高级食品化学专题一水分省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

高级食品化学汪东风82031575wangdf@1研究生高级生物化学/2011-61/35高级生物（食品）化学《高级生物（食品）化学》内容提要及学习要求《高级食品化学》是在学习掌握了基础生物化学、无机化学、有机化学及食品化学等课程基础上提升课程。以专题讲座和讨论形式进行课堂理论学习。一、专题讲座主要内容有：1，食品中水分研究进展2，生物无机化学及研究进展（生命金属元素基础知识及生物功效，生物无机化学应用现实状况及前景）；3，模拟酶基础知识及研究进展4，孟祥红教授二个专题。2研究生高级生物化学/2011-62/35二，课堂讨论主要内容有：1，指定主题讨论；2，自选主题讨论；三，学习要求：1，对专题讲座及课堂讨论主要内容有很好了解和掌握；2，不论是指定主题讨论还是自选主题讨论都应有较新文件综述及较强文字组织。课程论文文字不少于4000字，最新外文文件不少于8篇左右；3，本课程是硕士必修课，所以需要考评成绩。考评方式：笔试50%，课堂讨论50%联络电话：82031575，E-mail:wangdf@3研究生高级生物化学/2011-63/35第一专题水分1.1概述1.1.1水在食品和人体中功效1.1.2食品中水与非水成份之间相互作用在食品中功效在人体中功效与非水成份之间相互作用水在食品中存在形式1.1.3水分活度与食品稳定性水分活度水分活度与温度关系水分活度与水分含量关系

水分活度与食品稳定性4研究生高级生物化学/2011-64/351.2冷冻和脱水过程中食品改变相关基础理论1.2.1相平衡相平衡相相图单组分系统水相图理想完全互溶双溶液体系p-x图

理想完全互溶双溶液体系T-x图

二组分系统完全互溶双溶液体系5研究生高级生物化学/2011-65/35二组分系统二组分部分互溶体系H2O-C6H5NH2体系溶解度图

水-三乙基胺体系溶解度图

含有最低会溶温度双溶液体系含有最高会溶温度双溶液体系6研究生高级生物化学/2011-66/35二组分不互溶体系含有简单低共熔混合物二组分体系A与B共存时，各组分蒸气压与其单独存在时一样，液面上总蒸气压等于两纯组分饱和蒸气压之和，即：p=pA*+pB*低共熔混合物相图H2O-（NH4）2SO4相图7研究生高级生物化学/2011-67/35状态图二组分体系状态图8研究生高级生物化学/2011-68/351.2.2结晶成核作用成核只能是在温度低于凝固点温度Tm条件下才能产生，均相成核温度Thom要比非均相成核温度Thet低，即Thom＜Thet＜Tm（下列图）。一些物质凝固点温度（Tm）、均相成核温度（Thom）和浓度关系9研究生高级生物化学/2011-69/35不过当溶液处于过饱和时，G晶＜G液。此时结晶相从溶液中析出将有利于降低体系总自由能，所以离子有向群集继续堆积倾向，从而有可能形成晶核。但与此同时，结晶相析出使得体系相数从一个变为两个，在两相之间产生了相界面。因为相界面含有表面自由能，因而结晶相出现从另首先又造成体系总自由能增高。（一）均相成核晶核大小与体系自由能关系

晶核临界半径（rc）与过冷度（ΔT）关系

注：ΔG为体系总自由能改变；-ΔG1为结晶相与液相二者自由能差值；ΔG2为两相界面表面自由能；rc为晶核临界半径；ΔGc为成核能。10研究生高级生物化学/2011-610/35（二）非均相成核和二次成核（三）分散体系中成核作用1.3冻藏时冰对食品稳定性影响微生物繁殖被抑制机械性损伤冰冻浓缩效应低共熔混合物逸出11研究生高级生物化学/2011-611/351.4玻璃化温度与食品稳定性1.4.1基本概念amorphousglassystaterubberystateglasstransitiontemperatureTg，Tg′气体、液体、玻璃和晶体X射线散射曲线示意图

