食品科学概论

1、食品科學概論第二章 食品化學食品化學 2-1 食品 2-2 水 2-3 醣類 2-4 油脂 2-5 蛋白質 2-6 維生素與礦物質 2-7 酵素2-1 食品 一切不含有害物質之天然物或其加工品並含一種以上營養成分。食物：食品經過適當調味者並且添加色香味。食品分：礦物質。脂肪、醣類、維生素、固形物：包括蛋白質、水2-2 水一、水的定義生物體含量最多的組成份(5095%)，醃乾品除外。提供生物化學反應進行的場所，運送細胞所需之營養物、廢物，且本身也參與化學反應。1.它的含量與存在位置，影響生物細胞的活力，並且決定食品的品質。2-2 水二、水的功用作為溶劑，使反應物流動，反應速率增加。水可能是一種反

2、應物，例如水解作用。水可能是一種產物，水多可抑制梅納反應。1. 對中間物具有修飾作用，適量水可抑制油脂反應。2-2 水三、水的種類自由水(free water)1.結合水(bound water) 2-2 水四、水活性水活性(water activity)：簡寫w ， w PPoERH/100食物中可用水活性自動測定儀測試。P：食品所顯示的水蒸氣壓。Po：某溫度下食品最大的水蒸氣壓。ERH：平衡時的相對溼度。2-2 水 w與微生物關係 菌名 生長最低限度w 細 菌 0.90黴 菌 0.80酵 母 菌 0.88耐 鹽 性 箘 0.75以下耐 乾 真 菌 0.65五、水活性與食品化學反應速率關係（

3、見圖2-1）2-2 水圖2-1 食品中反應速率與水活性的關係 六、等溫吸濕曲線（見圖2-2）A：相當於單層水分子B：多層吸著（於單層外又有另一層）C：於溶解完物質中的可溶物後，再凝結存在於 物質洞內的水分。2-2 水圖2-2 吸附等溫線與去吸附等溫線 七、食品水分與食品保存 脫水乾燥 利用糖、鹽使食品脫水，降低w ，以延長保存時間 降低溫度 1.其他 2-2 水2-3 醣類一、醣類在食品加工上的功用乳化性：阿拉伯膠、CMC。成膠性：洋菜、果膠糊化性：糊化(gelatinization) 澱粉 膨潤(swelling) 保水性1.褐變反應：提供香氣、顏色。加熱浸水2-3 醣類二、多醣類的性質澱粉

4、 a.直鏈澱粉(amylose) b.支鏈澱粉(amylopectin)1.醣類的化學通式：Cm(H2O)n2-3 醣類三、醣類在加工上的變化1.非酵素性褐變 a.梅納反應(maillard reaction) 影響褐變反應的因子： .carbonyl： 化合物如： 一般、-不飽和醛（2-enal- dicarbonyl化合物易亦於褐變）。ketone的褐變速度最慢。 五碳糖反應強，褐變速度平均比六碳糖快4倍，ribose arabinosexylose，galactosemannoseglucose。 ketose之fructose其褐變速度依條件而異。 2-3 醣類 .amino化合物：少

5、有單獨會產生褐變者，但與羰基化合物共存，則會促進褐變。胺基酸、胜肽、蛋白質、胺類皆可參與褐變反應。但一般胺類比胺基酸褐變速度快，就胺基酸而言，一般以鹽基胺基酸褐變速度快。 .pH：pH3以上，褐變速度愈快。抗壞血酸(Ascorbic acid)在pH3前後最安定，越近鹼性越不安定，pH3以下酮醣(ketose)較不安定，易起褐變。2-3 醣類 .水分：amino-carbonyl，濃度越高，反應越快，但如在乾燥情形下，反應不進行。水分1015%最容易褐變反應。脂肪參與褐變反應與水份含量關係，水分超過5%，加速脂肪氧化而褐變亦開始進行。 .溫度：10溫度差可生成35倍的褐變速度之差，食品冷藏10

