2011年食品化学总结笔记

2011年食品化学总结笔记

一、食品化学的作用和研究方法

1．如何采用食品化学原理解决一个食品加工和储藏中的实际问题。

食品化学是用化学的理论和方法研究食品本质的科学，它通过食品营养价值、安全性和风味特征的研究，阐明食品的组成、性质、结构和功能和食物在贮藏、加工和包装过程中可能发生的化学、物理变化和生物化学变化的科学。

食品从原料生产，经过储藏、运转、加工到产品销售，每一过程无不涉及到化学变化。对这些变化的研究及控制构成了食品化学研究的核心内容。

植物组织或器官在储藏过程中发生的化学变化，一船包括生理成熟、后熟和衰老过程中的酶促变化和化学变化。例如呼吸、细胞壁软化和风味物产生。动物组织或器官在储藏过程中发生的化学变化，—般包括产后生理变化和化学变化，例如肉的僵直、嫩化、自溶和腐败。这些变化既受生理生化调控，又受储藏环境影响。若环境条件恶劣，又会出现种种生理病害。

原料进入加工过程，变化的机会增加。在加工时，原料被混合，组织成细胞结构被破坏，这就增加了酶与底物接触的机会。酶促水解利酶促氧化是食品酶催化变化的两个主要方面，它们引起营养物消耗、质地变软、风味和色泽改变。有些变化幅度颇大，例如维生素B1、B6和C的降解、水果的酶促褐变、葱属植物强烈地风味产生等。

热加工是食品加工的主要方法之一，在这种激烈的加工条件下，许多食品成分发生分解、聚合、异构化和变性。一些热变化可能有利，例如熟肉风味的产生、抗营养因子的失活和面包表面颜色的形成。另一些热变化可能不利，例如油脂的热解变质、蛋白质的不可调变性及异肽键的生成、维生素热分解和许多果蔬色泽和风味的加热劣化。

水分活度变化引起的变化多种多样。例如一定程度的脱水加工引起了非酶褐变、脂肪和脂溶性维生素氧化及蛋白质变性反应的加速，但在水含量减至接近单层值时几乎食品中常见的各种主要不利变化都受阻而极慢进行，因而食品得以长期保质。

氧气氧化、试剂氧化、光敏氧化和酶促氧化是食品加工和储藏中引起食品变质的重要原因之一。许多维生素(C、D、E、A和B2)、脂类、一些色素及蛋白质中的含硫氨基酸及芳香氨基酸残基等都是极易受氧化的食品成分。这些物质被氧化，不但损失了营养，还可能形成不良风味和有害成分等。例如油脂自动氧化和热氧化就是这样。

光照和电离辐射在食品加工和储藏中也常常引起品质变化。例如牛奶长期日照会产生异味，腌制肉品和脱水蔬菜长期日照会变色或褪色，高剂量的电离辐射会引起脂类和蛋白质的分解变质，肉品辐射保藏中会出现异味。

酸、碱、金属离子和其他污染到食品中的成分也会引起某些变化发生。例如酸是多糖和苷类水解的催化剂，还是造成叶绿素脱镁的效应物。碱可引起脂肪皂化，也是引起蛋白质残基变化的重要效应物。金属离子是脂肪自动氧化的重要催化剂，它们还能与多酚化合物络合而引起水果汁颜色转为深暗。

酶活控制是食品加工和储藏的重要内容。主要是靠加热变性，但调节pH、加入激活剂或抑制剂、改变底物浓度或改变辅基浓度也是常用方法。为了防止加工中酶引起的不利变化，在加工初期往往就要钝化酶。各种酶的热变性模式大同小异，基本等同于蛋白质的热变性。

食品储藏和加工中可能发生种种变化产生毒物。例如马铃薯储藏后期茄苷生成加快，食品在烟熏中有苯并芘产生，肉类腌制中可有亚硝胺化合物产生，含氰苷植物原料在加工中可产生氰酸盐等等。这类物质产生的途径彼此不同，疏于防范会引起严重后果。

加工成品如果包装良好，多数化学变化速度很低，但未停止。根据食品的固有性质，一

些反应仍在实质的在进行。储藏、运输和销售中因温度波动、包装泄漏、与化学品交叉保存及包装材料的某些成分向食品迁移等现象又会引起某些变化加速。例如残存在包装内的氧气造成的氧化反应继续使营养成分损失，光照使天然色素变色或褪色，金属罐中金属转为离子会与植物多酚类或肉蛋白分解产生的硫化氢结合产生黑色。

在食品的储藏、加工和远销中，微生物不论何时进入食品并在此生长都将引起多种化学变化。此时不同于微生物的工业利用，由于没有专门的调控措施，微生物在食品中引起的主要是不利变化。正因为如此，食品化学注重研究由不同杀菌、消毒、防腐剂应用、酸度、水分活废、氧化还原电势、低温等防止微生物生长的条件引起的食品自身成分的变化，并寻找既能防止微生物生长，又能减轻食品品质受损的最佳处理方法和条件。

食品的品质主要涉及质地、风味、颜色、营养和安全性。根据不同食品的特点，发生在食品中的变化都有有利和不利两个侧面。因此，首先是要研究清楚反应本身，明确反应物、反应步骤和产物各是什么，明确反应条件是如何影响反应方向、速度和程度的，并要明确一个反应和其他反应之间的联系。其次，要明确这些变化与食品品质变化的直接联系，特别要明确所研究的变化主要涉及哪种与品质有关的属性，也要弄清该变化的间接影响。最后，明确哪类反应经常在哪些原料或食品中发生。在应用食品化学知识从事食品生产时，这一切具有重要意义。

2．简述食品化学的定义、食品化学在食品科学中的作用和地位。 食品化学：应用化学的原理和方法，研究食品及其原料的组成、结构、理化性质、生理功能、体内生化过程、营养价值、安全性质及在加工、贮藏、运销中的变化、变化本质及对食品品质和安全性影响的一门新兴、综合、交叉性学科。简言之，食品化学即是研究食品的组成、结构、功能及其变化规律，从分子水平认识食品的一门科学。 食品化学与食品科学研究和发展的关系 食品化学对食品科学研究及发展的意义：

1).可以促使食品科学工作这从分子水平去认识食品原料、食品加工与贮藏、各类食品加工技术应用的本质，使各项研究更加深入； 2)可以促使食品工作者不断更新加工工艺，生产出更加安全、卫生、营养价值更高的食品；

3).可以促使食品科学由定性逐渐走向定量，科学说明各种食品的物质组成，制定更加合理先进的食品标准；

4).可以促使食品工业加速利用生物工程技术和各种先进的加工技术，促进食品工业更新换代；

5).可以促使食品科学不断发展，促进新的、营养价值更高、功能更加独特的食品，以满足不同层次和不同人群的需要。 食品化学在食品工业技术发展中的作用

食品科学和工程领域的许多新技术，如可降解包装材料、生物技术、微波加工技术、辐射保鲜技术、超临界萃取和分子蒸馏技术、膜分离技术、微胶囊技术等的建立和应用依然有赖于对物质结构、物性和变化的把握。

由上边分析可以看出，食品化学研究的领域已经延伸到食品工业的各个方面，其影响的范围及程度也愈日剧增。可以这样说，没有食品化学的理论指导就不可能有日益发展的现代食品工业。

5．食品加工和保藏过程中重要的可变因素有哪些？并举例说明可能造成怎样的影响，如何控制这些因素？

食品在贮藏加工过程中的各种化学和生物化学变化与温度、时间、pH、食品的组成、水活性、反应速率都有关系。在中等范围内，反应符合Arrhenius方程

K?A?e??E/RT

式中K为温度T时的速率常数；A为作用物分子间的碰撞频率；△E反应活化能；R为气体常数；T为温度。

温度是影响食品贮藏加工中化学变化的主要变量。在高温或低温下，上述方程会出现偏差。因为高温或低温可使酶失去活性；反应途径改变或出现竞争；体系物理状态改变；反应消耗增加，引起1个或几个反应物欠缺。这些都是反应方程出现偏差的原因。

时间是影响食品贮藏加工中各种变化的第二个变量。特别在食品的贮藏中需要了解不同食品在特特定质量水平的保藏期。以及各种化学和微生物反应随时间变化的规律和变化速率常数。此外，保藏过程中各种反应的相互影响、竞争和共同作用都将影响食品的质量。

pH值、水活性都将影响许多化学反应和酶催化反应的速率。当在极端pH时。微生物生长和酶促反应能够受到极大程度的抑制。然而较小的pH变化可能导致食品品质的显著改变。中等水分含量的食品，无论是化学、生物化学或酶促反应，乃至许多微生物反应的速率都是

较大，在低水分活度时，大多数反应的速率相对减慢，其中脂类的氧化和类胡萝卜素的降解脱色却是特例，不符合此规律。

食品的成分决定参与反应的类型，因此各类反应的活化能和碰撞频率依赖于组成物质的性质和结构。此外，环境的气体组成，包装材料等都会影响到食品成分之间的各类反应。只有了解和掌握各种成分对食品质量的贡献，变质反应的敏感性，以及影响这些反应类型和速率的因素，才能发现食品生产、加工和贮藏过程中常出现的各种问题，并提出解决这些问题的有效的方法和途径。

食品化学的研究成果最终将转化为合理的原料配比、有效的反应物接触屏障的建立、适当的保护或催化措施的应用、最佳反应时间和温度的设定、光照、氧含量、水分活度和pH值等的确定，从而得出最佳的食品加工贮藏方法。

3．列表说明食品中可能发生的不良变化，它们包括颜色、风味、质构和营养价值各个方面。

表1-1 在食品加工或储藏中可能发生的变化分类

属 性 质 地 风 味 颜 色 营养价值 安全性

变 化

失去溶解性、失去持水性、质地变坚韧、质地柔软 出现酸败、出现焦味、出现异味、出现美味和芳香 褐变（暗色）、漂白（褪色）、出现异常颜色、出现诱人色彩 蛋白质、脂类、维生素和矿物质的降解或损失及生物利用改变

产生毒物、钝化毒物、产生有调节生理机能作用的物质

类似题目： 表1-2 改变食品品质的一些化学反应和生物化学反应

反应类型 非酶褐变 酶促褐变

例子

焙烤食品表皮成色 切开的水果迅速褐变

脂肪产生异味、维生素降解、色素褪色、

氧 化

蛋白质营养损失

脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、

水 解

色素降解

与花青素作用改变颜色、叶绿素脱镁、

金属反应

作为自动氧化催化剂

脂类异构化 脂类环化 脂类聚合 蛋白质变性 蛋白质交联 糖降解

顺→反异构化、不共轭脂→共轭脂

产生单环脂肪酸 深锅油炸中油起味 卵清凝固、酶失活

在碱性条件下加工蛋白质使营养性降低 宰后动物组织和采后植物组织的无氧呼吸

表1-3 食品储藏或加工中变化的因果关系

初期变化 脂类水解 多糖水解 脂类氧化

二期变化

游离脂肪酸与蛋白质反应 糖与蛋白质反应

影响

质地、风味、营养价值 质地、风味、颜色、营养价值

氧化产物与许多其他成分反质地、风味、颜色、营养价值、应 毒物产生 细胞打破、酶释放、氧气进入 质地、风味、颜色、营养价值 细胞壁和膜的完整性破坏、酶质地、风味、颜色、营养价值 释放、酶失活

水果破碎 绿色蔬菜加热

肌肉组织加热 脂类的顺反异构化

蛋白质变性凝聚、酶失活 在深锅油炸中热聚合

质地、风味、颜色、营养价值 油炸过度时起泡沫，降低油脂

的营养价值

表1-4 决定食品在储藏加工中稳定性重要因素

各组成成分（包括氧化剂）的化学性质、氧气含量，

产品自身的因素

pH、水分活度（Aw）、玻璃化温度（Tg）玻璃化温度时的水含量（Wg）

环境因素

温度（T）、处理时间（t）、大气成分、经受的化学、物理处理、见光、污染、极端的物理环境

4. 翻译专业词汇

Pectin; ascorbic acid; polymorphism; linoleic acid; Maillard reaction; amylopectin; methionine; polyphenoloxidase; lipoxygenase; flavone； Hydrogen Bond；Oligopeptide；Hydrophobic Interaction；Pectin、 Ascorbic Acid；Oleic Acid； Amylopectin； Antioxidant、 Lipoxygenase； Carbohydrates；Maillard Reaction； Oligopeptide；esterized starch Fructose；Polymorphism；Oxymyoglobin；Amylopectin；Antioxidant；Polyphenoloxidase；Carbohydrates；Maillard Reaction；Polymorphism；Hysteresis in Moisture sorption isotherms；Denaturation of proteins；Turnover of enzyme

6．食品化学是怎样的一门学科？它和生物化学的主要不同点是什么？

食品化学是用化学的理论和方法研究食品本质的科学，它通过食品营养价值、安全性和风味特征的研究，阐明食品的组成、性质、结构和功能和食物在贮藏、加工和包装过程中可能发生的化学、物理变化和生物化学变化的科学。食品生物化学：研究食品的生理变化。与普通生物化学不同食品生物化学关注的对象是死的或将要死的生物材料。

① 相同点：从研究对象上看，食品化学与生物化学有一致之处。因为，人类与动物的食物除了水分、空气与盐外，均来源于其它生物，目前以动、植为主。不过人类食物的化学成分又不完全相同于自然生物的成分，因为食品中人为地引入了非自然成分－添加

剂、污染物等。对于食品化学中的一般自然成分的分类法，与生物化学中分类也相同（糖、脂、蛋白质、维生素等）。

② 不同点：食品化学与生物化学的侧重点不同：前者注重作为食品状态（采后、宰后）的生物体内的成分、变化、控制，特别是那些与食品质量有关的变化；后者则着重于生长过程中生物体内的成分及其变化。 二、水

1．自由水、结合水等名词、术语的中英文解释

食品中的水不是单独存在的，它会与食品中的其他成分发生化学或物理作用，因而改变了水的性质。按照食品中的水与其他成分之间相互作用强弱可将食品中的水分成结合水、毛细管水和自由水。

