主题：【资料】食品安全之食品化学

③淀粉的糊化和老化

β-淀粉：指具有胶束结构的生淀粉；

α-淀粉：指不具有胶束结构的淀粉，也就是处于糊化状态的淀粉；

膨润现象：淀粉颗粒因吸水，体积膨胀数十倍，生淀粉的胶束结构即行消失的现象。

（1）糊化：

生淀粉在水中加热至胶束结构全部崩溃，淀粉分子形成单分子，并为水所包围而成为溶液状态。

由于淀粉分子是链状或分支状，彼此牵扯，结果形成具有粘性的糊状溶液，这种现象称为糊化。淀粉糊化温度必须达到一定程度，不同淀粉的糊化温度不一样，同一种淀粉，颗粒大小不一样，糊化温度也不一样，颗粒大的先糊化，颗粒小的后糊化。

影响淀粉糊化的因素有：

A 淀粉的种类和颗粒大小；

B 食品中的含水量；

C 添加物：高浓度糖降低淀粉的糊化，脂类物质能与淀粉形成复合物降低糊化程度，提高糊化温度，食盐有时会使糊化温度提高，有时会使糊化温度降低；

D 酸度：在pH4-7 的范围内酸度对糊化的影响不明显，当pH 大于10.0，降低酸度会加速糊化。

（2）老化：

经过糊化后的淀粉在室温或低于室温的条件下放置后，溶液变得不透明甚至凝结而沉淀，这种现象称为淀粉的老化。

影响淀粉老化的因素有：

A 淀粉的种类：直链淀粉比支链淀粉更易于老化；

B 食品的含水量：食品中的含水量在30%-60%淀粉易于老化，当水分含量低于10%或者有大量水分存在时淀粉都不易老化；

C 温度：在2-4℃淀粉最易老化，温度大于60℃或小于-20℃颠覆你呢都不易老化；

D 酸度：偏酸或偏碱淀粉都不易老化。

淀粉老化在早期阶段是由直链淀粉引起的，而在较长的时间内，支链淀粉较长的支链也可以相互发生缔合而发生老化。防止淀粉老化的方法：将糊化后的淀粉在80℃以上高温迅速去除水分使食品的水分保持在10%以下或在冷冻条件下脱水。

④化学改性淀粉：

（1）预糊化淀粉，糊化后在干燥滚筒上快速干燥；

（2）淀粉磷酸酯：淀粉在碱性条件下与磷酸盐在120-125℃下的酯化反应，可以提高淀粉的增稠性、透明性，改善在冷冻-解冻过程中的稳定性；

（3）交联淀粉：嗲安分与含有双键或多功能团的试剂反应所生成的衍生物，产用的交联试剂有：三磷酸钠，表氢醇，醋酸等。

3 果胶

果胶是指不同长呢高度酯化和中和的α-半乳糖醛酸以1，4-苷键形成的聚合物。

果胶的酯化度=果胶中酯化的半乳糖醛酸的残基数/果胶中总半乳糖醛酸的残基数。

在果蔬成熟过程中，果胶由3 种形态：

原果胶：高度甲酯化的多聚半乳糖醛酸；

果胶：中等度甲酯化的多聚半乳糖醛酸；

果胶酸：未甲酯化的多聚半乳糖醛酸。

果胶形成凝胶的条件：糖含量60-65%，pH2.0-3.5，果胶0.3%-0.7%。

影响果胶形成凝胶的因素：

（1）果胶分子量：凝胶的强度与果胶的分子量呈正比；

（2）酯化度：酯化度在30-50 时，凝胶形成时间随酯化度的增大而增加，酯化度在50-70时，凝胶形成时间随酯化度的增大而减小。酯化度（DE）小于50 的果胶称为低甲氧基果胶，低甲氧基果胶形成凝胶不需要糖，但必须有多价离子存在，如钙离子、铝离子等。

