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1、食品化学食品化学褐变第1页 食品在加工、贮藏过程中，经常会发生变色现象，褐变就是一个最普遍变色现象，在一些食品中，适当程度褐变是有益，如面包、糕点、咖啡等食品在焙烤过程中生成焦黄色和由此而引发香气等；而在另一些食品中，尤其是水果和蔬菜，褐变是有害，它不但影响外观，还影响风味，并降低营养价值，而且往往是食品腐败、不堪食用标志。第2页褐变按其发生机制可分为酶促褐变和非酶褐变两大类。第3页l l酶促褐变酶促褐变 酶引发褐变多发生在较浅色水果和蔬菜中，比如苹果、香蕉和土豆等，当它们组织被碰伤、切开、削皮，就很易发生褐变，这是因为它们组织暴露在空气中，在多酚酶催化下，多酚类物质被氧化为邻醌，邻醌再深入氧
2、化聚合而形成褐色色素（或黑色素、类黑精）。第4页酶促褐变物质条件l l酚类物质酚类物质：植物体内酚类物质种类多,分布广，含量丰富。该物质主要是由碳水化合物代谢衍生出来产物。l l与褐变相关酶类与褐变相关酶类：与酶促褐变亲密相关酶类主要是多酚氧化酶（PPO）它是一个含铜离子膜蛋白酶，大多存在于细胞中，有也存在于细胞膜和细胞壁上。PPO所能引发反应常会使果肉褐变，产生异味，并造成营养成份损失等。第5页l l氧存在氧存在：氧气是生物生命活动主要参加物质，也是生命活动不可缺乏。在正常发育植物组织中，酚类物质、氧气、PPO 同时存在并不发生褐变,这可能与细胞内酚类物质和PPO 区域性相关，也可能因为在正
3、常组织细胞内因为酚类物质分布在细胞液胞内，而PPO 则分布在各种质体或细胞质内,这种区域性分布使酚类物质与PPO 不能接触。而当细胞膜结构发生改变和破坏时，则为酶创造了与酚类物质 接触条件，在氧存在情况下使酚类物质氧化成醌，进行一系列脱水，聚合反应，最终形成黑褐色物质，从而引发褐变。第6页第7页 由此可知:食品发生酶促褐变，必须具备三个条件：即有多酚类物质多酚类物质、多酚氧化酶多酚氧化酶和O2 2。有些瓜果如柠檬、桔子及西瓜等因为不含多酚氧化酶，故不会发生酶促褐变。第8页怎样才能预防食物发生酶促褐变呢？怎样才能预防食物发生酶促褐变呢？第9页在实际工作中，可采取热处理法热处理法、酸处理法酸处理法
4、和与空气隔绝与空气隔绝等方法预防食物褐变。第10页l l热处理法热处理法 适当加热可使酚酶及其它全部酶类失去活性，故果汁生产中常采取原料烫漂和高温短时间快速灭酶。起源不一样多酚氧化酶对热敏感性不一样，然而7090加热约7s，可使大部分多酚氧化酶失活。而使多酚氧化酶完全失活，需要在80时1020min或沸水中2min。但加热处理也有缺点，因为水果和蔬菜经加热后，会影响原有风味，所以必须严格控制加热灭菌温度和时间，尽可能到达灭酶目标而不影响产品风味。采取微波加热法，能到达很好效果。第11页l l调整pH值 酚酶引发氧化最适宜pH为，所以降低pH值可抑制酶催化作用。pH值在3以下，酚酶几乎完全丧失。
