高级食品化学专题一(水分)

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1.2冷冻和脱水过程中食品变化的相关基础理论
单组分系统 相 1.2.1相平衡 相图 相平衡
二组分系统
• 完全互溶双溶液体系
水的相图
理想的完全互溶双溶液体系的T-x图 理想的完全互溶双溶液体系的p-x图 研究生高级生物化学/2011-6
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二组分系统
• 二组分部分互溶体系
冷冻甜食 冰淇淋，香草 冰奶冻，香草，软 干酪 契达干酪 意大利波罗伏洛干酪 奶油干酪 鱼 鳕鱼肌肉②，③ 鳕鱼肌肉（水不可溶部分）②，④ 鲭雪肌肉②，③ 鲭鱼肌肉（水不可溶部分）②，④ -11.7+0.6 -6.3+0.1 -12.4+0.2 -7.5+0.4 -12.0+0.3 -24 -13 -33 -31～-33[32]～ [37]
Dent玉米
马铃薯（AP） Dent Corn 木薯 Dent Corn 蜡质玉米
-14
-10 -8 -6 -5 -4
15
10 5 5 3.4 0.5
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
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食品 果汁 柑橘（各种试样） 菠萝 梨 苹果 梅 白葡萄 柠檬（各种试样） 水果，新鲜 斯帕克尔草莓（心） 斯帕克尔草莓（边缘部分） 斯帕克尔草莓（中间部分） 其他品种的草莓 新鲜蓝莓 蓝莓表皮 桃 香蕉 红帅苹果 苹果（Granny Smith） 番茄，新鲜，果肉 蔬菜，新鲜或冷冻 甜玉米（新鲜胚乳） 甜玉米（超市新鲜）
/℃ 热烫甜玉米 -37.5+1.0 -37 -40 -40 -41 -42 -43+1.5 马铃薯，新鲜 菜花，冷冻茎 碗豆，冷冻 青刀豆，冷冻
食品
/℃ -10 -12 -25 -25 -27
冬季花椰菜，冷冻 茎 头 菠菜，冷冻 -27 -12 -17
-41 -39和-33 -38.5和-33[7] -33和-41[16～ 24] -41 -41和-32 -36 -35 -42 -41 -41
一、专题讲座的主要内容有： 1，食品中水分研究进展 2，生物无机化学及研究进展（生命金属元素的基础知识及生物功能， 生物无机化学应用现状及前景）； 3，模拟酶的基础知识及研究进展 4，孟祥红教授二个专题。
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二，课堂讨论的主要内容有：
1，指定主题讨论； 2，自选主题讨论；
研究生高级生物化学 /2011-6 一些物质的凝固点温度（ Tm）、均相成核温度（ Thom）和浓度的关系
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（一）均相成核
但是当溶液处于过饱和时，G晶＜G液。此时结晶相从溶液中的析出将有利于降低体 系的总自由能，因此离子有向群集继续堆积的倾向，从而有可能形成晶核。但与此同 时，结晶相的析出使得体系的相数从一个变为两个，在两相之间产生了相界面。由于 相界面具有表面自由能，因而结晶相的出现从另一方面又导致体系的总自由能增高。
g
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
溶质相对分子质量对Tg和
Tg
的影响
商业水解淀粉产品的数均相对分子质量和 葡萄糖当量（DE）对 Tg 的影响
从最大冷冻浓缩溶液测定 Tg ，溶液的最初水 分含量为80%（质量分数） 18
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1.4.4玻璃化温度与食品稳定性
一些物质的玻璃态转化温度与水分含量（ww） 的关系（淀粉为天然小麦淀粉）
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1.5分子移动性与食品的稳定性
1.5.1 基本概念
分子移动性（molecular mobility，Mm）：也称分子流动性，是分子的旋转移动和平动移 动的总度量（不包括分子的振动）。 物质处于完全而完整的结晶状态下其Mm为零，物质处于完 全的玻璃态(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的关系
1.5.2.1许多食品含有无定形组分并且是以介稳定或非平衡状态（即玻璃态）存在 与分子移动性相关的某些食品性质和特征
干燥或半干燥食品 冷 冻 食 品 流动性质和粘性 水分迁移（冰的结晶作用） 结晶和重结晶 乳糖结晶（在冷冻甜食中的砂状结晶） 巧克力糖霜 酶活力在冷冻时留存，有时还出现表观提高 食品在干燥中的碎裂 在冷冻干燥的第一阶段发生无定形结构的塌陷 干燥和中等水分食品的质构 食品体积收缩（冷冻甜点中泡沫状结构的部分塌陷） 在冷冻干燥中发生的食品结构塌陷 以胶囊化方式包埋的挥发性物质的逃逸 酶的活性 Maillard反应 淀粉的糊化 由淀粉老化引起的焙烤食品的变陈 焙烤食品在冷却时的碎裂 20 研究生高级生物化学/2011-6 微生物孢子的热失活
微生物的繁殖被抑制 机械性损伤
1. 3冻藏时冰对食品稳定性的影响
冰冻浓缩效应 低共熔混合物逸出
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1. 4玻璃化温度与食品稳定性
amorphous 1.4.1 基本概念 glassy state rubbery state glass transition temperature Tg，Tg′
具有最高会溶温度的双溶液体系
具有最低会溶温度双溶液体系
H2O-C6H5NH2体系的溶解度图
水-三乙基胺体系的溶解度图
6Leabharlann 研究生高级生物化学/2011-6
二组分不互溶体系
A与B共存时，各组分的蒸气压与其单独存在时一样，液面上的总蒸气压等 于两纯组分饱和蒸气压之和，即：p=pA*+pB*
具有简单低共熔混合物的二组分体系
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1.5.3分子移动性Mm（和/或玻璃化温度Tg）的应用
1.5.3.1食品的冷冻
冷冻将会出现两个非常不利的后果：（1）水转化为冰后，其体积会相应增加9%； （2）在非冷冻相中非水组分被浓缩.
