油脂化学

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❖ 乳化剂(两亲分子)是用来增加乳浊液稳定性的物 质,其作用主要通过增大分散相液滴之间的斥力、 增大连续相的黏度、减小两相间界面张力来实现的。 其种类和应用将在食品添加剂中专门讨论。(图)
乳浊液稳定状态的影响因素示意图
❖ 分层 ❖ 絮凝 ❖ 聚结
絮凝和聚结示意图
乳化剂的作用

减小两相间的界面 张力
脂类-水体系中,3种液晶结构图
亲水端 疏水端
七、油脂的乳化和乳化剂 油脂和水在一定条件下可以形成一种均匀分散的介
稳的状态-乳浊液,乳浊液形成的基本条件是一种能 以直径为0.1~50μm的小滴在另一种中分散,这种分散 一般成为内相或分散相,分散小滴外边包围的液体成 为连续相。随着内相和连续相种类的不同,油脂的乳 浊液可分为水包油型(O/W,油分散于水中,如牛乳、 冰淇淋)和油包水型(W/O,水分散在油中,如奶 油)。
③亚麻酸:在C11、C14处易引发自由基,最终生成四种 ROOH。其氧化反应速度比亚油酸更快。
16 15 13 12 10 9
14
11
.
14
1.6
O2
H.
16 OOH
1.2
O2
H.
12 OOH
.
11
1.3
O2
H.
13 OOH
9.
O2
H.
9 OOH
自动氧化中氢过氧化物的形成 先在双键的-C处引发自由基,自由基共振稳
油脂分子中的 不饱和脂肪酸
自动氧化
自由基反应
光氧化
自由基反应
酶促氧化
氢过氧化物 氢过氧化物 氢过氧化物
分解
醛、酮、醇、 酸、烃、酸等
小分子化合物
二聚或三聚等分 聚合 子量较大的产物
甲基酮
❖ 5.2.2.1油脂的自动氧化
❖ 油脂的自动氧化指活化的含烯底物(油脂分子中 的不饱和脂肪酸)与空气中氧(基态氧?)之间所 发生的自由基类型的反应。此类反应无需加热,也 无需加特殊的催化剂.(光线、热或金属等活化下)
c CH = CH
CH
异构化
c CH = CH
-10 t CH - CH
CH
CH - CH
CH = CH
OOH
CH
CH = CH
Байду номын сангаас
CH - CH
CH
OOH
由反应及产物可以看出,脂肪氧合酶催化的反应其 反应机理和产物均和自动氧化相同,只不过无需自 由基引发剂,不是链反应而已。
❖ 二、β-氧化反应 ❖ 脂中的饱和脂肪酸的酶促氧化,需要脱氢酶、水
R1
R2
R1 R1
R2
R1
R2
RCHO
R2 R1
R2 R1 R1
R
O
O
R
O
R
R2 R2
5.2.2.5影响油脂氧化速度的因素
一、脂肪酸的组成及结构 主要发生在不饱和脂肪酸上,饱和脂肪酸难以 氧化;不饱和脂肪酸中C=C数目增加,氧化速度加 快;顺式双键比反式 氧化速度快;共轭双 键比非共轭双键 反应速度快; 游离脂肪酸比酯化脂 肪酸容易氧化。
❖ 光敏化剂(Sensitizers;简写Sens)
❖ 3O2 Sens 1O2 , 1O2进攻双键上的任一C原子,双键位移形
成反式构型的ROOH。反应中不产生自由基 (单线态氧能量高,亲电性强,双键附近 电子云密,首先进攻双键)。
❖ 生成的ROOH种类数为:2双键数
此反应的基本特点是:双键邻位C上的氢参与了反 应,但形成的氢过氧键不在双键邻位C上,而是直接 在双键C上;反应中双键移位,原先邻位饱和C变为 了双键不饱和碳;单线态氧首先和邻位C上的氢结合, 然后未与氢结合的另一个氧原子进攻并打开双键, 同时双键移位并H从邻位C上断下,形成产物。
❖ 二、氧 低氧浓度(分压)时,油脂氧化与氧浓度(分压)
近似正比;如果氧的供给不受限,那氧化速度与氧 压力无关。
单线态氧反应速度比三线态快(1500倍)。 三、温度
温度增加,油脂的氧化速度提高;这是因为温度 提高有利于自由基的生成和反应。但是,高温同样 也促进了氢过氧化物的分解与聚合,也就是促使游 离基消失。因此,在高温和高氧化条件下,氧化速 度和温度之间的关系会有一个最高点。
(一)促进氢过氧化 物分解,产生新的自由 基:
n+
M + ROOH
(二)直接使有机物氧化:
M (n+1)++-OH + RO M (n-1)+ + H + + ROO
n+
M + RH
M (n-1)+ + H+ + R
(三)活化氧分子:
M n+ + 3O2
M (n+1)+ + O2-
-e 1O2 HOO
(5)
ROO ·+ ROO · ROOR +O2 (6)
3O2
基态
激发 1O2
激发态
三线态氧
单线态氧
triplet
singlet
1O2 可参与光敏氧化,生成ROOH 并引发自动氧化链反应中的自由基。
(2) Formation of ROOH
①油酸 :先在双键的-C处形成自由基,最终生 成四种ROOH。
本身并无异味。此处所讨论的氢过氧化合物包括上 边不同过程中所有生成的此物质,即不同形式的氧 化均可通过氢过氧化合物联系起来。
氢过氧化合物既可以通过分 解反应,也可以通过聚合反应 而进一步发生变化。
氢过氧化合物分解过程及其 产物可以表示如下页:
(4) Decomposition of ROOH
① ROOH的O––O断裂
O2
-CH=CH-CH| OO .
8 -CH=CH-CH-
| OOH
10 9 8 -C. H-CH=CH-
O2
-CH-CH=CH| OO .
10
-CH-CH=CH| OOH
②亚油酸:-C11同时受到两个双键的双重激活,首先形成自 由基,后异构化,生成两种ROOH。
13 12 11 10 9 -CH=CH-CH2-CH=CH-
第四章 脂 类
第二节 油脂的理化性质
主要介绍油脂类物质与食品相关的理化性质。
六、油脂的液晶态(介晶态)
❖ 油脂中存在几种相态,除固态和液态外,还有 一种物理特性介于固态和液态之间的相态,被称为 液晶态或介晶态。
❖ 在脂类中液晶产生的原因是分子的两亲性,含有 极性和非极性两部分。油脂加热时(真正的熔点未 达到之前),非极性的烃链区域先熔化,极性的酯 基、羧基不熔化,所以形成两亲分子的液晶相。
乳化剂的乳化作用示意图
油水 油
乳化剂 W/O