5、苹果和杏pH值如调到2.5时，酚酶活性完全消失。用降低pH值方法来预防果蔬饮料发生褐变最惯用方法。普通多采取柠檬酸，苹果酸，抗坏血酸及其它有机酸混合溶液。实践证实：0.5柠檬酸与0.3抗坏血酸合成效果很好。第12页l l驱氧法驱氧法 组织中含较多氧果蔬，可浸入水中或糖浆中，然后进行真空脱气处理，使水或糖浆渗透水果组织占据原来氧所占空间。因为与氧隔离，褐变就能被抑制。所以果蔬饮料普通进行真空脱气处理。第13页l非酶褐变非酶褐变 在食品贮藏及加工中，常发生与酶无关褐变作用，这种褐变常伴随热加工及较长久贮存而发生，它主要包含迈拉德反应焦糖化反应以及抗坏血酸作用。第14页n n 迈拉德反应n n 法国
6、化学家迈拉德于19发觉，当甘氨酸与葡萄糖溶液共热时，会形成褐色色素（也叫类黑精），以后这种反应就被称为迈拉德反应，它包含胺基化合物和羰基化合物之间类似反应在内。因为食品中都含有这二类物质（蛋白质及碳水化合物），所以食品都有可能发生此反应。第15页 当不希望食品出现迈拉德褐变时，只要使水活性降低至0.2以下就能抑制这种反应发生，增大液体食品稀释度或者降低pH和温度，也可到达一样效果。另外，除去食品中能参加褐变反应底物也能使褐变程度减弱，这种底物通常是糖类。第16页 控制食品加工贮藏中迈拉德褐变主要控制食品加工贮藏中迈拉德褐变主要意义意义 1.1.褐变产生深颜色及强香气和风味，对许多食品在品质上，
7、尤其是感官上可能是需要或是不需要。比如，面包焙烤中需要加深其颜色和香味，就需要褐变。反之，果汁热加工时为保持其新鲜水果风味，需阻止褐变；第17页1.1.为了预防营养成份损失，尤其是必需氨基酸如赖氨酸损失，需要防止发生褐变反应。这种营养损失对于赖氨酸缺乏食品（比如谷物）是很主要。大豆粉或大豆离析物与D-葡萄糖一起加热时，大豆蛋白质中赖氨酸将会大量损失，一样对于谷物焙烤食品、面包和豆类焙烤制品也会引发损失。第18页 迈拉德反应不但影响产品色泽，而且也影响食品香味，这是因为在反应中生成了众多香成份，霍奇(Hodge)等人最先讨论了羰氨反应，并总结于下页图第19页 第20页从图上可看出，迈拉德反应体系
8、产物复杂多样,是经过食物组分即前驱体(Precursor)在加热过程中发生反应形成。常见前驱体有还原糖、氨基酸、游离脂肪酸、二肽、酚类化合物、类黄酮类、类胡萝卜素、维生素、脂肪酸甘油酯等。第21页 经过迈拉德反应形成反应香料香味往往不是一个或几个物质决定，而往往是很多成份共同作用结果。以烤肉香气为例，动物生肉香气是很弱，但加热后不一样动物肉都可产生很强香味。据测定，烤牛肉香气成份中大约有300 各种成份，其中有醇、醛、酮、酸、酯、醚、呋喃、吡咯、内酯、碳水化合物、苯系化合物、含硫化合物、含氮化合物等类物质，几乎包含了全部化学类型呈香物质。第22页 这些呈香物质前驱体是肉水溶性抽出物中氨基酸、肽
9、、核酸、糖类、脂质等物质在加热时经过下面三条路径形成：n n脂质自动氧化、水解、脱水及脱羧等反应，生成醛、酮、内酯类化合物。n n 糖、氨基酸分解反应及氧化反应，或糖与氨基酸之间反应，生成挥发与不挥发性成份；n n上列路径中产物之间反应，产生众多香气成份。第23页化合物 感官特征-丁酸内酯 微弱好闻淡奶油芳香香气-戊酸内酯 椰子香味2-戊基呋喃 水果香气2-甲基吡嗪 含有似牛肉加热时发出香味2,5-二甲基吡嗪 土豆片似特有香气2,3,5,6-四甲基吡嗪 牛肉和猪肝加热香气甲硫醇 令人不愉快腐烂甘兰臭气2-甲基噻吩 清香、蔬菜味今将主要组分及感官特征列于下表今将主要组分及感官特征列于下表第24页
