第12章食品加工储藏中的生物化学.ppt

第12章 食品加工贮藏中的 生物化学,第三篇 专题篇,1 蛋白质的功能特性及其在食品加工中的应用,食品蛋白质在食品体系中的功能作用,蛋白质的功能性质（Functionality） 一般是指使蛋白质成为人们所需要的食品特征而具有的物理化学性质，即对食品的加工、贮藏、销售过程发挥作用的那些性质，这些性质对食品的质量及风味起着重要的作用。,Concept,Text,Text,Text,正确使用蛋白质，也利于食品营养成分的保持和利用。,1.1 蛋白质的水合,水分子能与蛋白质分子的一些基团相结合，这些基团包括带电基团（离子-偶极相互作用）、主链肽基团、Asn和Gln的酰胺基、Ser、Thr和Tyr残基的羟基（偶极-偶极相互作用）和非极性残基（偶极-诱导偶极相互作用、疏水相互作用）。 蛋白质与水结合的性质，主要是蛋白质分子中极性基团的含量及极性的强弱决定的，影响蛋白质与水结合的因素包括：蛋白质的氨基酸组成、构象特征、表面性质、PH值、温度、离子的种类和浓度。 蛋白质的水和能力部分地与它的氨基酸组成有关，带电的氨基酸残基数目愈多，水合能力愈大。,1.2 蛋白质的溶解度,影响蛋白质溶解性质的因素： a.疏水作用和离子的本质 疏水相互作用促进蛋白质-蛋白质相互作用，使蛋白质溶解度降低，而离子相互作用促进蛋白质-水相互作用，使蛋白质溶解度增加。 b.pH 在低于和高于等电点pH时，蛋白质分别带有净的正电荷或负电荷,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。 c.温度 大多数蛋白质的溶解度在0 40 范围内随着温度的升高而提高。 d.离子强度 在相同的离子强度下，各种离子对蛋白质溶解度的相对影响规律如下：SO42- F- Cl- Br-Cl4- SCN- ,阳离子降低蛋白质溶解度的能力按下列顺序： NH4+ K+ Na+Li+Mg2+Ca2+。 e.有机溶剂（如乙醇和丙酮 ) 可降低水介质的介电常数，提高分子内和分子间的静电作用（推斥和吸引）。,蛋白质的起泡性质指它在汽-液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。蛋白质稳定的泡沫一般是蛋白质溶液经吹气泡、搅打或者摇振而形成。,与起泡性质相关的蛋白质分子性质,1.3 蛋白质的起泡性质,影响蛋白质起泡性质的环境因素,1) pH 在蛋白质pI时，如果蛋白质的溶解性好，其泡沫的稳定性最好，在pI以外的pH，蛋白质的起泡能力往往是好的，但是泡沫的稳定性是差的。 2) 盐 盐对蛋白质形成泡沫的影响取决于盐的浓度。在低浓度时，盐提高了蛋白质的溶解度，在高浓度时产生盐析效应。这两种效应都会影响蛋白质的起泡性质和泡沫的稳定性。乳清蛋白质的起泡能力和泡沫稳定性随着NaCl浓度的提高而降低。,3) 糖 蔗糖、乳糖和其他糖加入至蛋白质溶液往往会损害蛋白质的起泡能力，却改进了泡沫的稳定性。 4) 脂 脂类物质，如磷脂，具有比蛋白质更大的表面活性，它们以竞争的方式在界面上取代蛋白质，于是减少了膜的厚度和粘合性并最终因膜的消弱而导致泡沫稳定性下降。 5) 蛋白质浓度 蛋白质浓度愈高，泡沫愈坚硬。泡沫的硬度是由小气泡和高粘度造成的。起泡能力是随着蛋白质浓度的提高在某一浓度值达到最高值。 6) 温度 蛋白质的部分变性能改进蛋白质的起泡性质 如乳清分离蛋白在70 加热1 min时，它的起泡性质得到改进。,2 食品的变色作用,2.1 食品中色素,人类使用色素的历史： 早在公元10世纪以前，古人就开始利用植物性天然色素给食品着色，最早使用色素的是大不列颠的阿利克撒人。 美洲的托尔铁克人与阿芒特克族人相继从雌性胭脂虫中提取胭脂红。 我国自古就有将红曲米酿酒、酱肉、制红肠等习惯。西南一带用黄饭花、江南一带用乌饭树叶捣汁染糯米饭食用。,食品中能够吸收和反射可见光波进而使食品呈现各种颜色的物质统称为食品的色素。,2.1.1 食品中的色素分类,2.1.2 吡咯色素,吡咯色素由四个吡咯环的-碳原子通过次甲基相连而形成的共轭体系，也就是卟啉环。中间通过共价键或配位键与金属元素形成配合物，而呈现各种颜色。,2.1.2.1 叶绿素,吡咯环中间为镁原子。 叶绿素对酸敏感，在酸性条件下，叶绿素中的镁原子会被氢原子代替而形成暗绿色或绿褐色的去镁叶绿素，但在碱性溶液中叶绿素会被水解为仍为鲜绿色的叶绿酸盐，且形成的绿色更为稳定，因此在蔬菜技术工艺中可用石灰,水或氢氧化镁处理，以提高溶液的pH，保持蔬菜的鲜绿色。