根据食品中水分的存在状态，可将食品中的水分为自由水和结合水。

结合水（或称为束缚水、固定水），通常是指存在于溶质或其他非水组分附近的、与溶质分子之间通过化学键的力结合的那部分水。根据结合水被结合的牢固程度的不同，结合水也有几种不同的形式：

（1）化合水

是结合得最牢固的、构成非水物质造成的那些水，例如，位于蛋白质空隙中或者作为化学水合物中的水。

（2）邻近水

它是处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置，与离子或离子基团缔合的水是结合最紧密的邻近水。当这类水达到最大含量时，可以在非水组分的强亲水性基团周围形成单层水膜。主要的结合力是水－离子和水－偶极缔合作用，其次是一些具有呈电离或离子状态的基团的中性分子与水形成的水－溶质氢键力。这类水还包括直径<0.1μm的小毛细管中的水。

（3）多层水

是指位于以上所说的第一层的剩余位置的水和在邻近水的外层形成的几个水层。主要是靠水一水和水一溶质间氢键而形成。尽管多层水不像邻近水那样牢固地结合，但仍然与非水组分结合得紧密，且性质与纯水的性质也不相同。 因此，这里所指的结合水包括化合水和邻近水以及几乎全部多层水。食品中大部分的结合水是和蛋白质、碳水化合物等相结合的。

自由水（体相水）就是指没有被非水物质化学结合的水。它又可分为三类：不移动水或滞化水、毛细管水和自由流动水（在本教材中将不移动水和毛细管水归到截留水中）。 （1）滞化水

是指被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水，由于这些水不能自由流动，所以称为不移动水或滞化水。例如一块重100g的肉，总含水量为70一75g，含蛋白质20g，除去近10g结合水外，还有60－65g水，这部分水极大部分是滞化水。截留水在食品加工中表现的特性几乎与纯水相似，在干燥时容易除去，冰冻时容易转变成冰。但其流动性受到很大限制，而单个水分子的运动特性和稀盐溶液中的水分子的运动特性基本相同。它对食品品质有重要

影响。如炒肉时加淀粉，肉质较嫩，豆腐变成豆腐干后更有韧劲。

（2）毛细管水

是指在生物组织的细胞间隙和制成食品的结构组织中存在着的一种由毛细管力所系留的水，在生物组织中又称为细胞间水，其物理和化学性质与滞化水相同。毛细管直径在几个到几十个微米之间。

（3）自由流动水

指动物的血浆、淋巴和尿液、植物的导管和细胞内液泡中的水，因为都可以自由流动，所以叫自由流动水。

结合水与自由水的区别：结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃时不结冰，而自由水可以作为溶剂，在-40℃会结冰。

单分子层水：指与食品中非水成分的强极性基团如：羧基-、氨基+、羟基等直接以氢键 结合的第一个水分子层。在食品中的水分中它与非水成分之间的结合能力最强，很难蒸发， 与纯水相比其蒸发焓大为增加，它不能被微生物所利用。一般说来，食品干燥后安全贮藏的 水分含量要求即为该食品的单分子层水。

2．简述疏水相互作用。

当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用成为疏水相互作用。

向水中加入疏水性物质，如烃、稀有气体以及脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团，显然在热力学上不利的（ΔG<0）。由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强。处于这种状态的水与纯水的结构相似，甚至比纯水的结构更为有序，这是熵减少引起的热力学上不利的变化。疏水基团与邻近水分子只产生微弱的相互作用，而疏水基团之间相互聚集，从而使它们与水的接触面积减小，结果导致自由水分子增多，以上两种作用的净结果是使体系的熵增大。这是热力学上有利的过程（ΔG>0）。非极性物质具有两种特殊的性质：一种是上面讲的蛋白质分子产生的疏水相互作用；另一种特性是非极性物质能和水形成笼形水合物。

3．水分活度与食品稳定性的关系；

水分活度与食品稳定性的关系：Aw与食品保藏性的关系主要体现在以下方面：

①Aw与食品中微生物的生长繁殖：微生物生长需要的Aw一般较高，但不同的微生物在食品中的生长繁殖都需要适宜的Aw范围：细菌最敏感，要求Aw>0.90；酵母和霉菌其次，要求Aw>0.87-0.80；耐干、耐高渗的酵母只要求Aw>0.65-0.60。当Aw＜0.50时，任何微生物不能生长。实际应用中，根据食品中存在的主要微生物，通过控制Aw大小，达到抑制微生物生长的目的。比如：干制、糖或盐腌制等保藏食品的方式都可使Aw降低。

②Aw与酶促反应：多数酶促反应要求较高的Aw。当>0.35，随着Aw的升高而加速，可能是低Aw区只有较少的分子移动，阻止了酶与底物的接触所致。如淀粉酶\\多酚氧化酶等多数的酶在Aw<0.85环境下酶活性下降。但是脂肪水解酶在Aw0.5---0.1时仍有活性。 ③Aw与非酶反应：

一般非酶反应：食品中的成分之间在一定的Aw下，可发生非酶反应，有的反应是非需宜的，如奶粉的颜色褐变导致Lys的损失，与Aw有关。最重要的一个非酶褐变反应－Maillard反

应，一般在Aw0.68（0.6－0.7间）左右最易发生。

脂肪的非酶氧化反应 该反应在Aw为0.3-0.4时反应速率最低，其它水分活度下均有较高的反应速率。据认为：在其它Aw下，反应体系发生改变－参与氧化所需的氧的多少，底物浓度的高低等，而使反应速率发生变化。即低Aw为0.35以下时，随Aw增加，而发生水与氢过氧化结合、与有催化作用的金属离子水化，而使氧化速度下降；高Aw为0.35以上时，随Aw增加，大分子肿胀，氧化的位点暴露，加速脂氧化，催化剂和氧的流动性增加；而Aw为0.8以上时，随Aw增加，因催化剂和反应物稀释，而使反应速度下降。

④Aw与其它反应：除了上述酶促与非酶化学反应受到Aw的影响外，一些食品化学有关的变化——食品成分的特性反应也与Aw有关。如淀粉的老化30-60%水分，蛋白质变性因水分4%以上使易氧化基团暴露和氧的接触所致。

4．写出食品水分活度的定义，并描述一种测定小试样水分活度的方法。

水分活度表示食品中十分可以被微生物所利用的程度，在物理化学上水分活度是指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比值，可以用公式Aw=P/P0，也可以用相对平衡湿度表示Aw=ERH/100。 水分活度的测定方法

（1）冰点测定法

先测样品的冰点降低和含水量,据下两式计算Aw：

Aw=n1/(n1+n2)

其中：n2=G△Tf/(1000.Kf)，G—溶剂克数，△Tf—冰点降低(℃)，Kf—水的摩尔冰点降低常数(1.86)

（2）相对湿度传感器测定法

将已知含水量的样品置于恒温密闭小容器中,使其达到平衡,然后用电子或湿度测定仪测样品和环境空气的平衡相对湿度,即可得Aw。 （3）恒定相对湿度平衡法

置样品于恒温密闭的小容器中,用一定种类的饱和盐溶液使容器内的样品的环境空气的相对湿度恒定,待恒定后测样品含水量的变化,然后再绘图求Aw。

5．食品水分活度的定义？对食品保藏有什么指导意义。

水分活度表示食品中十分可以被微生物所利用的程度，在物理化学上水分活度是指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比值，可以用公式Aw=P/P0，也可以用相对平衡湿度表示Aw=ERH/100。

（1）水分活度与食品的稳定性

食品中的化学反应及微生物的活性与水分活度有密切的关系，因此食品的水分活度对食品的稳定性产生着巨大的影响。 (2)水分活度与微生物生命活动的关系

食品质量及食品加工工艺的确定与微生物有密切的关系。而食品中微生物的存活及繁殖生长与食品中水分的活度有密切的关系。

不同种类的微生物其存活和生长与水分活度有关系，同一种类微生物在不同的生长阶段也要求不同的水分活度。一般讲，细菌形成芽孢时比繁殖时所需的水分活度要高；产毒微生物在产生毒素时所需的水分活度高于不产毒时所需的水分活度。

由以上讨论可以得出结论，当食品的水分活度降低到一定的限度以下时，就会抑制要求水分活度阈值高于此值的微生物的生长、繁殖或产生毒素，使食品加工和贮藏得以顺利进行。当然发酵技术中要求所用微生物能正常快速增殖，此时则要给予合适的、必要高的水分活度；另外，利用水分活度控制食品质量或加工工艺时还要考虑pH、营养成分、氧气等因素对于微生物的影响。 (3) 水分活度与食品化学变化的关系

食品中的水分活度与食品中所发生的化学变化的种类和速度有密切的关系；而食品中的化学变化是依赖于各类食品成分而发生的。以各类食品成分为线索，其化学变化与水分活度关系的一般规律总结如下：

淀粉：淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而导致溶解性能、糊化及成面团作用变差的过程。在含水量大30～60%时，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度变慢；当含水量降至10～15%时，淀粉中的水主要为结合水，不会发生老化。

脂肪：影响脂肪品质的化学反应主要为酸败，而酸败过程的化学本质是空气氧的自动氧化。脂类的氧化反应与水分含量之间的关系为：在Ⅰ区，氧化反应的速度随着水分增加而降低；在Ⅱ区，氧化反应速度随着水分的增加而加快；在Ⅲ区，氧化反应速度随着水分增加又呈下降趋势。其原因是在非常干燥的样品中加入水会明显干扰氧化，本质是水与脂肪自由基氧化中形成的氢过氧化合物通过氢键结合，降低了氢过氧化合物分解的活性，从而降低了脂肪氧化反应的速度；从没有水开始，随着水量的增加，保护作用增强，因此氧化速度有一个降低的过程；除了水对氢过氧化物的保护作用外，水与金属的结合还可使金属离子对脂肪氧化反应的催化作用降低。当含水量超过Ⅰ、Ⅱ区交界时，较大量的水通过溶解作用可以有效地增加氧的含量，还可使脂肪分子通过溶胀而更加暴露；当含水量到达Ⅲ区时，大量的水降低了反应物和催化剂的浓度，氧化速度又有所降低。

蛋白质及酶：据测定，当食品中的水分含量在2%以下时，可以有效的阻止蛋白质的变性；而当达到4%或其以上时，蛋白质变性变得越来越容易。

水促使蛋白质变性的原因是，水能使多孔蛋白质润胀，暴露出长链中可能被氧化的基团，导致氧化反应的发生，破坏保持蛋白质高级结构的弱键，从而使蛋白质变性。褐变反应是影响食品质量和外观特性的重要的化学反应，包括酶促褐变和非酶褐变两类。酶促褐变是在酶作用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品颜色变劣的过程。当食品中的水分活度在0.25～0.30之间时，酶促褐变可被有

效防止；但当水分活度在此基础上增加时，酶促反应就会明显发生。

非酶褐变指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在0.6～0.7之间时，非酶褐变最为严重；水分活度下降，褐变速度减慢，在0.2以下时，褐变难以发生。但当水分活度超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质的减少而下降。

水溶性色素：一般而言，当食品中的水分活度增大时，水溶性色素（常见的是花青素类）分解的速度就会加快。

总之，降低食品中的水分活度，可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而会加速脂肪的氧化酸败。要使食品具有最高的稳定性，最好将水分活度保持在结合水范围内。这样，既可使化学变化难以发生，同时又不会使食品丧失吸水性和持水性。

7．根据水分活度与食品稳定性的关系说明BET单层的概念。

8．写出冰点以下食品水分活度的定义，那些因素影响冰点以下食品

水分活度。

在较大的温度范围内Inaw－1/T图并非始终是一条直线；当冰开始形成时，Inaw－1/T图线出现明显的折点，因此，在冰点温度以下时，水活性的定义需要重新考虑。这时的P0是表示过冷纯水的蒸汽压还是冰的蒸汽压呢？实验结果证明，用过冷纯水的蒸汽压来表示P0是正确的。原因在于：1）只有在这时，冰点温度以下的aw值才能与冰点温度以上的aw值精确比较；2）如果冰的蒸汽压用P0表示，那么含有冰晶的样品在冰点温度以下是是没有意义的。因为在冰点温度以下的aw值都是相同的。另一方面，冷冻食品中水的蒸汽压与同一温度下冰的蒸汽压相等（过冷水的蒸汽压是在温度降低－15℃时测定的，而测定冰的蒸汽压、温度比前者要低的多），所以能够按下式准确的计算冷冻食品的水活性值。即：

a?wpp(ff)?pp0(ice)

0(scw)0(scw)式中：p（ff）是部分冷冻样品的水蒸汽分压，p0（scw）是相同温度下纯过冷水的蒸汽压， P0（ice）是纯冰在相同温度下的蒸汽压。

在比较高于和低于冻结温度下的水活性时得到的三个重要区别。第一，在冻结温度以上，aw样品组分和温度的函数，前者是主要的因素，但在冻结温度以下时，aw与样品中的组分无关，只取决于温度，也就是说在有冰相存在时，aw不受体系中所含溶质种类和比例的影响，因此，不能根据水活性值aw准确地预测在低于冻结温度时体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。所以，在低于冻结温度时用aw值作为食品体系中可能发生的物理化学和生理变化的指标，远不如在冻结温度以上更有应用价值。第二，冻结温度以上和冻结温度以下水活性对食品稳定性的影响是不同的，例如，一种食品在-15℃和aw0.86时，微生物不生长，化学反应进行缓慢，可是，在20℃，aw同样为0.86，则出现相反的情况，有些化学反应将迅速地进行，某些微生物也能生长；第三，低于冻结温度时的aw不能用来预测冻结温度以上的同一种食品的aw，因为低于冻结温度时aw值与样品的组成无关，而只取决于温度。

9．冰点上下的水分活度

水分活度指溶液（食品）中水的蒸汽压与同一温度下纯水饱和蒸汽压之比。 食品冰点以上和冰点以下水分活度的区别：

冰点以上水分活度的计算公式为：Aw＝P／P0 ，而结冰后的食品中Aw＝P（纯冰）／P0（过冷纯水）。即在冻结温度以上, aw是样品组分与温度的函数,且前者是主要因素,在冻结温度以下, aw与样品组分无关,只取决于温度,不能根据aw预测受溶质影响的冰点以下发生的过程,如扩散控制过程,催化反应等.

