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2 高等教育 十一五 规划教材 高职高专餐旅管理与服务类教材系列 烹饪化学 黄刚平主编苏扬王鑫副主编 北京

3 内容简介本书阐述了食物在烹饪加工中的理化性质 物质变化规律, 把食品的物质组成 物质状态和物质变化与食品的属性, 特别是与烹饪加工工艺特性及菜肴的色 香 味 型 质等感官性能的关系联系在一起, 清晰地阐述了烹调加工中有关方法的科学原理 工艺条件和技术关键, 对烹饪现象有较好地解释和指导作用 本书观点新颖, 取材丰富, 内容深入浅出, 反映了食品科技在烹饪生产和研究中的最新进展 本书可作为高职高专餐旅管理与服务类专业和相关专业的教材, 也可作为行业技术人员 专业科研人员的参考用书 图书在版编目 (CIP) 数据 烹饪化学 / 黄刚平主编. 北京 : 科学出版社, 2009 ( 高等教育 十一五 规划教材 高职高专餐旅管理与服务类教材系列 ) ISBN 978 唱 7 唱 03 唱 唱 9 Ⅰ 畅烹 Ⅱ 畅黄 Ⅲ 畅烹饪应用化学高等学校 : 技术学校教材 Ⅳ 畅 TS972 畅 1 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2009) 第 号 责任编辑 : 沈力匀周恢 / 责任校对 : 耿耘 责任印制 : 吕春珉 / 封面设计 : 东方人华平面设计部 北京东黄城根北街 16 号 邮政编码 : 出版 ht tp :// w w w.sciencep.co m 印刷 科学出版社发行各地新华书店经销 2009 年 8 月第一版 2009 年 8 月第一次印刷 印数 : 倡 开本 : /16 印张 : 14 1/4 定价 : 22 畅 00 元 字数 : ( 如有印装质量问题, 我社负责调换 ) 销售部电话 010 唱 编辑部电话 010 唱 ( V P04) 版权所有, 侵权必究 举报电话 : 010 唱 ; 010 唱 ; 科学出版社职教技术出版中心

4 高等教育 十一五 规划教材高职高专餐旅管理与服务类专业专家委员会 主任黄震方副主任黄维兵海米提 依米提秘书陈云川唐宇沈力匀周恢委员 ( 按姓氏笔画排序 ) 王全在王美萍石强冯玉珠朱水根杨坚汪京强邹益民林伯明赵桂毅唐文徐桥猛彭诗金魏洁文 南京师范大学四川烹饪高等专科学校新疆大学四川烹饪高等专科学校四川烹饪高等专科学校科学出版社科学出版社内蒙古财经学院北京联合大学深圳职业技术学院河北师范大学上海旅游高等专科学校西南大学华侨大学浙江大学桂林旅游高等专科学校淄博职业学院吉林商业高等专科学校无锡商业职业技术学院郑州轻工业学院浙江商业职业技术学院

5 高等教育 十一五 规划教材高职高专餐旅管理与服务类专业编写委员会 主任黄维兵 副主任陈云川 唐宇 委员 ( 按姓氏笔画排序 ) 丁辉 王亚伟 邓红冯文昌卢一 刘爱月 刘虓 吉良新孙茜曲绍卿 朱国兴 何江红 何稼静张树坤张菁 李晓 李玉荣 李凯杜应生杨江伟 沈涛邱萍 陈祖明罗林安郑昌江 胡善风 赵建民 郝梅钟志惠袁新宇 陶卫平 高海薇 梁爱华眭红卫黄剑 黄刚平 曾凡琪 鲁永超董红兵熊敏 薛兵旺 霍力 魏新生 科学出版社职教技术出版中心

6 序 言 近年来, 高等职业教育受到世界各国的普遍重视, 我国的经济建设也越来越凸显出对技术应用型和高技能人才的需求 为此, 我国将发展高等职业教育作为实现我国优化人才结构 促进人才合理分布 推动经济建设的战略措施 为满足社会对技术应用型和高技能人才的需求, 我国的高等职业教育近几年实现了跨越式发展, 办学规模不断扩大, 办学思路日益明确, 办学形式日趋多样化, 取得了显著的办学效益和社会效益 中国的高等职业餐旅管理与服务类专业教育, 一方面, 尽管在 20 世纪 80 年代才形成规模发展, 但积累了许多成功的经验, 另一方面, 由于起步晚 基础差, 在发展中还存在不少问题, 主要集中在四个方面 : 第一, 培养目标不够明确 ; 第二, 课程体系不够科学 ; 第三, 教学方式比较落后 ; 第四, 教学设施明显不足 中国高等职业餐旅管理与服务教育要实现可持续发展, 需要树立以市场为导向的新思维, 实现观念上的四大结合 : 第一, 实现服务社会与结合市场的结合 ; 第二, 实现学科建设与市场的结合 ; 第三, 实现追求规模与追求规格的结合 ; 第四, 实现政府供给与社会供求的结合 以实现在优化人才培养机制 优化专业和课程设置 优化教学内容和教学过程 改革教学管理等方面有所创新 教材建设是优化教学内容和教学过程 提高高等职业餐旅管理与服务类专业教育教学质量的重要环节, 而如何打破传统的教学内容和教学方法, 使之适合高等职业教育的特点, 更是迫切需要进行深入研究和实践的 高职高专餐旅管理与服务类专业 系列教材是 2006 ~ 2010 年教育部高等学校高职高专餐旅管理与服务类专业教学指导委员会组织一批双师型的教师, 在对当前高职高专餐旅管理与服务类专业的教材和教学方法 教学内容进行充分调查研究 深入分析研究的基础上编写的 本套教材以理论知识为主体, 以应用型职业岗位需求为中心, 以素质教育 创新教育为基础, 以学生能力培养为本位, 力求突出以下特色 : (1) 理念创新 : 秉承 教学改革与学科创新引路, 科技进步与教材创新同步 的理念, 根据新时代对高等职业教育人才的需求, 体现教学改革的最新理念, 使本套教材内容领先 思路创新 突出实训 成系配套 (2) 方法创新 : 摒弃 借用教材 压缩内容 的滞后方法, 专门开发符合高职特点的 对口教材 在对职业岗位所需求的专业知识和专项能力进行科学分析的基础上, 引进国外先进的课程开发方法, 以确保符合职业教育的特色 (3) 特色创新 : 加大实训教材的开发力度, 填补空白, 突出热点 对于部分教材, 提供 课件 教学资源支持库 等立体化的教学支持, 方便教师教学与学生学习 对

7 烹饪化学 于部分专业, 组织编写 双证教材, 注意将教材内容与职业资格 技能证书进行衔接 (4) 内容创新 : 在教材的编写过程中, 力求反映知识更新和科技发展的最新动态 将新知识 新技术 新内容 新工艺 新案例及时反映到教材中来, 更能体现高职教育专业设置紧密联系生产 建设 服务 管理一线的实际要求 我们相信在 2006 ~ 2010 年教育部高等学校高职高专餐旅管理与服务类专业教学指导委员会专家的指导下, 在广大教师的积极参与下, 这套餐饮管理与服务类专业系列教材, 一定能为我国餐饮服务与管理行业培养出适用的新型人才 2006 ~ 2010 年教育部高等学校高职高专 餐旅管理与服务类专业教学指导委员会 科学出版社职教技术出版中心 ii

8 前 言 随着食品科学, 特别是食品化学在烹饪中的不断应用, 烹饪加工中的自然科学问题不断被深入研究和解决, 人们更加重视合理烹饪加工的科学研究, 这改变了长期以来人们对烹饪现象只知其然 不知其所以然的局面, 把烹饪技能中人的因素神秘化的观点打破, 烹饪越来越依赖于加工手段的机械化 加工工艺的规范化和评价方法的标准化 厨房正在发生新的革命 传统烹调加工逐渐成为食品加工的一部分, 烹调菜肴也不再局限于餐馆中 在行业从业人员中如何进行食品科学知识教育, 以帮助其提高烹调技能, 食品科技工作者和烹饪教育工作者经过多年的探索和实践, 积累了丰富的经验 实践证明, 有一定科学文化知识的烹饪行业从业者, 他们在理解中国烹饪文化的精髓 继承和发展中华烹饪技艺方面, 比单纯的厨师的发展后劲更足 因此, 在全国餐饮职业教育中, 烹饪化学课程越来越受重视 同时, 食品科技工作者也越来越重视研究烹调中的有关现象和规律 鉴于这种情况, 我们编写了本书 本书改变了以往教材按化学成分编排的惯例, 而是突出烹饪加工的规律性和科学解释, 按 成分 结构 状态 性质 功能 这一化学逻辑关系递进相关内容, 并考虑到教材的应用性, 内容重功能 少结构, 使烹饪化学不是简单的所谓 成分 化学 本书没有简单罗列一些科普知识, 而是通过对大量烹饪实际问题的分析, 首次采用了案例方法来讲解有关原理和知识, 有目的地介绍许多科学方法在烹饪具体问题中的应用 另外, 鉴于当前一些烹饪化学教材大量涉及营养卫生问题, 而同时烹饪营养卫生教材又大量涉及烹饪现象的化学解释这一分工不合理的怪现象, 本书立足于化学 工艺学, 力求反映烹饪加工和菜肴感官属性研究方面的最新进展, 而尽量不涉及营养卫生问题, 对维生素 无机盐等作为营养素看待的食品成分的内容做了大幅度的调整 本书由黄刚平担任主编, 苏扬 王鑫担任副主编 其中, 苏扬参加编写第二章和第四章第三节, 王鑫参加编写第三章内容, 其他章节由黄刚平编写 全书由黄刚平统撰 在本书的编写过程中得到了有关部门特别是四川烹饪高等专科学校的领导和专家的关心和支持, 他们对书稿提出了大量的建议和意见 在此, 向他们表示衷心的感谢, 另外, 本书尚存在错误遗漏之处, 恳请广大读者提出宝贵意见

9 目 录 前言 第一章基础知识 1 第一节食物和烹饪基本知识 2 第二节化学基础知识 4 第三节烹饪化学概述 8 第二章组成食物的化学成分 13 第一节水 14 第二节蛋白质 22 第三节糖类 35 第四节脂类 48 第五节其他食物成分 58 第三章食物原料的化学组成 64 第一节肉的组织结构和化学成分 65 第二节可食性植物食物的物质组成及特性 71 第三节乳类和蛋类的物质组成及特性 85 第四章食物感官属性的科学基础 93 第一节概述 94 第二节食物的颜色 101 第三节食物的香气 117 第四节食物的滋味 129 第五节食物的质构 146 第五章烹调加工的科学基础 162 科学出版社职教技术出版中心 第一节烹调加工及其物质变化 163 第二节食物原料在烹饪加工中的生物性变化 172 第三节生鲜原料的加热熟制原理 181 第四节涉水加工工艺原理 190 第五节其他烹调方法的有关原理 202 主要参考文献 217