6、以下，可防止相當程度褐變。 .amino-carbonyl反應時，加熱至80以上，O2存在與否，無關褐變，室溫貯藏時，O2可促進褐變反應。 .金屬離子Fe、Gu會催化還原酮(reductone)類的氧化，促進褐變。圖2-2 梅納反應的基本反應機制 2-3 醣類焦糖反應(caramelization) 會影響食物的色、香、味。醣類加熱引起糖分子內或分子間之縮合產生黑褐色物質(caramel)，一般焦糖化需少量酸或鹼催化，glucose較fructose難脫水，形成著色物質慢。2-4 油脂一、脂肪在食品中的作用及利用高級的食品能源來源。 脂溶性維生素的攜帶者。 供給食品風味(flavor)。 1.

7、增加進食後的飽足感。 2-4 油脂在生物體中作用： a.與細胞膜通透性，細胞壁構造有關。 b.能量儲藏。 c.脂肪組織有絕熱作用。 d.內臟器官的保護膜。 e.與身體造型有關。2-4 油脂煎炒、油炸時，脂質從熱交換媒介物中產生香味及色 澤。酥油(shortenings)於烘烤中，能增加食品的鬆脆與嫩度。沙拉油(salad oil)加乳化劑做成的沙拉醬(mayonnaise)再添加其他添加物後，除仍能夠保持多孔狀及乳化態半固體的口感外，並能增進風味。能充作乳化劑(emulsitiers) 供給必需脂肪酸2-4 油脂使用單甘油酯與雙甘油酯，除能使餅乾變脆外並能防止麵包硬化。 糖果、點心使用卵磷脂，

8、抑制微生物生長。2-4 油脂二、油脂之化學性質溶解性油脂的皂化(saponification) 油脂的乳化 酸價 碘價 脂質氧化作用氫化作用(hydrogenation) 1.聚合反應(polymerization)二量體 多重體 重合脂質脂質hydroperoxide ketone epoxide 分解 碳氫化物 dihydroperoxide aldehyde lactone Semi-aldehyde 多重體OH 化合物 acid圖2-4 脂質氧化 2-4 油脂三、影響自動氧化作用因子脂肪酸不飽和程度氧氣(O2)光線溫度1.水分2-4 油脂四、催化氧化作用產生不良風味。脫色效應及維生素之

9、破壞。麵糰(dough)性質之改變：流變性、漂白作用。 1.酵素O2可加速氧化。 2-4 油脂五、脂質水解(Lipolysis) 酯鍵結受酵素、熱力及化學作用水解。使得自由態脂肪酸含量增加，煙點下降，煎炸食品表面易變碎，褐變加速，吸油率上升。六、油雜味(Reversion) 當過氧化物價仍低，油耗味未生出前所出現的臭味。2-4 油脂七、油耗味(Rancidity)氧化型油耗味 水解油耗味(hydrolytic rancidity) 1.酮酸型敗油耗味(ketone rancidity) 油雜味 油耗味 過氧化價低高不同的油脂有不同的味道味道相似接受性視人與地區而異均無法接受產生的條件於氮氣包裝

10、或真空下仍能發生需氧氣方能產生抗氧化劑的作用 無效有效表2-1 油雜味與油耗味之比較2-4 油脂八、轉戾香(Flavor reversion)食用油，尤其是大豆油、菜籽油等在酸敗之前，其香味易變壞，稱之轉戾香。初期轉戾香，如豆一般，接著變為如乾草一般，再由油漆臭變為魚臭。沙拉油與蛋黃醬(mayonnaise)多以大豆油為原料，易生轉戾香。1.轉戾香會因光、溫度及微量金屬而生。過氧化價價為12之程度亦可生成（不同於自動氧化）。2-4 油脂次亞麻油酸(linolenic acid)及製造硬化油時，所生成的isolinoleic acid易生成轉戾香。主成分： 青豆臭(3-cis-hexanal)青