食品在冻结点上下水分活度的比较：

在比较高于和低于冻结温度下的水活性时得到的三个重要区别。第一，在冻结温度以上，aw样品组分和温度的函数，前者是主要的因素，但在冻结温度以下时，aw与样品中的组分无关，只取决于温度，也就是说在有冰相存在时，aw不受体系中所含溶质种类和比例的影响，因此，不能根据水活性值aw准确地预测在低于冻结温度时体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。所以，在低于冻结温度时用aw值作为食品体系中可能发生的物理化学和生理变化的指标，远不如在冻结温度以上更有应用价值。第二，冻结温度以上和冻结温度以下水活性对食品稳定性的影响是不同的，例如，一种食品在-15℃和aw0.86时，微

生物不生长，化学反应进行缓慢，可是，在20℃，aw同样为0.86，则出现相反的情况，有些化学反应将迅速地进行，某些微生物也能生长；第三，低于冻结温度时的aw不能用来预测冻结温度以上的同一种食品的aw，因为低于冻结温度时aw值与样品的组成无关，而只取决于温度。

10．为什么说不能用冰点以下食品水分活度预测冰点以下食品的变化过程？

在比较高于和低于冻结温度下的水活性时得到的三个重要区别。第一，在冻结温度以上，aw样品组分和温度的函数，前者是主要的因素，但在冻结温度以下时，aw与样品中的组分无关，只取决于温度，也就是说在有冰相存在时，aw不受体系中所含溶质种类和比例的影响，因此，不能根据水活性值aw准确地预测在低于冻结温度时体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。所以，在低于冻结温度时用aw值作为食品体系中可能发生的物理化学和生理变化的指标，远不如在冻结温度以上更有应用价值。第二，冻结温度以上和冻结温度以下水活性对食品稳定性的影响是不同的，例如，一种食品在-15℃和aw0.86时，微生物不生长，化学反应进行缓慢，可是，在20℃，aw同样为0.86，则出现相反的情况，有些化学反应将迅速地进行，某些微生物也能生长；第三，低于冻结温度时的aw不能用来预测冻结温度以上的同一种食品的aw，因为低于冻结温度时aw值与样品的组成无关，而只取决于温度。

11．为什么说不能用冰点以下食品水分活度预测冰点以上温度的Aw和冰点以下食品的变化过程？

上边对于水分活度定义及测定方法的叙述中，均强调了在一定的温度下。也就是说温度对于水分活度的值有较大的影响。

物理化学中的克劳修斯-克拉贝龙方程精确表示了水分活度与绝对温度（T）之间的关系：

dlnaw/d(1/T)=-△H/R (1) 其中R为气体常数，△H为样品中水分的等量净吸附热。 整理此式可得： lnaw=-kΔH/R(1/T) (2)

其中：此处的ΔH 可用纯水的汽化潜热表示，是常数，其值为40537.2J/mol；

讨论：a.由公式(2)可知， lnaw与-1/T之间为一直线关系，其意义在于：一定样品水分活度的对数在不太宽的温度范围内随绝对温度

的升高而正比例升高。

b.但在较大的温度范围内， lnaw与-1/T之间并非始终为一直线关系；当冰开始形成时，lnaw与-1/T曲线中出现明显的折点，冰点以下lnaw与-1/T的变化率明显加大了，并且不再受样品中非水物质的影响；这是因为此时水的汽化潜热应由冰的升华热代替，也就是说前述的aw与温度的关系方程中的△H值大大增加了。要解释冰点以下aw与样品的组成无关，现在的观点认为，在冰点以下样品的蒸气分压等于相同温度下冰的蒸气压，并且水分活度的定义式中的p0此时应采用过冷纯水的蒸气压。

由b可以得出结论：在比较冰点以上或冰点以下的水分活度值时应该注意到以下两个重要的区别。第一，在冰点以上，水分活度是样品组成和温度的函数，并且样品组成对于水分活度值有明显的影响；而在冰点以下时，水分活度与样品的组成无关，仅与温度有关。因此不能根据冰点以上水分活度值来预测体系中溶质种类和含量对冰点以下体系发生变化的影响。第二，冰点以上和以下时，就食品而言，水分活度的意义是不一样的。例如：在水分活度为0.86的-15℃的食品中，微生物不再生长，其它化学反应的速度也很慢；但在同样的水分活度而温度是20℃情况下，一些化学反应将快速进行，一些微生物也将中等速度生长。

12．用图示表示食品水分吸着等温线的一般形式，并指明I 、II和III区域。

在恒温条件下，以食品的含水量（用每单位干物质质量中水的质量表示）对 水活性绘图形成的曲线，称为水分吸着等温线（moisture sorption isotherms, MSI）。

水分的吸着等温线对于了解以下信息是十分有意义的： （1） （2） （3） （4）

在浓缩和干燥过程中样品脱水的难易程度与RVP 的关系； 配制混合食品必须避免水分在配料之间的转移； 测定包装材料的阻湿性；

测定什么样的水分含量能够抑制微生物的生长；

（5） 预测食品的化学和物理稳定性与水分的含量的关系。

据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响，从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。

在等温吸湿线中低水分含量范围内含水量稍增加就会导致水分活度的大幅度增加，把低水分含量区域内的曲线放大，呈一反S形曲线。根据水分活度与含水量的关系可将次曲线分成三个区域。

13．用图描述食品水分吸着等温线的滞后现象，并初步探讨造成此现象的机理。

所谓滞后现象即向干燥的样品中添加水（回吸作用）后绘制的吸湿等温线和由样品中取出一些水（解吸作用）后绘制的吸湿等温线并

不完全重合，这种不重合性称为滞后现象。引起食品解吸和回吸出现滞后现象的主要原因有：a.解吸过程中一些水分与非水物质相互作用导致释放速度减缓；b.物料不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需要不同的蒸气压；c.解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水分，由此可导致回吸相同水量时处于较高的水分活度。由于滞后现象的存在，有解吸制得的食品必需保持更低的水分活度才能与由回吸制得的食品保持相同的稳定性。

滞后现象的研究对于食品脱水和复水过程有重要的指导意义，然而滞后现象的本质和应用中还有许多不清楚的地方。

14．利用水分吸附等温线的滞后现象说明为什么目前还没有完全成功的复水食品？

滞后现象

? 通常吸湿等温线的绘制是通过向干燥样品中添加水而得到的，因此我们也常把这个过程叫回吸作用。 ? 如果把这个吸满水的样品再进行干燥，同样又可以得到一条曲线，我们把这条线叫解吸曲线。

? 滞后现象就是样品的吸湿等温线和解吸等温线不完全重叠的现象。 ? 一般来说，当Aw一定时，解吸过程中食品的水分含量大于回吸过程中水分含量。 解吸线在上方

滞后环形状取决于 ：食品品种；解吸速度；脱水程度；温度 滞后现象产生的原因

? 解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分。

? 不规则形状产生毛细管现象的部位,欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内＞P外, 要填满则需P外＞ P内)。

? 解吸作用时,因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水,由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw。.

滞后现象的现实意义 ：

? ? ? ?

鸡肉和猪肉Aw=0.75～0.84，解吸时脂肪氧化速度高于回吸 Aw一定，解吸样品的水分高于回吸

高水分样品粘度低，催化剂流动性好，基质的肿胀使催化部位暴露 控制微生物生长，解吸方法比回吸方法制备样品时要达到更低的Aw

15．解释下列名词

持水性；结合水；食品水分活度；水分吸着等温线；水分吸着等温线的滞后现象

持水性是用来描述由分子（通常是以低浓度存在的大分子）构成的机体通过物理方式截留大量水而阻止水渗出的能力。

食品中的水不是单独存在的，它会与食品中的其他成分发生化学或物理作用，因而改变了水的性质。按照食品中的水与其他成分之间相互作用强弱可将食品中的水分成结合水、毛细管水和自由水。

结合水：又称为束缚水，是指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水，是食品中与非水成分结合的最牢固的水。不能被微生物利用，在-40℃下不结冰，无溶解溶质的能力，与纯水比较分子平均运动为0。

自由水：是指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水。 毛细管水：指食品中由于天然形成的毛细管而保留的水分，是存在于生物体细胞间隙的水。毛细管的直径越小，持水能力越强，当毛细管直径小于0.1μm 时，毛细管水实际上已经成为结合水，而当毛细管直径大于0.1μm 则为自由水，大部分毛细管水为自由水。能结冰，但冰点有所下降，溶解溶质的能力强，干燥时易被除去，与纯水分子平均运动接近。很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起食物的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。

结合水与自由水的区别：结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃时不结冰，而自由水可以作为溶剂，在-40℃会结冰。

单分子层水：指与食品中非水成分的强极性基团如：羧基-、氨基+、羟基等直接以氢键 结合的第一个水分子层。在食品中的水分中它与非水成分之间的结合能力最强，很难蒸发， 与纯水相比其蒸发焓大为增加，它不能被微生物所利用。一般说来，食品干燥后安全贮藏的 水分含量要求即为该食品的单分子层水。

16．解释在中等至高水分含量的食品中反应速度随Aw提高而下降的可能原因。

在Ⅰ区，氧化反应的速度随着水分增加而降低；在Ⅱ区，氧化反

应速度随着水分的增加而加快；在Ⅲ区，氧化反应速度随着水分增加又呈下降趋势。其原因是在非常干燥的样品中加入水会明显干扰氧化，本质是水与脂肪自由基氧化中形成的氢过氧化合物通过氢键结合，降低了氢过氧化合物分解的活性，从而降低了脂肪氧化反应的速度；从没有水开始，随着水量的增加，保护作用增强，因此氧化速度有一个降低的过程；除了水对氢过氧化物的保护作用外，水与金属的结合还可使金属离子对脂肪氧化反应的催化作用降低。当含水量超过Ⅰ、Ⅱ区交界时，较大量的水通过溶解作用可以有效地增加氧的含量，还可使脂肪分子通过溶胀而更加暴露；当含水量到达Ⅲ区时，大量的水降低了反应物和催化剂的浓度，氧化速度又有所降低。

17．采用分子流动性(molecular modbility)取代水分活度来衡量食品体系的稳定性有什么优点？

18．写出分子流动性（Nm）决定的5种食品性质。P40

分子浓度也就是分子的流动性（包括平动和转动）。关系到许多食品的扩散限制性质，这类食品包括含淀粉食品（如面团、糖果和点心）、以蛋白质为基料的食品、中等水分食品、干燥或冷冻干燥的食品。

19．水的结构，水为何有高蒸发热焓和低粘度？ 三、碳水化合物

1. 什么是淀粉糊化和老化？

（一）淀粉的糊化

淀粉糊化可分为三个阶段：a.可逆吸水阶段：水分浸入淀粉颗粒的非晶质部分，体积略有膨胀；此时如冷却干燥可以复原，双折射显现不变。b.不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，

不可逆大量吸水，结晶“溶解”。c.淀粉粒解体阶段：淀粉分子完全进入溶液。

影响淀粉糊化的因素很多，下面简单总结一下。

*内部因素，即淀粉颗粒的大小、内部结晶区多少及其它物质的含量。一般地，淀粉颗粒愈大、内部结晶区越多，糊化比较困难，反之则较易。

**外部因素：包括水含量、温度、小分子亲水物、有机酸、淀粉酶、脂肪和乳化剂等。简单讲：糊化和水含量成正比，水含量越高，糊化越容易；高浓度的糖可降低糊化速度（主要影响水活度）；油脂可显著降低糊化速度和糊化率；高pH有利于淀粉的糊化，低pH将抑制淀粉糊化；淀粉酶可使糊化显著加速；提高温度，有利于淀粉的糊化。 （二）淀粉老化

糊化淀粉重新结晶所引发的不溶解效应称为老化。

淀粉老化可看作是淀粉糊化的逆过程，其本质是糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、晶化的淀粉胶束。但这个过程是不完全的，并不能恢复到天然淀粉的状态。老化的直接结果是溶解性能变差，加工能力降低。

影响淀粉老化的因素

*内部因素：主要指直链淀粉和支链淀粉的比例分子量的大小；直链淀粉比例高时易于老化；中等聚合度淀粉易于老化。

**外部因素：包括温度、水分含量、共存的其它物质等。简单讲：

温度对淀粉老化有明显的影响；60℃以上不易老化，由此温度向下至-2 ℃老化速度不断增加，-2 ℃?-22 ℃老化温度不断下降， -22 ℃以下淀粉几乎不再老化。当淀粉溶液中的含水量在30%～60%时老化速度最快，而低于10%时不再老化。 糖、有机酸可阻止淀粉的老化，脂类、乳化剂也可防止淀粉老化，变性淀粉、蛋白质可减缓淀粉老化，但果胶则可促使淀粉老化。

2. 用分子式描述直链淀粉和支链淀粉的结构。（片段）

3. 用示意图表示淀粉颗粒在加热与冷却时的变化。 P134

4. 采用图线表示淀粉颗粒悬浮液加热到90度并稳定再90度的粘度变化过程？

5. 根据淀粉老化的机理，说明食品中直链淀粉含量高低对贮藏过程中食品质量变差的影响。

糊化淀粉重新结晶所引发的不溶解效应称为老化。

淀粉老化可看作是淀粉糊化的逆过程，其本质是糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致

密、晶化的淀粉胶束。但这个过程是不完全的，并不能恢复到天然淀粉的状态。老化的直接结果是溶解性能变差，加工能力降低。

淀粉一般由二种葡聚糖即直链淀粉和支链淀粉构成。普通淀粉含约20%～39%的直链淀粉，有的新玉米品种可达50%～85%，称为高直链淀粉玉米，这类玉米淀粉不易糊化，甚至有的在温度100℃以上才能糊化。有些淀粉仅由支链淀粉组成，例如糯玉米、糯大麦、梗稻和糯米等。它们在水中加热可形成糊状，与根和块茎淀粉（如藕粉）的糊化相似。直链淀粉容易发生“老化”，糊化形成的糊化物不稳定，而由支链淀粉制成的糊是非常稳定的。