（3）pH 的影响：果胶一般在pH2.7-3.5 形成凝胶，最适pH3.2，低甲氧基果胶在pH2.5-6.5 形成凝胶。

（4）温度。

色素概述
颜色：人对眼睛视网膜接受到的光信号作出反应，在大脑中产生的某种感觉。

色素：食品中呈现各种颜色的物质。

色素分类：

①来源：天然色素和人工合成色素；动物色素（红血素、虾青素等）、植物色素（叶绿素、胡箩卜素、花青素等）、微生物色素（红曲色素）；

②溶解性：脂溶性和水溶性；

③结构：吡咯类色素（叶绿素、红血素等）、多烯类（类胡箩卜素）、酚类（花青素、儿茶素、花黄素等）、醌酮类（红曲色素、姜黄素、虫胶色素等）、其他。

物质呈色的原理：在可见光中，不同波长的光呈现不同的颜色，这是因为不同的物质能够吸收不同波长的光，如果某种物质吸收的光的波长范围在可见光以外，这种物质就是无色的，如果吸收可见光区的某些波长的光，那这种物质是有颜色的，而它所呈现的颜色就在可

见光中未被吸收的关的颜色，即被吸收关的互补色。

食品的褐变作用
1 褐变

褐变指食品在加工、贮藏过程中颜色发生变化而趋向加深的现象。根据褐变的原因，可分为非酶褐变和酶促褐变。

2 非酶褐变：

① Maillard 反应

Maillard 反应又称为羰氨反应，指食品体系中含有氨基的化合物与含有羰基的化合物之间发生反映而使食品颜色加深的反应。羰氨反应的过程复杂，可分为3 个阶段。

（1）初始阶段：包括羰基缩合与分子重排，羰氨反应的第一步是含氨基的化合物与含羰基的化合物之间缩合而形成Schiff 并随后环化成为N-葡萄糖基胺（①-③），再经Amadori分子重排生成果糖胺（④-⑦），果糖胺进一步与一分子葡萄糖缩合生成双果糖胺（⑧）。

（2）中间阶段：重排后地果糖胺进一步降解的过程。A 果糖胺脱水生成羟甲基糠醛，羟甲基糠醛积累后导致褐变（⑨-14）B 果糖胺重排形成还原酮，还原酮不稳定，进一步脱水后与氨类化合物缩合（15-18）。C 氨基酸与二羰基化合物作用（19）。

（3）终止阶段：羟醛缩合与聚合形成褐色素。（20）。

② 焦糖化作用

焦糖化作用是指在没有含氨基化合物上午情况下将糖类物质加热到起熔点以上温度，是其发焦变黑的现象。在高温作用下糖类形成两类物质，一类是糖的脱水产物，另一类是糖的裂解产物，焦糖化作用有三个阶段：

（1）从蔗糖熔融开始，有一段时间的起泡，蔗糖脱去一分子水形成异蔗糖酐，起泡暂时停止，形成的产物无甜味有温和的苦味；

（2）继续加热，第二次起泡，持续时间更长，失水量约为9%，形成焦糖酐，平均分子式为C24H36O18，熔点为138℃，有苦味；

（3）焦糖酐进一步脱水生成焦糖烯，继续加热形成难溶性的深色物质焦糖素。焦糖素有一定的等电点，pH3.0-6.9。

③抗坏血酸褐变

抗坏血酸氧化形成脱氢抗坏血酸，再水合形成2，3-二酮古洛糖酸，脱水，脱羧后形成糠醛，再形成褐色素。

④非酶褐变对食品的影响

（1）颜色；

（2）营养价值：氨基酸、蛋白质和抗坏血酸。

⑤非酶褐变的控制

（1）降温：温度相差10℃，褐变反感应的速度相差3-5 倍。酿造酱油温度每升高5℃，着色度提高35.6%。

（2）水分含量：10-15%的含水量最容易发生褐变，奶粉幽囚含水量低于3%。

（3）pH：羰氨反应中缩合物在酸性条件下易于水解，降低pH 就可以防止褐变。

（4）原料选择：对于羰氨反应的速度而言：还原糖>非还原糖；戊碳糖>六碳糖；戊碳糖中核糖>阿拉伯糖>木糖；六碳糖中半乳糖>甘露糖>葡萄糖>果糖；在双糖中乳糖>蔗糖>麦芽糖>海藻糖。在胺类化合物中：胺>氨基酸>多肽>蛋白质，而在氨基酸中，碱性氨基酸>酸

