第二章 一、水的结构一、水的结构 水是唯一的以三种状态存在的物质：气态、液态和固态（冰） （1）气态 在气态下，水主要以单个分子的形式存在 （2）液态 在液态下，水主要以缔合状态(H2O)n 存在，n可变 氢键的特点；键较长且长短不一，键能较小(2-40kj/mol) a.氢键使得水具有特别高的熔点、沸点、表面张力及各种相变热； b.氢键使水分子有序排列，增强了水的介电常数；也使水固体体积增大； c.氢键的动态平衡使得水具有较低的粘度； d.水与其它物质（如糖类、 蛋白类）之间形成氢键，会使水的存在形式发生改变， 导致固定态、游离态之分。 （3）固态 在固体（冰）状态下，水以分子晶体的形式存在；晶格形成的主要形式 是水分子之间的规则排列及氢键的形成。由于晶格的不同，冰有11 种不同的晶型。 水冷冻时，开始形成冰时的温度低于冰点。 把开始出现稳定晶核时的温度称为过冷 温度； 结晶温度与水中是否溶解有其它成分有关，溶解成分将使水的结晶温度降低，大 多数食品中水的结晶温度在-1.0-2.0C。 冻结温度随着冻结量的增加而降低，把水和其溶解物开始共同向固体转化时的温 度称为低共熔点，一般食品的低共熔点为-55-65。 水结晶的晶型与冷冻速度有关。 二、食品中的水二、食品中的水 1.水与离子、离子基团相互作用 当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质时，与水发生静电相互 作用，因而可以固定相当数量的水。例如食品中的食盐和水之间的作用 2.水与具有氢键能力的中性基团的相互作用 许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等，其结构中含有大量的 极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分子通过氢键相互结极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分子通过氢键相互结 合合。 因此通常在这些物质的表面总有一定数量的被结合、 被相对固定的水。 带极性基团的 食品分子不但可以通过氢键结合并固定水分子在自己的表面，而且通过静电引力还可 吸引一些水分子处于结合水的外围，这些水称为邻近水(尿素例外)。 3.结合水与体相水的主要区别 （1）结合水的量与食品中所含极性物质的量有比较固定的关系有比较固定的关系，如 100g 蛋白质大约 可结合 50g 的水，100g 淀粉的持水能力在 3040g；结合水对食品品质和风味有较大对食品品质和风味有较大 的影响的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变； （2）蒸汽压比体相水低得多，在一定温度下（100 ）结合水不能从食品中分离出来； （3）结合水不易结冰不易结冰，由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢子得以在很低的 温度下保持其生命力；而多汁的组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰晶所破坏， 解冻后组织不同程度的崩溃； （4）结合水不能作为可溶性成分的溶剂不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力； （5）体相水可被微生物所利用被微生物所利用，结合水则不能不能。 食品的含水量，是指其中自由水与结合水的总和。 三、水分活度三、水分活度 1 水分活度与微生物之间的关系 水分活度决定微生物在食品中的萌芽、生长速率及死亡率。 不同微生物在食品中繁殖对水分活度要求不同。 各种微生物的活动都有一定的 各种微生物的活动都有一定的 AW 阈值（最低值）阈值（最低值） 2 水分活度与非酶反应的关系 脂质氧化作用 在在 Aw=0-0.35 范围内，随范围内，随 Aw，反应速度的原因：，反应速度的原因： 水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分解，阻止氧化进 行。 