6. 生淀粉和老化淀粉有什么相似和不同的性质？试述延迟面包陈化大都方法及其原理？

生淀粉就是从含淀粉植物（马铃薯，玉米等）提取的未经加工或变性处理的淀粉，又称beta－淀粉。例如用作炒菜时的粉芡，也可以做凉粉，还能用来摊煎饼。主要用于肉类原料加工时上浆、勾欠等。老化淀粉是指经过老化处理后的淀粉，例如淀粉溶液或淀粉糊在低温静置条件下，都有转变为不溶性物质的趋向，混浊度和粘度都增加，最后形成硬的凝胶块，这种现象称为淀粉糊的“老化”，这种淀粉叫“老化淀粉”。在老化过程中，由于温度降低，分子运动减弱，直链分子和支链分子的分支都回头趋向于平行 排列，通过氢键结合，相互靠拢，重新组成混合微晶束，使淀粉糊具有硬的整体结构。老化后的直链淀粉非常稳定，就是加热加压也很难使它再溶解。如果有支链淀粉分子混合在一起，则仍然有加热恢复成糊的可能。

7. 写出硬脂酸一酯与直链淀粉形成复合物的示意图。

8. 果胶依其所含甲酯含量，可以分为高甲氧基果胶（HM）或低甲氧基果胶（LM），试阐述两者的凝胶形成条件及机理？

高甲氧基果胶 — HM DE>50% 低甲氧基果胶 — LM DE<50%

果胶的物理、化学性质 ：

﹡ 水解：果胶在酸碱条件下发生水解，生成去甲酯和糖苷键裂解产物。

原果胶在果胶酶和果胶甲酯酶作用下，生成果胶酸。

﹡ ﹡ ? ?

溶解度：果胶与果胶酸在水中溶解度随链长增加而减少， 粘度：粘度与链长正比。

机理：脱水剂使高度含水的果胶分子脱水以及电荷中和而形成凝集体。 凝胶的形成与pH值、可溶性固形物含量和高价离子的存在有关。

果胶形成凝胶：

果胶形成条件

? HM：有糖、酸的存在下易形成凝胶。Brix>55％ pH<3.5 ? LM：有二价阳离子的存在。Ca2＋添加量与pH有关，反比例。

凝胶形成速度：

快速 DE越高形成凝胶 快速 DE越高形成凝胶

HM 慢速 的速度越快 LM 慢速 的速度越慢 影响凝胶强度的因素 ：凝胶强度与分子量成正比。凝胶强度与酯化程度成正比。

9．写出果胶物质的结构，写出纤维素（MC）、羟丙基纤维素（HPMC）和羧甲基纤维素分子片段的结构式。

10. 为何MC（甲基纤维素）和HPMC（羟丙基甲基纤维素）可用于油炸食品。 P142

11. 用分子式表示果胶分子的结构（片段），并描述低甲氧基果胶的特性。

12．纤维素的功能性质

生理作用

纤维素的主要生理作用是吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。 膳食纤维

人类膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中，虽然不能被消化吸收，但有促进肠道蠕动，利于粪便排出等功能。草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解，从而得以吸收利用。食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素。食物纤维素是一种不被消化吸收的物质，过去认为是“废物”，现在认为它在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。因此，称它为第七种营养素。

①有助于肠内大肠杆菌合成多种维生素。

②纤维素比重小，体积大，在胃肠中占据空间较大，使人有饱食感，有利于减肥。

③纤维素体积大，进食后可刺激胃肠道，使消化液分泌增多和胃肠道蠕动增强，可防治糖尿病的便秘。

④高纤维饮食可通过胃排空延缓、肠转运时间改变、可溶性纤维在肠内形成凝胶等作用而使糖的吸收减慢。亦可通过减少肠激素如抑胃肽或胰升糖素分泌，减少对胰岛B细胞的刺激，减少胰岛素释放与增高周围胰岛素受体敏感性，使葡萄糖代谢加强。

⑤近年研究证明高纤维饮食使Ⅰ型糖尿病患者单核细胞上胰岛素受体结合增加，从而节省胰岛素的需要量。由此可见，糖尿病患者进食高纤维素饮食，不仅可改善高血糖，减少胰岛素和口服降糖药物的应用剂量，并且有利于减肥，还可防治便秘、痔疮等疾病。

13．同质多晶定义

相同的化学组成，在不同的热力学条件下却能形成不同的晶体结构，表现出不同的物理、化学性质。我们把同一种化学组成在不同的热力学条件下（温度、压力、pH等），可以结晶成为两种以上不同结构的晶体的现象称为同质多晶（同质多象）。由此而产生的化学组成相同、结构不同的晶体称为变体。如纯炭物质中的钻石和石墨，炭酸氢钙中的石粉和牦蛎粉，碱式氯化铜中的阿尔法晶体和贝塔晶体等等。

14．举出一个食品中重要的含硫糖苷的例子，它具有什么重要的意义。 P49

15．写出一种还原性的二糖和一种非还原性二糖的结构。 乳糖、麦芽糖、蔗糖

16．写出低聚果糖（三糖）和木二糖的分子结构式。 P124

17．用分子结构式表示木二糖、乳糖和蔗糖的结构。

18. 写出麦芽酚、异麦芽酚、麦芽糖、乳糖和蔗糖的分子结构式，并指出其中的还原糖。

19. 采用分子结构式表示D－葡萄糖、α－D－吡喃葡萄糖、β－D－吡喃葡萄糖之间的关系？

20．写出甲基纤维素、羧丙基纤维素和羧甲基纤维素的结构（一个构成单元）

21．简述美拉德反应产生的不利影响，并提出3种防止美拉德反应的

措施。

Maillard反应对食品品质的影响

? 不利方面：

a.营养损失，特别是必须氨基酸损失严重

b.产生某些致癌物质

c.对某些食品，褐变反应导致的颜色变化影响质量。

? 有利方面：

褐变产生深颜色及强烈的香气和风味，赋予食品特殊气味和风味。 maillard反应在食品加工中的应用

? 抑制maillard反应

注意选择原料：选氨基酸、还原糖含量少的品种。

水分含量降到很低：蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。流体食品则可通过稀释降低反应物浓度。

降低pH：如高酸食品如泡菜就不易褐变。 降低温度：低温贮藏。

除去一种作用物：一般除去糖可减少褐变。 加入亚硫酸盐或酸式亚硫酸盐 钙可抑制褐变。

maillard反应在食品加工中的应用

? 利用

控制原材料：核糖 + 半胱氨酸 ：烤猪肉香味 核糖 + 谷胱甘肽 ：烤牛肉香味

控制温度： 葡萄糖 + 缬氨酸 ：100-150℃ 烤面包香味； 180℃ 巧克力香味

木糖 +酵母水解蛋白： 90℃ 饼干香型 160℃ 酱肉香型 不同加工方法： 土豆 大麦 水煮： 125种香气 75种香气 烘烤： 250种香气 150种香气

22. 描述在食品体系中发生Maillard反应的必要条件。

23. 美拉德反应在食品加工中有哪些有利的作用和不利的影响？ 24. 扼要说明美拉德反应的基本反应物及影响其反应速度的因素。

美拉德反应的条件、生成物和特点

? 条件：还原糖（主要是葡萄糖）和氨基酸；少量的水；加热或长期贮藏 ? 产物：黑色素（类黑精）＋风味化合物 ? 特点：pH值下降（封闭了游离的氨基）；

还原的能力上升（还原酮产生）；

褐变初期，紫外线吸收增强，伴随有荧光物质产生；添加亚硫酸盐，可阻止褐变，但在褐变后期加入不能使之褪色。

影响美拉德反应的因素

①羰基化合物的结构、种类及含量

a.α、β不饱和醛>α－双羰基化合物>酮

b.五碳糖（核糖>阿拉伯糖>木糖）>六碳糖（半乳糖>甘 露糖>葡萄糖）[五碳糖的褐变是六碳糖的10倍]

c.单糖>双糖（如蔗糖，分子比较大，反应缓慢） d.还原糖含量与褐变成正比

②氨基酸及其它含氨物种类(肽类、蛋白质、胺类) a.胺类>氨基酸

b.含S-S，S-H不易褐变 c.有吲哚，苯环易褐变 d.碱性氨基酸易褐变

e.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐变 ③pH值

pH3-9范围内，随着pH上升，褐变上升 pH≤3时，褐变反应程度较轻微 pH在7.8-9.2范围内，褐变较严重 ④水分含量

10％～15%(H2O)时，褐变易进行

完全干燥的条件下，多数褐变难进行

水分含量超过5%时，脂肪氧化加快，褐变加快

⑤温度：若△t＝10℃，则褐变速度差△v相差3～5倍。 食品加工应尽量避免长时间高温，储藏也以低温为宜 ⑥金属离子

Fe(Fe+3> Fe+2)和Cu促进美拉德反应

Na＋对褐变无影响。

Ca2+可同氨基酸结合生成不溶性化合物而抑制褐变。Mn2＋和Sn2＋可抑制美拉德反应。

⑦空气：空气的存在会影响美拉德反应。真空或充入氮气降低脂肪的氧化反应及羰基化合物的生成。

A、羰基化合物种类的影响

首先需要肯定的是，并不只是糖类化合物才发生Mailard反应，存在于食品中的其它羰基类化合物也可能导致该反应的发生。 在羰基类化合物中，最容易发生Mailard反应的是α,β-不饱和醛类，其次是α-双羰基类，酮类的反应速度最慢。原因可能与共轭体系的扩大而提高了亲核加成活性有关。

在糖类物质中有：五碳糖（核糖>阿拉伯糖>木糖）>六碳糖（半乳糖>甘露糖>葡萄糖。二糖或含单糖更多的聚合糖由于分子量增大反应的活性迅速降低。 B、氨基化合物

同样，能够参加Mailard反应的氨基类化合物也不局限于氨基酸，胺类、蛋白质、肽类均具有一定的反应活性。

一般地，胺类反应的活性大于氨基酸；而氨基酸中，碱性氨基酸的反应活性要大于中性或酸性氨基酸；氨基处于ε位或碳链末端的氨基酸其反应活性大于氨基处于α位的。 C、pH

受胺类亲核反应活性的制约，碱性条件有利于Mailard反应的进行，而酸性环境，特别是pH3以下可以有效的防止褐变反应的发生。 D、反应物浓度、含水及含脂肪量

Mailard反应与反应物浓度成正比；完全干燥的情况下Mailard反应难于发生，含水量在10～15%时容易发生；脂肪含量特别是不饱和脂肪酸含量高的脂类化合物含量增加时，Mailard反应容易发生。 E、温度

随着贮藏或加工温度的升高，Mailard反应的速度也提高。 F、金属离子

许多金属离子可以促进Mailard反应的发生，特别是过渡金属离子，如铁离子、铜离子等。

25．简述影响多糖溶液粘度的因素，为什么含有带电基团的多糖能形成稳定的高粘度的溶液。

正是由于多糖在溶解性能上的特殊性，导致了多糖类化合物的水液具有比较大的黏度甚至形成凝胶。多糖溶液具有黏度的本质原因是：多糖分子在溶液中以无规线团的形式存在，其紧密程度与单糖的组成和连接形式有关；当这样的分子在溶液中旋转时需要占有大量的空间，这时分子间彼此碰撞的几率提高，分子间的摩擦力增大，因此具有很高的黏度。甚至浓度很低时也有很高的黏度。

当多糖分子的结构情况有差别时，其水溶液的黏度也有明显的不同。高度支链的多糖分子比具有相同分子量的直链多糖分子占有的空间体积小得多，因而相互碰撞的几率也要低得多，溶液的黏度也较低；带电荷的多糖分子由于同种电荷之间的静电斥力，导致链伸展、链长增加，溶液的黏度大大增加。

大多数亲水胶体溶液的黏度随着温度的提高而降低，这是因为温度提高导致水的流动行增加；而黄原胶是一个例外，其在0～100℃内黏度保持基本不变。多糖形成的胶状溶液其稳定性与分子结构有较大的关系。不带电荷的直链多糖由于形成胶体溶液后分子间可以通过氢键而相互结合，随着时间的延长，缔合程度越来越大，因此在重力的作用下就可以沉淀或形成分子结晶。支链多糖胶体溶液也会因分子凝聚而变得不稳定，但速度较慢；带电荷的多糖由于分子间相同电荷的斥力，其胶状溶液具有相当高的稳定性。食品中常用的海藻酸钠、黄原胶及卡拉胶等即属于这样的多糖类化合物。

26. 巧克力表面为何出现“白霜”如何抑制起霜现象？

27. 糖苷化合物有哪几类？简述它们各自的结构特征和主要用途。 P50 四、脂类

1. 脂类的抗氧化性质以及抗氧化剂

2. 写出5个影响食品脂类氧化的因素。 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；共轭双键反应速度快； 游离脂肪酸容易氧化。 二、氧

低氧浓度（分压）时，油脂氧化与氧浓度（分压）近似正比； 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；这是因为温度提高游离于自由基的生成和反应。

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，在第三章已经介绍。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。 五、表面积

油脂表面积越大，氧化反应速度越快；这也是油性食品贮藏期远比纯油脂短的原因。 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： （一）促进氢过氧化物分解，产生新的自由基