而在适当条件下叶绿素中的Mg还可以被其他元素如：Cu、Fe、Zn 等取代或置换，形成的取代物的颜色仍为鲜绿色，且稳定性大为提高，尤其以叶绿素铜钠的颜色最为鲜亮。,2.1.2.2 血红素,血红素吡咯环中是铁原子。肉的颜色是由两种物质血红蛋白和肌红蛋白形成的。,合，而亚铁原子不被氧化，这种作用被称为氧合作用。,当动物屠宰后，由于组织供氧停止，肉中原来处于还原态的紫红色的肌红蛋白受到空气中氧气的作用，形成氧合肌红蛋白和氧合血红蛋白，肉色变的鲜红，当氧合肌红蛋白或氧合血红蛋白继续被氧化形成高铁血红素时，则肉的颜色变成棕黑色。在鲜肉中用亚硝酸盐腌制，能保持肉的鲜红色，是因为处于还原态的亚铁血红素能与NO形成亚硝基肌红蛋白和亚硝基血红蛋白，防止血红素继续被氧化成高铁血红素。血红素中的亚铁与一分子氧以配位键结,2.1.2.3 多烯色素,多烯色素是以异戊二烯残基为单位的共轭链为基础的一类色素，习惯上又称为类胡箩卜素，属于脂溶性色素，大量存在于植物体中、动物体中和微生物体中，是一类使动植物食品显现黄色和红色、橙色的脂溶性色素。 类胡箩卜素能在体内转变形成VA，所以又称为VA 前体。如-胡箩卜素。类胡箩卜素分为胡箩卜素和叶黄素两大类，加工条件下会发生降解，原因主要是氧化作用，包括酶促氧化、光敏氧化和自动氧化3种历程。大多数水果和蔬菜中的类胡萝卜素在一般加工和贮藏条件下是相对稳定的。冷冻几乎不改变类胡萝卜素的含量，热烫通常可以增加类胡萝卜素的含量，油脂在挤压蒸煮和高温加热的精炼过程中，类胡萝卜素不仅会发生异构化，而且产生热降解，当有氧存在时则加速反应进行。因此，精炼油中类胡萝卜素含量往往降低。类胡萝卜素异构化时，产生一定量的顺式异构体，虽然不会影响色素的颜色，但却降低了维生素A原的活性。,2.1.2.4 酚类色素,酚类色素是一类水溶性色素，有花青素、花黄素、儿茶素和鞣质四大类。花青素多以糖苷的形式存在于生物体中，其基本结构为2-苯基并吡喃。花黄素主要指类黄酮及其衍生物，其基本结构为2-苯并吡喃酮。 花青素是一种水溶性色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色。细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝。 光可增加花青素含量；高温会使花青素降解。,原花色素 无色，结构与花色素相似，在食品处理和加工过程中可转变成有颜色的物质。主要存在于苹果、梨、柯拉果、可可豆、葡萄、莲、高梁、荔枝、沙枣、蔓越桔、山楂属浆果和其他果实中。,原花青素的主要生物功能 具有很强的抗氧化活性。 抗癌 清除自由基。 抑菌及抗病毒作用。,影响花青素呈色的因素 （1）pH 花青素分子中的O为四价，是碱性，而苯基上的酚羟基具有酸性，从而使花青素分子具有两性，在不同pH 介质中呈现不同的颜色，如矢车菊色素：pH3.0 为红色，pH8.5 呈紫色，pH11 呈蓝色。 （2）结构 不同花青素的区别主要为苯基上的取代不一样，并直接影响花青素的呈色，羟基越多，颜色越深（蓝色），甲氧基越多，颜色越浅（红色）。 （3）金属盐 花青素与金属盐呈灰紫色，因此含有花青素的蔬菜在加工时要尽量避免与金属容器的接触。 （4）二氧化硫 二氧化硫能于花青素形成发生加成反应，使花青素褪色。 （5）在光、热作用下花青素很快变成褐色，在氧或氧化剂的作用下褪色，在糖苷酶的作用下也褪色。,2.2 食品原料色素的消解和变色,2.2.1 食品中叶绿素的变化,高温影响，在烹制植物食品时，由于温度不当，会使绿叶菜食物组织的叶绿蛋白变性，细胞中有机酸被释放，镁被脱出，生成黄褐色或黑色的脱镁叶绿素。 叶绿素对酸性介质也不稳定。,2.2.2 食品中的类胡卜素的变化,食品中的类胡卜素对酸碱不敏感；对常温也不敏感。 在加热反应时，虾、蟹甲壳的类胡萝卜素氧化分解成红色或黄色；类胡萝卜素有对光敏感的特点，是由于含多双键结构，分子的酮环和异戊二烯结构（CH2=C(CH3)CH=CH2）在h氧化作用发生异构化的5.6 -环氧型结构，也使食物材料的类胡萝卜素变淡、消解；如新鲜的黄玉米颜色变淡；仓储中新面粉由于类胡萝卜素氧化作用变白，以及在面粉增白工艺中添加的过氧化苯甲酰(BPO) 剂量不当时，也会破坏面粉中极微量的VE 、VK等，同时，BPO还可使类胡萝卜素不饱和的双键处发生氧化，使面粉变白，失去原有的色香味，并将面粉的脂肪酸分解成低级的醛、酮物质。