10 第一章基础知识 (1) 掌握食物成分的分类方法和种类 (2) 熟悉食物属性及物质基础 (3) 了解烹饪化学的基本内容和研究方法 (4) 了解烹饪的含义 今天, 在美国那些装备最精良的餐馆厨房中, 最流行的新设备既不是大功率烤箱 也不是可靠的冰柜, 而是化学家做实验用的精确控温加热仪器, 并且是浸在水中的那种 最受欢迎的厨师正是使用这种加热器, 以丝毫不差的恒定低温烹调美食 希望让蛋白质能够在通常不能凝固的自然状态下凝固起来 英国公司研发出一种二氧化碳烹饪器, 这种工具的特点在于它能在无氧条件将食物与所需调味物质混合, 并且以低温烹调, 使食物免受高温破坏, 保持食物的原汁原味 这就是在行业中传说的对 分子烹饪 世界的描述 分子烹饪 似乎正在成为领导厨房和餐饮革命的时髦话语 为什么要让蛋白质凝固? 这是一个简单但目前多数厨师并不能很好回答的问题 实际上, 化学诞生于厨房, 烹饪一直就是在厨房内进行的化学反应 : 生米煮成熟饭 煎鸡蛋 烤面包 炒肉丝 无一不是食物成分发生理化变化的结果 分子烹饪 无非就是厨师利用 控制和改变这些化学反应的一种提法, 并无实质改变 在厨师中流传的各种所谓烹调 绝技, 实际上一点也不神秘, 甚至这些 绝技 有些可能是违反食品安全法规的行为, 例如 : 利用苏丹红来为菜肴 走红 是烹饪中非法使用合成色素和工业染料来上色的典型案件 由此可见, 化学 烹饪化学对提高烹饪产品质量 创新烹调技术和提高厨师的工作效率等各方面有多么重要的作用 请思考一下你到超市或餐馆选择食品或菜肴时考虑了哪些因素 这些因素哪些与食

11 烹饪化学 品本身有关, 哪些与加工者有关, 哪些与你自己有关? 一 食物和烹饪的概念 第一节食物和烹饪基本知识 吃穿住行 中, 吃 是人们最基本 最重要的日常活动和行为, 它与 食物 和 烹饪 联系在一起 食物是经消化道摄入体内能够维持人体正常生命 保持人体健康的体外物质 人类 食物都是来源于其他生物, 这些生物体作为食物原料, 因为安全卫生 营养 口感等原 因, 除少数可直接生吃外, 大多数都必须经过加工后才能食用 例如, 直接食用生肉, 肉蛋白质没有变性, 肉吃起来不仅韧性大 难咀嚼, 不容易消化, 营养成分不能被利 用, 更严重的还容易因生肉中可能携带致病性微生物 寄生虫等染上疾病, 而且生肉的 风味也不适合一般人的口味 食物有原料 半成品 成品之分 其中, 原料是指未经过加工或只经过粗加工的含 有营养素但不能直接食用的物质 ; 成品是对原料进行合理的再加工后形成的可直接食用 的产品 烹饪是把食物原料用一定方法加工成餐桌食品的行为, 是人类饮食活动的基础之 一 日常家庭劳动和餐饮行业都涉及烹饪活动 习惯上, 常说的烹调仅指做菜的烹饪技 术, 此工种叫 红案, 而制作面点的工种则叫 白案 二 食物质量评价的基础 食物的基本功能是安全 卫生地为人体提供营养物质, 同时它们还能给人们带来食 用食物时的美感和享受 一般说来, 食物质量高低是以下几方面作用的综合结果 ( 一 ) 食物的卫生状况和安全性 食物的卫生状况和安全性是决定其质量的一个关键因素和客观标准 食物的卫生状 况是指食物中是否存在对人体有危害的因素, 食物的安全性是指对这些危害因素的防 护 食物的卫生状况和安全性是由它所含的有毒 有害成分的种类 含量和状态决 定的 ( 二 ) 食物的营养性 食物的营养价值是决定其质量高低的另一个关键因素 营养本质上就是指通过食物 维持人体健康生命 食物中营养成分的种类 含量 状态和可利用性大小决定了食物的 营养价值 科学出版社职教技术出版中心 2

12 第一章基础知识 ( 三 ) 食物的感官属性对广大消费者来说, 感官质量或感官属性是他们选择 评价食物的主要依据, 甚至是唯一依据, 因为感官是直观的, 消费者容易直接把握 食物的感官是人们以感觉器官来认识食物的一种感受, 它与食物本身的性质和感受者自身状况有关, 对消费者选择食物起决定性作用, 同时对消费者食用食物的行为也有很大影响 虽然食物的感官因人而异, 但应该强调的是决定食物感官好坏的根本仍在食物自身的物质组成上 食物感官属性主要包括以下三个方面 : 1 畅食物的外观人们可以通过眼睛对食物外观如食物的大小和形状 形态和状态 组织和结构 颜色和亮度等状况进行视觉感知和认识, 从而得到食物的形态 状态 表面质感 色泽等具体感受 2 畅食品的质构质构是人体通过手 口腔以及身体其他部分的触觉对固体和半固体食物的软 硬 韧 脆 酥等性能, 液体食物的黏稠度 流动感等性能, 以及与食物组织结构有关的性能如食品的粗细感 松实感 滞滑感等做出的感受和认识 3 畅食物的风味风味是指食物的特定成分在口腔中所产生的味感 ( 滋味 ) 触感和温度感, 甚至痛感以及鼻腔所感受到的嗅感 ( 气味或香气 ) 的总称 例如, 辣椒 芥末的风味就包括味感 嗅感 温度感和痛感 多数情况下可把风味只理解为滋味和气味两方面 食物在口腔中产生的触感可以单纯理解为食物在口腔中的质感或口感 ; 食物的温度感就是指食物的冷暖热烫感 ( 四 ) 食物的工艺性能食物的工艺性能包括食物的耐藏性 稳定性和方便性以及食物 ( 或食品原料 ) 被加工成某种人为既定状态的可行性 有效性 例如, 烹调中对菜肴水分的控制 ( 如勾芡收汁 ) 经常使用的就是富含淀粉的各种 芡粉 而不是别的材料, 所以 芡粉 的工艺性能之一就是 收汁, 其基础就是淀粉能够发生 糊化 这一化学本性 操作者的烹调技艺和经验 加工条件和设备设施对食品工艺性能的影响很大 同样的原料, 不同操作者因水平 经验不同, 制成同样的菜肴会有差异 ; 同一操作者每次制作菜肴也不同, 即食物工艺性能也就不同 食物的工艺性能虽然与加工技术 设备和人员有关, 但应该认识到, 食物的加工工艺特性归根结底是由食物自身的物 3

13 烹饪化学 质组成和性质所决定, 例如, 拉面的技术基础来源于其面粉蛋白质良好的胶体延展 性质, 而不是来源于操作者本身 因此, 那种把烹调操作技艺主观化 神秘化是完 全错误的观点 ( 五 ) 食物的商品性 食物质量的另一个决定性因素是其商品性, 这包括其价格 成本等具体指标, 也包 括由其商品属性所决定的其他社会功能和文化现象 不同社会 地区的膳食结构 饮食 习惯 消费水平 民风民俗 宗教信仰 文化修养甚至意识形态的差异都可能体现在食 物这种属性上 以上诸因素中, 安全性和营养性是食物的最基本性质, 它由食物自身的化学组成所 决定, 是食物的第一性 不过, 有时候人们摄食的目的并非仅仅是为了消除饥饿, 还为 了满足其他生理 心理的某种需要, 这时, 食物的其他性质就显得重要了 例如, 风味 口感在人们品尝享受美食中就起到了决定性的作用 又如, 仅从食物的营养卫生来衡量 和认识各地饮食结构和习惯上的差异, 恐怕难以解释中国南北东西各大菜系的优劣或风 格, 而从感官属性 商品性 地理环境等方面便可看出各自特色 中国灿烂悠久的饮食文化, 存在许多精髓, 但应该看到, 也存在一些弊端 例如, 在 处理食物第一性和其他性质关系上, 有的时候本末倒置, 片面强调感官属性 ; 在烹饪中, 过分将技术神秘化, 将食物的工艺性能看作是人的因素 所以, 用现代科技文化知识来继承 和发扬中国烹饪, 是烹饪走向科学的必然趋势, 更是烹饪教育的根本目的 第二节化学基础知识 化学是研究物质的组成 结构 状态和性质的科学 学习烹饪化学, 必需的化学基 础知识可概括如下 : 一 物质组成和结构 世界是由物质组成的, 一切物质都是由最小单元 分子构成的 分子是由原子构 成的 能够独立存在并保持其物质性质的最小结构单位 ( 最小粒子 ) 构成各种分子的 原子种类是有限的 元素是具有相同核电子数的同一类原子的总称 物质的化学组成指构成一个物质的原子的数量 种类, 也就是说, 物质的化学组成 指其化学元素的种类 含量, 可用分子式来表示物质的组成 物质的分子结构指构成分 子的原子是如何连接成分子的 可用化学结构式来表示 化学键就是连接原子形成分子 的作用力, 分为离子键 共价键等, 其基本情况可概括为表 1 畅 1 科学出版社职教技术出版中心 4

14 第一章基础知识 表 1 畅 1 化学键情况总结 化学键类型成键条件成键实质形成的物质实例 离子键 活泼金属元素与活泼非金属元素之间 正 负电荷的静电引力 离子化合物 NaCl K 2 S 共价键 强极性极性共共价键价键弱极性共价键非极性共价键配位键 电负性相差大的非金属元素之间电负性相差小的非金属元素之间同种非金属元素之间分别有孤对电子和空轨道的不同种元素之间 原子间形成共用电子对 电子对偏向程度大电子对偏向程度小电子对无偏向电子对由一个原子单方提供, 电子对有一定偏向 共价化合物共价单质络合物 H Cl H 2 O H I N 2 O 2 铁卟啉植酸钙 金属键金属元素之间金属离子与自由电子相互作用金属单质各种金属和合金 二 物质的分类纯净的物质可分为无机物和有机物 无机物包括单质和无机化合物, 其分类见表 1 畅 2 表 1 畅 2 无机物分类 单质 氢化物 类别 实例 金属 K N a Fe Cu Zn Al 非金属 Cl 2 S O 2 稀有气体 H e Ne A r 气态 H Cl H 2 S 液态 H 2 O 固态 Na H Ca H 2 碱性氧化物 Na 2 O CaO 无机化合物 氧化物酸碱 成盐氧化物 酸性氧化物 C O 2 SO 3 两性氧化物 Al 2 O 3 Zn O 不成盐氧化物 C O N O H 2 O 含氧酸 H N O 3 H 2 S O 4 H 3 P O 4 无氧酸 H Cl H 2 S 可溶性碱 K O H N ao H 难溶性碱 Ca ( O H) 2 正盐 N acl Cu SO 4 盐 ( 酸和碱中 酸式盐 N a H S O 4 N a H C O 3 和的化合物 ) 碱式盐 M g ( O H) Cl ( 碱式氯化镁 ) 复盐 K Al (S O 4) 2 12 H 2 O ( 明矾 ) 5

15 烹饪化学 有机物是指由碳和氢所形成的一大类化合物, 但不包括二氧化碳 碳酸盐等物质 有机物同分异构现象十分普遍 例如, 分子式为 C2 H6 O 的物质可能为乙醇 (CH3 CH 2 O H), 也可能为甲醚 (CH 3 O CH3 ) 可见, 有机物的结构和官能团的种类是决定有机物种类的关键 有机物包括烃和烃的衍生物 烃是指仅仅由碳和氢所形成的化合物, 包括链烃和环烃 链烃又分为饱和链烃 ( 烷烃 ) 和不饱和链烃 ( 烯烃和炔烃 ), 环烃分为环烷烃 环烯烃和芳香烃等 甲烷是最常见的烷烃, 乙烯是最常见的烯烃, 苯是最常见的芳香烃 烃的衍生物种类复杂, 常见的有醇 醛 酮 酸 酯 胺等, 见表 1 畅 3 表 1 畅 3 烃的衍生物 类别 官能团 举 例 醇 O H ( 羟基 ) C H 3 C H 2 ( O H ) C H 3 ( 异丙醇 ) O H 酚 O H ( 羟基 ) ( 接在苯环上 ) ( 苯酚 ) 醛 C H O ( 醛基 ) H C H O ( 甲醛 ) O 酮 > C = O ( 酮基 ) C H 3 C C H 3 ( 丙酮 ) O 羧酸 C O O H ( 羧基 ) C H 3 C H 2 C H 2 C O H ( 丁酸 ) 醚 O C H 3 O C H 2 C H 3 ( 甲乙醚 ) O 酯 R C O C H 3 O C O C H 2 C H 3 ( 乙酸乙酯 ) 硫醇 S H ( 巯基 ) C H 3 S H ( 甲硫醇 ) 胺 N H 2 ( 氨基 ) N H 2 C H 2 C H 2 N H 2 ( 乙二胺 ) 五元环杂环化合物六元环 科学出版社职教技术出版中心 稠杂环 6