11、草臭(2-trans-6-cis-nonadienal)魚臭(4-cis-heptanal)煮馬鈴薯時的味道(2，4-pentadienal)2-4 油脂九、防止油脂氧化的方法隔絕氧氣 溫度 光線 放射線 隔絕金屬離子 加抗氧化劑 1.相乘劑2-5 蛋白質一、蛋白質的重要性 所有細胞的主要成分。 身體內的代謝催化劑，如酵素。 調節代謝的物質，如激素。 身體的防衛武器，如抗體。 1.肌肉的收縮。 2-5 蛋白質二、蛋白質的分類1.單純蛋白質：加水分解後僅生成胺基酸者。 a.白蛋白(albumin) b.球蛋白(globulin) c.榖蛋白(glutelin) d.醇溶蛋白(prolamin)

12、e.硬蛋白或硬蛋白質(albuminoid) f.組織蛋白(histone) g.精蛋白(protamin) 2-5 蛋白質2. 複合蛋白質：由單純蛋白質與糖、色素、磷等非蛋白物質所組成。 a.核蛋白質(nucleoprotein) b.醣蛋白質(carbohydrate-cotaining protein) c.磷蛋白質(phosphoprotein) d.色素蛋白質(chromoprotein) e.脂蛋白質(lecithoprotein或lipoprotein、lecithin) 2-5 蛋白質3. 衍生蛋白質(derived protein)：天然蛋白質受物理或化學上變化處理所得者。

13、a.一級衍生蛋白質 b. 二級衍生蛋白質2-5 蛋白質三、蛋白質的組成 蛋白質是由22種胺基酸所組成，其他必需胺基酸有810種。其特性包括： 1.有旋光性（4個碳所接的原子基團均不同），只有 無旋光性1.胺 基 酸 特 性 ： H a.有 旋 光 性 （ 4個 碳 所 接 的 原 子 基 團 均 不 同 ） ， 只 有H2N C C O O H 無 旋 光 性 H glycine2-5 蛋白質2.具緩衝作用，可調節H+3.離子結合(ion binding)：例如重金屬中毒，喝牛奶把重金屬沉澱下來。2-5 蛋白質四、蛋白質的性質等電點(Isoelectric point) 蛋白質變性(prote

14、in denaturation) 變性原因： a. 物理性：加熱、凍結（還可恢復）、攪拌、照射、超音波、高壓（10003000大氣壓會造成蛋白質變性，若恢復常壓，則可恢復原狀，為可逆變性。 b. 化學性：稀酸、稀鹼、尿素、酒精、界面活性劑、 重金屬等化合物。2-5 蛋白質 變性的兩個例子：a. 蛋白質稀酸、稀鹼 解離基電荷變化 分子內離子結合破壞 變性。b. 蛋白質尿素 胜肽鍵間的氫鍵結合被切斷 蛋白質立體構造發生變化 變性。2-5 蛋白質變性結果：a. 蛋白質胜肰鍵更易被蛋白質水解酵素分解。b. 溶解度下降。c. 酵素活性減少或消失。d. 不再結晶。e. 黏度增加。f. 旋光度增加。g. 分

15、子之不對稱性增加。h. 氫鍵被破壞。i. 可滴定之官能基增加，造成滴定曲線改變。j. 增加雙硫基、硫氫基及酚基之反應活性。2-5 蛋白質五、加工對蛋白質的影響過度加熱，營養降低 產生褐變反應（又叫梅納反應、糖胺反應）。過度加熱亦會因脫氨、脫二氧化碳、脫硫等反應而減低乾重及氮、硫含量。 鹼性條件下，皮蛋加工會降低其營養價值。1.蛋白質除與糖反應外，與脂肪反應，亦會使蛋白質消化率降低。 2-5 蛋白質蛋白質之2級、3級、4級結構，皆可藉-S-S-鍵，靜電力，氫鍵或疏水鍵結而不被輻射游離。有利影響：植物蛋白 營養價值提高，如大豆中含胰蛋白抑制劑，經適當加熱後，可抑制或完全破壞其活性。加熱2-6 維生