水果，蔬菜色素消解变化也与光照有关。,2.2.3 食品中花青素类色素的变化,由于在花青素中的金属离子可生成多种颜色的配位体。因此在果蔬罐头中常发生多种颜色变化，导致罐头食品变色。还有试验认为，在面粉中加入过量的碱形成的黄色物质，也属于此类色素。不仅如此，花青素也对光热表现不稳定，在h 作用下可导致食物的花青素沉淀消失。,2.2.4 动物食品色素的变化,动物食品色素主要是肌红蛋白(mb)，是一个亚铁的血红素，即一个结合亚铁原卟啉基团。肉食材料在充氧、缺氧过程颜色变化是可逆的，而氧化还原一般是不可逆的。根据Mohler (1974) 提出的亚硝盐在腌肉中的变化机理, 可促使酶系统活力将高铁氧化肌红蛋白(mmb) 还原成鲜红色(mbO2)。作为刚刚屠宰的动物胴体颜色(mb) 并不好看，还需经过短时发酵,才能成鲜红色的氧合肌红蛋白(mbO2)。虽然CO2 储存肉制品可以阻止微生物生长，但不能阻断氧化反应发生，肉制品的褐变形成似乎更快。,褐变：一些食品在加工、贮存过程中，或受到机械损伤时，颜色变褐，有的还出现红、蓝、绿、黄等色泽，这种颜色变化统称为褐变。 根据食品褐变反应的机理，褐变分为酶促褐变和非酶促褐变两大类。非酶促褐变又可分为: 美拉德（Maillard）反应 焦糖化反应 抗坏血酸反应,2.3 食品的褐变,2.3.1 酶促褐变,酶促褐变酶促褐变一般发生于水果、蔬菜等新鲜植物性食物。如上述的削皮的苹果和桃、去皮的香蕉、马铃薯片等，以及这些食品受机械损伤（如压伤、虫咬、磨浆）或处于异常环境（如受冻。受热等），在有氧情况下，经酶的催化，氧化而呈褐色，这种褐变称酶促褐变。 催化产生酶促褐变的酶类： 主要是酚酶，其次是抗坏血酸氧化酶和过氧化物酶类等氧化酶类。,2.3.1.1 酚酶及其作用,酚酶的系统命名是邻二酚。从植物来源分离得到的酚酶是寡聚体，每个亚基含有一个铜离子作为辅基，以氧为受氢体，是一种末端氧化酶。 酚酶催化两类反应： 一类是羟基化作用，产生酚的邻羟基化； 第二类是氧化作用，使邻二酚氧化为邻醌。 所以酚酶可能是一种复合体酶，一种是酚羟化酶，又称甲酚酶；另一种是多元酚氧化酚（ PPO），又叫儿茶酚酶。因而酚酶可分别催化酚的羟基化作用和氧化作用。,植物组织中含有酚类物质，在完整的细胞中作为呼吸作用中质子H”的传递物质，在酚与醌之间保持着动态平衡，因此，褐变不会发生。但当组织、细胞受损时，氧气进入，酚类在酚酶作用下氧化为邻醌，转而又快速地通过聚合作用形成褐色素或黑色素。醌的形成需要酶促和氧气，当醌形成后，以后的反应就能自动地进行了。,（1）酚酶作用的机理,邻二酚和一元酚：是酚酶最丰富的底物。在酚酶作用下，反应最快的是邻羟基结构的酚类，对位二酚类也可氧化，但间位二酚不能被氧化，间位二酚对酚酶还有抑制作用。可作为酚酶底物的还有其他一些结构比较复杂的酚类衍生物，如花青素、黄酮类、鞣质等。红茶加工过程中鲜叶中的儿茶素经过酶促氧化，缩合生成茶黄素和茶红素等有色物质，它们是构成红茶色泽的主要成分。 氨基酸及类似的含氮化合物：与邻二酚作用可产生颜色很深的复合物。其机理是酚类物质先经酶促氧化形成相应的醌，然后醌和氨基发生非酶的羰氨缩合反应。白洋葱、大蒜、大葱等在加工中出现的粉红色就属于这类型的变化。 绿原酸：许多水果，特别是桃、苹果等褐变的关键物质。,（2）酚酶作用的底物,2.3.1.2 抗坏血酸氧化酶 抗坏血酸氧化酶催化抗坏血酸的氧化，其作用产物脱氢抗坏血酸经脱羧形成羟基糠醛后可聚合形成黑色素。抗坏血酸氧化酶广泛存在于水果、蔬菜的细胞中。 2.3.1.3 过氧化物酶 过氧化物酶类可催化酚类化合物的氧化，引起褐变，也可将抗坏血酸间接氧化。,2.3.1.4 酶促褐变的控制,食品发生酶促褐变，必须具备3个条件： 酚类物质、氧和氧化酶类。这3个条件缺一不可。 酶促褐变的程度主要取决于酚类的含量。 比较有效的是抑制氧化酶类的活性，其次是防止与氧接触。,常用的控制酶促褐变的方法,1、热处理法 短时高温处理可使食物中所有的酶都失去活性，是最广泛使用的控制酶促褐变的方法。9095加热7s可使大部分氧化酶类失活。 2、酸处理法 多数酚酶的最适 pH为 67，在 pH 30以下，酚酶几乎完全失去活性。一般多采用柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸以及其他有机酸的混合液降低pH。 3、SO2及亚硫酸盐处理 SO2及亚硫酸盐是酚酶的强抑制剂，广泛应用于食品工业中。 