16 第一章基础知识 三 物质的存在状态及性质 ( 一 ) 物质状态在一定条件下, 物质状态是该物质的各种分子间通过相互作用与环境达到平衡的一种结果 分子间作用力是把分子聚集起来形成宏观物质的一种作用力, 也称范德华力 其中, 氢键是一种特殊的分子间作用力 它对物质的宏观状态和性质有决定性作用 简单的物质和单纯物质一般有固态 液态和气态三个状态, 其中固态的物质又可分为晶体和非晶体 实际上, 多数物体都是由多种成分构成的混合物 多种物质成分相互混合或彼此分散, 这种状态叫分散状态, 其体系就叫分散体系 例如, 蔗糖放入水中, 蔗糖会以单个分子均匀分散在水中形成蔗糖水溶液 分散体系是由分散质和分散介质构成, 如蔗糖水溶液中蔗糖是分散质 ( 溶质 ), 而水是分散介质 ( 溶剂 ) 根据分散介质的状态以及分散质粒子的大小, 分散体系可以分成多种类型, 具体参见表 1 畅 4, 其中分散介质为气态的类型在食品中很少见 表 1 畅 4 分散体系的类型分散质 ( 分散相 ) 分散介质 ( 连续相 ) 实例特点 气 空气 混合气体 稳定, 分子分散体系 液 气 云 雾 不稳定, 胶体分散体系 固 烟尘 不稳定, 粗分散体系 气 泡沫汽水 啤酒 不稳定, 粗分散体系稳定, 分子分散体系 液 酒油唱水乳化液 稳定, 分子分散体系不稳定, 粗分散体系 液 食盐水 稳定, 离子型低分子分散体系 蛋清液 稳定, 离子型高分子分散体系 固 糖水 稳定, 低分子分散体系 果冻 稳定, 高分子分散体系 泥浆悬浮液 不稳定, 粗分散体系 气 浮石 干蛋泡 动力学稳定, 粗分散体系 液 固 珍珠 湿面筋 稳定, 分子分散体系 固 合金 天然淀粉 稳定, 原子或分子分散体系 ( 二 ) 理化性质 理化性质指物理性质和化学性质 物理性质是指物质不需要化学变化就可表现出来 7

17 烹饪化学 的性质 例如, 颜色 气味 熔点 硬度 密度等都是物理性质 物理变化是指物质的分子结构中连接各原子的化学键没有断裂, 只是各分子之间的关系发生变化而引起状态和性质的改变 物理变化中没有生成其他物质 化学性质就是物质化学变化时表现的性质 化学变化, 也称化学反应, 是指物质的分子结构发生变化, 分子内的旧化学键断裂, 形成新的化学键, 从而产生出原来没有的新物质成分, 引起物质的状态和性质改变 重要的化学反应类型可参见表 1 畅 5 表 1 畅 5 重要的化学反应类型 类型 实例 特点 无机物分解反应 烧石灰 加热 有机物裂解反应 脂肪热分解 C C 键断裂 加成反应 油脂的氢化 双键变单键 聚合反应 聚乙烯合成 合成高分子物质 缩合反应 乙醚生成 脱小分子, 生成大分子 氧化反应 脂肪氧化 铁生锈 失去氢或电子 水解反应 酯水解 淀粉水解 食物中普遍存在 一 烹饪化学的概念和内容 第三节烹饪化学概述 烹饪化学研究食物原料及其在烹制调加工中的化学现象及与食物品质的关系 具体 地说, 它研究食物原料和菜点的物质的组成 结构 状态 性质以及它们与食物属性 ( 安全性 营养性 感官性和工艺性 ) 的关系 烹饪化学是食物科学在烹饪中的应用和 发展, 它以现代化学 生物化学 生物学 物理学等为工具, 探究传统烹饪加工中食物 的理化性质和变化规律 特别需要强调的是, 烹饪化学绝不是生物化学或有机化学在烹 饪中的简单应用 因为食物和烹调的菜点中存在的不是简单的生物物质和有机物质 随 着分子生物学 细胞生物学 物理化学 胶体及表面化学 超分子化学 食品感官科学 和心理学 食品微生物学 化学工程学 食品物性学和流变学等在烹饪研究中的不断开 展, 真正的烹饪化学已经深入到烹饪问题的核心 烹饪中的化学问题非常复杂, 但主要有两个基本问题 : 第一是菜肴及其原料是由哪 些物质组成的 怎样组成的, 它们与食物或菜肴质量有何关系 ; 第二是食物原料加工成 菜肴的过程中发生了哪些物质变化, 这些变化与菜肴质量有何关系 具体看, 烹饪化学 主要包括以下内容 : 科学出版社职教技术出版中心 (1) 烹饪原料及菜肴的化学成分 ; 各种化学成分的状态及性质 ; 它们与食物属性及 8

18 第一章基础知识 工艺加工技术的关系 (2) 原料在加工中发生的理化变化及与食物属性的关系, 这些变化的影响因素及控制 (3) 食物色 香 味 形 质的物质基础和生理学基础 二 烹饪化学的学习当前烹饪教育中忽视食品科学知识的情况依然没有改变 烹调教学中对烹调加工中的许多具体技术原理要么避而不谈, 要么牵强附会, 不能真正解释和解决实际问题 例如, 许多厨师知道土豆切开后变黑是淀粉在作怪, 却不知道如何防止 学好烹饪化学, 能增加对食品科技的了解和掌握, 更能在实际操作中运用有关知识去解释一些现象, 能动地找出解决问题的方法, 提高烹饪技艺水平 例如, 行业中绝大多数厨师不知道绿色蔬菜加工中颜色变化的原因, 因此谈不上怎样防止它 ; 不知道 水豆粉 勾芡控制方法的规律性, 更不知道油温高低与油脂宏观性能的关系以及如何正确识别油温高低等, 因此只能因循守旧, 不能创新 实际上, 如何控制面筋筋力从而控制面点产品质量 如何控制火候使原料的制熟达到要求 如何控制一些条件使干货涨发到最佳状态 如何熬制糖色使菜品色泽风味俱佳等, 这些实际问题都完全可以通过有关化学知识加以解释和解决 由此可见, 烹饪从业人员应该加强对烹调的科学认识和指导 学习烹饪化学, 要从应用的观点出发 一方面必备的化学基础能够帮助学习 ; 特别是在学习时, 应该明确从物质的 成分 结构 状态 性质 功能 这条线索来学习有关基础理论 另一方面, 应该以食物品质的安全性 营养性 感官性和工艺性等为应用目的, 将理论与应用联系起来, 而不是单纯地学习理论 同时要注意, 烹饪化学与相关课程和学科的内容有一定联系 学习烹饪化学, 应该分清各课程的知识重点 例如, 营养卫生学的重点就是食物的安全性 营养性, 烹调工艺的学习重点就是如何在实际中利用 保持食物的感官性和工艺性, 而总体上看, 烹饪化学是烹饪学习中各门课程和各种知识的总基础 图 1 畅 1 是学习烹饪化学的一些思路的总结, 可供参考 图 1 畅 1 化学在食物和烹饪中的应用 9

19 烹饪化学 三 食物的化学组成 ( 一 ) 元素组成 食物与一般生物组织的组成元素相似 从构成食物的化学元素来看, 食物中的 C H O N 四种元素几乎占总质量的 85 % 以上 另外, 还有五六十种其他元素 它们主 要有 : Ca P S K Na Cl M g Fe Zn I Cu Co M o M n Ni Cr F V Se Ba Al Rb Sr Br B Si, 有的甚至含有 Pb A g Au H g Ra 等 ( 二 ) 化学成分 从来源来看, 食物成分分为天然成分和非天然成分 天然成分是指食物自身固有 的而且食物未发生明显变化时所含的化学成分 新鲜动植物食物原料中的化学成分 大多可认为是天然成分 非天然成分主要包括食物加工贮藏中不可避免的污染物 其自身原有成分变化的衍生物和为了某种目的人为添加的添加成分, 如调配辅料 食品添加剂等 从对食物质量的影响来看, 有些成分对食物的性质和功能有益处, 称它们为需宜成 分 这包括具有营养价值的营养素 ( 水 碳水化合物 脂类 蛋白质 无机盐和维生 素 ) 决定食品感官属性的色素和风味成分 在加工中发挥工艺特性的功能成分等 ; 与 之对应的是对食物的功能有害或潜在有害的成分, 称为嫌忌成分 例如, 毒素 致敏因 子 腐败气味成分 某些色素等 当然, 一种成分对食物的影响是多种多样的, 有时候 它可能是需宜成分, 有时候又是嫌忌成分 例如, 糖精对食物的甜味来说是需宜成分, 但从食物安全性来看, 它又是应避免的嫌忌成分 从化学分类看, 组成食物成分仍然是无机成分和有机成分 无机成分有水 无机盐 无机气体 ( 如空气中的 O2 CO2 CO N2 及其他成分分 解产生的 N H 3 H2 S N O SO2 等 ) C H O N 四种元素主要构成水和大量的各 种有机物, 只有少量以无机物, 如碳酸盐 氨 硝酸盐形式存在 ; 而其他元素既可以以 无机物形式, 也可以以有机物形式存在, 统称为无机盐 ( 或叫矿物质 ) 与生物组织的有机成分相似, 食物中有机成分种类很多, 是食品中的主要成分 它 分为低分子有机物和高分子有机物 高分子有机物来源于各种生物高分子, 都是由低分 子有机物单体构成的 ; 另外食物加工中还会产生出一些高分子缩聚物, 如类黑色素 食 品中的低分子有机物种类繁多, 主要有构成生物高分子的基本单体成分以及由生物组织 代谢或加工中的化学变化衍生出的某些低分子有机成分, 如加热产生的吡嗪 科学出版社职教技术出版中心 食物和中的水 蛋白质 糖和脂在含量上占主导地位, 它们决定了食物的主要性能 和品质, 因此它们是食物中的主要成分, 其他成分则是次要成分 ; 不过从不同目的来 看, 有些含量上不占优势甚至含量极少的物质往往也严重影响了整个食物的性质和品 10

