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分子动性与食品的稳定性

浏览次数: 日期:2020-08-02 01:28 作者:龙8官方网站app

       

  分子动性与食物的安祥性_生物学_天然科学_专业材料。第二章 分子转移性与食物安祥性 一、基础观,念 1▼◇、界说 分子转移性(molecular△□! m!obility○, Mm)也称 分子活动性,是分子的旋变动动▪:安定动转移的总度●: 量(不蕴涵分子的振动)。 物质。

  第二“章 :分子、转移性与食物安祥性 一、基础观念◇: 1、界说 分子转移性(molec!ular mobility, Mm)也称 分子活动性,是分子的旋变动动安定动转移的“总度 量(不蕴涵分子的振动)。 物质处于全部而完好的结晶形态下•▷,其 Mm 值 为 0▽; 物质处于”全”部的玻璃态(▼”无定形状)时,其 Mm值亲密于0; 物质处于其它形态时(除晶态和玻璃态),其 Mm值大于:0▽。 2◁、影响分子转移性的要素 决策食物 Mm 值的苛重因素是水和食物中占优 势的非水组分。 水分“子体积幼=,常温下为液态,黏度也很低, 因而食物体例的温度既使处于Tg时◁●,水分子照旧可 以动弹和转移▷■; 食物苛重因素中的卵白质、碳水化;合物等大;分 、子集结。龙8官方网站app物,不单是食物品德的决策要素,还影响食 ”品的黏度△、扩散性子,因而它们也“决策食物△!的分子 转移性。 二、分子转移性与食物安祥性的相闭 (一)很多食物含有无定形组分,而且是以介安祥! 或?非平均形▪▽,态(即玻璃态)存正,在 1、平均形态不是食物加工和储藏的对象 很多食物含有无定形组分,而且是以▲;介▲•“安祥或! 非平•!均形态(”即玻璃;态)存正”在。固然?平均态•。(热:力 学平均);可使食物拥有最大的安“祥性●,但食物的◆-、很 多品德是!取决于食物的介稳形态,而不是“食物安祥 的平均形态○•。 食物加工和储:藏的苛重对象即是使加工的食物•: 正在非平均形态的要求下能、到达可?授与的安祥性,而 最大控造的使食物拥有盼愿的品德。 合用于上述纪律的食物蕴涵:淀粉,食物(如▽-: 面团、糖果、点心)、以卵白质”为基料:的食物、龙8官方网站app中 ☆“等水“分食物◁◆、干燥或冷★▷:冻干燥-◁。的食:物◆。 上☆■”图中玻”璃化!相变弧”线★★?(Tg:)和一▼○”条从? TE延、迟到Tg’的弧线 、对良多食:物,动力学”技巧比热力学技巧更适合: 于清楚、预测和把持▲:其品德 原故:群多糖食物是以介安祥或非平均形态存 正在的。 因为分子活动性( Mm )与食物中由扩散控造 的转化速率有着亲切的因果相闭,于是, Mm被认 为是适合于此目标的一种动力学技巧=。由于,当物 ▪△“质处于:全部的玻璃态(、无定形状)…•“时△▷,其 Mm 值?几 乎▼”为零★●,即此时体例的自正在体积很。幼,使分子的移 动和动弹变得很繁难。于是,当食物,的收藏温度幼 于Tg时☆-,由扩散控造的食物•▪,性子的安祥性大凡是很 好的。但大凡食物的收藏温度都高于 Tg,于是-,造 成Mm?很大▪,而使产物的安祥:性较差。 3、分子转移性表面△。的●”合用…?性 (1)决策化学反响的三个要素? 扩散系数( D ):一个反响要发作,首 。先反响◆△。物务必。能互◁”相接触。 碰撞”频率因子。( !A ):正在单元功夫内分 子●◆。的;碰撞次数。 反响的活化,能(Ea):两个妥善定向的 反响物发作碰撞时的有用能量务必超度日化 能智力导致反响的发作,即反响“物能:量务必。 超?度日化能。 “(2)?扩散控造的反响合用分子转移性表面 属于扩散控造的反响: ① D◁“对反响的控造性大于A和Ea▷; ② 当水分活度低落时,因为”食物体例的 黏度增=•?大,使非扩散控造反响变为扩■;散控造 反响; ③!当体例▲○”温度低落?