（二）直接使有机物氧化 （三）活化氧分子

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。 3. 写出四种影响商品脂肪稠度的因素。

影响因素：脂肪中固体组分的比例；晶体的数目、大小和种类；液体的粘度；温度处理；机械作用。

市售脂肪的稠度受到诸多因素的影响，包括脂肪中固体组分的比例、晶体的数目、大小和种类、粘度、机械作用和处理温度等。

（1）脂肪中固体组分的比例：脂肪的固体含量愈高，硬度愈大。

（2）晶体的数目、大小和种类：在一定含量的固体中，含大量小结晶的比含少量粗大结晶的可形成硬度更大的脂肪， 而缓慢冷却则以形成大的软晶体为特征。高熔点甘油酯构成的晶体比低熔点甘油酯具有较大的硬化力。

（3）液体的粘度：由温度引起的稠度变化与熔化物的粘度变化有关。

（4）温度处理：如果一种脂肪趋向于极度过冷；可通过以下方法来防止，让脂肪在尽可能低的温度下加热熔化后，并在恰好高于熔点温度保持一段时间，然后冷却结晶，这样能形成很多晶核和小晶体，而且稠度稳定。

4. 写出亚麻酸在氢化过程中所经历的反应（不要写出分子式）

油脂氢化过程，不仅使双键加成变成饱和键，而且还可以改变双键的位置或使双键的顺式构型转变成为反式构型，形成的异构体称为异酸（isoacid）。因此，油脂部分氢化生成的复杂混合产物，依赖于被氢化的双键类型和异构化程度，以及这些反应的相对速度。下面是亚麻酸酯氢化时可能发生的反应。

所谓选择性是指不饱和度比较大的脂肪酸与不饱和度小的脂肪酸的相对氢化速率。按阿布里特（Albright）定义的“选择性比”可定量地用式子表示：亚油酸氢化生成油酸的速率/油酸氢化形成硬脂酸的速率。根据氢化过程的起始和终止时的脂肪酸组成以及氢化时间可计算出反应速率常数（图 4-37），上述反应的选择性比（SR）为：12.2. 这意味着亚油酸的氢化速率比油酸快12.2 倍。

各种催化剂有不同的选择性，操作参数对选择性有很大影响，如表 4-11 所示。 低压、高温，高浓度催化剂和搅动强度低，都可以得到较大的 SR值。表 4-11还列举了加工条件对氢化速率和生成反式酸的影响。 已有许多推测机理用来解释加工条件对氢化选择性和速率的影响。

2、氢化的机理

一般认为脂肪氢化的机理是不饱和液体油脂和被吸附在金属催化剂表面的原子氢之间的反应。反应包括三个步骤：首先，在双键（图 4-39 中）两端任何一端形成碳一金属复合物；然后这种中间体复合物与催化剂所吸附的氢原子反应，形成不稳定的半氢化态（half-hydrogenated state）即图4-39 中的（2）或（3），处于这种状态的烯烃只用了一个键与催化剂连接，因而可以自由旋转；第三步是这种半氢化合物与另一个氢原子反应，同时和催化剂分离，形成饱和的产物[图4-39（4）]。相反,另一种不饱和脂类加氢的情况是失去氢原子，恢复双键结构，但重新形成的双键的位置可以和原来的未氢化的化合物相同，也可能是原来双键位置的异构体，或者几何异构体[图4-39中（5）和（6）]。

3、氢化的催化剂

催化剂的种类随油脂氢化选择性程度不同而异。工业上用各种载体镍作为油脂氢化催化剂，也可用其他催化剂，如铜、铜/铬合金和铂。钯比镍的催化效率更高（按催化剂需要量），但是生成的产物大部分是反式异构体。此外均相催化剂可溶于油脂，使油脂和催化剂的接触机率增大，能更好地控制选择性。

很多化合物都能使催化剂中毒失活，如磷脂、水、硫化物、油皂、部分甘油酯、二氧化碳和矿酸。这是油脂氢化工业经常遇到的问题。

5. 描述脂类中的同质多晶的定义。

同质多晶是化学组成相同而晶体结构不同的一类化合物，但融化时可生成相同的液相。金刚石和碳黑是同质多晶，同质多晶有时称为同质多晶变体，是以具有某些特殊性质例如

X-射线间距、比容、熔点等为特征，从而可以和同一种化合物的其他形式相区别。 根据几个因素可确定特定化合物在结晶时所出现的同质多晶类型，这些因素包括纯度、温度、冷却速率、晶核的存在和溶剂的种类。

6. 写出5种有可能促进食品脂类氧化的金属，采用何种方法可以抑制它们的催化反应。

过渡金属元素，特别是那些氧化-还原电位对脂类氧化适宜的二价或多价金属元素是主要的助氧化剂，例如 Co、Cu、Fe、Mn 和 Ni。如果体系中有这些元 素存在，甚至浓度低至 0.1ppm 时，也可以使诱导期缩短和氧化速率增大。大多数食用油脂中都含有微量的重金属，主要来自油料作物生长的土壤、动物体以及加工、贮存所用的金属设备和包装容器。所有食品包括流体食品（蛋、奶、果汁）中均天然存在游离的和结合形式的微量金属， 关于金属催化作用的机理有以下几种假设：

抗氧化剂是一类能延缓或减慢油脂氧化的物质，在食品中使用，它们应是廉价、安全的，对食品的品质如色泽、风味、质地不产生较显著的影响。目前在食品中允许使用的主要抗氧化剂是具有苯环取代成分的一元或多元酚类化合物（图 4-33）。通常是将抗氧化剂和其他酚类抗氧化剂或各种金属螯合剂混合在一起使用， 这样可以对脂类产生很好的抗氧化效果，习惯上将抗氧化剂分为两类，即主抗氧化剂和增效剂。抗氧化剂是防止或延缓食品氧化，提高食品稳定性和延长贮存期的物质。

抗氧化剂的作用在于通过自身氧化消耗食品内部和环境的氧；通过提供电子或氢原子阻断油脂自动氧化的链式反应；通过抑制氧化酶活性，防止油脂的酶促氧化。

供给电子的抗氧化剂有四甲基对苯二胺等。油脂过氧化自由基ROO·从四甲基对苯二胺的氮原子的孤对电子中夺取1个电子，产物再相互结合形成不活泼的复合体。

7. 写出10种可能影响脂类氧化的因素。

１．脂肪酸组成：

脂肪酸的双键数目、位置和几何形状都会影响氧化速率。花生四烯酸、亚麻酸、亚油酸和油酸的相对氧化速率近似为40：20：10：1。顺式酸比对应的反式 异构体更容易氧化，含共轭双键的比非共轭双键的活性更高，室温下饱和脂肪酸自动氧化非常缓慢，当油脂中不饱和酸已氧化酸败时，饱和脂肪酸实际上仍保持原状不变。但是，在高温下，饱和脂肪酸将发生明显的氧化。

２．游离脂肪酸与对应的酰基甘油的比例：

游离脂肪酸的氧化速率略大于甘油酯中结合型脂肪酸， 天然脂肪中脂肪酸的无规分布使其氧化速率降低。 脂肪和油中存在少量游离脂肪酸并不会明显影响氧 化稳定性，但是，当商品油脂中存在较大量游离脂肪酸时，将使炼油设备或贮存罐中具有催化作用的微量金属与脂肪酸的结合量增加，从而加快脂类的氧化速率。

３．氧浓度：

如前所述，油脂体系中供氧充分时，氧分压对氧化速率没有影响，而当氧分压很低时，氧化速率与氧压成正比。但氧分压对速率的影响还与其他因素有关，例如温度、表面积等。

４．温度：

一般说来，脂类的氧化速率随着温度升高而增加，按氧分压对氧化速率的影响，温度同样是一个很重要的因素。当温度较高时，氧化速率随着氧浓度增大而增加的趋势不明显，因为温度升高，氧的溶解度降低。

５．表面积：

脂类的氧化速率与它和空气接触的表面积成正比关系，但是，当表面积与体积比例增大时，降低氧分压对降低氧化速率的效果不大。在 O/W 水包油乳状液中，氧化速率决定于氧向油相中的扩散速率。

６．水分：

在脂类的模拟体系和各种含脂肪食品中， 已证明脂类氧化速率主要取决于水活度。在含水量很低（αw值约低于0.1）的干燥食品中，脂类氧化反应很迅速。当水分含量增加到相当于水活度0.3时， 可阻止脂类氧化， 使氧化速率变得最小，这说明水的保持效应可降低金属催化剂的催化活性，同时可以猝灭自由基，促进非酶褐变反应（产生具有抗氧化作用的化合物）和（或）阻止氧同食品接触。在 水活度较高时（aw=0.55-0.85），氧化速度又加快进行，可能是增加了体系中催化剂的流动性引起的。

７．分子取向

脂类分子的取向对其氧化有着重要的影响。例如在 37℃、pH7.4 和催化剂Fe 2+ -Vc 存在的水相中，研究多不饱和脂肪酸（PUFA）的氧化稳定性，发现氧化稳定性随不饱和度的增加而增加，实际与预期的结果相反，这说明 PUFA 的氧化与在水相中存在的构象有关。 脂类分子的取向对氧化速率的影响以亚油酸酯为例说明，亚油酸酯有两种取向，一种是有序状态（以单分子层吸附在硅胶表面），另一种为体相结构。在 60℃时，亚油酸乙酯处在单分子层时比体相状态能结合更多的氧，因此氧化速率也就大得多；但是在 180℃的结果则相反，这是由于体相状态的亚油酸乙酯分子与自由基结合的运动速率明显高于单分子层， 从而抵销了因结合氧能力的差异带来的影响。两种取向的主要分解产物虽然不完全相同，但它们都来自氢过氧化物的经典分解产物。

８．物理状态

胆固醇氧化的近期研究表明， 物理状态对脂类氧化速率的影响也是非常重要的。 将固态和液态的微晶胆固醇膜碎片悬浮在水溶液介质中， 研究了在不同温度、时间、pH 和缓冲液等各种条件中的氧化稳定性，结果氧化类型和反应速率与条件有关，其中胆固醇的物理状态是最显著的影响因素，实际上其他因素是通过基质和介质的物理状态影响胆固醇氧化。

９．分子的淌度和玻璃化转变

脂类的氧化速率与分子的淌度（即迁移速率或流动性）有关。在玻璃化转变温度以下时，分子的运动受到扩散限制，致使氧化速率低。高于玻璃化转变温度时，温度对分子的淌度影响明显，此时氧化速率与温度有极大的相关性。

１０．乳化作用 在 O/W 水包油的浮浊液中，或者是油滴分散在水介质中的食品，氧化时氧必须扩散至水相，通过油－水界而方可与脂类结合，因此氧化速率与许多因素的相互作用有关，即乳化剂的类型和浓度，油滴的大小，界面的表面积，水相粘度，水相介质的组成和多孔性，以及pH等。

１１．助氧化剂

过渡金属元素，特别是那些氧化-还原电位对脂类氧化适宜的二价或多价金属元素是主要的助氧化剂，例如 Co、Cu、Fe、Mn 和 Ni。如果体系中有这些元 素存在，甚至浓度低至 0.1ppm 时，也可以使诱导期缩短和氧化速率增大。大多数食用油脂中都含有微量的重金属，主要来自油料作物生长的土壤、动物体以及加工、贮存所用的金属设备和包装容器。所有食品包括流体食品（蛋、奶、果汁）中均天然存在游离的和结合形式的微量金属， 关于金属催化作用的机理有以下几种假设：

a.加速氢过氧化物的分解

b.与未被氧化的底物直接发生反应

c.分子氧活化生成单重态氧和过氧化自由基

除过渡金属元素以外，存在于很多种食品中的羟高铁血红素（hematin）也是一种重要的助氧化剂。此外，辐射能，例如可见光、近紫外线和γ射线等都是脂类氧化的有效促进剂。

１２．抗氧化剂

抗氧化剂在食品化学中特别重要,将在下面专门论述。

8. 写出一种大豆卵磷脂的分子式和硬脂酰乳酰钠（SSL）的分子结构式。

9. 为什么具有表面活性的极性脂（甘油一酯，硬脂酰乳酰乳酸钠）等添加到面包中，可以延迟面包心变硬，延长货架寿命？

（1）甘油酯及其衍生物

具有乳化能力的甘油酯主要是单酯，双酯乳化能力差，而三酯完全无乳化能力。目前工业产品有单双混合酯和单酯，单酯的HLB值为2－3，为了改善单酯的性能，可将其制成衍生物以增加其亲水性。在奶糖、巧克力等的生成中可用单硬脂酸甘油酯，以降低粘度，避免粘牙。

（1）界面张力：大多数乳化剂是具有两亲性的表面活性剂，它具有亲水基和疏水基，乳化剂浓集在水－油界面上，亲水基与水作用，疏水基与油作用，从而降低了两相间的界面张力，使乳浊液稳定。但应该强调的是对于乳状液的稳定性更重要的影响因素是界面膜的性质.一般认为降低界面张力是使乳状液保持稳定的重要方法，但界面张力只是影响稳定性的因素之一；尽管添加表面活性剂可降低界面张力，但界面自由能仍然是正值，因此，还是处在热力学的不稳定状态。

（2）电荷排斥力：乳状液保持稳定主要取决于乳状液小液滴的表面电荷互相推斥作用。根据DLVO理论，分散的颗粒受到两种作用力，即范德华吸引力和颗粒表面双电层所产生的静电斥力。因此，乳状液的稳定性决定于这两种作用力的平衡和净位能大小。如果排斥电位超过吸引电位（即静电斥力大于分子间的范德华吸引力），则产生反向碰撞能（即对抗碰撞的能垒），若能垒超过颗粒的动能，悬浮体保持稳定。仅当颗粒间的距离非常小时范德华位能（负的）才成为重要的影响因素。在中等距离时，排斥电位大于吸引位能。DLVO理论应用于乳状液（分散相由被乳化剂稳定的小油滴组成）时，必须慎重。例如乳状液的聚结是

由于液滴周围的吸附膜破裂，在计算油滴的相反碰撞势能能垒时应考虑油滴紧密靠近时出现的畸变或变平（distortion或 flattening）等因素。DLVO理论也可以用来解释静电荷对乳状液稳定性的作用。