20 第一章基础知识 质, 如维生素对营养价值的影响, 色素对菜肴色泽的决定作用, 毒素对食物安全性的制 约等 所以要以全面的观点来分析食品和菜肴中的某一具体物质, 方能从整体上认识其 作用 为了更好地理解食物成分, 现总结于图 1 畅 2 图 1 畅 2 食品成分的分类系统 三 食物的物质状态大多数生源性食品的物质体系和状态的特点有 : (1) 食物, 特别是烹饪的菜肴是多种成分 多种物料构成的混合体系 因为即使是单一的食物也不是由单一成分构成的, 而且菜肴点心往往是由许多食品原料 物料构成的 因此食物的菜点是一个多组分 多层次的复杂混合物体系 它与单一成分的宏观物质的性质有差异 例如, 鱼香肉丝中的肉丝本身含有大量水, 但肉丝中的水不能像纯水那样以固态 液态 气态三态来简单地描述, 因为肉丝还含有蛋白质 无机盐 脂肪等许多其他化学成分, 这些成分与水可能形成胶体 ( 如蛋白质 ) 溶液 ( 如无机盐 ) 油滴或乳化液 ( 如脂肪 ) 等多种分散体系, 从而构成一个复杂物体 ; 另外, 鱼香肉丝中还有其他辅料 配料 调料等 肉丝与肉丝 肉丝与烹调油脂 肉丝与上浆勾芡的糊芡 糊芡与水分 糊芡与烹调油脂 水分与烹调油脂之间都有非常复杂的关系 (2) 多数食物是亲水胶体 食物虽然是多种成分构成的混合物, 但多数情况下水是其主要成分, 而且水往往既是分散体系中的分散介质, 也可是分散体系中的分散质 因此, 食物往往可看作是高分子有机物 ( 尤其是蛋白质和多糖 ) 与水相互作用后形成的亲水凝胶或溶胶体系 例如, 肉冻 果冻都是典型的亲水凝胶, 而食物中的憎水物质, 如油脂也在食物胶体体系中发挥重要的 独特的作用 例如, 食物中的乳化 去乳化和转化现象在含脂食品中, 特别是烹饪菜肴中就广泛存在 (3) 许多食物具有或部分具有生物组织的特性 食物组织是死亡或将死亡的生物组织, 而生物组织更有结构上的复杂性和有序性 生物活体中的物质体系不是简单的化学分散体系状态, 它是一个高度有序的 具有组织结构的 处于不断变化的稳态系统 生源性食物具有或部分具有生物的这些组织结构特性, 如细胞结构 各种生物膜结构 在食物烹饪加工中, 这些结构都容易遭到破坏, 导致食物性能的很大变化 例如, 活肌肉细胞中的肌纤维可伸缩, 但死组织中的肌纤维收缩僵硬, 使它们的性能差异很大 (4) 食物是一个非平衡物质体系, 容易发生变化 因为食物是多组分 多相分散体 11

21 烹饪化学 系的混合物, 各组分和各体系之间在热力学上是不平衡的, 相互之间要发生作用并发生变化 ; 同时, 食物中主要成分是有机物, 它们最终都要分解成简单的无机物 还有, 食物组织中生物催化剂 酶的普遍存在, 使食物原料, 特别是鲜活原料容易发生多种生物化学变化, 而且绝大多数食物是微生物生长的良好培养基, 容易在微生物代谢的各种生物化学反应中被分解破坏 所以, 食物是容易发生各种理化变化的物质体系 例如, 在加热烹调肉丝时, 蛋白质水形成的胶体会发生蛋白质变性和胶体收缩产生肉丝脱水 体积缩小 韧性增大等现象, 水脂肪形成的乳化液会失去稳定性发生破乳而油脂和水分离的现象, 而糊芡中的淀粉在加热时发生糊化作用而大量吸水产生黏稠的芡汁和糊层 本章介绍了学习烹饪化学所必需的食品知识和化学基础知识 食品知识方面重点是 食品属性中安全 营养 感官和工艺性等四方面及其物质基础 化学基础知识方面主要 是物质的化学组成 物质分类 化学反应类型等必需的化学基础知识 ; 并在此基础上概 括了烹饪中的两个基本化学问题 : 菜肴的化学组成和状态 (1) 请分析食物的食用者 加工者和生产管理者对菜肴质量的要求在哪些方面是相 同的, 在哪些方面是不相同的 (2) 食糖在烹饪中有多种应用 请举出四种以上的应用实例, 并指出这些应用是食 糖作为食物成分分类的哪种成分而发挥其功能的 (3) 表 1 畅 6 是烹饪中的物质变化及对应可能产生的结果, 请填写出具体实例 表 1 畅 6 烹饪中物质变化及实例 变化导致属性改变的类型具体实例 溶解性 持水力变化 呈味物质产生或变化 有色物质发生变化 营养物质发生变化 功能性物质发生变化 毒物产生或钝化 质地变硬或变软 产生酸味 焦味 异味或芳香味 美味 颜色产生或消失 营养价值降低或改变 功能改变 安全性改变 科学出版社职教技术出版中心 12

22 第二章组成食物的化学成分 (1) 了解组成食物的主要成分 ( 水 蛋白质 糖类 脂类 ) 的分子结构 存在状态和理化性质 ; 了解食物中的其他成分 ( 维生素 无机盐 植物次生物质 有机酸等 ) 的种类及其在食物中的作用 (2) 熟悉水和油脂的分散作用 热介质作用在烹饪中的应用 ; 熟悉蛋白质乳化性 发泡性及其应用 ; 熟悉油脂自动氧化反应 加热油脂的特性及其应用 (3) 掌握水分活度概念及其应用 ; 掌握蛋白质的两性 变性 胶体性及其应用 ; 掌握焦糖化 羰氨反应 淀粉的糊化和老化及其应用 维里 旺卡是童话小说枟查理和巧克力工场枠中那个伟大的巧克力工厂的老板, 他是三餐式口香糖的先驱 他在旅途中告诉孩子们 : 有了三餐式口香糖, 我们再也不用进厨房烹饪了 他还为孩子们做了一个旺卡魔法口香糖 仅一小块旺卡魔法口香糖就能变出番茄汤 烤牛肉 烤马铃薯 越橘馅饼和冰淇淋等一大堆美食 淘气的维奥莱特 比里加德无法控制她的激动情绪, 狼吞虎咽地吃下了整块尚处于实验阶段的口香糖, 结果她很快就变成了一个巨大的越橘 这个故事可能吗? 现在或不远的将来, 这也许不再是童话 食品业巨头 卡夫公司计划生产一种旺卡饮料, 在你购买了这种饮料回家后, 根据自己的喜好决定该饮料的色彩 口味以及营养成分的含量等 你只需把微波发射机调到适当的档位来处理这种饮料 卡夫公司或许会向你出售这种微波发射机 微波发射机将激活饮料中的纳米胶囊 ( 胶囊中已经含有一些必需的化学成分 ), 然后你就等着坐享其成吧 绿色 带有一点咖啡因和 ω 唱 3 脂肪酸的黑醋栗口味饮料出来了 那么, 以上理想变为现实的关键在哪? 关键在于, 第一, 要有所需的食品成分, 第二, 要能够把所需的成分在精确的时间放到精确的地方 这两个问题用化学来讲就是能够精确地控制食品的组成 烹调加工也许还做不到那么 精确, 但是日新月异的现代科技 纳米技术已经在食品中应用了, 相信烹调食物将愈来愈 精确, 所以学习食物的化学组成是很有必要的

23 烹饪化学 到超市去看看奶粉包装袋上有关成分的说明, 并查查日常菜肴的有关化学成分的数 据, 比较这些数据, 找出共同点 第一节水 水是食物中最重要的成分之一 各种食物都含有一定量的水, 水对食物的结构 质 地 风味都会产生极大的影响 同时, 水又是烹饪加工中的重要用料之一, 加工用水直 接影响到成品的品质 一 水的基本概述 ( 一 ) 食物中水的存在与存在状态 1 畅水存在于大多数食品中 大多数食品含水量为 70 % ~ 80 %, 是含量最多的成分 不同食物的含水量和水的 分布与其来源 加工 贮存有关 例如, 多数新鲜食物中都含有大量的水分 : 一般果品 的含水量为 70 % ~ 90 %, 蔬菜为 65 % ~ 95 %, 肉类为 50 % ~ 80 % 当食物内部的水蒸气压与外界空气的水蒸气压在一定温度下达成平衡时, 食物的含 水量保持一定的数值, 这个数值为食物的平衡水分含量, 简称为食物的水分含量或食物 的含水量, 通常用质量分数表示 食物的含水量有干基和湿基两种不同的表示法 干基 是指水分占食物干物质质量的百分数 ; 湿基是指水分占含水食物总质量的百分数 根据含水状况, 食物可分为低含水食物和富含水食物 低含水食物宏观上是干燥的 固体或富含油脂的半固体食物 例如, 干淀粉 食盐 食糖等属于干食物, 但它们仍然 含有一定的水分 富含水食物为含水湿润状态, 又分为液态食品和湿固态食物两大类 液态食物包括水溶液 胶体溶液和非均相的液态食物, 如糖溶液 茶水 牛奶 豆浆 果汁 粥 汤汁 蛋清等, 它们的主要特征是具有流动性, 能够对别的物体产生湿润作 用 湿固态食物几乎没有流动性, 包括凝胶 湿固体泥浆状 ( 糊状 膏状 ) 和生物组织 体, 如果冻 肉冻 熟蛋黄 松花蛋 鲜肉 米饭等 2 畅食物中水的存在状态 科学出版社职教技术出版中心 食物中的水与纯水的存在状态不同, 使得食物中水与纯水表现出很大的差异 例 如, 将一块鲜肉切开, 不会出现大量水流动或损失的现象 ; 另一方面, 面粉 饼干等干 14

24 第二章组成食物的化学成分 燥食品, 它的含水量也达百分之十几, 但它却不显 潮湿 这是因为在食物中的水能与别的物质相互影响 相互作用, 其状态和性质与水分子单独存在时不同了 根据水与别的物质相互作用的大小, 可将水分存在状态分为 : 1) 自由水自由水是食物中被毛细管力或其他较弱吸引力维系的水 这种水存在于食物的微细结构中, 如微毛细管 大毛细管 细胞 组织囊腔内等, 它们几乎具有水的全部性质, 是食物中容易变化的部分 在食物中既可以以液体形式移动并结冰, 也可以以蒸汽形式移动 烹饪加工中, 如干制 涨发食物时, 主要就是自由水在变化 食物中的自由水并非是完全自由流动的水, 这与食物组织中各种空间阻碍有关 特别是在具有微观空间网状结构的凝胶或细胞组织中, 自由水很大部分因毛细力 表面吸附力和渗透压而不能流动 当然它也因食物组织网状结构的机械阻碍而被限制在一定范围内流动, 但宏观上看不出来 如苹果所含的水虽然绝大部分是自由水, 但却不能自由流动, 只有通过挤压, 才能将苹果中的自由水榨出 2) 结合水结合水是食物中被氢键维系着的水, 处于束缚状态或结合状态, 也称束缚水 它们以严格的比例与这些物质的分子相吸引, 只有在高温 ( 大于 105 ) 或化学试剂 ( 强脱水剂 ) 作用于原料时才有可能逸出, 一般干燥不能脱去, 所以这种水是该物质的组成部分, 因此也称为化学结合水 自由水和结合水之间并没有严格界限, 在结合水和自由水之间难以做定量的划分, 但可以根据其物理 化学性质做定性的区分, 可参见表 2 畅 1 表 2 畅 1 结合水与自由水的区别 类别 结合水 自由水 数量 固定, 与极性基团的数量成比例 不固定, 与食物的物理结构有关 对风味影响 较大 不大 沸点 沸点升高 难挥发 与纯水一样 结冰 不易 与纯水一样 作为溶剂 不能 能 被微生物利用 不能, 不会引起食品腐败变质 能 食物中不同成分结合水的能力不同 大部分的结合水是和蛋白质 糖等相结合 据测定, 每 100g 蛋白质可系着的水分平均达 50g 左右, 每 100g 淀粉的持水力在 30 ~ 40g 之间 例如, 重 100g 的鲜肉, 总含水量为 75g, 含蛋白质 20g, 在总含水量中有 10g 左右水是被蛋白质吸附的结合水, 但其余的 65g 仍是自由水, 不过这些自由水都因肉中各种细胞结构 纤维结构 膜结构的渗透压力 毛细力 表面吸附力固定在各种物质微观结构中, 所以, 肉中的水几乎都不能流动 用刀切开肉或滴干时, 也只有少许自由水流 15