性氨基酸，氨基在ε位或末端的比α位的快。

3 酶促褐变

①概念

酶促褐变发生在水果、蔬菜等新鲜植物性食物中。水果和蔬菜在采收后，当有机械性损伤发生或处于异常环境时，果蔬中原有的氧化还原平衡被破坏，导致氧化产物积累，造成果蔬变色，这类反应的速度非常快，一般需要和空气接触，由酶催化，因此称为酶促褐变。

②酶促褐变的机理

催化酶促褐变的酶有酚酶、抗坏血酸氧化酶、过氧化物酶等。

（1）酚酶：植物提内的酚酶是一个寡聚体，可以催化两类反应，一类是羟基化作用，产生酚的邻羟基；二是氧化作用，使邻二酚氧化为醌，所以酚酶是一个多酶体系，一种是酚氧化酶，又称为甲酚酶，另一种是多酚氧化酶，又称为儿茶酚酶。而被称为酪氨酸氧化酶的酚酶则同时能催化这两类反应。不同的底物的酶促褐变的速度大不相同，邻二酚>一元酚>对位二酚>间位二酚，间位而2 酚有一定的抗氧化作用，如愈创木酚。

（2）抗坏血酸氧化酶。

（3）过氧化物酶。

③酶促褐变的防止

（1）热处理：热烫、巴氏杀菌和微波加热90-95℃，维持几秒钟；

（2）酸处理：多数酚酶的最适pH 为6-7，pH<3.0 基本失活，所以降低pH 就可以抑制酶促褐变，常用VC、柠檬酸、苹果酸来降低pH。一般柠檬酸与Na2SO3 混用，0.5%柠檬酸+ 0.3%VC；

（3）SO2 及Na2SO3：在pH=6 时，效果最好，10ppm 的SO2 足以使酚酶失活，但考虑到挥发，反应损失等，一般增加为300ppm，残留低于20mg/kg。添加此类试剂会造成食品褪色和VB1 被破坏；

（4）驱氧法；

（5）底物改性：使酚形成甲基取代物。

单糖、双糖在食品应用方面的物理性质
1 甜度

各种单糖或双糖的相对甜度为：蔗糖1.0，果糖1.5，葡萄糖0.7，半乳糖0.6，麦芽糖0.5，乳糖0.4。

2 溶解度

常见的几种糖的溶解度如下：果糖78.94%，374.78g/100g 水；蔗糖66.60%，199.4g/100g水；葡萄糖46.71%，87.67g/100g 水。实在室温下葡萄糖的溶解度较低，其渗透压不足以抑制微生物的生长，贮藏性差，工业上一般在较高温度下55℃（70%），不会结晶，贮藏性好。

一般说来糖浓度大于70%就可以抑制微生物的生长。果汁和蜜饯类食品就是利用糖作为保藏剂的。

3 结晶性

就单糖和双糖的结晶性而言：蔗糖>葡萄糖>果糖和转化糖。淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，自身不能结晶并能防止蔗糖结晶。在生产硬糖是不能完全使用蔗糖，当熬煮到水分含量到3%以下时，蔗糖就结晶，不能得到坚硬、透明的产品。一般在生产硬糖时添加一定量的（30%-40%）的淀粉糖浆。

在生产硬糖时添加一定量淀粉糖浆的优点是：

（1）不含果糖，不吸湿，糖果易于保存；

（2）糖浆中含有糊精，能增加糖果的韧性；

（3）糖浆甜味较低，可缓冲蔗糖的甜味，使糖果的甜味适中。

4 吸湿性和保湿性

吸湿性：糖在空气湿度较高的情况下吸收水分的情况。

保湿性：指糖在较高空气湿度下吸收水分在较低空气湿度下散失水分的性质。

对于单糖和双糖的吸湿性为：果糖、转化糖>葡萄糖、麦芽糖>蔗糖。

对于生产硬糖要求生产材料的吸湿性低，如蔗糖；对于生产软糖的材料要求吸湿性要高，如转化糖和果葡糖浆。

5 渗透性

相同浓度下（只哦量百分浓度）下，溶质分子的分子质量越小，溶液的摩尔浓度就越大，溶液的渗透压就越大，食品的保存性就越高。对于蔗糖来说：50%可以抑制酵母的生长，65%可以抑制细菌的生长，80%可以抑制霉菌的生长。