晶态与非晶态蔗糖X衍射图谱

茶多糖与面包混合后X-衍射图12研究生高级生物化学/2011-612/351.4.2食品玻璃态食品小分子物质玻璃态小分子纯物质玻璃态转化及其与结晶/熔化转化比较（实线表示平衡态，虚线表示非平衡态）（1）比体积与温度（T）关系（2）表观黏度（ηa）与温度（T）关系（3）比热容与温度（T）关系（在温度升高时正向表示吸热改变）13研究生高级生物化学/2011-613/35食品大分子物质玻璃态结论：小分子物质形成玻璃态非常困难，而大分子物质形成玻璃态则很轻易高分子体系玻璃态转化（1）糊化马铃薯淀粉凝固点温度（Tm）和玻璃态转化温度（Tg）与水分含量（ww）关系（在含水量极低时数值是外推，虚线表示葡萄糖Tg曲线）；（2）高分子体系温度与流变性质关系（G为弹性剪切模量，单位Pa）；ηa为表观黏度，单位Pa·s14研究生高级生物化学/2011-614/35（1）为T＜Tg，明胶凝胶处于玻璃态；（2）为当T=Tg时，发生玻璃态转化，并进入“韧性区”，弹性模量降低了大约三个数量级；（3）和（4），Tg＜T＜Tm，为橡胶态平稳改变区和橡胶态流动区；（5）为黏性液态流动区。值得注意是，在Tg＜T＜Tm，明胶凝胶能够允许一些物质分子自由扩散，只有在T＜Tg，这种扩散作用才得到抑制。其它大分子物质也有相同趋势，如支链淀粉、挤压淀粉、淀粉和葡萄糖混合物、改性面筋等。明胶弹性模量在玻璃化过程中改变

15研究生高级生物化学/2011-615/35食品混合物玻璃态与纯物质体系相比，混合物结晶作用更轻易受到妨碍，更轻易形成玻璃态。因为在普通情况下，一些成份会阻止另一些成份结晶。另外，体系黏度大大增大，足以阻止结晶成份扩散作用。蔗糖-水体系状态图注：ws为蔗糖质量分数；Tf为水冷冻温度曲线；Ts为蔗糖溶解温度曲线；Tg为玻璃态转化温度曲线；Thom为均相成核温度曲线；Tf,f表示水快速冷却曲线；T′g为特殊玻璃化温度；Tg,s为蔗糖玻璃化温度；Tg,w为水玻璃化温度；Tm,w为水凝固点温度。特殊玻璃态转化各种生物体系冻结曲线T—温度ws—固形物含量1—人血液2—酵母细胞3—胶原蛋白4—肌肉组织16研究生高级生物化学/2011-616/351.4.3影响食品玻璃化温度原因冷却历程对食品玻璃化温度影响玻璃态转化温度Tg本身将伴随冷却速率改变而改变。冷却速率快，其玻璃态转化温度较高，反之，则较低。水对食品玻璃化温度影响小麦面筋Tg与水分含量关系

17研究生高级生物化学/2011-617/35溶质类型对食品玻璃化温度（Tg和）影响溶质相对分子质量对Tg和影响在最大冷冻浓缩条件下从20%（质量分数）蔗糖溶液（○）、糖苷溶液（×）和多元醇（*）溶液测定商业水解淀粉产品数均相对分子质量和葡萄糖当量（DE）对影响从最大冷冻浓缩溶液测定，溶液最初水分含量为80%（质量分数）18研究生高级生物化学/2011-618/351.4.4玻璃化温度与食品稳定性一些物质玻璃态转化温度与水分含量（ww）关系（淀粉为天然小麦淀粉）

19研究生高级生物化学/2011-619/351.5.1基本概念1.5分子移动性与食品稳定性分子移动性（molecularmobility，Mm）：也称分子流动性，是分子旋转移动和平动移动总度量（不包含分子振动）。物质处于完全而完整结晶状态下其Mm为零，物质处于完全玻璃态(无定形态)时其Mm值也几乎为零，其它情况下Mm值大于零。1.5.2分子移动性与食品稳定性关系许多食品含有没有定形组分而且是以介稳定或非平衡状态（即玻璃态）存在干燥或半干燥食品冷冻食品流动性质和粘性结晶和重结晶巧克力糖霜食品在干燥中碎裂干燥和中等水分食品质构在冷冻干燥中发生食品结构塌陷以胶囊化方式包埋挥发性物质逃逸酶活性Maillard反应淀粉糊化由淀粉老化引发焙烤食品变陈焙烤食品在冷却时碎裂微生物孢子热失活水分迁移（冰结晶作用）乳糖结晶（在冷冻甜食中砂状结晶）酶活力在冷冻时留存，有时还出现表观提升在冷冻干燥第一阶段发生无定形结构塌陷食品体积收缩（冷冻甜点中泡沫状结构部分塌陷）与分子移动性相关一些食品性质和特征20研究生高级生物化学/2011-620/35在Tm和Tg之间，分子流动性Mm和由扩散限制食品性质与温度有着显著相依性注意：食品变质速度曲线己被竖向调整以防止重合；图中所显示值是相对值，而它们意义仅与这些曲线斜率相关。曲线a是WLF黏度，它通常反比于由扩散决定反应速度；曲线b是冷冻豌豆中抗坏血酸损失假一级速度常数；曲线c是在麦芽糊精水溶液中对-硝基苯磷酸二钠酶催化水解速度；曲线d是在冷冻鳕鱼中蛋白质溶解度下降速度常数；曲线e是冷冻鳕鱼“英斯特朗峰值’，增加速度常数；曲线f是蛋黄表观黏度增加平均速度（在冷却期间，即冷冻早期阶段，它相当于曲线右端陡峭斜率）；曲线g是在冷冻牛肉中冰晶生长速度“动力学常数”。21研究生高级生物化学/2011-621/35在不一样温度下，抗坏血酸随时间而损失