25 烹饪化学 失, 大略 15g 左右 当往肉中加入盐时, 可使更多的水渗出, 这些水就是因渗透压改变 而从肉的凝胶结构或细胞中流出的, 属于胶体吸附水和毛细管水 ( 图 2 畅 1) ( 二 ) 水的化学组成和结构 图 2 畅 1 鲜肉水分的状态及分布 水分子是由两个氢原子和一个氧原子以两个氢氧 ( H O) 极性共价单键 ( 具有部 分离子键的特征 ) 结合成的化合物, 其分子式是 H2 O, 这两个键的夹角为 104 畅 5, 水 图 2 畅 2 单个水分 子结构示意图 分子为 V 角型分子 因氧的电负性 ( 原子吸引共用电子对的能力 ) 比氢大, 故共价键中的电子对偏向氧原子, 使之带有部分负电荷 (2δ - ), 而氢原子带部分正电荷 (δ + ), 所以水是典型的极性分子 可用图 2 畅 2 来表示 水是由 水分子团 (H2 O) n 构成的一种物质 水分子团 由 分子借氢键结合而成, 有不同结构和大小 ( n = 1, 2, 3, 4, ) 这种由简单分子结合成为复杂的分子集团而不引起物质化学性质改变的过程, 称为分子 的缔合 可以写成如下平衡式 : nh 2 O 缔合 离解 (H 2 O) n + 热量 每个水分子最多能与另外 4 个水分子形成氢键, 即它们可以形成三维氢键, 得到四 面体结构, 如图 2 畅 3 所示 图 2 畅 3 水分子间通过氢键形成的四面体结构 ( 虚线为氢键, 小黑球为氢原子 ) 科学出版社职教技术出版中心 当有其他物质存在或温度变化时, 水分子团要受到影响, 使 水分子团 的结构改 变, 这就导致水的口感 溶解作用等性质发生变化 例如, 作为饮用水, 较理想的为 5 ~ 6 个水分子组成的水分子团 温度升高, 水的缔合反应向左移动, 即缔合水分子减 16

26 第二章组成食物的化学成分 少, 水分子团变小 ; 温度上升到一定限度时, 水分子之间难形成氢键, 水分子团很小, 甚至为单或双分子状态, 这就是气态水状态 ; 而温度下降到一定限度, 多数水分子都缔合, 这是固体冰的状态 冰的分子间空隙反而较液体水大 ( 三 ) 食物中水的性质水分子是氢的稳定氧化物, 其化学键牢固, 一般情况下不易分解 在食物和烹饪中, 水的主要作用还是表现在物理性质上 1 畅水的物理性质水的有关物理性质见表 2 畅 2 表 2 畅 2 水和冰的物理常数 性能 数值 性能 数值 相对分子质量 18 畅 0153 蒸发热 (80 )/(kj/ m ol) 41 畅 562 熔点 (0 畅 1 M Pa)/ 0 畅 000 蒸发热 (100 )/(kj/ m ol) 40 畅 657 沸点 (0 畅 1 M Pa)/ 100 畅 000 蒸发热 (120 )/(kj/ m ol) 39 畅 676 熔化热 (0 畅 1 M Pa)/ 6 畅 012 蒸发热 (140 )/(kj/ m ol) 38 畅 620 其他性质 温度 常数 20 0 ( 水 ) 0 ( 冰 ) - 20 ( 冰 ) 密度 /( g/cm 3 ) 0 畅 畅 畅 畅 9193 黏度 /( Pa s) 1 畅 畅 蒸汽压 /( kpa) 2 畅 畅 畅 畅 103 比热 /(J/ g K) 4 畅 畅 畅 畅 9544 蒸发热 /( kj/ m ol) 44 畅 畅 96 升华热 /( kj/ m ol) 50 畅 畅 06 水的沸点与压力相关 ( 表 2 畅 3), 在不同压力下不同 高压锅因压力增大, 水的沸点可达 120 左右, 所以高压锅加热能大大加快食品制熟的速度, 缩短烹饪时间 表 2 畅 3 水的饱和蒸汽压与温度的关系 t/ p/ Pa t/ p/ Pa 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅

27 烹饪化学 2 畅食品中水与非水成分的关系水的介电常数大, 可促进电解质电离, 离子型化合物在水中就易于溶解 即使非离子极性化合物, 如糖类 醇类等有机物质, 也由于水可以与它们的极性基团如羟基 氨基 羰基等形成氢键而溶于水中 ; 蛋白质 多糖等高分子化合物也能分散于水中成胶体溶液, 或者结合大量的水成为凝胶, 使食物形成各种分散体系 参见表 2 畅 4 表 2 畅 4 食物中水与非水成分的关系 非水成分 作用类型 可能结果 实例 低分子合物 : 离子化合物 偶极 离子 电解质溶液 氯化钠溶液 非离子极性化合物 偶极 偶极 非电解质溶液 蔗糖溶液 高分子化合物 : 离子化合物 偶极 离子 胶体溶液或凝胶 蛋白质胶体 非离子极性化合物 偶极 偶极 胶体溶液或凝胶 淀粉溶胶 非极性化合物疏水作用粗分散体系水油乳化液 食物中的各种成分, 根据与水作用的状况, 可分为亲水性成分和疏水性成分 亲水 性成分与水分子能通过强的分子间作用力, 如氢键和静电吸引力相互吸引, 使得这些非 水成分周围被水分子包围, 这种作用称为水化作用 亲水性成分如果能够以单分子分散 在水中, 则为水溶性成分 食品的疏水性成分有油脂 矿质和金属粉末等 它们和水分子之间可以通过疏水作 用来改变对方的存在状态, 从而在食物中形成其他形态的分散体系和物质状态, 使食物 的性能更为复杂 多样 例如, 许多固体和半固体食物中的乳化态 泡沫态 悬浮态和 泥浆态等 二 水分活度 ( 一 ) 水分活度的概念 食物中的水, 不管是自由水, 还是结合水, 都受到不同程度的束缚 被束缚的程度 越大, 则水从溶液中逃逸出来形成水蒸气的趋势就越小 为了更好地说明不同的束缚程 度或自由程度, 引入了水分活度这一概念, 借以定量地描述食物的水分状态 水分活度 描述了水分子自由程度大小, 它反映了水分可被利用的程度, 如可溶解物质的能力 可 被微生物利用的能力等 显然, 这些能力大小是与纯水相对而言的 因此水分活度可定 义为食物或溶液的逸度 ( 水分子逸出体系的速度 ) 与同温度下纯水逸度之比, 它近似地 等于食物或溶液的蒸汽压 p 与同温度下纯水的饱和蒸汽压之比 p0 可表示为 科学出版社职教技术出版中心 18

28 第二章组成食物的化学成分 式中 : Aw 水分活度 ; A w f f 0 食物和纯水的逸度 ; = f f 0 p p0 食物和纯水的蒸汽压 ; p p0 = ER H 100 ER H 大气平衡相对湿度, 即物料既不吸湿也不散湿时的大气相对湿度 Aw 数值在 0 ~ 1 之间 纯水的水分活度 Aw 为 1 ; 而由于食物中溶有盐类及有机物, 食物中的水总有一部分是以结合水的形式存在, 不易挥发出来, 因此其饱和蒸汽压要下 降, p 总是小于 p0, 故 Aw < 1 ; 完全无水时 Aw = 0 将食物放在不同湿度 ( R H) 下, 它会呈现不同状态 : 当 R H > Aw 时, 即食物放入 较自身更为潮湿的环境中, 食物会吸湿, 水量会增加, 水分活度也增大 反过来当 R H < Aw 时, 食物会解湿, 水量减少 只有当 R H = Aw 时, 食物水量才不变化, 此时 挥发和吸收的水分处于动态平衡, 将此时的大气湿度称之为平衡相对湿度 ERH ( 二 ) 水分活度的影响因素食物的水分活度易受各种因素影响 食物中亲水性物质愈多, 亲水力越强, 结合水越多, 水分活度就越小, 所以可通过增减食物成分来调节其水分状态 一般情况下, 食物中的含水量越高, 水分活度越大 水分含量与水分活度的关系可用图 2 畅 4 来表示 从图 2 畅 4 中可以看出两者之间并不存在正比关系 从图 2 畅 4 中还可看出, 高含水量食品 ( 含水量超过 50 % ), 其 A w 接近 1 畅 0, 此时含水量变化对 A w 的影响小 ; 低含水量食品, 特别是完全无水的食品, 极少量的水分变动会导致 Aw 极大的变动 图 2 畅 4 食物中含水量与水分活度的关系 ( 三 ) 水分活度的意义和应用 水分活度反映了食物中的水分状态, 直接与食物的稳定性 质构和加工工艺性 19

29 烹饪化学 有关 1 畅水分活度与食物的耐藏性关系食物的水分活度愈大, 说明其自由水愈多, 水分被利用的程度越大, 食物的耐藏性就越小 一般来看, 腌制 盐渍 干制 脱水产品因水分活度低耐藏性高, 而新鲜食品水分活度高耐藏性低 因为, 食物变质主要是两方面的原因引起的 一方面, 微生物在食物中的生长繁育导致食品质量下降, 甚至腐败 但微生物需要一定的水分才能进行一系列正常代谢, 微生物所需的许多养分也必须溶解在水中才能被利用 Aw 太低, 自由水少, 微生物可利用的水少, 其生长繁殖就会受到抑制, 甚至死亡 可见, Aw 是微生物生长繁育的一个重要影响因素, 见表 2 畅 5 表 2 畅 5 微生物生长所需的最低水分活度 微生物 最低水分活度 微生物 最低水分活度 微生物 最低水分活度 普通细菌 0 畅 91 嗜盐细菌 0 畅 75 耐高渗酵母 0 畅 61 普通酵母 0 畅 87 沙门氏菌 0 畅 93 耐干性酵母 0 畅 65 普通霉菌 0 畅 80 大肠杆菌 0 畅 95 耐干性霉菌 0 畅 65 另一方面, 食品中可能发生各种能导致食品变质的化学反应 劣变反应 这些变 化都与食品中的水分活度有关, 所以 Aw 大小能影响食品的稳定性 ( 图 2 畅 5) 图 2 畅 5 水分活度与食品中常见变化的关系 A : 脂肪氧化 B : 非酶褐变 C : 水解 D : 酶活力 E : 霉菌生长 2 畅水分活度与食物质构的关系 F : 酵母生长 G : 细菌生长 水分活度对干燥和半干燥食物的质构有很大的影响 要保持干燥食物的理想性质, 水分活度不能超过 0 畅 3 ~ 0 畅 5 当水分活度从 0 畅 2 ~ 0 畅 3 增加到 0 畅 65 时, 大多数半干或 干燥食品的硬度及黏着性增加 水分活度为 0 畅 4 ~ 0 畅 5 时, 肉干的硬度及耐嚼性最大 另外, 要想保持脆饼干 爆玉米花及油炸土豆片的脆性, 避免糖粉 奶粉以及速溶咖啡 结块 变硬发黏, 都需要使产品具有相当低的水分活度 科学出版社职教技术出版中心 20