4、驱氧法 将去皮切开的水果、蔬菜用清水、糖水或盐水浸渍；或用真空将糖水、盐水渗入组织内部，驱除空气；也可用浓度较高的抗坏血酸浸泡，以达到除氧目的。 5、底物改性 利用甲基转移酶，将邻二羟基化合物进行甲基化，生成甲基取代衍生物，可有效防止褐变。 6、添加底物类似物竞争性抑制酶活性 在食品加工过程中，可用酚酶底物类似物如肉桂酸、对位香豆酸、阿魏酸等酚酸竞争性地抑制酚酶活性，从而控制酶促褐变。,2.3.1.5 酶促褐变在天然食品和加工食品中的作用,红茶的制作、葡萄干、枣的晒制 酶促褐变是其中有益的过程，如将鲜茶叶变成红茶的发酵过程涉及到多酚氧化酶PPO 作为主要反应的催化剂。 果汁生产水果蔬菜的运输和处理期间的损伤，或当将其以块状、片状暴露于空气中，或在装罐、干制、冷冻之前，以果肉状态处于空气中时，褐变就会发生。 当食品在冻结后解冻时，酶促褐变非常迅速。 未烫漂的蘑菇，干制后再复水时，也迅速变黑。 酶促脱色在甜菜糖和甘蔗糖的制造上也是不利的，它不仅可影响到终产品的色泽，而且所形成的聚合物使糖结晶发生困难并降低产量。,2.3.2 非酶促褐变,非酶促褐变主要有： 羰氨反应、焦糖化作用和抗坏血酸的自动氧化作用。,羰氨反应指食品体系中含有氨基的化合物与含有羰基的化合物之间发生反应而使食品颜色加深的反应。 葡萄糖与甘氨酸溶液共热时，即形成褐色色素，称为类黑精，后来就把胺、氨基酸、蛋白质与糖、醛、酮之间的这类反应统称为Maillard反应，又称碳（基）氨（基）反应。,2.3.2.1 羰氨反应 (法国化学家 Maillard， 1912年),（1）羰氨反应机理,初始阶段,中间阶段,终了阶段,1）初始阶段：包括羰氨缩合和分子重排两种作用。,分子重排,羰氨缩合,还原糖的羰基与氨基之间进行加成，加成物迅速失去1分子水转变为希夫碱(Shiff base)，再经环化形成相应的N-取代的醛基胺，经Amadori重排转成有反应活性的1-氨基-1-脱氧-2-酮糖。,2）中间阶段,Strecker（斯特勒克）降解作用,在氨基酮糖和氨基醛糖等重要的不挥发性香味前驱物形成之后，美拉德反应变得更为复杂，经历还原酮路线、还原型葡糖醛酮和糠醛路线、Strecker降解三条反应路线，产生还原酮、糠醛（HMF）和不饱和羰基化合物等，这些不同的化合物依次反应，开始形成无氮及含氮褐色可溶性化合物。,糠醛路线,还原型葡糖醛酮路线,3）终了阶段,包括两类反应： 一类是两分子醛经缩合脱水生成更不稳定的不饱和醛的醇醛缩合反应。,另一类反应是经过中期反应后，产物中有糠醛及其衍生物、二羰基化合物、还原酮类、由Strecker（斯特勒克）降解和糖裂解所产生的醛类等，这些产物进一步随机缩合、聚合形成复杂的高分子有色物质，称为类黑精或黑色素等。,羰氨反应机理,（2）羰氨反应与食品生产,（3）影响美拉德反应的因素,1）温度 温度升高，美拉德反应趋于强烈； 2）还原糖（葡糖糖、果糖）含量 含量越多，美拉德反应越强烈； 3）pH值 pH值呈碱性，可加快美拉德反应的进程。 4）糖的种类 果糖发生美拉德反应最强，葡萄糖次之，故中性的葡萄糖浆、转化糖浆、蜂蜜极易发生美拉德反应；非还原性的蔗糖不起美拉德反应，呈色作用以焦糖化为主，但在面包类发酵制品中由于酵母分泌的转化酶的作用，使部分蔗糖在面团发酵过程中转化成了葡萄糖和果糖，而参与美拉德反应。,2.3.2.2 焦糖化作用,焦糖化作用糖类在没有含氨基化合物存在的情况下加热到其熔点以上时，也会变为黑褐色的物质，这种作用称为焦糖化作用。 在受强热的情况下，糖类生成两类物质： 一类是糖的脱水产物，即焦糖或称酱色； 一类是裂解产物，是一些挥发性的醛、酮类物质，可进一步缩合、聚合形成粘稠状的黑褐色物质。,蔗糖形成焦糖（酱色）的过程可分为3个阶段： 第一阶段：由蔗糖熔融开始，经一段时间起泡，蔗糖脱去一分子水生成异蔗糖酐，起泡暂时停止。 第二阶段：继续加热，随后即发生第二次起泡现象，这是形成焦糖的第二阶段，持续时间较第一次长，在此期间失水量达9，形成产物为焦糖酐，可溶于水及乙醇，味苦。 第三阶段：第二次起泡结束后进入第三阶段，进一步脱水形成焦糖烯，可溶于水。若再继续加热，则生成高分子质量的难溶性深色物质，称为焦糖素，其结构还不清楚，但具有羰基、羧基、羟基和酚羟基等官能团。,2.3.2.3 抗坏血酸氧化作用,抗坏血酸属于还原酮类化合物，易与氨类化合物产生羰氨反应，其自动氧化产物中的醛基、酮基等可随机缩合、聚合形成褐色物质。 