10、 迈拉德反应是一个极其复杂反应，它不但产生初始产物，初始产物之间还能相互作用，生成二级产物，而且温度、反应物百分比、pH值等都影响反应结果。因为不一样食品含有不一样前驱体，而且相同前驱体在不一样反应条件下反应结果也不相同，所以形成千变万化食品特征香味。如不一样氨基酸与不一样羰基化合物在不一样温度下所产生香味不一样。第25页 二羟基丙酮二羟基丙酮 葡萄糖葡萄糖 100 100 100 100 180 180 甘氨酸甘氨酸 焙烤土豆香味焙烤土豆香味 焦糖香味焦糖香味 烧糊糖烧糊糖-丙氨酸丙氨酸 淡弱焦糖香味淡弱焦糖香味 啤酒样香味啤酒样香味 烧糊糖烧糊糖缬氨酸缬氨酸 强酵母水解物香味强酵母水解物香
11、味 黑面包香味黑面包香味 巧克力香巧克力香-氨基丁酸氨基丁酸 枫槭香味枫槭香味 烧糊糖烧糊糖亮氨酸亮氨酸 强烈干酪香味强烈干酪香味 巧克力和烤面包香巧克力和烤面包香 烧糊干酪烧糊干酪丝氨酸丝氨酸 淡面包香味淡面包香味 枫槭糖浆香味枫槭糖浆香味 苏氨酸苏氨酸 香气弱香气弱 巧克力枫槭香味巧克力枫槭香味 烧糊味烧糊味蛋氨酸蛋氨酸 烤土豆香烤土豆香 烤土豆焦香烤土豆焦香 马铃薯马铃薯半胱氨酸半胱氨酸 硫化氢硫化氢 肉香香味肉香香味 脯氨酸脯氨酸 烤饼干、面包皮香味烤饼干、面包皮香味 玉米烧蛋白香味玉米烧蛋白香味 烤面包烤面包羟基脯氨酸羟基脯氨酸 土豆香味土豆香味 精氨酸精氨酸 极淡香气极淡香气 爆玉
12、米香味爆玉米香味 烧糊糖烧糊糖苯丙氨酸苯丙氨酸 刺激香气刺激香气 异亮氨酸异亮氨酸 面包皮香味面包皮香味 带霉气、果香带霉气、果香 烧糊干酪烧糊干酪谷氨酸谷氨酸 巧克力糖果香巧克力糖果香 烧糊糖烧糊糖第26页 依据不一样氨基酸和不一样羰基化合物在不一样条件下产物香味不一样，经过调整配方,控制反应条件，生产不一样反应香料，经过补加一部分合成和天然香料调配香精。第27页比如比如 巧克力香味料：将葡萄糖5.0 份，缬氨酸3.0份，亮氨酸3.2 份和水100 份混合投入密闭容器中，通入N2 2，压力控制在10MPa，115 下搅拌反应3h，经冷却后得到巧克力风味反应香料。第28页焦糖化作用焦糖化作用
13、糖类在没有胺基化合物存在情况下加热到其熔点以上时，也会变成黑褐色物质（焦糖），它是糖脱水产物，另外还有一些裂解产物（挥发性醛、酮等）。在焙烤、油炸食品中，焦糖化作用控制得当，能够使产品得到悦人色泽及风味。第29页 蔗糖在酸或酸性铵盐存在溶液中加热，可制得适合用于食品、糖果和饮料焦糖色素，其中最大量是用亚硫酸氢铵作催化剂制备用于可乐饮料耐酸焦糖色素（pH24.5）。第30页 另一个是蔗糖溶液和铵离子溶液一起加热制成焙烤食品着色剂，其水溶液pH为4.24.8，并含有带正电荷胶体粒子；第31页 第三种是蔗糖直接热解形成略带负电荷胶体粒子焦糖色素，溶液pH为34，用于啤酒和其它酒精饮料。第32页 焦糖
14、色素是我国传统使用天然色素之一，无毒性。但最近发觉，加铵盐制成焦糖含4-甲基咪唑，有强致惊厥作用，含量高时对人体有毒。我国食品卫生法要求焦糖色素添加量不得超出200mg/Kg。第33页 抗坏血酸作用抗坏血酸作用 柑桔类果汁在贮藏中色泽变暗，放出CO2 2，是抗坏血酸自动氧化分解为糠醛和CO2 2，而糖醛与胺基化合物又可发生羰氨反应。第34页非酶褐变控制非酶褐变控制l l防止果蔬汁饮料非酶褐变主要方法是产品低温贮防止果蔬汁饮料非酶褐变主要方法是产品低温贮藏藏.因为褐变低于因为褐变低于2020比较迟缓比较迟缓,故轻易褐变饮料故轻易褐变饮料产品产品,应该置于应该置于1010以下贮藏较为妥当以下贮藏较