离子表面活性剂能够在含有油滴的水相中建立起双电层，对 O/W 型乳状液的稳定性产生明显影响，但对 W/O 乳状液的稳定性并不重要，因为油相一般不能提供足够的产生强电位梯度的抗衡离子。

（3）细微固体粉末的稳定作用：与分散的油滴大小相比，是非常小的固体颗粒,其界面吸附可以在液滴的周围形成物理垒 （physical barrier），使乳状液保持稳定，同时，从界面驱出固体颗粒需要吸收能量，因为这样会引起油/水界面增大。 具有这种作用的物质有粉末状硅胶、 各种粘土、 碱金属盐和植物细胞碎片等。

（4）大分子物质的稳定作用：各种大分子物质，包括某些树胶和蛋白质，都能在乳状液液滴的周围形成厚膜，因此，对聚结产生物理垒。当蛋白质被吸附时可出现伸展并在界面取向，使非极性基团朝着油相排列，同时它们的极性基团朝着水相排列。对乳状液起稳定作用主要取决于蛋白质薄膜的流变学（粘弹性）性质和厚度。

多数大分子乳化剂是水溶性蛋白质，它们一般有助于 O/W 型乳状液的形成并使其保持稳定。蛋白质溶液分散体在油中一般是不稳定的。因此，增强乳状液稳定性最有效的方法是使被吸附的大分子膜分散在连续相中， 而且这种膜应该具有凝胶样的弹性。

（5）液晶的稳定作用：液晶对乳状液稳定性具有重要作用，在乳状液（O/W或 W/O）中，乳化剂、油和水之间的微弱相互作用，均可导致油滴周围形成液晶多分子层，这种界面能垒使得范德华力减弱和乳状液的稳定性提高，当液晶粘度比水相粘度大得多时，这种结构对于乳状液稳定性将起着更加明显的作用。

（6）连续相粘度增加对稳定性的影响：任何一种能使乳状液连续相粘度增大的因素都可以明显地推迟絮凝和聚结作用的发生。明胶和多种树胶，其中有的并不是表面活性物质，但由于它们能增加水相粘度，所以对于 O/W 型乳状液保持稳定性是极为有利的。

除这些因素外，相和分散的小球之间的最小密度差也有利于乳状液保持稳定，可以从斯托克斯定律得到证明。

10. 简述油脂的光敏氧化历程，并简述它与油脂自动氧化历程有何区别？

（二）光敏氧化

电子带电荷，它们如同具有两种不同取向的磁体，且自旋量等于+1 和-1，原子中的电

子总角动量为 2S+1，原子的外层轨道因有两个

未成对电子，它们可按相互自旋平行或反平行排列，形成两个不同的能态，即 2（1/2+1/2）+1=3 和2（1/2-1/2）+1=1，分别称为三重态氧（ 3 O2）和单重态氧（ 1 O2），三重态氧的二个电子位于 2Pz 反键轨道，自旋相同而轨道不同，这些电子

遵从 pauli 不相容原理而彼此分开。所以静电排斥能量很小，处于基态。

在单重态中，两个电子自旋相反，静电排斥能量大，处于激发态。单重态氧可以有两种能态， 一种是比基态能量大94kJ 的 1 △， 另一种是大于基态能量157kJ的1∑，分别按

下面方式排列。

单重态氧比三重态氧亲电子的能力更强，因此，能迅速和高电子密度部分，例如—C=C—起反应（比 3 O2 大约快1500 倍），当所生成的氢过氧化物分解，并引发自由基链反应。

单重态氧可以通过各种方式产生， 最重要的是通过食品中天然色素的光敏作用，因此，单重态氧引起的脂类氧化又称光敏氧化。已知有两种光敏氧化途径，

第一种是在吸收光以后，敏化剂（Sens）和底物（A）起反应生成中间产物，然后中间产物（m）和基态（三重态）氧反应生成氧化产物（P）

第二种途径，在光辐照下与敏化剂起反应的是分子氧而不是底物（*为激发态）。

光敏氧化的机理与自动氧化不同，它是通过“烯”反应进行氧化。下面是亚油酸酯的光敏化氧化机理：

含脂肪的食品中， 一些天然色素例如叶绿素和肌红蛋白， 都可以作为光敏剂，产生 1 O2，此外人工合成色素赤鲜红（erythrosine）也是活性光敏化剂。

β-胡萝卜素是最有效的 1 O2 猝灭剂，生育酚、原花青素、儿茶素也具有这种作用，合成抗氧化剂例如BHT和 BHA也是有效的 1 O2 猝灭剂。

单重态氧形成氢过氧化物与自由基自动氧化的反应机制不相同， 其中最重要的是“烯”反应，它包括形成一个六元环过渡态，氧插入双键端，而后移位生成反式构型烯丙基 10-氢过氧化物，因此，油酸酯生成 9 和 10-氢过氧化物（而不是自由基自动氧化产生的 8，9，10 和 11-氢过氧化物），亚油酸酯生成 9，10，12 和 13-氢过氧化物（而不是 9，13），亚麻酸酯形成的是 9，10，12，13，15和16-氢过氧化物混合物（不是9，12，13 和16）。

实验证明，在脂类光敏氧化过程中单重态氧是自由基活性引发剂，根据单重态氧产生的氢过氧化物的分解特点可用来解释脂类氧化生成的某些产物。然而，一旦形成初始氢过氧化

物，自由基链反应将成为主要反应历程。

11. 葡萄糖酸б－内酯是如何形成的？有何特点？给出在食品中的两种途径。

12. 影响脂类氧化速率因素有哪些？请具体说明之？（至少5种）

１．脂肪酸组成：

脂肪酸的双键数目、位置和几何形状都会影响氧化速率。花生四烯酸、亚麻酸、亚油酸和油酸的相对氧化速率近似为40：20：10：1。顺式酸比对应的反式 异构体更容易氧化，含共轭双键的比非共轭双键的活性更高，室温下饱和脂肪酸自动氧化非常缓慢，当油脂中不饱和酸已氧化酸败时，饱和脂肪酸实际上仍保持原状不变。但是，在高温下，饱和脂肪酸将发生明显的氧化。

２．游离脂肪酸与对应的酰基甘油的比例：

游离脂肪酸的氧化速率略大于甘油酯中结合型脂肪酸， 天然脂肪中脂肪酸的无规分布使其氧化速率降低。 脂肪和油中存在少量游离脂肪酸并不会明显影响氧 化稳定性，但是，当商品油脂中存在较大量游离脂肪酸时，将使炼油设备或贮存罐中具有催化作用的微量金属与脂肪酸的结合量增加，从而加快脂类的氧化速率。

３．氧浓度：

如前所述，油脂体系中供氧充分时，氧分压对氧化速率没有影响，而当氧分压很低时，氧化速率与氧压成正比。但氧分压对速率的影响还与其他因素有关，例如温度、表面积等。

４．温度：

一般说来，脂类的氧化速率随着温度升高而增加，按氧分压对氧化速率的影响，温度同样是一个很重要的因素。当温度较高时，氧化速率随着氧浓度增大而增加的趋势不明显，因为温度升高，氧的溶解度降低。

５．表面积：

脂类的氧化速率与它和空气接触的表面积成正比关系，但是，当表面积与体积比例增大时，降低氧分压对降低氧化速率的效果不大。在 O/W 水包油乳状液中，氧化速率决定于氧向油相中的扩散速率。

６．水分：

在脂类的模拟体系和各种含脂肪食品中， 已证明脂类氧化速率主要取决于水活度。在含水量很低（αw值约低于0.1）的干燥食品中，脂类氧化反应很迅速。当水分含量增加到相当于水活度0.3时， 可阻止脂类氧化， 使氧化速率变得最小，这说明水的保持效应可降低金属催化剂的催化活性，同时可以猝灭自由基，促进非酶褐变反应（产生具有抗氧化作用的化合物）和（或）阻止氧同食品接触。在 水活度较高时（aw=0.55-0.85），氧化速度又加快进行，可能是增加了体系中催化剂的流动性引起的。

７．分子取向

脂类分子的取向对其氧化有着重要的影响。例如在 37℃、pH7.4 和催化剂Fe 2+ -Vc 存在的水相中，研究多不饱和脂肪酸（PUFA）的氧化稳定性，发现氧化稳定性随不饱和度的增加而增加，实际与预期的结果相反，这说明 PUFA 的氧化与在水相中存在的构象有关。 脂类分子的取向对氧化速率的影响以亚油酸酯为例说明，亚油酸酯有两种取向，一种是有序状态（以单分子层吸附在硅胶表面），另一种为体相结构。在 60℃时，亚油酸乙酯处在单分子

层时比体相状态能结合更多的氧，因此氧化速率也就大得多；但是在 180℃的结果则相反，这是由于体相状态的亚油酸乙酯分子与自由基结合的运动速率明显高于单分子层， 从而抵销了因结合氧能力的差异带来的影响。两种取向的主要分解产物虽然不完全相同，但它们都来自氢过氧化物的经典分解产物。

８．物理状态 胆固醇氧化的近期研究表明， 物理状态对脂类氧化速率的影响也是非常重要的。 将固态和液态的微晶胆固醇膜碎片悬浮在水溶液介质中， 研究了在不同温度、时间、pH 和缓冲液等各种条件中的氧化稳定性，结果氧化类型和反应速率与条件有关，其中胆固醇的物理状态是最显著的影响因素，实际上其他因素是通过基质和介质的物理状态影响胆固醇氧化。

９．分子的淌度和玻璃化转变

脂类的氧化速率与分子的淌度（即迁移速率或流动性）有关。在玻璃化转变温度以下时，分子的运动受到扩散限制，致使氧化速率低。高于玻璃化转变温度时，温度对分子的淌度影响明显，此时氧化速率与温度有极大的相关性。

１０．乳化作用

在 O/W 水包油的浮浊液中，或者是油滴分散在水介质中的食品，氧化时氧必须扩散至水相，通过油－水界而方可与脂类结合，因此氧化速率与许多因素的相互作用有关，即乳化剂的类型和浓度，油滴的大小，界面的表面积，水相粘度，水相介质的组成和多孔性，以及pH等。

１１．助氧化剂 过渡金属元素，特别是那些氧化-还原电位对脂类氧化适宜的二价或多价金属元素是主要的助氧化剂，例如 Co、Cu、Fe、Mn 和 Ni。如果体系中有这些元 素存在，甚至浓度低至 0.1ppm 时，也可以使诱导期缩短和氧化速率增大。大多数食用油脂中都含有微量的重金属，主要来自油料作物生长的土壤、动物体以及加工、贮存所用的金属设备和包装容器。所有食品包括流体食品（蛋、奶、果汁）中均天然存在游离的和结合形式的微量金属， 关于金属催化作用的机理有以下几种假设：

a.加速氢过氧化物的分解

b.与未被氧化的底物直接发生反应

c.分子氧活化生成单重态氧和过氧化自由基

除过渡金属元素以外，存在于很多种食品中的羟高铁血红素（hematin）也是一种重要的助氧化剂。此外，辐射能，例如可见光、近紫外线和γ射线等都是脂类氧化的有效促进剂。

１２．抗氧化剂

抗氧化剂在食品化学中特别重要,将在下面专门论述。

13. 脂肪稠度影响因素，如何制备

市售脂肪的稠度受到诸多因素的影响，包括脂肪中固体组分的比例、晶体的数目、

大小和种类、粘度、机械作用和处理温度等。

（1）脂肪中固体组分的比例：脂肪的固体含量愈高，硬度愈大。

（2）晶体的数目、大小和种类：在一定含量的固体中，含大量小结晶的比含少量粗大结晶的可形成硬度更大的脂肪， 而缓慢冷却则以形成大的软晶体为特征。高熔点甘油酯构成的晶体比低熔点甘油酯具有较大的硬化力。

（3）液体的粘度：由温度引起的稠度变化与熔化物的粘度变化有关。

（4）温度处理：如果一种脂肪趋向于极度过冷；可通过以下方法来防止，让脂肪在尽可能低的温度下加热熔化后，并在恰好高于熔点温度保持一段时间，然后冷却结晶，这样能形成很多晶核和小晶体，而且稠度稳定。

（5）机械作用：结晶的脂肪一般是触变的，剧烈振荡以后，脂肪可逆地变得更软。

五、蛋白质 1. 蛋白质的变性

当蛋白质用酸、碱、浓盐溶液、有机溶剂、热高压、激烈振荡和辐射处理时，会不同程度地改变其构象。这个过程称为变性。从分子结构上看，变性作用是多肽特有的折叠结构发生的变化，成为无规卷曲或混乱伸展的结构。它仅涉及蛋白质二、三、四级结构的变化，而并不包括一级结构肽链的破坏。也就是说，变性时蛋白质中氢键、盐键和疏水作用等遭受到破坏，而肽键的共价键并未打断。变性时蛋白质的性质也发生变化：（1）由于疏水基团大量暴露在分子表面，从而降低了蛋白质的溶解度；（2）改变了对水的结合能力；（3）由于变性后的蛋白质分子空间结构破坏，很难保持原有的生物活性；（4）发生絮凝，形成不可逆的凝胶；（5）由于肽链暴露，特别容易受到蛋白质酶的攻击，从而提高对蛋白酶水解的敏感性；（6）粘度增加；（7）不能形成结晶等。

蛋白质变性可引起结构、功能和某些性质发生变化。许多具有生物活性的蛋白质在变性后会使它们丧失或降低活性，但有时候，蛋白质适度变性后仍然可以保持甚至提高原有活性，这是由于变性后某些活性基团暴露所致。食品蛋白质变性后通常引起溶解度降低或失去溶解性，从而影响蛋白质的功能特性或加工特性。在某种情况下，变性又是需宜的。例如，豆类中胰蛋白酶抑制剂的热变性，可能显著提高动物食用豆类时的消化率和生物有效性。 部分变性蛋白质则比天然状态更易消化，或具有更好的乳化性、起泡性和胶凝性。

