第三章-脂质分析课件

1、Chapter 3 Lipids脂质Contents3.6 Chemistry in Processing of Fats and Oils3.1 Introduction3.2 Structure and Composition of Fats3.3 Physical Properties of Fats3.4 Chemical Properties of Fats3.5 Quality Evaluation of Fats and Oil1. Lipids3.1 Introduction2. Classification3. Function of Lipids1. Lipids3.1 I

2、ntroduction 定义：不溶于水而溶于有机溶剂的疏 水性化合物95%的植物和动物脂类是脂肪酸甘油酯，即脂肪（fat） 脂：室温下为固体油：室温下为液体 3.1 IntroductionLipids通常具有下列共同特征: 不溶于水而溶于乙醚、石油醚、氯仿、丙 酮等有机溶剂。 大多具有酯的结构，并以脂肪酸形成的酯 最多。 都是由生物体产生，并能由生物体所利用（与矿物油不同）。例外：卵磷脂、鞘磷脂和脑苷脂类。3.1 Introduction食用脂的两种形式游离脂，或可见脂肪 是指从植物或动物中分离出来的脂 如奶油、猪油或色拉油 食品组分 是指存在于食品中，作为食品的一部分 不是以游离态存在 例

3、如肉、乳、大豆中的脂3.1 Introduction2. Classification 按化学结构分： 简单脂质 酰基甘油 甘油+脂肪酸 （占天然脂质的95%）（simple lipids） 蜡 长链脂肪醇+ 长链脂肪酸 复合脂质 磷酸酰基甘油 甘油+脂肪酸+磷酸盐+含氮基团（complex lipids） 鞘磷脂类 鞘氨醇+脂肪酸+磷酸盐+胆碱 脑苷脂类 鞘氨醇+脂肪酸+糖 神经节苷脂类 鞘氨醇+脂肪酸+碳水化合物 衍生脂质 类胡萝卜素，类固醇，脂溶性维生素等（derivative lipids）真脂类脂3.1 Introduction2. Classification 按来源分：乳脂类、植

4、物脂、动物脂、海产品动物油、微生物油脂单纯酰基油，混合酰基油。 按脂肪酸构成分：3.1 Introduction2. Classification 按不饱和程度分：干性油：碘值大于130，如桐油、亚麻油、红花油等；半干性油：碘值介于100-130，如棉籽油、大豆油等；不干性油：碘值小于100，如花生油、菜子油等。3.1 Introduction3. Function of Lipids提供必需脂肪酸脂溶性维生素的载体提供滑润的口感，光润的外观，塑性脂肪的造型功能 赋予油炸食品香酥的风味，是传热介质热量最高的营养素(39.58kJ/g)3.2 Structure and Composition

5、of Fats1. Structure of Fats结构2. Nomenclature 命名3. 脂肪酸的组成分布3.2 Structure and Composition of Fats1. Structure of Fats fat是甘油与脂肪酸生成的一酯,二酯和三酯3.2 Structure and Composition of Fats R1= R 2 = R 3，单纯甘油酯； Ri 不完全相同时，混合甘油酯； R1R3，C2原子有手性，天然油脂多为L型。 碳原子数多为偶数，且多为直链脂肪酸3.2 Structure and Composition of Fats1. Structu

6、re of Fats结构2. Nomenclature 命名3. 脂肪酸的组成分布3.2 Structure and Composition of Fats2. 命名(Nomenclature)(1) Nomenclature of Fatty Acid( FA)(2) Nomenclature of Triacylglycerols (TG)3.2 Structure and Composition of Fats2. 命名(Nomenclature) (1) Nomenclature of Fatty Acid( FA) 系统命名法 末端羧基C定为C1，明确双键位置 CH3(CH2)4CH

7、=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 9,12-十八碳二烯酸 912 数字命名法 n: m （n-碳链数, m-双键数） 例： 18:0 18:1 18:2 18:3 位置CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 从此端编号从此端编号记作:数字2. 命名(Nomenclature) (1) Nomenclature of Fatty Acid( FA)3.2 Structure and Composition of Fats-命名系统： 分子末端甲基碳原子开始确定第一个双键的位置 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 亚油酸 18：26 或 18：2