这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。 在在 Aw=0.35-0.8 范围内，随范围内，随 Aw ，反应速度的原因：，反应速度的原因： 水中溶解氧增加； 大分子物质肿胀,活性位点暴露加速脂类氧化； 催化剂和氧的流动性增加。 当当 Aw0.8 时，随时，随 aw，反应速度增加很缓慢的原因：，反应速度增加很缓慢的原因： 催化剂和反应物被稀释。 Maillard 反应：水分活度大于反应：水分活度大于 0.7 时底物被稀释。时底物被稀释。 水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不 断增大。断增大。 总结：降低食品的 Aw 可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少食品营养成分的破 化,但 Aw 过低，则会加速脂肪的氧化酸败，因此 Aw 最好保持在结合水范围内，使化 学变化难以发生，同时又不使食品丧失吸水性。 四、水与食品的稳定性四、水与食品的稳定性 冷冻对食品稳定性的影响冷冻对食品稳定性的影响 冷冻法冷冻法是保藏大多数食品最理想的方法，其主要作用在于利用低温，而不是冰。 食品中水结冰时，将出现两个非常不利的后果，即冷冻浓缩效应和水结冰后其体积 比结冰前增加 9。 即使是在冷冻条件下，食品仍然发生着各种化学和生化变化。冷冻对反应速率有两 个相反的影响，即降低温度使反应变得非常缓慢，而冷冻所产生的浓缩效应有时却又 导致反应速率的增大。 冻藏对食品产生冻害 冻藏对食品产生冻害 水转变成冰时体积增加 9，对细胞起机械破坏作用。解冻后细胞汁液外流，失 去了原有的品质。 冻害不很严重的原料，细胞破坏程度不大，但解冻速率太快(如加热、 放在热水中融化等)，使融化的水来不及向细胞内渗透而流失，也会降低其品质。 冻藏对食品中成分产生变化 冻藏对食品中成分产生变化 食品冻结后，由于溶质的冷冻浓缩效应，未冻结相的pH 值、 离子强度、 粘度、 表面 张力等特性发生变化，这些变化对食品成分造成危害。如 pH 值降低导致蛋白质变性及 持水能力下降，使解冻后汁液流失；冻结导致体相水结冰、 水分活度降低，油脂氧化速 率相对提高。 第三章 一、概述 1. 1. 食品中蛋白质来源食品中蛋白质来源 动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳 动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳 植物中蛋白质：如大豆、谷物植物中蛋白质：如大豆、谷物 微生物中蛋白质：酵母微生物中蛋白质：酵母 2.蛋白质分子一级结构 (1)(1)概念 是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。概念 是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。 (2)(2)肽键的结构肽键的结构 二、蛋白质的变性二、蛋白质的变性 1.概念 概念 由于外界因素如酸、碱、热、有机溶剂或辐射处理，使天然蛋白质分子的构象发由于外界因素如酸、碱、热、有机溶剂或辐射处理，使天然蛋白质分子的构象发 生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常变化，不包括一生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常变化，不包括一 级结构上肽键的断裂。 级结构上肽键的断裂。 2.对其结构和功能的影响 分子内部疏水性基团的暴露，溶解性降低； 某些蛋白质的生物活性丧失 蛋白质肽键更多的暴露，易被蛋白酶催化水解； 蛋白质结合水的能力发生改变； 蛋白质分散体系的黏度发生改变； 蛋白质的结晶能力丧失。 3.影响蛋白质变性的物理化学因素 （1）物理因素 加热：变性系数600，热变性与蛋白质的组成、 浓度、 水分活度、 pH 值和离子强度有 关。 静高压、机械处理、冷冻、剪切和辐照、界面的影响。 （2）化学因素 pH 值 中性条件下较稳定 盐 （注意重金属对蛋白质稳定性的影响） 有机溶剂 有机化合物 还原剂 三.