16、素與礦物質食物中的維生素及礦物質會因加工而損失，如： 切割 殺菁 化學藥品 1. 儲藏變質 2-7 酵素一、酵素的特性 是一種複合球蛋白，由一個或數個單體(subunit)聚合而成。在溫和條件下進行作用：溫度2050、pH值近於7、大氣壓力下進行反應。反應速率快，在37下，一個酵素可與1萬個到1百萬個基質作用。對基質特異性高。過度加熱則變性，而失去催化活性。1.部分酵素在凍結溫度下仍有活性。2-7 酵素二、食品加工上酵素的應用 提高食品品質。增加副產品的利用。合成食品的製造。提高抽取食品的速度及收量。改良風味。1.穩定食品品質。2-7 酵素優點：酵素是一種天然而無毒的物質。高特異性下，不進行不

17、必要的反應。在溫和條件下，即可進行反應，不致影響食品品質。催化效率高，低濃度下，即可進行反應。調整溫度、pH值、酵素量，可控制酵素反應速率。1. 當反應進行至理想程度，很容易可抑制酵素活性，使反應不再進行。2-7 酵素三、食品加工最常用的酵素酵 素應 用異構酵素Glucose isomerase 生產含果糖糖漿。轉移酵素O-methyl transferase 抑制由酚酶產生的褐變。 2-7 酵素酵 素應 用氧化還原酵素lipoxygenasediacetyl reductaseglucose oxidaseCatalase 改良麵糰與麵包的風味並漂白之。減少啤酒中的聯乙醯濃度。移除食品中的氧

18、氣或葡萄糖。破壞用來殺菌的H2O2。移除由葡萄糖氧化酶反應產生的H2O2。 2-7 酵素酵 素應 用水解酵素-amylase-amylaseglucoamylase 澱粉液化。麵包醱酵產生葡萄糖。生產高麥芽糖糖漿。由澱粉生產葡萄糖。 invertase 生產轉化糖供糖果、西點使用。 lactase 乳製品中水解乳糖。cellulase complex 纖維素轉變為葡萄糖。 pectic enzyme complex 澄清果汁與葡萄酒。裂解水果渣，增加果汁抽出率。 酵 素應 用pullulanase 與-和-amylase共同作用澱粉生產高濃度麥芽糖，以增加釀造液中的醱酵糖濃度。 pentosa

19、nases 減少麵包陳化。降低濃縮咖啡的粘度。ribonucleases 5核苷酸是風味增強劑。 -glucanases 便利大麥芽汁醱酵液的過濾。 naringinase柑橘產品的去苦味。 2-7 酵素酵 素應 用stachyase 減少豆類產品因含raffinose，stachyose等寡糖類而造成腸中氣體的產生。pregastric esterases 生產義大利乳酪的風味、糖果與烘焙工業的風味濃縮劑。 lipases 延遲麵包陳化；增強卵蛋白的起泡性；產生乳酪風味。 2-7 酵素酵 素應 用1.papain2.ficin3.bromelain4.fungal proteases5.ba

20、cterial proteases6.pepsin7.rennin(chymosin)8.microbial rennets9.chymotrypsin10.trypsin11.collagennse12.elastase 1、2、3、4及5用來嫩化肉品。1、2、3、4、5和6能改進啤酒的澄清度。6、7及8凝聚牛奶成乳酪。4用於麵粉的修飾。10延遲牛奶中風味的改變。11與12軟化或嫩化肉中的結締組織，選擇水解蛋白酶產生蛋白水解液，可供調味品。6、9生產“plasteins”（一種由蛋白水解液再合成的蛋白質）。四、酵素性褐變(Enymatic browning)褐變原因： a.多酚氧化酶(polyphenol oxidase) b.酪胺酸酶(tyrosinase) 2-7 酵素圖2-5 酵素性褐變之反應機制防止方法： O2 酵素的去除銅離子去除 substrate去除 酸化（降低pH值小於3以下） 2-7 酵素2-7 酵素五、固定化酵素(Im