时,因为、分子的运动 ,性低落,会使非扩散控造反响变为扩散控造 反响。 (。二)正在 Tm 和 Tg ,之间,分子活动性和由扩散 控造的食物性子与温度有着明显的相依性 :1、WLF方程 对 于 大 分 子 物 质 体 系 , 常 用 WLF ( Willams-Landel-Ferry )方程来形容体例 黏度与温度的相闭 C1 (T -? Tg ) ? l■!g( ) ? ? ★?g C-;2 ? (T ? T☆!g )? 公式 ▽,1 式中▪,η △◇:g为▽◇!正在Tg时=▪;的、物质黏度;η 为表■: 观黏度,跟着丈◇,量要求而▲△!变换;T为热力学▪□:温” ;度; C1 和 C2 对特定体例为常数,常常取■“固定●▽, 值17=▽.44和51.6-。 关于“纯朴”液体的▽。黏度◇□:与温度?的相闭, 可用下”式、(;阿伦尼“乌斯。方程)流露: ? Ea ? ? ? 0 exp( ) 。RT 公式! 2 式中,η 为黏度…-; η 0是温度为T0时的黏 度; Ea 为活化能; R 是理▽◇,思?气体常数; T、 为热 力学温度•。 留心: ① 公式 2 合用于玻璃态和 Tg+100K 温度范 围内▪•。 ②关于杂、乱混杂物=,通过表面来预测温 度和黏度的?相闭目前尚不或者。 玻璃态与黏度的相闭▪▲: ① 玻璃、态可看作是凝集了的过冷液体•△, 其黏度?很大,于是,大凡把η□?1012pa.s行动玻 璃态的”一个判别象征▽。 ② η=1014pa.s所对应的温度即为玻璃化转 变温度(Tg)。 ③ 因为玻璃态区,黏度极大△▽,于是,分子 ;运动:速度十分低(!险些为△”0)。 ○□。玻璃态与,橡胶态的区别◆■: ① 玻☆◆。璃态的黏度大于; 1012pa.s □,橡胶态! 的…◁”黏度◆☆。约为1013p。a.s; ②” 玻璃态!的自”正在体◁▲“积很幼◇□,而橡胶态的 自正在:体积较大; ③ 玻璃态采用阿伦尼 乌斯方程(公式 2 ) 表达黏度相闭,而橡胶态则采用WLF!方程▲★?(公 式●=:1)实行定量形”容◆。 2、WLF方程和Arrhen•▼、ius公式的使,用 s 1 T T ◆? Tg=△。 关□:于食物, m 或▲•“者 m□•; ? Tg“ 的。温度、范 围或。者大至 100 :摄氏度,也或者▲,幼至 ▷…。10 □▷。摄氏 度;正在此温度限造内,含有无定形区的很多 食物的 Mm 和黏弹性对温度拥有十分大的相 依性。由于群多半食物分子的活动性正在 Tm时 很强,而正在Tg或低于Tg时则很弱。 由 图 可 知 : Mm 对 温 度 的依赖性和那些剧烈地 取 决 于 Mm 的 食 品 性 质 (群多半物理性子和一 些化学性子)对温度的 依赖性正在 Tm-Tg 区庞大 于正在高于或低于此区载 的温度时的依赖性□。 由图可知:体例温 度从Tm – Tg区表 进入到区内时=◆, A•▪、rrhenius(公式2) 图的斜率有一个显 著的转化(活化能 的转化)。 (1)正在Tm – Tg区内,食物的很多物理转化 的速率能较好的适合 WLF方程以及其它肖似□■; 方程,而与 Arrhenius 方程适合的水准相对 较差。 (2)因为化学反响对 Mm的依赖性跟着反:响 物的类型会有明显的转化,龙8官方网站app于是▲◁, WLF 和○! Arrhenius方程都不行正在Tm – Tg区内使用于 整个的化学反响…。 (●▪。3)”正在有冰。存正在时,食物的,物理转化和化学 转化与 WLF “或 Ar▲:rhenius 方程的偏离比无冰存 正在时要”大-,这是因为冰结晶时变成的浓缩效 果使它们发生谬误…○。 ( 4 )当不存…=。正在冰时,大凡以为 ▷?T▲?g 可行动 WLF 方程中的参考温度;但当存正在冰时◇,是 Tg 还 是Tg’更适当,照旧存=▽、正在○◇、着分化△▷。 C”1 和 C2 项 ?