8、（n6）3.2 Structure and Composition of Fats 天然多烯酸（一般会有2-6个双键）的双键都是被亚甲基隔开的。 5,8,11,14-二十碳四烯酸，或20:46（或 n6） 4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸或22:63（或 n3） 14 11 8 5 1 63.2 Structure and Composition of Fatsc-顺式t-反式 几何构型 WHO,FAO,中国营养协会推荐 1： 1： 1饱和脂肪酸单不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸3.2 Structure and Composition of Fats2. 命名(Nomenclatur

9、e) (1) Nomenclature of Fatty Acid( FA) 系统命名法 俗名或普通名 英文缩写 数字命名法 表3-1 一些常见脂肪酸的命名 数字命名 系统命名 俗名或普通名 英文缩写 4: 0 丁酸 酪酸 （Butyric acid） B 6: 0 己酸 己酸 (Caproic acid) H 8: 0 辛酸 辛酸 (Caprylic acid) Oc 10: 0 癸酸 癸酸 (Capric acid) D 12: 0 十二酸 月桂酸 (Lauric acid) La 14: 0 十四酸 肉豆蔻酸 (Myristic acid) M 16: 0 十六酸 棕榈酸 (Palmti

10、c acid) P 16: 1 9-十六烯酸 棕榈油酸(Palmitoleic acid) Po 18: 0 十八酸 硬脂酸 (Stearic acid) St 18: 1 9 9-十八烯酸 油酸 (Oleic acid) O 18: 2 6 9,12-十八二烯酸 亚油酸 (Linoleic acid) L 18: 3 3 9,12,15-十八三烯酸 -亚麻酸 (Linolenic acid) -Ln 18: 3 6 6, 9,12-十八三烯酸 - 亚麻酸 (Linolenic acid) -Ln 20: 0 二十酸 花生酸 (Arachidic acid) Ad 20: 4 6 5,8,11

11、,14-二十碳四烯酸 花生四烯酸(Arachidonic acid) An 20: 5 3 5,8,11,14,17-二十碳五烯酸 (Eicosapentanoic acid) EPA 22: 1 9 13-二十二烯酸 芥酸 (Erucic acid) E 22: 6 3 4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸 (Docosahexanoic acid) DHA 植物中最常见的脂肪酸约占脂肪酸总量的 97 月桂酸 12：0 肉豆蔻酸 14：0 棕榈酸 16：0 硬脂酸 18：0 油酸 18：1（n-9) 亚油酸 18：2（n-6) 亚麻酸 18：3（n-3)棕榈酸、油酸以及亚油酸含量较

12、高，即不 饱和脂肪酸占主要成分 亚油酸（-6）、 -亚麻酸（-3）,不 能由人体合成，具有生理活性和营养功能， 是必需脂肪酸Concept 必需脂肪酸(Essential Fatty Acids, EFA) Essential fatty acids can not be synthesized by human body. They include the members of the 3 and 6 families.(L,Ln,An,EPA,DHA) 3.2 Structure and Composition of Fats2. 命名(Nomenclature)(1) Nomenclat

13、ure of Fatty Acid( FA)(2) Nomenclature of Triacylglycerols (TG)3.2 Structure and Composition of FatsSn-系统命名三酰基甘油Fisher平面投影 中间的羟基位于中心碳的左边 Sn命名法 (Stereospecific Numbering) Glycerol 数字命名: Sn-16:0-18:1-18:0 英文缩写命名: Sn-POSt 中文命名: Sn-1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油酯16143.2 Structure and Composition of Fats1. Structure

14、 of Fats结构2. Nomenclature 命名3. 脂肪酸的组成分布3.2 Structure and Composition of Fats3. 脂肪酸的组成分布（1）动物脂肪乳脂 主要的脂肪酸是棕榈酸,油酸与硬脂酸，含短链脂肪酸C4C12，少量的支链、奇数碳FA。高等陆生动物脂 大量的C16和C18饱和脂肪酸(P,St)和中等量不饱和FA（O和L),mp较高水产动物油脂 高不饱和脂肪酸, EPA(20:5), DHA(22:6)。 两栖类、爬行类、鸟类和啮齿动物 FA的组成介于水产动物和陆产高等动物之间。 3.2 Structure and Composition of Fats