抗坏血酸的褐变主要取决于pH和抗坏血酸的浓度。在中性或碱性溶液中脱氢抗坏血酸的生成速度较快，反应也不易可逆进行；在pH低于50时，抗坏血酸氧化速度较慢，而且反应可逆，但在 pH 2035范围内，褐变作用与 pH成反相关。,2.3.2.4 非酶促褐变对食品质量的影响,（1）氨基酸因形成色素和在Strecker（斯特勒克）降解反应中被破坏而损失； （2）色素以及与糖结合的蛋白质不易被酶所分解，故氮的利用率低，尤其是赖氨酸在非酶促褐变中最易损失，从而降低蛋白质的营养效价； （3）水果加工品中维生素C也因氧化褐变而减少，奶粉和脱脂大豆粉中加糖贮存时，蛋白质的溶解度也随着褐变而降低。 （4）食品褐变反应会生成醒、酮等还原性物质，可防止食品氧化，尤其对防止食品中油脂的氧化较为显著。 （5）非酶促褐变的产物中有一些是呈味物质，它们能赋予食品以优或劣的气味和风味。 （6）由于非酶促褐变过程中伴随有CO的产生，会造成罐装食品出现不正常的现象，如粉末酱油、奶等装罐密封，发生非酶促褐变后会出现“胖听”现象。,非酶褐变产生有害成分,目前对非酶褐变产生的有害成分研究较为清楚只有丙烯酰胺。 丙烯酰胺（acrylanmide)是制造塑料的化工原料，为己知的一种致癌物，并能引起神经损伤。因此食品中丙烯酞胺的问题引起了全球的关注。从目前所报道 的数据看，几乎所有的食品都含有丙烯酰胺。对200多种煎、炸或烤等高温加工处理的碳水化合物食品进行的多次重复检测结果表明，热加工碳水化合物食品可产生高过饮水限量数千万倍的丙烯酰胺。 食品中丙烯酰胺主要产生于高温，经120加工的食品即会产生丙烯酰胺。热加工食品中形成丙烯酰胺的机理尚未完全阐明。目前认为，丙烯酰胺主要通过美拉德反应产生，反应机制可能是：氨基酸与还原糖反应产生席夫碱，后者经过几步反应产生丙烯酰胺，,2002年6月25日世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）联合紧急召开了食品中丙烯酰胺污染专家咨询会议，对食品中丙烯酰胺的食用安全性进行了探讨。2005年2月，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合食品添加剂专家委员会（JECFA）第64次会议根据近两年来的新资料，对食品中的丙烯酰胺进行了系统的危险性评估。 儿童丙烯酰胺的摄入量为成人的2-3倍。其中丙烯酰胺主要来源的食品为炸土豆条16-30%，炸土豆片6-46%，油炸食品中其含量高达1000ug/kg,炸透的薯片更达12800ug/kg。而每天每人暴露量不能超过每公斤体重0. 5微克 。,卫生部公布的食品中丙烯酰胺的危险性报告中指出，丙烯酰胺具有潜在的神经毒性、遗传毒性和致癌性。 神经毒性作用表现为周围神经退行性变化和脑中涉及学习、记忆和其他认知功能部位的退行性变化；也就是说如果孩子摄入太多的丙烯酰胺就会使其学习效率降低，反应迟钝，记忆力下降等等。 殖毒性作用表现为雄性大鼠精子数目和活力下降及形态改变和生育能力下降。也就是说可能造成动物不孕。 此外，试验还显示丙烯酰胺是一种可能致癌物，可致动物多种器官肿瘤，包括乳腺、甲状腺等。 报告还指出，职业接触人群的流行病学观察表明，长期低剂量接触丙烯酰胺会出现嗜睡、情绪和记忆改变、幻觉和震颤等症状，伴随末梢神经病如手套样感觉、出汗和肌肉无力。,2.3.2.5 非酶促褐变的控制,（1）降温 温度相差10 ，褐变反应的速度相差35 倍。一般在30 以上褐变较快，而20 以下则进行较慢。 （2）控制水分含量 水分在1015最易发生褐变 。 （3）改变PH 羰氨反应中缩合物在酸性条件下易于水解，降低pH 就可以防止褐变。碱性条件利于羰氨反应，降低pH值则是控制褐变的有效方法之一。 （4）使用不易发生褐变的食品原料 羰氨反应中缩合物在酸性条件下易于水解，降低pH 就可以防止褐变。所以碱性条件利于羰氨反应，而降低pH值则是控制褐变的有效方法之一。 （5）亚硫酸处理 用亚硫酸盐处理可以抑制羰氨反应。 （6）适当添加钙盐 钙盐有协同SO2抑制褐变的作用。,2.3.3 其他变色作用,2.3.3.1 肉的变色 动物肌肉呈红色，这是由肌肉细胞中的肌红蛋白（ 70 80）和微血管中的血红蛋白（2030）构成的。当动物屠宰放血后，肌肉的颜色稍呈暗红色，这是由于机体对肌肉组织的供氧停止，肌肉中的肌红蛋白处于还原状态的缘故。