6 冰点降低

当在水中加入糖时会引起溶液的冰点降低。糖的浓度越高，溶液冰点下降的越大。相同浓度下对冰点降低的程度，葡萄糖>蔗糖>淀粉糖浆。生产糕点类冰冻食品时，混合使用淀粉糖浆和蔗糖，可节约用电（淀粉糖浆和蔗糖的混合物的冰点降低较单独使用蔗糖小），利用低转化度的淀粉糖浆还可以促进冰晶细腻，粘稠度高，甜味适中。

7 抗氧化性

糖类的抗氧化性实际上是由于糖溶液中氧气的溶解度降低而引起的。

8 粘度

对于单糖和双糖，在相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：葡萄糖、果糖<蔗糖。<淀粉糖浆，且淀粉糖浆的粘度随转化度的增大而降低。与一般物质溶液的粘度不同，葡萄糖溶液的粘度随温度的升高而增大，但蔗糖溶液的粘度则随温度的增大而降低。根据糖类物质的粘

度不同，在产品中选用糖类时就要加以考虑，如清凉型的就要选用蔗糖，果汁、糖浆等则选用淀粉糖浆。

蛋白质的化学反应及与食品成分的相互作用
1 蛋白质与水的相互作用：蛋白质的水溶性

蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键（偶极-偶极相互作用或氢键），或氨基酸的侧链（解离的、极性甚至非极性基团）同水分子之间发生了相互作用。

影响蛋白质水溶性的应素很多：

（1）pH>pI 时，蛋白质带负电荷，pH=pI 时，蛋白质不带电荷，pH<pI 时，蛋白质带正电荷。溶液的pH 低于或高于蛋白质的pI 都有利于蛋白质水溶性的增加，一方面是加强了蛋白质与水分子的相互作用，另一方面蛋白质链之间的相互排斥作用。等电沉淀。

（2）离子强度：μ=0.5ΣCiZi2，Ci 表示离子强度，Zi 表示离子价数。

盐溶：当溶液中的中性盐浓度在0.5mol/L 时，可增加蛋白质的溶解性，盐作用减弱蛋白质分子之间的相互作用。

盐析：当溶液中的中性盐的浓度大于1mol/L 时，蛋白质会沉淀析出，这是盐与蛋白质竞争水分的结果。

不同盐类对蛋白质的盐析作用强弱不同。将这种强弱顺序称为感胶离子序：




（3）非水溶剂：有些有机溶剂可引起蛋白质变性沉淀，主要是有机溶剂降低了水的介电常数，蛋白质之间的静电斥力降低。

（4）温度：温度低于40-50℃时，随温度的增大水溶性增大，当温度大于50℃，随温度的增大，水溶性降低。

根据蛋白质的溶解性对蛋白质分类：

（1）清蛋白：可溶于pH6.6 的水中，血清清蛋白，卵清蛋白，α-乳清蛋白；

（2）球蛋白：能溶于pH7 的稀碱溶液，β-乳球蛋白；

（3）醇溶蛋白：能溶于70%的乙醇，玉米醇溶蛋白；（4）谷蛋白：在上述溶剂中都不溶解，但可溶于酸（pH2）或碱（pH12）。

2 织构化

在许多食品体系中，蛋白质是构成食品结构和质地的基础，无论是生物组织（鱼和肉的肌原纤维蛋白），还是配制食品（如面团、香肠、肉糜等）。还可以通过织构化加工植物蛋白使其具有咀嚼性及持水性的纤维状产品。

一般蛋白质织构化的方法有：

（1）热凝固和薄膜形成：豆浆在95℃保持几小时，表面会形成一层薄膜，如腐竹的生产。一般工业化蛋白质织构化是在光滑的金属表面进行的；

（2）纤维形成：纤维纺丝。大豆蛋白纺丝：在pH10 时制备高浓度10-40%的纺丝溶液→脱气→澄清→通过管蕊板，每平方厘米1000 孔，孔径为50-150μm→酸性氯化钠溶液（等电沉淀或盐析）→压缩→成品。

（3）热塑挤压：

使蛋白质中的含水量为10-30%，在高压下10000-20000kPa，使其在

20-150s 内温度升高到150-200℃。挤压通过蕊板，一般在蛋白质中加入淀粉可改善其质地。