蛋白质的功能性质 蛋白质的功能性质 定义：除营养价值外的那些对食品需宜特征 食品需宜特征有利的蛋白质的物理化学性质。 根据蛋白质所能发挥作用的特点，将功能性质分为四类：根据蛋白质所能发挥作用的特点，将功能性质分为四类： 水合性质：吸水性、保水性、溶胀性、黏着性、溶解度、水分散性、粘度等 表面性质：乳化性、起泡性、成膜性、吸收气味 结构性质：弹性、凝胶性、组织化等 感官性质：色泽、气味、味道、适口性、咀嚼性、爽滑度、浑浊度 影响蛋白质功能性质的因素影响蛋白质功能性质的因素: : 蛋白质本身固有的性质； 环境条件的变化；食品所经历的加工处理。 1.水合 概念： 蛋白质与水之间的作用力主要是通过蛋白质分子表面上的各种极性基团与水分 子之间发生了相互作用产生的。 各种蛋白质的水合能力各种蛋白质的水合能力 影响蛋白质结合水的环境因素影响蛋白质结合水的环境因素 浓度: 蛋白质浓度 ，水合量 pH ：在等电点时，结合水的能力最低。 温度：一般温度，水合量 盐的浓度：低盐浓度，水合量高盐浓 度，水合量 2 2 溶解度溶解度 概念：蛋白质作为有机大分子，在水中以胶体态存在，因此蛋白质在水中无严格意义 上的溶解度，通常将蛋白质在水中的分散量或分散水平称为蛋白质的溶解度。 表示方法： （1）蛋白质分散指数（PDI） （2）氮溶解指数（NSI ） （3）水可溶性氮（WSN） 用于蛋白质的提取、分离和纯化，蛋白质的变性程度等可用蛋白质的溶解行为 的变化作为评价指标。 影响溶解度的因素影响溶解度的因素 (1)pH 和溶解度 和溶解度 (2)离子强度和溶解度离子强度和溶解度 (3)温度和溶解度温度和溶解度 当 当 T40时时, 温度升高温度升高,溶解度减少，原因是蛋白质分子发生伸展、变性。溶解度减少，原因是蛋白质分子发生伸展、变性。 3 3 黏度黏度 黏度: 对蛋白质溶液流动性能的量度。 影响蛋白质溶液黏度的因素影响蛋白质溶液黏度的因素: 蛋白质分子或颗粒的表观直径，表观直径越大，黏度就越大。 蛋白质溶剂的相互作用 蛋白质蛋白质相互作用。 4 4 凝胶形成凝胶形成 概念概念：蛋白质形成凝胶有两个过程，首先是蛋白质变性而伸展，而后是伸展的蛋白质 之间相互作用而积聚形成有序的蛋白质网络结构。 蛋白质溶胶溶胶是蛋白质分子分散在水中的分散系； 蛋白质凝胶凝胶是水分散在蛋白质中的一种胶体状态。 凝胶过程凝胶过程：通过加热等使蛋白质分子的构象改变或部分伸展，发生变性；通过冷却、 加入酸、盐使变性分子有序聚集形成网状结构。 根据凝胶形成途径分为：根据凝胶形成途径分为： 热致凝胶：加热形成溶液，冷却形成凝胶。 非热致凝胶：通过调节pH，加入二价金属离 子或部分水解蛋白质而形成凝胶，一旦 形成加热处理不再发生变化。 根据凝胶对热的稳定性分为：根据凝胶对热的稳定性分为： 热可逆凝胶：通过蛋白质分子间的氢键形成。 非热可逆凝胶：多涉及到分子间的二硫键的形成 5 组织化组织化 概念：将一些不具备组织结构和咀爵性能的蛋白质通过加工处理形成具有良好咀爵性 和持水性的薄膜和纤维状产品并且在以后的水合和加热处理中能保持良好的性能。 6 6 面团形成面团形成 概念：小麦胚乳中的面筋蛋白质在有水存在时在室温下混合和揉搓能够形成强内聚力 和粘弹性糊状物的过程。 面筋蛋白主要有： 麦谷蛋白：决定面团的弹性、黏合性以及强度 麦醇溶蛋白：决定面团的流动性、伸展性和膨胀性。 形成过程：形成过程： 可离解氨基酸含量低，在中性水中不溶解；含有谷氨酰胺和羟基氨基酸，易形成分 子间氢键 ，使面筋具有很强的吸水性和粘聚性；这些蛋白质中含有-SH，被揉捏时蛋 白质分子伸展，二硫键形成，疏水性增强，面筋蛋白逐渐转化为形成具有粘弹性的网 状结构。 7 7 乳化性质乳化性质 一般认为蛋白质的疏水性越大，界面上吸附的蛋白质浓度越大，界面张力越小，乳状 液体系因而也就更稳定。 影响蛋白质乳化的因素： 蛋白质自身结构、盐 、蛋白质的溶解性、pH、热作用、低分子表面活性剂 8 8 起泡性质起泡性质 蛋白质泡沫其实质蛋白质在一定条件下与水分、空气形成的一种特殊形态的混合物。 食品泡沫特征： 含有大量的气体、 有较大的表面积、 溶质的浓度在界面高、 能膨胀和弹性的膜、 可反射 光。 产生泡沫的方法：