30 第二章组成食物的化学成分 对含水量较高的食物 ( 蛋糕 面包等 ), 为避免失水变硬, 需要保持有相当高的水分活度 有些研究认为, 将一些食物 ( 如火腿 牛肉 蛋奶冻 豌豆 ) 的水分活度从 0 畅 70 提高到 0 畅 99 时, 就能获得更令人满意的食品质构 三 水在烹饪中的作用水作为食物的主要成分, 在烹饪中发挥分散功能和热媒介功能 ( 一 ) 水的分散功能的应用水的分散功能是指水能够作为分散介质或分散质与食物的其他成分形成各种分散体系的特性 它对食物有如下影响 : 1 畅影响固态食物的质构和液态食品的流动性水是食物中的塑性成分, 具有对固体食物的增塑作用, 完全没有水或不溶于水的固体食品没有好的流动性和口感 流质食物的流动性归根到底是水的流动性 菜肴和点心的鲜嫩 化渣就是食物中水所发挥出的溶解性 分散性能和流动性能的体现 所以, 食品的鲜嫩除了与它本身的组织结构和成分有关外, 水含量和状态是重要的决定因素 例如, 水果蔬菜组织结构松脆 含水多, 显得鲜嫩多汁, 一旦失去一部分水分, 组织细胞内的压力降低, 就会枯蔫 皱缩和失重, 食用价值大大下降 2 畅影响食物中水溶性成分的状态和含量水作为溶剂, 对食物中水溶性成分的分解 溶解 扩散 渗透等起重要作用 例如, 畜肉中含有低分子肽 氨基酸 低分子含氮有机物 维生素 无机盐等水溶性物质, 烹制肉时, 其细胞破裂, 这些水溶性成分溶出, 在加热过程中能产生风味物质, 构成特有的肉香和鲜味 有些苦味物质和有害物质可在水中溶解或者被水解破坏 利用这个原理, 常用浸泡 焯水等方法去除异味和有害物质 如鲜黄花菜中含有对人体有害的秋水仙碱, 它可溶于水, 如将鲜黄花菜浸泡 2h 以上或用热水烫后, 挤去水分, 漂洗干净, 即可去除秋水仙碱供食用 水的流动也导致有益成分的流失, 在水中某些有益成分还容易发生化学反应而被破坏, 烹饪加工中应充分注意这个问题 如水溶性维生素 水溶性含氮化合物 氨基酸和水溶性色素等溶于水后, 会造成流失和破坏, 从而大大影响食物的营养价值及其他性能 ( 二 ) 水的热媒介功能水是烹调中常用的传热介质, 常采用水煮等液态水加热方式和汽蒸等蒸汽加热方式来加热食品 因为, 水具有稳定的化学性质, 不会产生有害物质 ; 有良好的溶解能力, 有恒定的沸点, 流动性大, 渗透力强 ; 具有隔氧防氧化作用, 拥有高熔化热 高汽化热 21

31 烹饪化学 和高热容量等热学性能 水的黏度低, 在加热时, 水能够形成明显的热对流, 其传热效率高 速度快 ; 水的渗透性强, 沸腾状态的水有机械作用, 对食物的熟制 均匀受热 可溶物的溶解 油脂的乳化等非常有帮助 高温高压的热蒸汽, 温度高, 汽化热大, 加热效果好, 还因液态水少 没有明显溶解作用, 可保持食品外型, 减少可溶成分流失 水的高热容量 高汽化热和恒定的沸点, 为稳定地将热源的能量传递给受热食物提供了基础 即使热源功率增大或降低, 水温也不易发生过快和过大的升降 同样, 在恒定功率的热源下, 通过增减水量, 特别是增减不同温度的水, 能快速和准确地调节加热温度, 为食物均匀受热和恒温受热提供了保障 第二节蛋白质 蛋白质是生命现象的物质基础, 是存在于一切生物体内最重要的物质 食物中的蛋 白质对食物的营养卫生 工艺性和色 香 味 质构等都会产生重大影响 烹饪加工中 蛋白质的性质和变化是决定菜肴质量的重要因素 一 氨基酸与蛋白质的化学基础知识 ( 一 ) 氨基酸与蛋白质的组成 1 畅蛋白质的元素组成 蛋白质是分子质量很大的一种生物高分子, 其主要组成元素是 C H O N S P 等 在这些元素中, 氮的含量几乎是恒定的 一般来说, 蛋白质的平均含氮量为 16 %, 即每 100g 蛋白质平均含氮 16g, 反过来, 也就是说 16g 氮对应 100g 蛋白质, 1g 氮与 100g/16 = 6 畅 25g 蛋白质相当, 所以 6 畅 25 称为蛋白质换算系数 2 畅氨基酸及通式 氨基酸为蛋白质的构成单位 构成蛋白质的氨基酸是 α 唱氨基酸, 其通式如下 : 3 畅氨基酸的分类 不同的氨基酸其 R 不同, 常见氨基酸及分类见表 2 畅 6 科学出版社职教技术出版中心 22

32 第二章组成食物的化学成分 表 2 畅 6 构成蛋白质的主要氨基酸 分类 名称 相对分 子质量 结构式 p K C O O H α 唱 N H 2 R pi 甘氨酸 75 畅 07 N H 2 C H 2 C O O H 2 畅 34 9 畅 60 5 畅 97 丙氨酸 89 畅 09 C H 3 C H C O O H N H 2 2 畅 34 9 畅 69 6 畅 02 C H 3 缬氨酸 117 畅 15 C H 3 C H C H C O O H 2 畅 34 9 畅 62 5 畅 97 N H 2 C H 3 N H 2 亮氨酸 131 畅 38 H 3 C C H C H 2 C H C O O H 2 畅 36 9 畅 60 5 畅 98 脂肪族氨基酸 异亮氨酸 131 畅 38 C H 3 C H 2 C H C H C O O H H 3 C N H 2 2 畅 36 9 畅 68 6 畅 02 丝氨酸 105 畅 09 H O C H 2 C H ( N H 2)C O O H 2 畅 21 9 畅 15 5 畅 68 苏氨酸 119 畅 12 半胱氨酸 121 畅 16 蛋氨酸 149 畅 12 H 3 C H C H C O H N H 2 S H N H 2 C C H 2 H C O O H C O O H H H 2 C C H 2 C C O O H SC H 3 N H 2 2 畅 畅 43 6 畅 53 1 畅 71 8 畅 畅 78 5 畅 02 2 畅 28 9 畅 21 5 畅 75 谷氨酸 147 畅 13 H O OCC H 2 C H 2 C H ( N H 2)C O O H 2 畅 19 9 畅 67 4 畅 25 3 畅 22 N H 2 天冬氨酸 133 畅 11 H O O C C H C C O O H H 2 2 畅 09 9 畅 82 3 畅 86 2 畅 97 O 谷氨酰胺 146 畅 15 N H 2 C C H 2 C H 2 C H CO O H 2 畅 17 9 畅 13 5 畅 65 N H 2 N H 2 O 天冬酰胺 132 畅 11 H O O C C H C C H 2 H N 2 2 畅 02 8 畅 8 5 畅 41 赖氨酸 146 畅 19 H H 2 C C C C C C O O H H 2 H 2 H 2 N H 2 N H 2 2 畅 18 8 畅 畅 53 9 畅 74 精氨酸 174 畅 20 H 2 N C N H N H N H H C C C C O O H H 2 H 2 N H 2 2 畅 17 9 畅 畅 畅 76 23

33 烹饪化学 续表 分类 名称 相对分 子质量 结构式 p K C O O H α 唱 N H 2 R pi 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 165 畅 20 酪氨酸 181 畅 20 H O C H 2 C H 2 C H N H 2 N H 2 C H C O O H C O O H 1 畅 83 9 畅 13 5 畅 48 2 畅 20 9 畅 畅 07 5 畅 66 脯氨酸 115 畅 14 1 畅 99 0 畅 60 6 畅 30 杂环氨基酸 色氨酸 204 畅 23 2 畅 38 9 畅 39-5 畅 89 组氨酸 155 畅 16 1 畅 82 9 畅 17 6 畅 00 7 畅 59 ( 二 ) 蛋白质的分子结构蛋白质的结构很复杂, 可分为一级 二级 三级和四级结构 1 畅初级结构 蛋白质初级结构, 即一级结构, 是指氨基酸按一定的顺序以肽键相连形成的线性多 肽链 氨基酸与氨基酸分子可以发生成肽反应 : 一个 α 唱氨基酸分子的氨基与另一个 α 唱氨 基酸分子的羧基间脱去一分子水缩合形成称为肽的化合物, 此时的酰胺键称之为肽键 两个氨基酸分子脱水后形成的含有肽键的化合物叫二肽, 同样则有三肽 四肽等, 统称 为多肽 O O NH2 CH C OH + NH2 CH C OH R1 R2 NH2 CH R1 科学出版社职教技术出版中心 O C N H 肽键 CH R2 O C OH + H2 O 2 畅高级结构高级结构, 即空间结构, 包括二级 三级 四级结构 二级结构是指蛋白质分子中 24

34 第二章组成食物的化学成分 多肽链骨架的折叠方式, 实验证明, 多肽链的二级结构主要是 α 唱螺旋结构, 其次是 β 唱折叠结构 三级结构是二级结构的蛋白质进一步折叠为紧密结构时的三维空间排列 几条多肽链在三级结构的基础上缔结在一起, 即由相同或不同球蛋白分子所构成的聚合体, 就是蛋白质的四级结构, 并非所有的蛋白质分子都有四级结构 3 畅蛋白质分子空间结构和维持力蛋白质分子间或分子内不同部分存在相互作用力, 正是它们维持着蛋白质分子的空间结构 这些维持力有氢键 静电引力 疏水作用等非共价化学键, 这些作用力都比较弱, 可称为次级键 另外, 维持力中还有二硫键 酰胺键等共价键 图 2 畅 6 是蛋白质空间结构维持力示意图 图 2 畅 6 蛋白质空间结构维持力 ( 三 ) 蛋白质的分类蛋白质种类繁多, 通常是按照蛋白质的组成及溶解性来分类 有些蛋白质完全由氨基酸构成, 称为简单蛋白质 ; 而另一些蛋白质除了蛋白质部分外, 还有比较耐热的水溶性非蛋白低分子成分, 这种成分称为辅基或配基, 这类蛋白质称为结合蛋白质 具体分类可见表 2 畅 7 表 2 畅 7 蛋白质的分类蛋白质类别分类标准特性存在及实例 简单蛋白(按溶解性分) 清蛋白 ( 白蛋白 ) 球蛋白谷蛋白 溶于水, 但加硫酸铵至饱和后沉淀不溶于水和饱和硫酸铵溶液, 但溶于稀盐溶液不溶于水 醇和盐溶液, 但溶于稀酸 稀碱 加热凝固, 可结晶, 多为功能蛋白或球状蛋白可结晶, 动物球蛋白加热可凝固, 植物球蛋白不易凝固加热可凝固, 贮存蛋白, 谷氨酸含量高 所有生物中存在, 如卵清蛋白 乳清蛋白 豆清蛋白 麦清蛋白等所有生物中存在, 如大豆球蛋白 乳清球蛋白 肌球蛋白 血清球蛋白 麦球蛋白等仅存在于禾谷类植物种子中, 如米谷蛋白 麦谷蛋白 玉米谷蛋白等 25

35 烹饪化学 续表 蛋白质类别分类标准特性存在及实例 醇溶谷蛋白 ( 胶蛋白 ) 不溶于水 盐溶液, 但溶于稀酸 稀碱和 70 % 乙醇 加热可凝固, 贮存蛋白, 无水乙醇不溶 仅存在于禾谷类植物种子中, 如米胶蛋白 麦胶蛋白 玉米醇溶谷蛋白等 简单蛋白(按溶解性) 精蛋白组蛋白 水 稀酸中可溶, 氨水中不溶水 稀酸中可溶, 但稀氨水中不溶 加热不凝固, 碱性蛋白, 含大量精氨酸加热不凝固, 碱性蛋白 细胞中与核酸结合, 如鱼 蛙的精子和卵细胞中存在, 其他食品中含量很少细胞中与核酸结合, 如动物胸腺中存在, 其他食品含量很少 硬蛋白 不溶于水 盐溶液 稀酸和稀碱 不溶蛋白, 多为纤维状蛋白, 动物的支持材料 动物结缔组织或分泌物中存在, 如胶原蛋白 弹性蛋白 角蛋白 网硬蛋白 丝蛋白等 核蛋白核酸组蛋白与核酸结合 广泛存在, 但含量少, 如染色体 核 糖体 结合蛋白(按辅基分) 脂蛋白 糖蛋白 磷蛋白 脂肪和类脂 糖类 磷酸 一般作为脂肪的运输 方式或乳化方式 许多功能蛋白, 有些种 类黏度大 磷酸酯形式, 加热难 凝固 色蛋白色素多为酶等功能蛋白 金属蛋白 与金属直接结合 多为酶或运输功能的 蛋白 二 氨基酸与蛋白质的性质及其在烹饪中的应用 ( 一 ) 氨基酸与蛋白质的两性性质及应用 广泛存在, 如血浆脂蛋白 卵黄脂蛋 白 牛奶脂肪球蛋白等 广泛存在, 如卵黏蛋白 卵类黏蛋白 血清类黏蛋白等 广泛存在, 如酪蛋白 卵黄磷蛋白 胃 蛋白酶等 如血红蛋白 肌红蛋白 叶绿蛋白 细 胞色素等 广泛存在, 如运铁蛋白 乙醇脱氢 氨基酸和蛋白质都含有酸性和碱性基团, 同时表现出酸和碱的性质来, 这叫两性性 质 在水中, 氨基酸 ( 或蛋白质 ) 的酸碱性如图 2 畅 7 所示 若调节溶液的 ph, 使氨基酸或蛋白质分子所带正负电荷相等, 其净电荷为零, 此 时溶液的 ph 称为该种氨基酸或蛋白质的等电点, 以 pi 表示 一些常见蛋白质的等电 点见表 2 畅 8 酶等 科学出版社职教技术出版中心 26