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SHP Staley300 MaltrinM250
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在不同温度下，抗坏血酸随时间而损失
上部的3条线分别代表-11.5℃、-14.3℃和-17.7℃的 数据，◆和■分别代表-8.0℃和-5.6℃的数据
卷心菜和土豆片的褐变与水分含量和TTg的关系
在一个模拟体系中，非酶褐变的 速度与T-Tg的关系 麦芽糊精（DE10）、L-赖氨酸和 D-木糖按13∶1∶1比例使用。在 每一个指出的温度，贮藏温度保 持恒定，通常改变试样的水分含 量使T-Tg发生变化
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1.4.3影响食品玻璃化温度的因素
1.4.3.1冷却历程对食品玻璃化温度的影响
玻璃态转化温度Tg本身将随着冷却速率的变化而变化。冷却速率快，其玻璃态转化温度较 高，反之，则较低。
1.4.3.2水对食品玻璃化温度的影响
小麦面筋的Tg与水分含量的关系
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T 1.4.3.3溶质的类型对食品玻璃化温度（Tg和 ）的影响
1.5.2.2在Tm和Tg之间，分子流动性Mm和由扩散限制的食品性质与温度有着显著的相依性
注意：食品变质速度曲线己被竖向 调整以避免重叠；图中所显示的值 是相对值，而它们的意义仅与这些 曲线的斜率有关。曲线a是WLF黏 度，它通常反比于由扩散决定的反 应的速度；曲线b是冷冻豌豆中抗 坏血酸损失的假一级速度常数；曲 线c是在麦芽糊精水溶液中对-硝基 苯磷酸二钠的酶催化水解速度；曲 线d是在冷冻鳕鱼中蛋白质溶解度 下降的速度常数；曲线e是冷冻鳕 鱼的“英斯特朗峰值’，增加的速 度常数；曲线f是蛋黄表观黏度增加 的平均速度（在冷却期间，即冷冻 的早期阶段，它相当于曲线右端的 陡峭斜率）；曲线g是在冷冻牛肉 中冰晶生长速度的“动力学常数”。
低共熔混合物的相图
H2O-（NH4）2SO4的相图
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状态图
1 Tm
s Tm
Tg
二组分体系的状态图
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1.2.2 结晶
1.2.2.1 成核作用 成核只能是在温度低于凝固点温度Tm的条件下才能产生，均相成核温度Thom 要比非均相成核温度Thet低，即Thom＜Thet＜Tm（下图）。
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食品大分子物质的玻璃态
高分子体系的玻璃态转化
（1）糊化马铃薯淀粉的凝固点温度（Tm）和玻璃 态转化温度（Tg）与水分含量（ww）的关系（在含 水量极低时的数值是外推的，虚线表示葡萄糖的Tg 曲线）；（2）高分子体系温度与流变性质的关系 （G为弹性剪切模量，单位Pa）；ηa为表观黏度， 单位Pa· s
三，学习要求：
1，对专题讲座及课堂讨论的主要内容有较好了解和掌握；
2，不论是指定主题讨论还是自选主题讨论都应有较新的文献 综述及较强的文字组织。课程论文文字不少于4000字，最新的 外文文献不少于8篇左右；
3，本课程是研究生的必修课，因此需要考核成绩。考核方式 ：笔试50%，课堂讨论50% 联系电话：82031575，E-mail:wangdf@
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第一专题 水分
1.1概述
1.1.1水在食品和人体中的功能 在人体中的功能 在食品中的功能
与非水成分之间的相互作用 1.1.2食品中水与非水成分之间的相互作用 水在食品中的存在形式
水分活度 1.1.3水分活度与食品稳定性 水分活度与温度的关系 水分活度与水分含量的关系 水分活度与食品的稳定性
气体、液体、玻璃和晶体的 X射线散射曲线示意图
晶态与非晶态蔗糖的X衍射图谱 茶多糖与面包混合后的X-衍射图 研究生高级生物化学/2011-6 12
1.4.2食品的玻璃态
食品小分子物质的玻璃态
小分子纯物质的玻璃态转化及其与结晶/熔化转化的比较