新鲜肉存放在空气中时，由鲜红色逐渐变成褐色，这是由于肌红蛋白和血红蛋白与氧结合形成了鲜红色的氧合肌红蛋白和氧合血红蛋白，并进一步形成棕褐色的高铁肌红蛋白和高铁血红蛋白的缘故。,2.3.3.2 甲壳类变红 虾、蟹等甲壳类动物受热后即变成红色。这是因为甲壳类色素属虾黄素，其天然存在时，虾黄素与蛋白质结合呈新鲜的青蓝色，当加热后，虾黄素与蛋白质分离并氧化，由虾黄素变成了红色虾黄素（虾红素）。,2.3.3.3 绿色蔬菜的变化 植物细胞里的叶绿素与蛋白质形成复合体而存在于叶绿体中。叶绿素本身是不稳定的化合物，在酸性介质中，分子中的镁可被H+置换形成脱镁叶绿素，由本来的绿色转变成黄色。此反应可因加热而加剧。例如炒菠菜时，加盖则易使之变黄，开盖可保持绿色，这是因为开盖菠菜中的挥发性酸挥发出去而不能置换叶绿素中的镁。若在碱性中加热，叶绿素则分解成叶绿醇、叶绿酸和甲醇，绿色较稳定，其钠盐也为绿色。如果镁被铜或钾取代，则生成更稳定的绿色盐。此法常用于蔬菜加工中的染色。另外，在腌菜时，可先浸以石灰水以保持其绿色。烹煮绿色蔬莱时，先将菜用弱碱液处理可保持绿色。再则，绿叶中含有叶绿素分解酶，能把叶绿素分解成甲基叶绿酸，使绿色消失，所以通常在蔬菜加工中，采用热烫法杀酶，同时也可使与叶绿素结合的蛋白质凝固而达到保持叶绿素绿色的目的 。,3 采后植物性原料的代谢活动,3.1 呼吸途径,水果、蔬菜采收后，其深层组织中还会进行一定程度的无氧呼吸。 在贮藏的水果、蔬菜中，呼吸的主要途径有糖酵解、三羧酸循环、磷酸己糖支路 。,例如：水稻的呼吸作用，未成熟时主要是酵解-三羧酸循环，成熟后有相当部分被磷酸己糖支路代替。,成熟度不同，呼吸途径不同,3.2 呼吸强度,采收后呼吸强度下降。从呼吸强度来看，不同种类植物的呼吸强度不同，同一种类的水果、蔬菜，呼吸强度不同，同一种类不同器官呼吸强度也不同。叶片组织有很发达的细胞间隙，气孔多，表面积极大，因而叶片随时受到大量空气的洗刷，表现为一是呼吸强度大，二是叶片内部组织间隙内的气体组成很接近于大气，正是叶片的呼吸强度大，所以叶菜类不易在普通条件下保存。肉质植物组织，不易透过气体，呼吸强度相对较叶片组织低，组织间隙CO2比大气中多，而氧则稀少得多，组织间隙中的CO2是呼吸作用产生的，由于气体交换不畅而滞留在组织中。,3.3 影响呼吸的因素,影响呼吸的因素有：温度、湿度、大气组成、机械损伤及微生物感染、植物组织的龄期。 3.3.1 温度 温度对呼吸强度影响很明显，通常随温度升高而加快。环境温度愈高，组织呼吸愈旺盛。蔬菜在室温下放置24 h，可损失其所含糖的1/31/2。一般在接近零度时，呼吸缓慢，可减少水果、蔬菜贮藏损失。低温贮藏也不是温度越低越好，要防止低温伤害。应掌握好降低呼吸强度又不导致低温伤害的下限温度，不同贮藏对象有不同的最适温度。如蒜苔、大白菜0 左右，蕃茄12 左右。低温伤害，是由于低温会损伤原生质，破坏线粒体膜结构，呼吸和磷酸化过程紊乱，使组织损伤解体和死亡。,低温保藏（如冰箱冷藏）,温度升高,一般情况下,呼吸强度升高,产乙烯速度加快,代谢速度加快,加快衰老,一般水果、蔬菜汁液的冰点在-4-2.5，因此大多数蔬菜、水果可以在0 附近保存(实际保存温度是4-5。),3.3.2 湿度 采收后的水果、蔬菜和采收前一样，仍在不断地进行水分蒸发，但采后果实不能像采前果实蒸发的水分可以通过根部吸收水分而得到补偿，水分得不到补充而很容易造成失水过多而萎蔫，致使正常的呼吸作用受到破坏，促进酶的活动趋向于水解作用，从而加速了细胞内可塑性物质的水解过程，酶的游离和可利用的呼吸底物增多，使细胞的呼吸作用增强。少量失水即可使呼吸底物的消耗成倍增加。 影响水果、蔬菜的水分蒸发的内在因素是水果、蔬菜的种类、比表面积、形态结构和化学成分等，其外界条件是贮藏环境中空气流动的快慢、温度和相对湿度。为了防止水果、蔬菜组织水分蒸发，提高环境中的相对湿度可以有效地降低果实水分蒸发。,环境湿度,环境湿度过低,果蔬失水、组织干枯、凋萎,细胞质损坏,酶和底物游离出来,刺激呼吸加快,加速衰老,环境湿度低时，高含水量的果蔬失水，一般当蔬菜失水5时就会出现萎蔫和皱缩，有些虽然没有达到萎蔫程度，但失水已影响到其口感、脆度、颜色和风味。,因此，通常情况下，相对湿度以保持在80-90之间为宜。,环境湿度过高时，水蒸气及呼吸产生的水分会凝结在水果、蔬菜的表面，形成“发汗”现象，为微生物的滋生准备了条件，引起腐烂。,例外情况: 如洋葱、大蒜在贮藏前要适当晾晒，加速鳞片的干燥，促进产品休眠。