15、为妥当.因为因为pHpH值值增高，非酶褐变较快，所以也能够采取调整增高，非酶褐变较快，所以也能够采取调整pHpH方方法控制褐变普通将轻易褐变产品法控制褐变普通将轻易褐变产品pHpH值调到以值调到以下为宜下为宜l l另外，生产中也广泛应用亚硫酸盐及酸性亚硫酸另外，生产中也广泛应用亚硫酸盐及酸性亚硫酸盐来控制褐变因为亚硫酸盐，酸性亚硫酸盐能盐来控制褐变因为亚硫酸盐，酸性亚硫酸盐能抑制葡萄糖变为羟基糠醛，所以能成功控制抑制葡萄糖变为羟基糠醛，所以能成功控制各种褐变反应各种褐变反应第35页l l促进非酶褐变原因还有有机酸和金属离子。酒石酸比柠檬酸褐变活性强；锡、铁、铝离子都会促进褐变；而糖中以果糖最富
16、于反应性。另外，氧化型抗坏血酸在36mg100ml时也可促进褐变。所以，在生产和贮存中必须尽可能预防上述非酶褐变条件生成。第36页 从以上介绍我们能够看到，在食品褐变中往往是很多反应一起进行，反应机理也比较复杂，相关研究还在进行中，假如同学们有兴趣话，还能够深入地研究。第37页作业：作业：l l肉变褐原因是发生了迈拉德反应发生了迈拉德反应。l l酶促褐变必须具备三个条件含有多酚类物多酚类物质质、多酚氧化酶多酚氧化酶和O2 2 。l l预防酶促褐变主要采取热处理法热处理法，酸处理酸处理法法和和排除氧气法排除氧气法；抑制酶活方法主要有热热处理处理，调整调整pH值值和加酶抑制剂加酶抑制剂。第38页l
17、 l解释苹果和土豆等用刀削后会变成褐色，但若将解释苹果和土豆等用刀削后会变成褐色，但若将削后苹果，土豆等快速放入高糖，高盐溶液或放削后苹果，土豆等快速放入高糖，高盐溶液或放入沸水中，则不易发生褐变。入沸水中，则不易发生褐变。这是因为苹果和土豆用刀削了以后细胞膜结构发这是因为苹果和土豆用刀削了以后细胞膜结构发这是因为苹果和土豆用刀削了以后细胞膜结构发这是因为苹果和土豆用刀削了以后细胞膜结构发生改变和破坏时，则为酶创造了与酚类物质接触生改变和破坏时，则为酶创造了与酚类物质接触生改变和破坏时，则为酶创造了与酚类物质接触生改变和破坏时，则为酶创造了与酚类物质接触条件，在氧存在情况下发生了酶促褐变。将削
18、后条件，在氧存在情况下发生了酶促褐变。将削后条件，在氧存在情况下发生了酶促褐变。将削后条件，在氧存在情况下发生了酶促褐变。将削后苹果，土豆等快速放入高糖，高盐溶液或放入沸苹果，土豆等快速放入高糖，高盐溶液或放入沸苹果，土豆等快速放入高糖，高盐溶液或放入沸苹果，土豆等快速放入高糖，高盐溶液或放入沸水中，水、糖浆或盐水渗透水果组织占据原来氧水中，水、糖浆或盐水渗透水果组织占据原来氧水中，水、糖浆或盐水渗透水果组织占据原来氧水中，水、糖浆或盐水渗透水果组织占据原来氧所占空间，因为与氧隔离，褐变就能被抑制，所所占空间，因为与氧隔离，褐变就能被抑制，所所占空间，因为与氧隔离，褐变就能被抑制，所所占空间，因为与氧隔离，褐变就能被抑制，所以就不易发生褐变。以就不易发生褐变。以就不易发生褐变。以就不易发生褐变。第39页组组员员陈永娟陈永娟马晓年马晓年陈轶之陈轶之张林杰张林杰黄泽晓黄泽晓第40页谢谢大家！谢谢大家！第41页