15、3. 脂肪酸的组成分布（1）动物脂肪3.2 Structure and Composition of Fats3. 脂肪酸的组成分布（2）植物脂肪植物油脂：大量油酸、亚油酸,饱和脂肪酸均低于20 亚麻酸酯：豆油、麦胚油、大麻籽油 月桂酸酯：月桂酸含量特别高，熔点低，如椰子油。 3.2 Structure and Composition of Fats3. 脂肪酸的组成分布（2）植物脂肪1. Smell and colour3.3 Physical Properties of Fats2. Melting and Boiling Points3. Crystallization properti

16、es4. Melting properties1. Smell and colour 纯脂肪无色、无味 多数油脂无挥发性，气味多由非脂成分引起的。 芝麻油 椰子油 菜油3.3 Physical Properties of Fats2. Melting Points and Boiling Points 天然油脂没有敏锐的mp和bp mp:游离脂肪酸甘油一酯二酯三酯 mp最高在4055之间。碳链越长，饱和度越 高，则mp越高。 mp96%。 bp：180200之间，bp随碳链增长而增高3.3 Physical Properties of Fats脂 肪熔点()消化率(%)大豆油-8 -1897.

17、5花生油0398.3向日葵油-16 1996.5棉籽油3-498奶油283698猪油365094牛脂425089羊脂445581人造黄油87表4-3 几种常用食用油脂的溶点与消化率的关系3. Crystallization properties 油脂的晶体特性3.3 Physical Properties of Fats脂肪固化时，分子高度有序排列，形成三维晶体结构 晶体是由晶胞在空间重复排列而成的 晶胞一般是由两个短间隔(a,b)和一个长间隔(c)组成的长方体或斜方体。 脂肪酸烃链中的最小重复单位（亚晶胞）是亚乙基(-CH2CH2-)，可用来描述脂肪中脂肪酸烃链的晶体结构的堆积或排列方式 3

18、. Crystallization properties 化学组成相同的物质，结晶晶型不同，但融化后生成相同的液相。concept 同质多晶(Polymorphism) 未熔化 亚稳态 稳定态 稳定态 稳定态脂肪酸烃链中的最小重复单位是-CH2CH2- 自发地取决于温度脂肪的亚晶胞最常见的堆积方式: （2）正交 （1）三斜 （3）六方 Stability： 三斜(T)：烃链平面是平行的正交(O):烃链平面相互垂直 六方形（H） 三酰基甘油的3种晶型最稳定 最不稳定 易结晶为型的脂肪有：大豆油、花生油、椰子油、橄榄油、玉米油、可可脂和猪油。易结晶为/型的脂肪有：棉子油、棕榈油、菜子油、乳脂、牛脂

19、及改性猪油。/型的油脂适合于制造人造起酥油和人造奶油。 3. Crystallization properties 油脂的晶体特性甘油三酯在晶格中分子排列成椅式DCLTCL特性堆积方式正六方正交三斜熔点密度有序程度 表4-4 同酸甘油酯同质多晶体的特性3. Crystallization properties 油脂的晶体特性 调温 利用结晶方式改变油脂的性质，使得到理想的同质多晶型和物理状态，以增加油脂的利用性和应用范围。Concept可可脂：POSt（40%）、StOSt（30）以及POP（15），具有6种同质多晶型物（-） 调温 利用结晶方式改变油脂的性质，使得到理想的同质多晶型和物理状态

20、，以增加油脂的利用性和应用范围。 可可脂：POSt（40%）、StOSt（30）以及POP（15），具有6种同质多晶型物（-） Concept迅速加热至熔点Polymorphism of Cocoa Fats -2 23.3 C -2 27.5 C -3V 33.8 C -3VI 36.2 Cthe best最不稳定，熔点最低 型比较稳定，介稳态，是所期望的结构， 使巧克力涂层具有光泽的外观 VI型比V型的熔点高,最稳定,贮藏中VVI型， 导致巧克力的表面形成一层非常薄的“白霜”， 是不期望的 加入低浓度表面活性剂，能改变脂肪熔化温度范围以及同质多晶型物的数量与类型 表面活性剂将稳定介稳态的同