,大白菜贮前要适度晾晒，使叶片轻度失水，可以降低冰点，提高抗寒能力。,3.3.3 大气组成 改变环境大气的组成可以有效地控制植物组织的呼吸强度。 由于呼吸作用而导致糖类消耗的平均速度，在正常空气中比在10%氧其余为氮的空气中快1.21.4倍，在没有CO2比在有10% CO2的空气中快1.351.55倍，空气中含氧过多会刺激呼吸作用。降低大气中的含氧量可降低呼吸强度，减氧与增CO2对植物组织呼吸的抑制效应是可叠加的。CO2浓度增高会使呼吸作用降低，但会引起一系列生理生化反应，常使水果、蔬菜出现异味，许多水果、蔬菜的最适氧浓度为3%左右，CO2浓度为05%左右。,改变环境大气的组成可以有效地控制植物组织的呼吸强度;减氧与增CO2可以保持果蔬新鲜。根据这一原理制定的以控制大气中氧和CO2浓度为基础的贮藏方法称为气调贮藏法或调变大气贮藏法。,气调贮藏库,水果气调保鲜,3.3.4 机械损伤及微生物感染 植物组织受到机械损伤(压、碰、刺伤)和虫咬以及受微生物感染后都可刺激呼吸强度增高，即使一些看来并不明显的损伤都会引起很强能呼吸增高现象。如马铃薯受伤后2至3天，呼吸强度比没受伤时高5至6倍。伤口流出的糖、蛋白质、维生素等营养物质，又会刺激微生物的生长，故受伤严重的蔬菜易发热和腐烂。,植物组织受到机械损伤以及微生物感染后都可刺激呼吸强度提高。,霉变的冬瓜,苹果霉变,甘蔗霉变,包心菜霉变,蒜薹防霉保鲜试剂,甲壳素涂层保鲜,防机械损伤包装,3.3.5 植物组织的龄期 水果、蔬菜的呼吸强度不仅依种类而异，而且因龄期而不同。较幼的正在旺盛生长的组织和器官具有较高的呼吸能力。,4.1 宰后动物肌肉的生物化学特征,4 宰后动物组织的生物化学,动物死亡后的生物化学与物理变化过程大致可划分为三个阶段： (1) 尸僵前期 其特征是ATP及磷酸肌酸含量下降，无氧呼吸即酵解作用活跃，肌肉表现为组织柔软、松弛、无味。 (2) 尸僵期 其特征是磷酸肌酸消失，ATP含量下降，肌肉中肌动蛋白及肌球蛋白逐渐结合，形成没有延伸性的肌动球蛋白。肌肉呈僵硬强直状态，持水力小，即尸僵。此期有使肉成熟的作用。一般哺乳动物死亡后812 h开始僵化，以1520 h后终止；鱼类死后僵化开始于此后17 h，持续时间约520 h，依鱼种不同而差别很大。此期的猪肉在加工时，肉质坚硬干燥、无肉香气味，且不易烧烂，吃起来不香，也不易消化。 (3) 尸僵后期 其特征主要是由于组织蛋白酶活性作用，而使肌肉蛋白质发生部分水解，水溶性肽及氨基酸等非蛋白氮增加，肌肉表现为尸僵缓解，再度软化，持水力增加，肉的食用质量到最佳适口度(即风味提高)。通常称此为肉的成熟。烹调时能发出肉香，也容易烧烂和消化。,4.1.1 呼吸途径的转变,正常生活的动物体内，虽然并存着有氧和无氧呼吸两种方式。但主要的呼吸过程是有氧呼吸。动物宰杀后，血液循环停止，而供氧也停止，组织呼吸转变为无氧的酵解途径，最终产物为乳酸。,4.1.2 组织中糖原降解的途径,（1）水解途径：糖原糊精麦芽糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖乳酸 在鱼类肌肉中，糖原降解主要是水解途径。 （2）磷酸解途径： 糖原1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖乳酸 在哺乳动物肌肉中，磷酸解为糖原降解的主要途径。 无氧呼吸产物乳酸在 肌肉中的积累导致肌肉pH值 下降，使糖的酵解活动逐渐 减弱最后停止。,4.1.3 组织中重要物质的变化,ATP含量的显著降低 屠宰后的肌肉，由于呼吸途径由原来的有氧呼吸为主转变为无氧酵解，ATP的产生显著降低。组织中的ATP水平随着磷酸肌酸(贮能形式)的消耗从ATP的降解而加速减少。,4.1.3.1 ATP,4.1.3.2 风味物质的生成与增加,刚屠宰后的肉，软而无味僵直中的肉硬、持水力小，故汁液分离多。僵直分解后的肉，再度转化，持水力增加，随着ATP降解产生的肌苷酸增加以及组织蛋白酶的分解作用，蛋白质自溶，产生的游离氨基酸增加，使肉的风味提高。,4.1.3.3 pH值,动物被屠宰后肌肉的pH值立即下降，主要是伴随糖原无氧酵解代谢，组织中乳酸增多之故。除乳酸之外，ATP降解生成的无机磷酸也是使肉的pH值下降的原因之一。 温血动物宰杀后24小时内肌肉组织的pH值由正常生活时7.2 7.4降至5.3 5.5，随着乳酸的生成积累，pH值下降，共酸性极限约为5.3。