36 第二章组成食物的化学成分 图 2 畅 7 氨基酸 ( 或蛋白质 ) 的两性离解 表 2 畅 8 常见食品蛋白的等电点 蛋白质 来源 等电点 (pi) 蛋白质 来源 等电点 (pi) 胶原 牛 8 ~ 9 小麦胶蛋白 小麦面粉 6 畅 4 ~ 7 畅 1 白明胶 动物皮 4 畅 80 ~ 4 畅 85 米胶蛋白 大米 6 畅 45 乳清清蛋白 牛奶 5 畅 12 大豆球蛋白 大豆 4 畅 6 乳清球蛋白 牛奶 4 畅 5 ~ 5 畅 5 伴大豆球蛋白 大豆 4 畅 6 酪蛋白 牛奶 4 畅 6 ~ 4 畅 7 肌红蛋白 牛肌肉 7 畅 0 卵清清蛋白 鸡蛋 4 畅 5 ~ 4 畅 9 肌球蛋白 牛肌肉 5 畅 4 卵伴清蛋白 鸡蛋 6 畅 1 肌动蛋白 牛肌肉 4 畅 7 卵清球蛋白 鸡蛋 4 畅 8 ~ 5 畅 5 肌溶蛋白 牛肌肉 6 畅 3 卵清溶菌酶 鸡蛋 10 畅 5 ~ 11 畅 0 肌浆蛋白 牛肌肉 6 畅 3 ~ 6 畅 5 卵类黏蛋白 鸡蛋 4 畅 1 血清蛋白 牛 4 畅 8 卵黏蛋白 鸡蛋 4 畅 5 ~ 5 畅 0 胃蛋白酶 猪胃 2 畅 75 ~ 3 畅 0 小麦清蛋白 小麦面粉 4 畅 5 ~ 4 畅 6 胰蛋白酶 猪胰液 5 畅 0 ~ 8 畅 0 小麦球蛋白 小麦面粉 5 畅 5 鱼精蛋白 鲑鱼精子 12 畅 0 ~ 12 畅 4 小麦谷蛋白 小麦面粉 6 ~ 8 丝蛋白 蚕丝 2 畅 0 ~ 2 畅 4 在 ph = pi 时, 氨基酸及蛋白质分子净电荷为零 ; 在 ph > pi 时酸式离解强于碱式离解, 分子带上负电 ; 在 ph < pi 时, 碱式离解强于酸式离解, 分子带上正电, 见图 2 畅 8 由于溶液的 ph 改变对蛋白质分子的带电状况有直接影响, 从而使蛋白质的其他性质, 如变性 胶体性等性质受到影响, 所以蛋白质的两性性质在烹饪加工中被广泛应用 如蛋白质沉淀 蛋白质凝胶的形成, 都可以通过调节 ph 来控制 其中, 最重要的是利用等电点的有关原理 图 2 畅 8 蛋白质和氨基酸分子 所带电荷与 ph 的关系 (pi 等电点 ) 27

37 烹饪化学 在等电点时, 蛋白质净电荷为零, 与水的吸引力小, 分子内各部分之间电斥力最 弱, 分子能更趋紧凑, 与水的接触面小, 所以水化作用弱, 因此溶解度 溶胀能力 黏 度都降到最低点 在等电点时, 蛋白质可能会沉淀下来, 这叫等电沉淀 例如, 牛奶中 加酸立刻会看到絮状沉淀 为了提高蛋白质的水化作用和溶解度, 要偏离其等电点 一般食物的蛋白质等电点 都在微酸性 ph 处, 所以, 烹饪中一般采用加碱方法而不是加酸方法来改善食品的水化 状况 如碱发干货就是一个例子, 因为此时加碱更能远离蛋白质的等电点, 使其带电荷 更多, 有利于水化作用 ( 二 ) 蛋白质的水解及应用 蛋白质在酸 碱或蛋白酶作用下发生水解作用, 最后被分解成氨基酸 水解过程及 其产物如下 : 蛋白质胨多肽短肽 α 唱氨基酸 蛋白辅基 蛋白质完全水解生成其相应的氨基酸, 结合蛋白质水解的最终产物除了 α 唱氨基酸 外, 还有相应的非蛋白物质, 如糖类 色素 脂肪等 人体消化蛋白质时就是发生上述 反应 在食品加工中, 蛋白质一般都不能完全水解, 也不需要完全水解, 甚至水解程度 很轻微 胨及以前的产物是轻微水解的产物, 它们仍具高分子特性, 如黏度大, 溶解度 小, 甚至加热可凝固 ; 肽是较小分子的产物, 易溶于水, 胶体性弱 烹饪吊汤时, 原料 中的蛋白质主要就是发生水解反应, 让不溶蛋白变成低分子可溶成分, 从而产生鲜味, 所以恰当的水解对食品品质有利 ( 三 ) 蛋白质的变性及应用 1 畅蛋白质变性的概念 天然蛋白质因各种因素的影响, 其原有的分子构象发生变化, 引起蛋白质的理化性 质改变和丧失原有生物功能的现象称为蛋白质的变性 变化后的蛋白质称为变性蛋白 质 在这个变化中蛋白质并未分解, 其一级结构不变, 不过二 三 四级结构发生了变 化 其结构变化的方向, 一般是从原来较为紧密的状态转变为疏松伸展的状态 ( 图 2 畅 9) 2 畅影响蛋白质变性的因素 科学出版社职教技术出版中心 影响蛋白质变性的因素很多, 如物理方面的紫外线照射 加热 加压 超声波 射 线照射等 ; 化学方面的强酸强碱 乙醇 丙酮等溶剂, 重金属如 H g + A g + Pb

38 第二章组成食物的化学成分 图 2 畅 9 蛋白质变性和复性时分子结构变化示意图 ( 粗黑线表示原蛋白分子内部的肽链段, 一般疏水性强 ) Cu 2 + 盐类等 其中最常见的使蛋白质变性的方法就是加热升高温度 各种蛋白质都 有它的变性温度 ( 表 2 畅 9) 表 2 畅 9 一些蛋白质的热变性温度 蛋白质 热变性温度 / 蛋白质 热变性温度 / ( 牛 ) 肌球蛋白 45 (p H 6 畅 5) ( 鸡 ) 卵类黏蛋白 70 ( 牛 ) 肌溶蛋白 52 α 唱乳清蛋白 83 ( 牛 ) 血清蛋白 65 β 唱乳球蛋白 83 ( 牛 ) 胶原蛋白 65 面筋蛋白 60 ~ 70 ( 牛 ) 血红蛋白 67 大豆球蛋白 92 ( 牛 ) 肌红蛋白 79 燕麦球蛋白 108 ( 鸡 ) 卵黄蛋白 70 酪蛋白 160 ( 鸡 ) 卵清蛋白 56 水能促进蛋白质的热变性 在干燥状态, 蛋白质具有静止的结构, 或者说多肽链段的移动受到了限制 当水分含量增加时, 提高了多肽链的移动性和柔性, 造成变性温度的降低 所以, 烹饪中应该增加水分, 降低食品蛋白质的变性温度, 使加工温度低, 不容易发生化学反应, 这样有利于保留营养成分 表 2 畅 10 提供了几种与食品相关的蛋白质在不同水分含量时的变性温度 表 2 畅 10 一些食品蛋白质在不同水分含量时的变性温度 蛋白质水分含量 / % 变性温度 / 蛋白质水分含量 / % 变性温度 / 蛋白质水分含量 / % 变性温度 / 2 畅 ~ 肌红蛋白 9 畅 畅 畅 6 79 卵清蛋白 ~ ~ 80 大豆蛋白 畅 另外, 由振动 捏合 打擦产生的机械运动也会破坏蛋白质分子的结构, 从而使蛋 白质变性 例如, 在 打 蛋糕时, 就是通过强烈快速的搅拌, 使鸡蛋蛋白质分子受到 29

39 烹饪化学 切向力作用, 由复杂的空间结构变成伸展多肽链, 多肽链在继续搅拌下以多种次级键交 联, 形成球状小液滴, 由于大量空气的冲入, 使蛋清体积大大增加 又如, 在加工面包 或其他面团食品时, 因揉捏或滚动而产生剪切力和压力, 可导致蛋白质的网络结构改 变, 从而使蛋白质变性 这些变性是由运动作用力产生的, 故称运动变性 因蛋白质分子具柔性及可压缩性, 高静压 (100 ~ 1200M Pa) 能使蛋白质空间结构 改变导致变性, 这叫高压变性 压力变性不同于热加工和辐射变性, 它不会损害蛋白质 中的必需氨基酸 天然色泽和风味, 也不会导致有毒化合物的形成 3 畅蛋白质变性的结果和意义 生物活性的丧失是蛋白质变性的主要特征, 如酶催化或抗体免疫活性 肌肉收缩能 力丧失, 所以通过蛋白质变性, 能消除食物中的蛋白质原有的生物特征, 如抗原性 酶 活性或毒性, 蛋白质才能被人体消化吸收, 保证安全无害, 同时还有利于食品色泽 质 地 气味的变化 例如, 花生 大豆 蚕豆 菜豆等的种子中存在着蛋白酶抑制剂, 能 抑制人体内的蛋白质水解酶活性, 当加热烹煮或烘烤, 它们会变性失去活性 由于变性 蛋白分子结构伸展松散, 变性蛋白更易发生化学反应 ( 如易被蛋白水解酶分解 ), 所以 动物蛋白 骨胶原和卵清蛋白, 在适度热处理后更容易消化 烹饪加工中发生的沉淀 胶凝 凝集和凝固 食品热缩等现象, 都与蛋白质变性有 关 高蛋白质烹饪原料加热制熟的程度主要就是依据其蛋白质变性的程度来判断 例 如, 肉在烹调时, 其制熟的程度可根据其肌红蛋白变性时颜色的变化来判断, 还可通过 其胶原蛋白变性热缩的程度来判断 ( 四 ) 蛋白质的胶体性质及应用 1 畅蛋白质的胶体性概述 蛋白质胶体是蛋白质与水相互作用的结果 在有水的环境中, 蛋白质分子与水通过 氢键相互吸引, 蛋白质表面被一层水分子紧紧包围, 这种作用称为水化作用 蛋白质以 单个分子分散到水中形成溶液, 因蛋白质分子是高分子化合物, 分子直径大 ( 大约在 0 畅 01 ~ 0 畅 1μm 之间 ), 其分散体系属于胶体, 故叫蛋白质胶体 蛋白质胶体可分为溶胶 和凝胶, 许多食物在烹饪中的变化都是蛋白质胶体性的不同体现和变化, 这些变化见 图 2 畅 10 2 畅蛋白质溶液的性质 蛋白质胶体溶液是许多液体食物的主要构成部分, 如炖汤 生肉汁 生蛋清等发生 的溶解 沉淀 胶凝等现象和具有流动 高黏性 低渗透压和透析等性质都是蛋白质溶 胶性质的具体表现 科学出版社职教技术出版中心 30