2. 蛋白质的功能性质（起泡性、乳化性和风味结合性质）

蛋白质的功能性质（Functional Properties）是指食品体系在加工、贮藏、制备和消费过程中蛋白质对食品产生需要特征的那些物理、化学性质。各种食品对蛋白质功能特性的要求是不一样的。

蛋白质的大小、形状、氨基酸的组成和序列、净电荷及其分布、亲水性和疏水性之比，二级、三级和四级结构、分子的柔顺性或刚性，以及分子内和分子之间同其他组分作用的能力等诸多因素， 均影响与蛋白质功能有关的许多物理和化学性质，而且每种功能性又是诸多因素共同作用的结果，这样就很难论述清楚何种性质与某种特定功能作用之间的相关性。 从经验上看食品蛋白质的功能性质分为两大类：①流体动力学性质；包括水吸收和保持、溶胀性、粘附性、粘度、沉淀、胶凝和形成其他各种结构时起作用的那些性质（例如蛋白质面团和纤维），它们通常与蛋白质的大小、形状和柔顺性有关；②表面性质；主要是与蛋白质的湿润性、分散性、 溶解度、表面张力、乳化作用、蛋白质的起泡特性，以及脂肪和风味的结合等有关的性质，这些性质之间并不是完全孤立和彼此无关的。例如，胶凝作用不仅包括蛋白质-蛋白质相互作用，而且还有蛋白质-水相互作用；粘度和溶解度取决于蛋白质-水和蛋白质-蛋白质的相互作用。

根据蛋白质的结构特征和分子的性质通常不一定能预测其功能性质，因此，必须通过实验来判断，包括物理、化学性质（粘度、表面张力和溶解度）的测定和实际应用实验。例如，面包焙烤后，体积的测定或油炸食品水分损失的测定，在实验的模拟体系中当蛋白质组分是一种已知天然结构的纯蛋白质时，其功能性可得到最好的了解。然而，工业中使用的大多数蛋白质是一种混合物，含有相当多的糖类化合物、脂类、矿物盐和多酚类物质等，尽管蛋白质的离析物比大多数其他蛋白质含有较少的非蛋白质成分，但由于受到各种加工处理，这样就影响它们原来的结构和功能性。

以下讨论食品蛋白质的主要功能性质及蛋白质在加工或化学修饰时功能性质的变化。

1.蛋白质的生理功能

（1）构成和修补人体组织 机体生长发育及补充新陈代谢所损失的氮，都需要从食物获得氮源，食物只有提供含必需氨基酸种类齐全、配比适当的蛋白质，才能保证机体的生长和发育。

（2）调节体液和维持酸碱平衡 机体细胞内、外体液的渗透压必需保持平衡，这种平衡是由电解质和蛋白质的调节而达到的。当人摄入蛋白质不足时，血浆蛋白浓度降低，渗透压下降，水无法全部返回血液循环系统而蓄积在细胞间隙内，出现水肿，同时，蛋白质是两性物质，能于酸或碱进行化学反应，维持血液酸碱平衡。

（3）合成生理活性物质 机体新陈代谢必不可少的许多激素如胰岛素、肾上腺素、甲状腺素等都是含氮物质，这些物质的合成必需有足够的蛋白质供给；一些维生素是由氨基酸转变而来，如色氨酸可转化成尼克酸；运输氧气的血红蛋白及参与一切生化反应的酶等其本质均为蛋白质。

（4）增强免疫力 人体的免疫物质主要由白细胞、抗体、补体等构成，合成白细胞、抗体、补体需要充足的蛋白质。吞噬细胞的作用与摄入蛋白质数量有密切关系，大部分吞噬细胞来自骨髓、脾、肝、淋巴组织，体内缺乏蛋白质，这些组织显著萎缩，制造白细胞、抗体和补体的能力大为下降，使人体对疾病的免疫力降低，易于感染疾病。 （5）提供能量 通常人体总能量的11％－14％由蛋白质提供。

2003年以来，安徽阜阳发现了33种劣质奶粉，阜阳周边农村地区的100多名婴儿在吃了这种奶粉后，出现严重营养不良，变成了四肢短小，身体瘦弱，脑袋偏大的大头娃娃。蛋白质含量几乎为零，连面粉都不如。长期饮用蛋白质含量极低的奶粉，首先会导致婴儿严重营养不良，随后会引起各种并发症，甚至心脏、肝、肾等器官功能受损。在外来细菌的侵袭之下，婴儿几乎完全丧失了自身的免疫能力。发生在阜阳的“毒奶粉事件”主要是因为这些劣质的婴儿奶粉中，蛋白质等营养指标严重低于国家标准，基本没有营养；儿童奶粉中蛋白质含量过高会增加新生儿的肾脏、肝脏负担，对身体产生危害，不利于营养健康。蛋白质含量应在10％～20％之间，近期出现的“蛋白粉”、“牛初乳”等产品属商家恶意炒作，严禁用其代替母乳喂养儿童。

人体所需蛋白质来自于食物，食品蛋白质应该是可口的、易消化的、无毒的、具有较好工艺适应性和价格合理的蛋白质。凡可供食用、易消化、无毒和可供人类利用的蛋白质统称为食品蛋白质。

3. 蛋白质的水合作用取决于哪些因素。

蛋白质浓度、pH、温度、时间、离子强度、盐的种类和体系中的其他成分等因素都影响蛋白质的构象，影响蛋白质-蛋白质和蛋白质-水之间的相互作用，这些相互关系决定着蛋白质的大多数功能性质。蛋白质的总吸水率随蛋白质浓度的增加而增加。

pH 值的变化影响蛋白质分子的解离和净电荷量，因而可改变蛋白质分子间的相互吸引力和排斥力，及其与水缔合的能力。在等电点pH 时，蛋白质-蛋白质相互作用最强，蛋白质的水合作用的溶胀最小。例如，宰后僵直前的生牛肉（或牛肉匀浆） pH 从6.5 下降至接近5.0 （等电点）， 其持水容量显著减少 （图 5-23），并导致肉的汁液减少和嫩度降低。低于或高于蛋白质的等电点 pH 时，由于净电荷和排斥力的增加导致蛋白质溶胀并结合更多的水。 在 pH9～10时，许多蛋白质 结合的水量均大于其他任何 pH 值的情况，这是由于疏水基和酪氨酸残基离子化的结果，当 pH＞10 时赖氨酸残基的ε-氨基上的正电荷丢失，从而使蛋白质结合水的能力下降。

蛋白质结合水的能力一般随温度升高而降低，这是因为降低了氢键作用和离子基团结合水的能力，使蛋白质结合水的能力下降。蛋白质加热时发生变性和聚集，后者可以减少蛋白质的表面面积和极性氨基酸对水结合的有效性，因此，凡是变性后聚集的蛋白质结合水的能力因蛋白质之间相互作用而下降。另一方面，结合很紧密的蛋白质在加热时，发生解离和伸展，原来被遮掩的肽键和极性侧链暴露在表面，从而提高了极性

侧链结合水的能力，一般变性蛋白质结合水的能

力比天然蛋白质高约 1/10。例如乳清蛋白加热时可产生不可逆胶凝，如果将凝胶干燥，可增加不溶性蛋白质网络内的毛细管作用，因而使蛋白质的吸水能力显著增强。此外，干蛋白颗粒的大小、表面空隙和内空隙也同样影响吸水速率和吸水程度。必须指出，大多数蛋白质变性后在水中的溶解度降低。

离子的种类和浓度对蛋白质的吸水性、溶胀和溶解度也有很大影响。盐类和氨基酸侧链基团通常同水发生竞争性结合。在低盐浓度（＜0.2mol/L）时，蛋白质的水合作用增强， 这是由于盐离子与蛋白质分子的带电基团发生微弱结合的原因，但是这样低的浓度不会对蛋白质带电基团的水合壳层带来影响。实质上增加的结合水量是来自与蛋白质结合离子的缔合水。高盐浓度时，水和盐之间的相互作用超过水和蛋白质之间的相互作用，因而可引起蛋白质“脱水。 ”

4. 小麦面粉中最重要的蛋白质是哪四类，哪两类蛋白质的变化影响面筋的结构和性质。

小麦面粉中除含有蛋白质外，还含有淀粉粒、戊聚糖、极性和非极性脂类等成分，其中蛋白质的80％为水不溶性蛋白质，它又由麦醇溶蛋白（70％乙醇中溶解）和麦谷蛋白组成，二者含量近似相等，总称为面筋蛋白，面筋蛋白富含谷氨酰胺（超过33％）、脯氨酸（15％－20％）和丝氨酸及苏氨酸，它们倾向于形成氢键，这在很大程度上解释了面筋蛋白的水吸收能力（面筋吸水量为干蛋白质的180％－200％）和黏着性质；面筋中还含有较多的非极性氨基酸，这对水化面筋蛋白质的聚集作用、粘弹性和与脂肪的有效结合有关；面筋蛋白质中还含有众多的二硫键，这是面团物质产生坚韧的互连结构的原因。 麦谷蛋白分子质量比麦醇溶蛋白分子质量大，前者分子质量可达数百万，既含有链内二硫键，又含有大量链间二硫键；麦醇溶蛋白仅含有链内二硫键，相对分子质量在35000－75000之间。用分离的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白按不同比例“重组”面粉作试验，结果说明：麦谷蛋白决定着面团的弹性、粘合性和抗张强度，而麦醇溶蛋白促进面团的流动性、伸展性和膨胀性。在制作面包的面团时，两类蛋白质的适当平衡是很重要的。过度粘结（麦谷蛋白过多）的面团会抑制发酵期间所截留的CO2气泡的膨胀，抑制面团发起和在成品面包中产生空气泡。过度延展（麦醇溶蛋白过多）的面团产生的气泡膜是极易破裂和可渗透的，不能很好地保留CO2，从而使面团和面包塌陷。

当面粉和水混合并被揉搓时，面筋蛋白开始水化、定向排列和部分展开，促进了分子内和分子间二硫键的交换反应以及总起来疏水相互作用，当最初面筋蛋白质颗粒转变成薄膜时，二硫键也使水化面筋形成了粘弹性的三维蛋白质网络，于是便起了截留淀粉粒和其他面粉成分的作用，这可从加入还原剂半胱氨酸、偏亚硫酸氢盐可打断部分二硫键而降低面团的粘弹性；加入溴酸盐、脱氢抗坏血酸氧化剂可使二硫键形成而提高面团的硬度和粘弹性得到佐证。面团揉搓不足时因网络还来不及形成而使“强度”不足，但过多揉搓时可能由于二硫键断裂使“强度”降低。面粉中存在的氢醌类、超氧离子和易被氧化的脂类也被认为是促进二硫键形成的天然因素。

焙烤不会引起面筋蛋白质大的再变性，因为麦醇溶蛋白和麦谷蛋白在面粉中已经部分伸展，在揉捏面团时更加被伸展，而在正常温度下焙烤面包时面筋蛋白质不会再进一步伸展，当焙烤温度高于70－80℃时，面筋蛋白质释放出的水分能被部分糊化的淀粉粒所吸收，因此即使在焙烤时，面筋蛋白质也仍然能使面包柔软和保持水分（含40％－5－％的水），但焙烤能使面粉中可溶性蛋白质（清蛋白和球蛋白）变性和凝集，这种部分的胶凝作用有利于面包心的形成。

试验测定面粉面筋含量的方法很简单，取20g面粉加11ml水和成面团，在20℃水中放置半小时，然后洗去淀粉，捞出淋去多余水，称重则得出湿面筋的含量。该含量达35％以上的称高筋粉，适于制作面包和油条等；含量为25％－35％的为中筋粉，适用于制作面条和小面包等；含量在25％以下的为低筋粉，适用于制作饼干和蛋糕等。

面粉中的糖或外加的淀粉和砂糖有和面筋蛋白争夺水的作用，能对面筋水化产生一定的

阻碍作用，面粉中存在的少量脂或外加脂则能损害或改进面筋网。

5. 写出两种碱性氨基酸，两种酸性氨基酸和两种含硫氨基酸的结构式。P125

氨基酸为蛋白质的构成单位，在蛋白质的水解液中，通常存在20种氨基酸，其他较少见的氨基酸也存在于自然界中，并具有特殊的生物功能。在氨基酸的结构中至少含一个碱性的氨基（－NH2）和酸性的羧基（－COOH）。构成蛋白质的氨基酸氨基连接在相对于羧基的α-碳原子上。α-氨基酸都有以下的结构：

1.非极性或疏水性侧链的氨基酸：包括丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸和缬氨酸，它们在水中的溶解度较极性氨基酸小，而且疏水程度随脂肪族侧链的长度而增大。

2.极性而不带电荷（亲水的）侧链的氨基酸：具有中性极性基团，能与适宜的分子如水形成氢键。如丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸中的羟基、天冬酰胺和谷酰胺的酰胺基、半胱氨酸的巯基都与它们的极性有关。甘氨酸有时也属于此类氨基酸。

3.正电荷侧链的碱性氨基酸：如赖氨酸、精氨酸和组氨酸分别具有ε-NH2、胍基和咪唑基。这些基团的存在使这类氨基酸带有正电荷.