鱼类死后肌肉组织的pH值大都比温血动物高，在完全尸僵时甚至可达6.2 6.6。屠宰后pH值受屠宰前动物体内糖原贮量的影响，若屠宰前动物曾强烈挣扎或运动，则体内糖原含量必少，宰后pH值也因之较高，牲畜可达6.06.6，鱼类甚至可达7.0；宰后动物肌肉保持较低的pH值有利于抑制腐败细菌的生长和保持肌肉色泽。,4.1.3.4 肌肉蛋白质变性,肌动蛋白及肌球蛋白是动物肌肉中主要的两种蛋白质，在尸僵前期两者是分离的，随着ATP浓度降低，肌动蛋白及肌球蛋白逐渐结合成没有弹性的肌球蛋白,这是尸僵发生的一个主要标志，在这时煮食，肉的口感待别粗糙。 肌肉蛋白质持水力的变化 肌肉蛋白质在尸僵前具有高度的持水力，随着尸僵的发生，在组织中pH值降到最低点时(pH值为5.35.5)，持水力也降至最低点。尸僵以后肌肉的持水力又有所回升。其原因是尸僵缓解过程中，肌肉中的钠、钾、钙、镁等离子的移动造成蛋白质分子电荷增加，从而有助于水合离子的形成。,4.2 肉的成熟过程,畜禽屠宰后，肉内部发生了一系列变化，结果使肉变得柔软、多汁，并产生特殊的滋味和气味，这一过程称为肉的成熟。,成熟过程可分为尸僵和自溶两个过程。,(1)尸僵及其主要变化 畜禽屠宰后胴体变硬，这一过程称为尸僵。尸僵是由于肌肉纤维的收缩引起的，但这种收缩是不可逆的，因此导致尸僵。 (2)自溶过程 肌肉达到最大僵直以后，继续发生着一系列生物化学变化，逐渐使僵直的肌肉变的柔软多汁，并获得细致的结构和美好的滋味，这一过程称为自溶或僵直解除。尸僵13 d后即开始缓解，肉的硬度降低并变得柔软，持水性回升。 处于未解僵状态的肉加工后，咀嚼有如硬橡胶感，风味低劣，持水性差，不适宜作为肉制品的原料。充分解僵的肉，加工后柔嫩且有较好的风味，持水性也有所恢复。可以说，肌肉必须经过僵直、解僵的过程，才能成为食品原料的所谓“肉”。,4.2.1 自溶机理,刚屠宰后的肌原纤维和活体肌肉一样，是10100个肌节相连的长纤维状，而在肉成熟时则断裂为14个肌节相连的小片状。这种肌原纤维断裂现象被认为是肌肉软化的直接原因。宰后肌质网机能被破坏，Ca2+从网内脱出，使肌浆中Ca2+浓度增高。例如刚屠宰后肌浆中Ca2+浓度为1×10-6，成熟时可达1×10-4，比原来提高100倍。高浓度的Ca2+使蛋白质变性而脆弱，会在冲击和牵引下发生断裂。但Ca2+完成这种作用的有效程度取决于屠宰后肌肉收缩产生的张力。,4.2.1.1 钙离子说,成熟中的肌原纤维，受蛋白酶的作用，引起肌原纤维蛋白分解。组织蛋白酶是另一种在肌肉组织中已知的蛋白酶。象大多数溶酶体酶一样，它们最适宜的pH值在酸性范围内。 升高温度也能促进解僵软化。当把牛肉或羔羊肉保存在高温条件下，发现肌肉的嫩度提高了。此时，也有溶酶体酶释放出来。有人认为，这些酶的释放结合高温条件下的低pH值导致肌原纤维蛋白的水解和肉嫩度的增加。,4.2.1.2 蛋白酶说,原料肉成熟温度和时间不同，肉的品质也不同。 通常在10 、硬度消失80%的情况下，肉成熟时间： 成年牛肉 510 d 猪肉 46 d 马肉 35 d 鸡肉 1/21 d 羊和兔肉 89 d。 成熟的时间愈长，肉愈柔软，但风味并不相应地增强。,4.2.2 原料肉成熟时间,4.2.3 影响肉成熟的因素,（1） 物理因素 温度高，成熟则快。刚宰后的肉尸，经电刺激12 min，可以促进软化，同时可以防止“冷收缩”(羊肉)。 （2）机械作用 肉成熟时，将跟腱用钩挂起，此时主要是腰大肌受牵引。如果将臀部挂起，不但腰大肌短缩被抑制，,而且半腱肌、半膜肌、背最长肌短缩均被抑制，可以得到较好的嫩化效果。,（3）化学因素 极限pH值愈高，肉愈柔软。如果屠宰前人为的使糖原下降，则会获得较高的pH值。但这种肉成熟后易形成DFD(dark，firm，dry)肉。高pH值时，成熟是由中性氨态酶起促进作用，游离氨基酸多。在极限pH5.5附近，Ca2+和组织蛋白酶作用，最易使其成熟。在最大尸僵期，往肉中注入Ca2+可以促进软化。刚屠宰后注入各种化学物质如磷酸盐、氯化镁等可减少尸僵的形成量。,DFD肉（dark, firm and dry muscle ）：又称为黑切肉，是肉猪宰后肌肉pH值高达6.5以上,形成暗红色、质地坚硬、表面干燥的干硬肉。一般发生在猪屠宰前受长时间的刺激，肌糖原耗竭而几乎不产生乳酸，宰后肌肉pH保持较高值，蛋白质变性程度低，失水少，表面渗水少。,（4）生物学因素 肉内蛋白酶可以促进软化。用微生物酶和植物酶也可使固有硬度和尸僵硬度减小。 目前国内外常