分散相 亲水端 疏水端
连续相 O/W
乳浊液 水包油型(O/W,水为连续相。如:牛乳) 油包水型(W/O,油为连续相。如:奶油)
❖ 乳浊液是一种介稳的状态,在一定的条件下会出 现分层、絮凝甚至聚结等现象。其原因为:①两相 的密度不同,如受重力的影响,会导致分层或沉淀; ②改变分散相液滴表面的电荷性质或量会改变液滴 之间的斥力,导致因斥力不足而絮凝;③两相间界 面膜破裂导致分散相液滴相互聚合而分层。(图)
R1 - CH - R2COOH OH
+ R3OH
ROOH分解产生的小分子醛、酮、醇、酸等有哈喇 味。
❖ 氢过氧化合物的聚合可以有不同的形式和过程。 可以是氢过氧化合物的聚合,也可以是得到氢过氧 化合物过程中的不同自由基的聚合;还可以是氢过 氧化合物分解产物的聚合。如:
R1
R2
R1
R2 + R1
R2
O
O
R
C - OH + CoA .SH
-H2O 硫激酶
R
C - S CoA
O
O
R
C -S CoA
+H2O 水合酶
OH
R
C - S CoA
脱氢酶 -2H
OO
R
C -S CoA
脱羧酶
+H2O
OO R
+ CoA.SH
OH 酮酸
脱氢酶 -2H
O
R CH 3 + CO 2 + CoA .SH
甲基酮
5.2.2.4 氢过氧化合物的反应(油脂酸败?) 氢过氧化合物是油脂氧化的第一个中间产物,
另外,油脂加工时的温度条件也能影响其 以后的加工和贮藏特性。一般经较高温度的 提取或精炼过程的油脂(如猪脂)较容易氧 化,这是因为提取过程已经使油脂经历了链 引发过程,其中有了引发反应的自由基。
四、水分 水分特别是水分活度对于油脂氧化速度的影响,
在第一章30已经介绍。总的趋势是当水分活度在0.33 时,油脂的氧化反应速度最慢。随着水分活度的降低 和升高,油脂氧化的速度均有所增加。

