1Tg、Mm和水分活度與水分吸著等溫線關(guān)系1.6水分活度，分子移動性Mm和玻璃化溫度Tg相互關(guān)系幾個不一樣相對分子質(zhì)量碳水化合物玻璃化相變溫度和水分活度（25℃）之間關(guān)系29研究生高級生物化學(xué)/2011-629/35產(chǎn)生25℃Tg所需要RVPs（在25℃）和產(chǎn)生BET單層值所需要RVPs（在25℃）之間比較（M-DE代表麥芽糊精葡萄糖當量）30研究生高級生物化學(xué)/2011-630/35水分活度（AW）、分子流動性（Mm）和玻璃化溫度（Tg）方法是研究食品穩(wěn)定性三個互補方法。1.6.2水分活度，分子移動性和Tg在預(yù)測食品穩(wěn)定性方面比較玻璃化溫度（Tg）是從食品物理特征改變來評定食品穩(wěn)定性方法。水分活度（AW）方法主要是研究食品中水有效性（可利用性），如水作為溶劑能力；分子移動性（Mm）方法主要是研究食品微觀粘度（microviscosity）和化學(xué)組分擴散能力，它也取決于水性質(zhì)；31研究生高級生物化學(xué)/2011-631/35大多數(shù)食品含有Tg，在生物體系中，溶質(zhì)極少在冷卻或干燥時結(jié)晶，所以常以無定形區(qū)和玻璃化存在。能夠從Mm和Tg關(guān)系預(yù)計這類物質(zhì)擴散限制性質(zhì)穩(wěn)定性。在食品保藏溫度低于Tg時，Mm和全部擴散限制改變，包含許多變質(zhì)反應(yīng)，都會受到很好限制。在Tm-Tg溫度范圍內(nèi)，伴隨溫度下降，Mm減小而粘度提升。普通說來，食品在此范圍內(nèi)穩(wěn)