是由物质所决☆,策☆…:的常数,与温度无:闭,关于 很多合成的、纯的(无稀释剂)、全部无定 形集结物◇,它们的均、匀值!分辨。为17▽★.44和、51.6, 并、随水分,含量和物◇▽:质“品种?而呈明“显的转化★。 △;(5)•■;WL?F ◁▪?方程声明,正在=◁、Tm – Tg区”内,物质的,性子 对温度有很大的依赖性。 假使不存正在冰和物质温度 Tg 时,加热会导致 黏度(1/Mm◁■!)发,作一系★△,列转化☆: ① 正在从玻璃态向过饱和液体的等温度转化期 ?间◆□,黏度约莫降低为本来的1/●■!103,而Mm约莫提升为 本来的103倍; ② 正”在温度▲、高于 T•▷。g 时▷○,立刻加热使温度升高 20 !摄氏度,此时▽,黏度?约莫降低“为本来的 ◇;1/105 •,而 Mm、约莫提?升为本来的105倍△☆; ③ 加热使温度从 T”g 升高至 Tm ,黏度约莫降低 为本来的的 1/1012 ▼△,而 Mm 约莫提升为本来的 1012 倍。 ( 6 )关于处正在 WLF 区( T!m – Tg 区◆”)内,由 扩散控造的食物安祥性●, T-Tg “(或 T-Tg’) 和Tm/Tg拥有非常的紧张性▼-,由于T-Tg(个中 T 为产物的温度)法则了食物正在 WLF 区中的位 置▲=,而Tm/Tg(依照绝对温标谋划)供应了正在 Tg时对产物黏度的一个大致预计。 按照由△?扩●□?散控造的碳?水化合物的性子, 可推测出与 Tm - Tg; 、 T - Tg 和 Tm/Tg 相干的 少许有!价钱的结论▲: ① Tm – Tg区的巨细为10-100摄氏度, 取:决于产物?的构成; ② 正在▪!Tm – Tg区,产物的安祥性取决于 产物的温度 T ,即产物的安祥性反比于 Δ T= T-Tg☆; ③ 正在确定的 “Tg 和恒定的固体含量, Tm/Tg 的 转化反比“于Mm。 比如:正在 W“L•=:F=▽” 区随便”指定,的 T: ,拥有▽□?幼的 Tm/T,g 的物质(例、假使糖)比拟◁…?于拥◆”有大的 Tm/Tg的物质(比如丙三醇)将发生较大的Mm 和较高的由扩散控造的转化的速率, T•“m/Tg 的幼区别将会导致 Mm 和产物安?祥性发生很大 的区别。 ④ :Tm/Tg高度依赖于溶质的品种=。 ⑤ 正在一个指定的产物温度•▽,假使 Tm/Tg 相似, 固体含;量的扩大•▷,将。导致 M◇,m 的低”落和产物安祥 性的提:升。 (;7)探讨、Mm、Tg与食物安祥性之间互相相闭 的两种技巧 ① 技巧一 侦察正在温度 Tm – ”Tg 限造内,正在食物中 发作的物理和化学转化是否适合WLF动力学方 程=•。 从已有的探讨任务来看▼▷,食物◁、的物理性 质很好的适合WLF动力学方:程,而食物的少许 化学反响不适合WLF动力学方程,如下图▪•: ② 技巧二 确定大于;和幼于 Tg (或Tg’)温度时•, 食•、物的☆:安祥性是。否◁▪、有◁:明显;的区别▲☆。此技巧对 动力学特点没有赐与思虑。 采用此技-;巧时(按照 Tg 预测安祥性), 关于理思的食物性,子□,特别是其:物理;性子稳 定性的预测◁★:能取得令人得意的效益▲=,但对化 学性子安祥性的预测结果的牢”靠性则较差▷☆。 如图”所示:低于、某 一温度(试验终止 温度)△•,抗坏血酸 的氧化功用对温度 的依赖性呈大幅度 降低,此温度宛?如 相当好的与Tg’相 符。 如图?1-34所示:关于非酶”促褐!变反响◇,反响:的本质、终止 温度大大高;于试样的Tg。 如图1-35所示▲:此终止反响温度大大低于度样的Tg◇。 形成上述区别。的原故或者是食物因素的•△。区别导致的。 3、分子转移性(和/或玻璃化:温度)的使用 (1)食物的冷冻 ① 关于杂乱食物的慢慢冻结 冷冻能有用收藏食物苛重来自低温而不是冰的 变成。 关于存正在细胞构造的食物和食物凝胶,冷冻将 会展现两个十分晦气的后果,其一: 水转★”化为冰后•, 其体积会相▪”应扩大9%;其二▪: 正在非冷冻▪□:相中非水?