4．具有负电荷侧链的酸性氨基酸：如天冬氨酸和谷氨酸，都含有两个羧基。

6. 写出5种疏水性较强的氨基酸结构。 P129

7. 如何稳定蛋白质四级结构的互相作用，以两个具有四级结构的食品蛋白质作为例子作简单的说明。

8. 简要讨论Ph和温度对食品蛋白质溶解性质的影响。P156

2．影响蛋白质溶解性的因素

蛋白质的溶解度除与蛋白质的氨基酸组成和蛋白质的结构有关外，溶解度大小随 pH、离子强度、温度和蛋白质浓度不同而改变。下面分别讨论影响蛋白质溶解度的各种因素。

（1）氨基酸组成与疏水性 蛋白质中氨基酸的疏水性和离子性是影响蛋白质溶解性的主要因素。疏水相互作用增强了蛋白质与蛋白质的相互作用，使蛋白质在水中的溶解度降低。离子相互作用则有利于蛋白质-水相互作用，可使蛋白质分散在水中，从而增加了蛋白质在水中的溶解度。离子化残基使溶液中的蛋白质分子间产生两种排斥力，一种是当溶液的pH值高于或低于等电点时，由于蛋白质带有净正电荷或净负电荷而在蛋白质分子间产生静电排斥力；另一种是离子基团周围的水合壳层之间的排斥力。

Bigelow认为，蛋白质的溶解度与氨基酸残基的平均疏水性（△G0=Σ△G0＇/n）和电荷频率[σ＝(n + +n - )/n]有关，平均疏水性愈小和电荷频率愈大，蛋白质的溶解度愈大。 尽管这个经验关系对于大多数蛋白质是正确的，然而并非是绝对的。因为Bigelow没有考虑到蛋白质表面的亲水性和疏水性与其周围的相关性， 实际上表面的亲水性和疏水性比平均疏水性和电荷频率对蛋白质溶解度的影响更大。更确切地说，蛋白质表面的疏水小区域的数目愈小，蛋白质的溶解度愈大。在等电点时，如果一种蛋白质的疏水基团因充分暴露，它将通过疏水相互作用降低静电排斥力，导致产生沉淀。相反，当疏水相互作用很弱时，由于水合作用和空间排斥作用使蛋白质仍然保持溶解状态。

（2）pH的影响

在低于和高于等电点pH时，蛋白质分别带有净的正电荷或净的负电荷。带电的氨基酸残基的静电推斥和水合作用促进了蛋白质的溶解。大多数食品蛋白质的溶解度—pH图是一条U形曲线，最低溶解度出现在蛋白质的等电点附近。大多数食品蛋白质是酸性蛋白质，即蛋白质分子中的Asp和G[u残基的总和大千Lys、Arg和His残基的总和，因此，它们在pH4—5(等电点)具有最低的溶解度，而在碱性pH具有最高溶解度。蛋白质在近等电点pH具有最低溶解度是由于缺乏静电推斥作用，因而疏水相互作用导致蛋白质的聚集和沉淀，一些食品蛋白质，像β一乳球蛋白(pI5.2）和牛血清清蛋白(pI4.8)即使在它们的等电点仍然是高度溶解的，这是因为在这些蛋白质分子中表面亲水性残基的数量远高于表面疏水性残基数量。必须指出，蛋白质在等电点时即使是电中性的，然而它仍然带有电荷，只是在分子表面上的正电荷和负电荷相等而已．如果由这些带电残基产生的亲水性和水合作用推斥力大于蛋白质一蛋白质疏水相互作用，那么蛋白质在pI仍然是溶解的。

由于大多数蛋白质在碱性pH(8一9)是高度溶解的，因此总是在此pH范围从植物资源像脱脂大豆粉，提取蛋白质，然后在pH4.5—4.8采用等电点沉淀法从提取液回收蛋白质。

（3）离子强度μ的影响

式中Ci 表示离子浓度，Z表示离子价数。

在蛋白质溶液中盐离子与蛋白质的作用如图5—26所示。在低离子强度(<0.5)，盐的离子中和蛋白质表面的电荷，从而产生了电荷屏蔽效应。此电荷屏蔽效应以两种不同的方式影响蛋白质的溶解度，这取决于蛋白质表面的性质，如果蛋白质含有高比例的非极性区域，那么此电荷屏蔽效应使它的溶解度下降；反之溶解度提高。在疏水相互作用使蛋白质溶解度下降的同时，由于盐的作用降低了蛋白质大分子离子的活性而使它的溶解度提高。当离子强度＞1.0时，盐对蛋白质溶解度具有特异的离子效应。当盐浓度增加至μ＝1，硫酸盐和氟化物(盐)逐渐降低蛋白质的溶解度(盐析)，硫氰酸盐和过氯酸盐逐渐提高蛋白质的溶解度(盐溶)。在相同的μ，各种离子对蛋白质溶解度的相对影响遵循Hofmeister系列，阴离子提高蛋白质溶解度的能力按下列顺序：SO4

蛋白质在盐溶液中的溶解度一般遵循下列关系

2---－

---

式中 S和S0——分别代表蛋白质在盐溶液和水中的溶解度 Ks——代表盐析常数

cs—一代表盐的摩尔浓度

β—一常数

对盐析类盐Ks是正值，而对盐溶类盐Ks是负值。图5一19描述各种盐对羧基血红蛋白溶解度的影响。正如前面已经提及，食品蛋白质都是几种蛋白质的混合物，因此离子强度对食品蛋白质溶解度影响的机制比上面讨论的更为复杂。此外，离子强度还会影响复杂的食品蛋白质，像大豆球蛋白的离解和缔合。

（3）温度的影响

温度的影响 （在恒定 pH和离子强度时） 通常是蛋白质的溶解度在0℃到 40～50℃之间随温度上升而增加。然而对高疏水性蛋白质，例如β-酪蛋白和某些谷蛋白，它们的溶解度则与温度呈负相关，超过 40~50℃时，分子运动足以使稳定的二级和三级结构的键断裂，这种变性往往伴随发生聚集（见第三节），在此情况下，变性蛋白质比天然蛋白质的溶解度小，可是，已聚集的蛋白质对水的结合能力不会有大的改变，在时甚至还增大（主要由于生成的凝块或凝胶的毛细管对水的吸收作用）。 大多数蛋白质在加热时， 溶解度明显地不可逆降低。 有时为了使微生物钝化，去除异味、水分和其他成分，加热处理又是不可缺少的。因此，即使是较温和的加工过程，例如，抽提和纯化蛋白质也会产生一定程度的变性，市售大豆粉，浓缩物和离析物的NSI值范围从 10~90%。

（4）有机溶剂的影响

某些有机溶剂，如乙醇或丙酮，使水的介电常数降低，因此，提高了蛋白质分子内和分子间的静电作用力（排斥和吸引力）。分子内的静电排斥作用使蛋白质分子伸长，有利于肽链基团的暴露和在分子之间形成氢键，并使分子之间的异种电荷产生静电吸引。这些分子间的极性相互作用，促使了蛋白质在有机溶剂中聚集沉淀或在水介质中溶解度降低。同时由于这些溶剂争夺水分子，更进一步降低了蛋白质的溶解度。甚至在低浓度有机溶剂的水介质中，暴露残基间的疏水相互作用对于降低蛋白质溶解度也是有贡献的。

前面已经提到，蛋白质的结构状态与其溶解度之间关系密切，因此，在蛋白质（或酶）的提取、分离与纯化过程中常用溶解度作为衡量蛋白质（或酶）变性程度的指标。当然，差示量热扫描（DSC）法是目前研究蛋白质变性过程中热力学函数变化的最有效方法。

9. 用反应式表示蛋白质形成的两类凝胶的过程，并从蛋白质的氨基酸组成讨论形成两类凝胶的条件。

一般认为，蛋白质网络的形成是蛋白质-蛋白质-溶剂（水）之间的氢键、疏水和静电相互作用，以及邻近的肽链之间的吸引力和排斥力建立平衡的结果。因此，蛋白质分子的结构和性质，影响凝胶的形成。已知疏水相互作用（高温时增强）、静电相互作用（例如 Ca2+ 或其他二价离子桥接）、氢键键合（因冷却而增强）和二硫键等的相对贡献是随蛋白质的性质、 环境条件和胶凝过程中步骤的不同而异。静电排斥和蛋白质-水相互作用有利于使肽链分开。蛋白质浓度升高时，因为分子间接触的几率增大，更容易产生蛋白质分子间的吸引力和胶凝作用。例如高浓度蛋白质溶液，甚至在对聚集作用并不十分有利的环境条件下（不加热、pH值与等电点pH 值相差很大等），仍然可以发生胶凝。

蛋白质分子的解离和伸展，一般使反应基团更易暴露，特别是球蛋白的疏水基团，因此有利于蛋白质-蛋白质的疏水相互作用，它通常是蛋白质发生聚集的主要原因。所以，分子量大和疏水氨基酸含量高的蛋白质容易形成稳固的网络。高温下可增强疏水相互作用，而冷却有利于氢键的形成，加热还可使内部的巯基暴露，促使二硫键的形成或交换。大量的巯基和二硫键存在，可使分子间的网络得到加强，有利于形成热不可逆的凝胶。此外，钙离子形成的桥键能提高许多凝胶的硬度和稳定性。

在 pH 值超出凝胶稳定范围时，胶凝作用一般随蛋白质浓度的增大而增强，这表明当 pH 值与蛋白质等电点相差非常大时，高浓度蛋白质中的许多疏水键和二硫键能够补偿由于大量净电荷产生的静电排斥力。在等电点 pH 值时，因为不存在排斥力，所以凝胶的膨胀、水合作用和硬度都较小。疏水氨基酸摩尔百分含量大（＞31.5%）的蛋白质（血红蛋白、过氧化氢酶、卵清蛋白和脲酶），其胶凝pH 范围一般决定于蛋白质的浓度，而疏水氨基酸摩

尔百分含量小（22～31.5%）的那些蛋白质（如 r-球蛋白、胰凝乳蛋白酶、凝血酶原、血清清蛋白、伴清蛋白、 卵清蛋白、 明胶和大豆蛋白）， 胶凝pH 值范围不因蛋白质浓度的改变而变化。这种特性的差别可作为热凝结凝胶的分类标准：1）象卵清蛋白这类蛋白质在低浓度时加热可产生沉淀；而高浓度时形成不透明的凝胶；2）明胶类蛋白质低浓度时加热仍保持可溶解状态，高浓度时则生成透明的热可逆凝胶，象酪蛋白、β-乳球蛋白和胃蛋白酶属于这类蛋白质，虽然它们的疏水氨基酸摩尔百分数分别为38、34.6和 34%，但特性与 2）类中的蛋白质相似，这种特性也许是由于它们分子量小的缘故。纯卵清蛋白的特性象酪蛋白，但当这种蛋白质与伴清蛋白混合时，由于蛋白质-蛋白质键的形成和表观相对分子质量增大，所以它们的特性与1）类蛋白质相似。

对某些不同种类的蛋白质放在一起加热可产生共胶凝作用，此外，蛋白质还能通过和多糖胶凝剂相互作用形成凝胶， 带正电荷的明胶和带负电荷的褐藻酸盐或果胶酸盐之间通过非特异离子相互作用可形成高熔点（80℃）凝胶。同样，在牛乳 pH 时，κ-酪蛋白带正电荷的部位和多硫酸酯化κ-鹿角藻胶之间能发生特异的离子相互作用，因此酪蛋白胶束被包藏在鹿角藻胶凝胶中。

许多胶凝以高度膨胀（稀疏）和水合结构的形式存在，通常每克白质能保持10g以上的水，而且其他食品成分可被蛋白质的网络所截留。有些蛋白质凝胶含水量甚至高达98%，虽然这种水大部分和稀盐溶液中水的性质相似，但这些水是以物理的方式被截留，因而不易挤出。

10. 写出食品蛋白质功能性质的定义，并以乳化性质为例，描述相关的机制、食品和蛋白质的种类。

蛋白质的功能性质（Functional Properties）是指食品体系在加工、贮藏、制备和消费过程中蛋白质对食品产生需要特征的那些物理、化学性质。各种食品对蛋白质功能特性的要求是不一样的。

11. 解释蛋白质的构象适应性和变性，举两个例子说明食品蛋白质变性所产生的正面效应。 P140

12. 简述食品蛋白质功能性质的定义，通过什么途径可以改善亲水性明胶的表面活性。

13. 简述化学评分法评价食品蛋白质营养价值的原理。 P176

14. 写出8种人体必须氨基酸的分子结构式。

P125在构成蛋白质中的20种氨基酸中有8种是人类营养所必需的，称为必需氨基酸。这

些氨基酸，人和动物不能合成，也不能由别种氨基酸转化，必须从食物或饲料中供给，因此，如果食物或饲料中缺乏这些氨基酸，就会影响机体的正常生长和健康。这8种必需氨基酸是赖氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苏氨酸。

15. 简述温度对稳定蛋白质构象的氢键和疏水相互作用的影响。

16．从热力学第二定律角度描述氨基酸的疏水性，并以缬氨酸为例解释氨基酸疏水性的加和性。 P128

17．请描述尿素和盐酸胍诱导蛋白质变性的两个机制。P148

某些有机化合物例如尿素和盐酸胍的高浓度(4～8mol/L)水溶液能断裂氢键，从而使蛋白质发生不同程度的变性。同时，还可通过增大疏水氨基酸残基在水相中的溶解度，降低疏水相互作用。

因为尿素和盐酸胍具有形成氢键的能力，当它们在高浓度时，可以破坏水的氢键结构，结果尿素和盐酸胍就成为非极性残基的较好溶剂，使之蛋白质分子内部的疏水残基伸展和溶解性增加。

尿素和盐酸胍引起的变性通常是可逆的，但是，在某些情况下，由于一部分尿素可以转变为氰酸盐和氨，而蛋白质的氨基能够与氰酸盐反应改变了蛋白质的电荷分布。因此，尿素引起的蛋白质变性有时很难完全复性。

还原剂（半胱氨酸、抗坏血酸、β-巯基乙醇、二硫苏糖醇）可以还原二硫交联键，因而能改变蛋白质的构象。

18．描述与蛋白质起泡性相关的蛋白质分子性质。 P164

19．用分子式表示人体所必需的5种氨基酸。 20．采用示意图表示蛋白质中二聚体和寡聚体的形式。 P136

21．描述压力诱导蛋白质变性的原因，这个现象在食品工业中有何特殊意义？

P146

静液压能使蛋白质变性，是热力学原因造成的蛋白质构象改变。它的变性温度不同于热变性，当压力很高时，一般在 25℃即能发生变性；而热变性需要在0.1M Pa 压力下，温度为 40～80℃范围才能发生变性。光学性质表明大多数蛋白质在100～1200MPa 压力范围作用下才会产生变性。

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