21、质多晶型物，推迟向V VI型转变。 山梨醇硬脂酸一酯和三酯可以抑制巧克力起霜，抑制V VI型。 山梨醇硬脂酸三酯可加速介稳态同质多晶型物转成V型。3. Crystallization properties 油脂的晶体特性4. Melting Properties 3.3 Physical Properties of Fats油脂的熔化固体分数ab/ac液体分数bc/ac固体脂肪指数(SFI) Solid Fat Index: 在一定温度下固液比ab/bc4. Melting Properties 热焓或膨胀熔化曲线SFI同食品中脂肪的功能性质密切相关固体脂肪指数(SFI)的测定 膨胀率法：精确

22、，费时，只适用于SFI50%. 核磁共振法 (宽线, 脉冲)超声技术: 固体脂肪的超声速率大于油. 热焓或膨胀熔化曲线美国油脂化学会(AOCS): 10,21.1,26.7, 33.3, 37.8国际理论应用化学联合会(IVPAC): 10, 15, 20, 25固体脂肪指数(SFI) 5040302010 10 21 27 33 38 人造奶油复合起酥油椰子油温度/ 固体相对含量/%油脂的塑性 指在一定外力下，表观固体脂肪具有的抗变形的能力。 油脂塑性的决定因素：固体脂肪指数（SFI）：固液比适当脂肪的晶型：/晶型可塑性最强熔化温度范围：温差越大，塑性越大4. Melting Propert

23、ies 可塑性油脂的作用：涂抹性（涂抹黄油等）可塑性（用于蛋糕的裱花）起酥作用使面团体积增加起酥油（Shortening ）：是指用在饼干、糕点、面包中专用的塑性油脂。特性：在40oC不变软，在低温下不太硬，不易氧化。Plastic FatsPlastic Fats： 涂抹性 概念: 塑性油脂在剪切应力作用下以薄层形式 均匀分布和保留在平面上的能力. 影响因素: 屈服值，人造黄油4000Pa shortening shortening Pastry Margarine 酪化性Concept: 塑性油脂在空气中高速搅拌时形成 气泡的能力。酪化值：1g试样所含空气毫升数的1000倍。Example

24、: 乳脂打擦度 等质量的乳脂和蔗糖混合后， 在规定时间内由专门的设备 不断搅打，比容积的增加倍数。 惯奶油1.9-2.7 优良1.6-1.9 中等1.3-1.6 差稀奶油乳脂肪：35-38 搅打温度：2-8蔗糖：15-20 搅打时间：8-10min乳化剂: 如卵磷脂稳定剂: 如明胶或海藻酸钠Plastic Fats： 起酥作用 面团体积增加 形成较大面积的薄膜和细条，使面团延展性增强；包含空气； 降低面粉吸水率； 35.4 8.64油脂 35.9油脂 32.4 19.8Plastic Fats：酥性和甜酥性饼干：油30-40 韧性饼干：油1014% Concept: 起酥油(Shortenin

25、g) 是指用在饼干、糕点、面包中专用的塑性油脂。 shortening shortening Pastry Margarine特性： 结构稳定的塑性油脂，在40C不变软， 在低温下不太硬，不易氧化。起酥油(Shortening) 氢化植物油0.1%-0.5% 单甘酯0.1%-0.3% 大豆磷脂 20ml/100g氮气0.2g/Kg BHT混合冷却结晶捏合塑化排出时压力骤降通过挤压阀排出白色光滑奶油状装入容器-膏状熟化1-4天低于熔点或高于包装温度1-2度1. Smell and colour3.3 Physical Properties of Fats2. Melting and Boilin

26、g Points3. Crystallization properties4. Melting properties3.4 Chemical Properties of Fats4. 辐解(Radiolysis)3. 脂肪在高温下的化学反应2. 氧化反应(oxidation Reaction)1. 水解反应(Lipolysis Reaction)1. 水解反应 (Lipolysis Reaction)Fats +H2O Free Fatty Acid加热、酸、碱及脂解酶乳脂水解释放出短链脂肪酸，使生牛奶产生酸败味；但添加微生物和乳脂酶能产生某些典型的干酪风味。在油炸食品时，食品中大量水分进入油

27、脂，油脂又处在较高温度下产生脂解，使游离脂肪酸含量增加，通常引起油脂发烟点和表面张力降低，以及油炸食品品质变劣。油炸发烟，影响风味 水解酸败动物脂肪高温提炼灭酶 1. 水解反应 (Lipolysis Reaction)Fats +H2O Saponification 皂化加碱酸价 (Acid Value；AV)： 中和1克油脂中游离FA所需的KOH毫克数。 AV 饱和脂肪酸 顺式构型 反式构型 共轭双键 非共轭双键 游离脂肪酸 甘油酯 甘油酯中FA的无规分布使V氧化 双键数V氧化脂肪酸双键数诱导期(h)相对氧化速率18:00118:1 (9)18210018:2 (9,12)219120018