组 分被浓缩(处▷;于贸易上采用的整个收藏温!度下的食 品都含有非冷冻相) 图中TE是拥有最上下共熔点的溶质的低共熔点。正在杂乱 •“的冷冻食物中,溶质很少正在它们的低共熔点或低于此温度时 结晶。 假设;低共熔、混杂物不行:变”成,龙8官方网站app则冰的进○;一步变成★-。将导致 很“多溶质的介安祥过饱和(一个无定形的液体相)”和未冷冻 □“相的构成◁:沿着TE至E点的途径转化△▽。 E点是群多半冷冻食物的保举收藏温度(-20摄氏度)▪●, 但不幸的是 E 点高于群多半食:物的玻璃化温度◆,因此正、在此▷“温 度=☆”下食物◆-。的Mm、较强,从而使食!龙8官方网站app物中扩散;控造=▲“的物理和化学性 !质则较担心祥,而且高度依赖于温度(?不全部与 WLF 动力学 方程相仿□,这是由于WLF方程没有思虑正在冷却功夫的,冷冻-浓 缩效应和温热功夫的熔化-稀释效应)。 假使正在 E 点一连冷却,会有更多的冰变成和进一步的冷, 冻浓缩,将使未冷冻一面的构成从相当于 E 点转化至相当于 Tg’点。正在Tg’群多半过饱和未冷冻相转化成蕴涵冰结晶的 ▪-!玻璃态。进一步的冷却不会导致进一步的冷冻浓缩▷•,而是朝 着 F 点的倾向变换试“样的温度◆△。低于Tg’后,分子活动性;大 大低落○□,而由扩散控造的性子则十分安祥。 留心: Tg’ 是…◆;一个准恒定的 ”Tg ,苛重取决于试 样的溶质构,成▽-,其次是取决于试样的肇端水 分含量,而 Tg同时剧烈的取决于溶质的构成 和水分含量。 Tg’仅合-:用于正?在最高冷冻浓缩。要求下的未 冷冻相。 Tg□’并不全部、是恒。定的,由于试样很少”能 到达最高。冷冻浓缩。 ② ?生果和蔬菜的冷藏 因为群多半生果拥有很低的Tg’,而收藏 的温度大凡又高于Tg▷•’,于是,生果“质构的稳 定性、正在冷冻收藏时往往较…-?差△▲。蔬菜的T◇“g’大凡…, 很高,也许能,够意料?它们的“收藏期擅长生◆”果。 但也并”非老?是如斯,由于控造◁!蔬▲:菜(或任何 。品种的食物)收!藏期的质料!特色将随其种类 而异。 ③■…“ 商议:闭于”Tg与Tg’的使用 正在冷冻食物中采用Tg仍旧Tg’做为食物冷 冻的参考? 主张1:采用Tg’ 存正在题目:因为肇端的 Tg (冻速后随即 到达的)老是低于Tg’,而正在冷冻收藏功夫从 Tg到达Tg-’(因为有更多的冰变成)?是慢慢的-•, 以至☆、是无法实行的▲。 主?张2▪:采用Tg▽, 存正在题◆●”目: ① 肇端Tg不单受:产物的类型的影响,况且也?受 冷冻速率的◆:影响○▪,于是▼▲, Tg并不是一个定值●; ②肇端Tg随冷冻收藏功夫而变换,当收藏温度 正在Tm – Tg区时••,它将以一个正在贸易上有紧张旨◁■。趣 的◁!速率提升(当收藏温度高于Tg时,它以、较慢但:又 =。显着▷◇,的速率提升)。该气象也形成Tg值的不确定性。 处理▪?计划•■: 将Tg’看作是一个温▼“度区。域而不是!一个,特 定的温度,且此温度区域的下畛域取决于冷 冻速率和收藏的功夫/温度○◇,但大凡此畛域也 许不□?会低于T▪▲;g’ 10摄★•;氏度▽□。 ④ 把持冷冻食物中由扩散控造的转化的速度的、方法 A:要提升由;扩散控造”的产物安▽◁!祥性,可接纳如下◆★,措 施: a☆:将收?藏温度低◁“落到亲密或低于,Tg’; b:正在产物中出席高相对分▪”子质”料的溶质以提升 Tg△☆’ 。该方法扩大“了◇△;产物收藏正在低于 。Tg’ 的概率▷▽, 并低落了正在产物温度高于 Tg’ 时的: Mm ,于是,对提。 高”产物的,安祥■□,性很有“利。 B…-:重结☆-“晶(指已。有冰▷”结晶的▽“均匀,巨细扩▪!大□▷,同时:数 目裁;汰);的速度明显;地与 Tg’ 相闭◇★,可通过■、温度控 造▼,裁汰重结晶,保留产物品●、德◇-。 a△▽: 借使★…:展现=◇”最高。