增大分散相之间的静
电斥力
❖ 增大连续相的粘度或 生成有弹性的厚膜
❖ 微小的固体粉末的稳 定作用
❖ 形成液晶相(两亲分子)
5.2.2 油脂在食品加工贮藏中的氧化反应
油脂的氧化反应是油脂食品化学的主要内容,也是 油脂或油性食品败坏的主要原因。
油脂的氧化随影响因素的不同可有不同的类型或途 径。主要有:
-CH=CH-CH-CH=CH.
13 -C. H-CH=COH2-CH=CH-
-CH-CH=CH-CH=CH| OO .
9 -CH=CH-CH=CH-C.H-
O2 -CH=CH-CH=CH-CH-
| OO .
13 -CH-CH=CH-CH=CH-
| OOH
9 -CH=CH-CH=CH-CH-
|
OOH
脂肪酸中与双键相邻的亚甲基,称为
❖ 它上面的氢,受到双键的活化,特别容易被 除去。
链引发 (诱导期):RH 引发剂 R·+ H· (1)
链传递: R ·+ O2 ROO ·
(2)
ROO ·+ RH ROOH + R · (3)
链终止:R ·+ R · R-R
(4)
R ·+ ROO · ROOR
合酶和脱羧酶的参加,通过β-氧化反应的酸败,一 般是由微生物引起的,其本质和脂肪酸β-氧化分解 的过程是一致的。
过程中有酮酸或甲基酮产生,这是引起酸败 产生怪味的主要原因。
②酮型酸败( -氧化作用)
由脱氢酶、脱羧酶、水合酶等引起的SFA (Saturated Fatty Acids) 的氧化反应。
(3) Enzyme-Catalyzed Oxidation (酶促氧化)
① Lox (Lipoxygenase;脂肪氧合酶)专一 性地作用于具有1,4-顺、顺-戊二烯结构的 脂肪酸的中心亚甲基处:
-6 c CH = CH
c CH = CH
CH 2 -8
Lox
CH = CH
CH = CH
CH
-6 CH - CH t
+ H+

❖ 七、光和射线:光线或射线是能量,可以促使油脂 产生自由基或促使氢过氧化物分解。
❖ 八、抗氧化剂:即能防止或抑制油脂氧化反应的物 质。这类物质可以通过不同
❖ 方式发挥作用,有天然 ❖ 和人工合成两大类。
1、游离基清除剂
2、过氧化物分解剂(硫代二丙酸的月桂酸酯及硬脂酸酯R2S)
ROOH ROH R ' 2S+ROOH R ' 2S = O+ ROH R ' 2S=O+ROOH R ' 2SO2+ ROH
定,双键可位移。生成的ROOH的种数为:
2-亚甲基数
❖ 5.2.2.2 光敏氧化
❖ 光敏氧化即是在光的作用下(不需要引发剂)不
饱和脂肪酸与氧(单线态)之间发生的反应。光所 起的直接作用是提供能量使三线态的氧变为活性较 高的单线态氧。但在此过程中需要更容易接受光能 的物质首先接受光能,然后将能量转移给氧。将此 类物质成为光敏剂。食品中具有大的共轭体系的物 质,如叶绿素、血红蛋白(血红素)等可以起光敏 剂的作用。
❖ 五、表面积 ❖ 油脂暴露于空气中的表面积越大,氧化反应速
度越快;因而通常采用真空(板鸭)或充氮包装 (蛋黄派)和使用透气性低的包装材料来防止含油 脂食品的氧化变质。
❖ 六、助氧化剂
❖ 一些二价或多价, 如Cu 2+、Zn2+、Fe3+、 Fe2+、Al3+、Pb2+等的 金属离子常可促进油脂 氧化反应的进行,称这 些金属离子为助氧化剂。 金属离子在油脂氧化中 通过下面三种方式发挥 促进的作用:
11 10 9 8 -C位H2-CH=CH-CH位2-
11 10 9 -CH=CH-C.H-
O2
-CH=CH-CH| OO.
9 -CH=CH-CH-
| OOH
11 10 9 -C. H-CH=CH-
O2
-CH-CH=CH| OO .
11 -CH-CH=CH| OOH
10 9 8 -CH=CH-C.H-
R1 - CH - R2COOH O
R1 - CH - R2COOH
O
+ OH
O
H
② C-C断裂
R1 - CH - R2COOH O
O
R1C - H + R2COOH O
R1 + H - C - R2COOH
醛+酸 烃 + 含氧酸
R1 - CH - R2OOH O
R3O R4H
R1 - C - R2COOH O
13 12 10 9
Sens
以亚油酸为例
+hv
H...O2
O2...H
H...O2
O2...H
OOH HOO
OOH
OOH
❖ 对于同样的反应底物,光敏反应的速度大 于自动氧化(约1500倍)。
V光敏氧化1500V自动氧化
❖ 5.2.2.3 酶促氧化
❖ 一、脂肪氧合酶(LOX)催化的反应
❖ 自然界中普遍存在LOX,脂肪氧合酶专一性的催 化具有1,4-顺,顺-戊二烯结构的多不饱和脂肪酸发生 氧化反应。比如大豆加工过程中产生的豆腥味,就 是由于亚麻酸在LOX作用下产生的六碳醛醇所致。
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