28、:3 (9,12,15)31.342500表3-7 脂肪酸在25C时的诱导期和相对氧化速率影响油脂氧化速率的因素: O21O2的V氧化1500 3O2 的V氧化。V氧化氧压 Temperature 温度V氧化SFA室温下稳定，高温下会显著的氧化。 Aw Surface Area 表面积V氧化 Catalyst（催化剂,助氧化剂） Mn+(n2,过渡金属离子)是助氧化剂。a. 促进ROOH分解b. 直接与RH未氧化物质作用 Mn+ + RH M(n-1)+ + H+ + R c. 使3O2 活化，产生1O2和HO2金属催化能力强弱排序如下：铅铜黄铜锡锌铁铝不锈钢银 光和射线 促使氢过氧化物分解

29、引发游离基 抗氧化剂 延缓和减慢油脂氧化速率 影响油脂氧化速率的因素:过氧化脂质的危害: 过氧化脂质几乎能和食品中的任何成分反 应，使食品品质降低。 ROOH几乎可与人体内所有分子或细胞反 应，破坏DNA和细胞结构。 脂质常温及高温氧化均有有害物产生。RO + Pr Pr + ROH 2 Pr Pr-Pr 3.4 Chemical Properties of Fats4. 辐解(Radiolysis)3. 脂肪在高温下的化学反应2. 氧化反应(Oxidation Reaction)1. 水解反应(Lipolysis Reaction)3. 脂肪在高温下的化学反应 热分解、热聚合、缩合、水解、

30、氧化反应等。油脂经长时间加热，颜色变暗，粘度，碘值，酸价，发烟点，泡沫量。 Thermal Decomposition 热分解作用 氧化热解非氧化热解(2) Thermal Polymerization 热聚合作用氧化热聚合非氧化热聚合 (1) Thermal Decomposition Introduction: 饱和脂肪 非氧化热解有毒 饱和脂肪 氧化热解 不饱和脂肪 非氧化热解 主要生成一些低分子量的物质；此外还有二聚体。 氧化热解 与低温下的Autoxidation类似，但ROOH的分解速率更快。非氧化热解 (1) Thermal Decomposition 脂肪的热分解作用小结：氧化

31、热解饱和脂肪 酸、烯醛、酮不饱和脂肪 低分子量物质、二聚体饱和脂肪 ROOH不饱和脂肪 ROOH（自动氧化）油脂加热温度应 T150 非氧化热聚合 是Diels-Alder反应 氧化热聚合 聚合成二聚体。 导致油脂粘度增大，泡沫增多油脂检验含羟基化合物（乙酰化值）， 环状化合物的含量 (2) Thermal Polymerization 3. 脂肪在高温下的化学反应(1) Thermal Decomposition 热分解作用 氧化热解非氧化热解(2) Thermal Polymerization 热聚合作用氧化热聚合非氧化热聚合(3) 油脂的缩合反应 (3) 油脂的缩合反应 小结： 油炸食品

32、中香气的形成与油脂在高温下的某些反应 有关。 油脂在高温下过度反应，则是十分不利的。加工中 宜控制t150。醚类化合物 油脂在油炸条件下的化学变化：3.4 Chemical Properties of Fats4. 辐解(Radiolysis)3. 脂肪在高温下的化学反应2. 氧化反应(Oxidation Reaction)1. 水解反应(Lipolysis Reaction)目的：消灭微生物和延长货架寿命 高剂量 1050kGy 中等剂量 110kGy 低剂量 3kGy 4. 辐解(Radiolysis) 防止马铃薯和洋葱发芽； 延迟水果成熟； 杀死调味料,谷物，豌豆 和菜豆中的昆虫；肉和肉制品杀菌；延长食品货架寿命 如：冷藏新鲜鱼,鸡,水果及蔬菜 辐射剂量越大，影响越严重 辐照和加热生成的降解产物有些相似，但后者分解产物更多。(250kGymp改变油脂的结晶性和稠度 Random Inter