上部3条线分别代表-11.5℃、-14.3℃和-17.7℃数据，◆和■分别代表-8.0℃和-5.6℃数据卷心菜和土豆片褐变与水分含量和T-Tg关系

在一个模拟体系中，非酶褐变速度与T-Tg关系麦芽糊精（DE10）、L-赖氨酸和D-木糖按13∶1∶1百分比使用。在每一个指出温度，贮藏温度保持恒定，通常改变试样水分含量使T-Tg发生改变22研究生高级生物化学/2011-622/351.5.3分子移动性Mm（和/或玻璃化温度Tg）应用食品冷冻冷冻将会出现两个非常不利后果：（1）水转化为冰后，其体积会对应增加9%；（2）在非冷冻相中非水组分被浓缩.23研究生高级生物化学/2011-623/35SHP制造商淀粉起源/℃DEStaley300Staley①玉米-2435MaltrinM250GPC②（1982）Dent玉米-1825MaltrinM150GPCDent玉米-1415PaselliSA-10Avebe③马铃薯（AP）-1010StarDri5Staley（1984）DentCorn-85CrystalgumNational④木薯-65Stadex9StaleyDentCorn-53.4AB7436Anhellser-Busch蜡质玉米-40.5分子量与玻璃化相变温度关系：分子量越大玻璃化相变温度越高24研究生高级生物化学/2011-624/35食品/℃食品/℃果汁热烫甜玉米-10柑橘（各种试样）-37.5+1.0马铃薯，新鲜-12菠萝-37菜花，冷冻茎-25梨-40碗豆，冷冻-25苹果-40青刀豆，冷冻-27梅-41冬季花椰菜，冷冻白葡萄-42茎-27柠檬（各种试样）-43+1.5头-12水果，新鲜菠菜，冷冻-17斯帕克尔草莓（心）-41冷冻甜食斯帕克尔草莓（边缘部分）-39和-33冰淇淋，香草-31～-33[32]～[37]斯帕克尔草莓（中间部分）-38.5和-33[7]冰奶冻，香草，软-30～-31[28]～[45]其它品种草莓-33和-41[16～24]干酪新鲜蓝莓-41契达干酪-24蓝莓表皮-41和-32意大利波罗伏洛干酪-13桃-36奶油干酪-33香蕉-35鱼红帅苹果-42鳕鱼肌肉②，③-11.7+0.6苹果（GrannySmith）-41鳕鱼肌肉（水不可溶部分）②，④-6.3+0.1番茄，新鲜，果肉-41鲭雪肌肉②，③-12.4+0.2蔬菜，新鲜或冷冻鲭鱼肌肉（水不可溶部分）②，④-7.5+0.4甜玉米（新鲜胚乳）-15牛肉肌肉②，④-12.0+0.3甜玉米（超市新鲜）-825研究生高级生物化学/2011-625/35冷冻速度与玻璃化相变温度关系：提升冷冻速度可提升玻璃化相变温度26研究生高级生物化学/2011-626/3527研究生高级生物化学/2011-627/35食品空气干燥食品真空冷冻干燥28研究生高级生物化学/2011-628/351.6.1Tg、Mm和水分活度与水分吸着等温线关系1.6水分活度，分子移动性Mm和玻璃化温度Tg相互关系几个不一样相对分子质量碳水化合物玻璃化相变温度和水分活度（25℃）之间关系29研究生高级生物化学/2011-629/35产生25℃Tg所需要RVPs（在25℃）和产生BET单层值所需要RVPs（在25℃）之间比较（M-DE代表麦芽糊精葡萄糖当量）30研究生高级生物化学/2011-630/35水分活度（AW）、分子流动性（Mm）和玻璃化温度（Tg）方法是研究食品稳定性三个互补方法。1.6.2水分活度，分子移动性和Tg在预测食品稳定性方面比较玻璃化温度（Tg）是从食品物理特征改变来评定食品稳定性方法。水分活度（AW）方法主要是研究食品中水有效性（可利用性），如水作为溶剂能力；分子移动性（Mm）方法主要是研究食品微观粘度（microviscosity）和化学组分扩散能力，它也取决于水性质；31研究生高级生物化学/2011-631/35大多数食品含有Tg，在生物体系中，溶质极少在冷却或干燥时结晶，所以常以无定形区和玻璃化存在。能够从Mm和Tg关系预计这类物质扩散限制性质稳定性。在食品保藏温度低于Tg时，Mm和全部扩散限制改变，包含许多变质反应，都会受到很好限制。在Tm-Tg温度范围内，伴随温度下降，Mm减小而粘度提升。普通说来，食品在此范围内稳