冰结晶,功用▪,则重结晶的临界 温度(Tr “)是冰的重结晶功用能够避免的最高温度。 b: 正◇。在Tm至T▽●;g’区,重结、晶速度有时较好的适合 WFL动、力学■▷。借使不展现冰的最高结晶功用-,冰的重 结晶能够避免的最高温度大致等于Tg☆。 C:大凡处境■:下,正在一个指定的低于冰点的保 藏温度,高Tg’(通过出席水溶性大分△▽,子到达)! 和低水!分质料分数(Ww’ )可使产物拥有坚。 硬的冷冻构造和优秀的收藏安祥性-=;反之, 低●=; Tg◇’ 和高? Ww’ (通过出席,单体?物质到达) !可•!导致产物拥有优柔的冷冻构造和,较差的保 藏安祥性○▲。 (2)食物的气氛干燥◆▲。 以杂□?乱食物的气氛干燥为例,(上图): 图中 A 点!劈头,气氛”干燥能提升产物的□?温度和除去、水分, 使产物很速拥有与 H 点(气氛的湿泡温度)相当的性子□。进 一“步除去水分使=。产物到◆☆!达和通过; I 点,即起决策功用的溶质 ●“的饱和点,此时▷!险些没有溶质的结晶•◆。当一连,干燥至 ■?J ;点, 此时产物的温度到达气氛的干泡温度-。假使正在 J 点终止干燥, 冷却,至 K 点■,那么,产物将处正在玻璃化◆;相变“弧线上, M、m 较强, 由扩散控造的食物性子的安祥性就“较差,况且产?物的安祥性 剧烈的依赖于温度(”适合WLF方程)▷-。 假使干燥续继从 J 点到 L 点,然后产物冷却至 G 点,那么, 产物将处正在 Tg 弧线★◇?之下, Mm 较弱,由扩散控造的食物性子 就安。祥,而且仅轻微地△”依赖?于温度。 (3)食物的●○、真空冷冻干◆•、燥 以杂乱食物的真空冷冻干燥为例(上图)★◁: 冷冻干燥的第一阶段相当亲密于慢慢冷冻的途径 ABCDE -▼。 假使正在冰升华(最初的冷冻干燥)功夫,温度不行降至低:于 E !的温度,途径 EG 将是一条范例的真空冷冻干,燥途径。正在沿 着E至G途径的流程中,EG途径的最初干燥(蕴涵冰的升华), 因为冰结晶的存正在而使。产物不会★◆“塌陷; 但正在”冰升华结束和?冷冻干燥的第二队段(解吸期),当 产物正在通过玻璃化相变?弧线之前,经常会展现:塌陷,从而导 致产物的多孔性裁汰和复水性的低落。形成这种气象的原故 正在于•…:一方面,因为产••!物温度▼;大于Tg;另一方面◇…,因为为食 品”供应!骨架的冰已不:存正在(已升华为”汽态)。 防御产物塌陷的技巧:按途径ABCDEFG实行冷冻▽”干燥。 (4)食物相对货架期的预!测 上、图中,低于不存正在冰时的 Tg 弧线和存”正在”冰时 的Tg■’区时,产物的物理性子和:由扩散控造的化学 性子大凡特别安祥。 正在此线和Tms交叉弧线以下时=◇, 产物的物理转○▼:化往往适合WLF动力学方程▼☆,即跟着产 品温度的提升:和/或水分含量的扩•△?大而使产物的安祥 性大大地降低。 正在 Tm 弧线以上★,取决于扩散(分子活动性)的 性子是较担心祥的,况且跟着!产物正在所处的场所向 左上方的转移,产物安祥性相应降低●△。 (5)分子转移性技巧的其它使用 ① 结晶功用 Tg 和 Tm/Tg 能切确地预示溶质是否、变成晶核;假使晶核能形 成△,那么还能够预示正在Tm – Tg(或Tg◇’)区随后的结晶生 长速率。 ② 酶生机 很多酶催化反响的速度是由扩散控造的,于是▽,当 T◁;Tg :或 TT=•;g★◆’时,反响速度、将大大地低落。 ③ 细菌孢子的耐热性 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子★,的失活适合 WLF 动力学方程,于是, 正在Tg较高。时●,耐热性较高●=。 ④ 其它性子 可从Tg和形态图得回相闭胶凝、结块、胶黏点和质构(蕴涵“ 焙烤食■、物的质构)等方面有价钱的音!信。

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