40 第二章组成食物的化学成分 图 2 畅 10 蛋白质与水相互作用的过程和基本情况 1) 溶解与沉淀 蛋白质在水中分散形成高分子溶液或溶胶的过程叫溶解 溶解的关键在于蛋白质分子 彼此能完全分离 由图 2 畅 10 可看到, 蛋白质的溶解要经过 步骤, 使蛋白质从 溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀 在水中添加盐离子, 浓度低时, 溶解度增大, 这叫盐 溶作用 许多球蛋白可溶于低盐浓度的水中, 如肌肉蛋白质具有盐溶性, 所以烹饪中适当 地加盐, 能增大肉的水化程度和溶解度, 使嫩度和保水性改善 但当盐浓度升高时, 盐的 亲水性反而抵消了蛋白质的水化作用, 蛋白质聚集而沉淀下来, 这叫盐析作用 不同盐 离子的盐析能力不同, 这主要与它们的电荷 离子半径等因素有关, 其大小次序如下 : 2) 胶凝作用 M g 2 + > Ca 2 + > Sr 2 + > Ba 2 + > N H + 4 > K + > Na + > Li + ( 阳离子 ) ; SO 2-4 > Ac - ( 乙酸根 ) > Cl - > Br - > NO - 3 > I - > CNS - ( 阴离子 ) 溶胶在一定条件下转变成凝胶的现象称为胶凝, 如肉汤冷却后凝为肉冻, 豆浆中加入 钙镁盐后凝成豆腐等 蛋白质的胶凝作用与蛋白质溶液的沉淀凝集和凝固不同 : 沉淀是指 由于溶解性完全或部分失去而导致的液固分离 ; 凝固是由蛋白质蛋白质的强相互作用引 起的无序聚集成团现象, 而胶凝没有液固分离现象, 胶凝中没有水的流失 ( 图 2 畅 11) 图 2 畅 11 蛋白质沉淀 凝集和胶凝的区别示意图 31

41 烹饪化学 3 畅蛋白质凝胶的性质 凝胶是指不能流动的固体或半固体的胶体, 可看成是水分子为分散质的胶体 凝胶网 络中有自由水, 这些水是被网络结构限制的, 属于宏观上不可流动的自由水 ( 图 2 畅 12) 图 2 畅 12 蛋白质亲水凝胶的 网状结构示意图 a 畅 ( 黑色 ) 蛋白质疏水部位发生疏水作用 ; b 畅 ( 粗黑线条 ) 蛋白质亲水部位水化层 凝胶与溶胶的区别并不在水量多少, 而在 于状态不同 凝胶可以通过溶胶的胶凝作用形 成, 也可通过干蛋白的吸水形成 凝胶的种类 很多, 根据胶凝条件或机制, 有热凝胶 冻凝 胶 ( 冻胶 ) 酸凝胶 碱凝胶 盐凝胶 氧化凝 胶 ( 如血浆蛋白 ) 等类型 例如, 内酯豆腐是 大豆蛋白的酸凝胶, 松花蛋是卵清蛋白的碱凝 胶, 传统豆腐是大豆蛋白的盐凝胶 凝胶的含水量及其水分状态不同, 其性质也 不同, 根据这一特点, 凝胶可分为干凝胶 液凝 胶及复干液凝 干凝胶相对缺乏水分, 外观是干燥的凝胶 ( 仍可通过蒸汽与环境交换水 分 ), 而液凝胶相对富含水分, 属于湿固态食品, 其水分不仅可以通过蒸汽交换, 而且还 能以液态水流动 渗透方式交换 干凝胶可以吸水, 而液凝胶可以脱水, 这是它们的主要 区别 如鲜海参可以脱水干制, 它是液凝胶 ; 而干海参可以吸水涨发, 它是干凝胶 从图 2 畅 10 看到, 蛋白质溶胶与凝胶之间 干凝胶与液凝胶之间可以互变 但一种 蛋白, 除非改变条件, 只能向某方面变化, 具有单向性 例如, 豆腐属于液凝胶, 它不 能再吸收更多的水分, 因此烹调时应该在保水而不是吸水方面下工夫 蛋白质凝胶具有溶胀 离浆 弹性和塑性 持水性等各种表现 1) 持水性 持水性是指凝胶不丢失水的能力, 这些水包括了结合水和自由水, 而持水性主要是 指保持自由水 持水性是湿固态食品在烹饪中的重要功能性质, 特别与肉类菜肴的质量 有重要关系 加工过程中肌肉蛋白质持水性越好, 意味着肌肉中水的含量较高, 制做出 的食品口感鲜嫩 2) 膨润 ( 溶胀 ) 作用 当弹性凝胶和溶剂接触时, 便自动吸收溶剂而膨胀, 体积增大, 这个过程叫膨润或溶 胀 蛋白质溶胀过程经历了水化 湿润和吸水等阶段 ( 即图 2 畅 10 中 步骤 ) 有的弹性凝胶膨润到一定程度, 体积增大就停止了, 称为有限膨润 例如, 木材在 水中的膨润就是有限膨润 有的弹性凝胶能无限地吸收溶剂, 最后形成溶液, 叫无限膨 润 例如, 明胶在水中的膨润就是无限膨润 凝胶的溶胀 ( 膨润 ) 吸水后不溶解, 只是水分散到凝胶中, 使凝胶间隙增大 加工 中有大量的蛋白质溶胀的实例, 如干明胶 鱿鱼 海参 蹄筋等干料的涨发 科学出版社职教技术出版中心 32

42 第二章组成食物的化学成分 3) 离浆和脱水液凝胶久置时, 会出现体积缩小, 并有水或水溶液渗出, 这种变化叫离浆 离浆实际上就是液凝胶向干凝胶自动转化的一种现象 液凝胶中自由水多, 凝胶网络塑性大, 可流动, 所以其内部的水分会扩散 转移, 使凝胶网络趋向更稳定的状态 例如, 肉冻久置后会发现固形部分与水开始分层, 这就是离浆 又如, 豆腐在室温下自动脱水干燥也是这种现象 液凝胶也可通过外力脱水转变为干凝胶, 如用压力挤压豆腐, 使之结实, 或者加热烘干成豆干制品等都是液凝胶向干凝胶转变的例子 ( 五 ) 蛋白质的乳化性质 1 畅乳化和乳化液互不相溶的两种液体, 一种以小液珠 ( 直径为 0 畅 05 ~ 1μm) 形式分散到另一种中去的现象称为乳化, 形成的这种粗分散体系叫乳化液 其中, 被分散的液体构成乳化液的不连续相 ( 内相 ), 分散介质构成连续相 ( 外相 ) 当液珠直径大于 0 畅 1μm 时, 为蓝白 乳白不透明分散体系, 与牛奶相同, 所以称这种分散体系为乳化液 食品中水和油是两种互不相溶的液体, 它们能够形成各种乳化液 当内相是油时, 称为水包油乳化液 (O/W 型 ), 如牛奶 奶汤 冰淇淋 肉糜等 ; 当内相是水时, 称为油包水乳化液 (W/O 型 ), 如奶油等 这两种乳化液的性质不同, 在烹饪中各自有其重要应用 例如, 与油包水乳化液相比, 水包油乳化液的外相中的水仍然可作为溶剂, 因此口感无油腻味 另外, 水包油乳化液黏度小, 透明度高, 能溶解呈味成分, 从而在烹饪中可呈现 奶汤 的独特风味 2 畅乳化剂原理因为水和油是互不相溶的液体, 而乳化是油和水彼此分散, 这个过程不是自动过程, 形成的乳化液是不稳定的, 分散的液珠会重新聚集, 乳化液会自动向油和水彼此分离而破乳的方向变化 乳化剂是能降低界面张力, 增大乳化液稳定性的化学成分 乳化剂在分子结构上具有极性亲水基团如 COO H SO3 Na N H 2 等和非极性疏水基团如脂肪烃链 ( R) 因此它是两亲性物质, 能够被界面吸附并降低界面张力, 起到稳定乳化液的作用 在蛋糕 面包 饮料 点心制作中经常使用乳化剂, 其品种很多, 如单甘酯 卵磷脂 硬脂酰乳酰乳酸钠 (SSL) 蔗糖脂肪酸酯等 其中, 卵磷脂是烹饪上用得最多的天然乳化剂, 用于西餐凉菜沙拉的调味汁就是用蛋黄卵磷脂的乳化性制成的, 称为马乃司 ( 蛋黄酱 ) 33

43 烹饪化学 3 畅蛋白质的乳化功能 一般来说, 蛋白质的溶解度越高就越容易形成良好的乳状液 可溶性蛋白的乳化能 力高于不溶性蛋白的乳化能力 大多数蛋白质在远离其等电点的 ph 条件下乳化作用更 好 蛋白质一般对 W/O 型乳化液的稳定性较差, 更适宜乳化成 O/W 型乳状液 这是 因为大多数蛋白质的强亲水性会使大量被吸附的蛋白质分子位于界面的水相一侧 例 如, 大豆 蛋黄含脂肪多, 但它们的蛋白质有乳化功能, 使这些脂肪与水形成水包油型 乳化液, 这些食品中的脂肪不易渗出, 其口感也无油腻感 ( 六 ) 蛋白质的起泡性及稳泡性 1 畅泡沫和起泡性 泡沫是气体分散在黏稠液体或半固体中形成的分散体系 其中, 气体是分散相, 液体 是分散介质 常见的食品泡沫有蛋糖霜 蛋泡 蛋糕 蛋糕的其他饰料 啤酒泡沫 冰淇 淋 面包及烹饪加热奶 豆浆和肉类的泡沫热凝物等 分布均匀的细微气泡可以使食品具 有细腻和松软感 产生泡沫的途径有 : 鼓泡法 ( 如利用气喷头和加热含溶解气体的液体 ) 突然解除预先加压于溶液的压力 ( 如啤酒泡沫 ) 搅打 ( 搅拌 ) 或振摇法 ( 如打蛋泡 ) 起泡性是指液体在外界条件作用下, 生成泡沫的难易程度 泡沫的稳定性是指泡沫 生成后的持久性, 即泡沫寿命的长短 液膜能否保持恒定是泡沫稳定的关键, 这就要求 液膜有一定强度, 能对抗外界各种影响而保持不变 蛋白质 皂素以及其他类似物质的 水溶液有很高的表面黏度, 所以, 可以形成相当稳定的泡沫, 甚至有些泡沫的表面膜具 有半固体性质, 如蛋糖霜, 这种泡沫是不容易破灭的 2 畅食品蛋白的起泡性 蛋白质能降低表面张力, 形成一层黏结 富有弹性而不透气的蛋白质膜, 能较长时 间保持泡沫不破灭 另外, 蛋白质在液膜中的存在大大提高了液体的黏度, 液体的流动 性减小, 对泡沫的稳定也有益 例如, 加热煮沸汤时, 能形成许多泡沫, 这就是因为加 热使蛋白质变性, 它的疏水部分与气体相接触, 亲水部分仍在水中, 而且变性又使蛋白 质分子间凝固在一起, 包裹一些气体, 形成了泡沫 蛋清蛋白在搅打时, 混进空气泡后, 被吸附在气泡表面的蛋白质分子发生变性, 导 致界面膜的形成, 呈现出起泡性, 随着搅打泡膜增厚 硬化而稳定 所以, 蛋白质不仅 有起泡性, 更重要的是还有稳泡性 具有良好发泡性质的蛋白质还有血红蛋白 血清蛋白 乳清蛋白 明胶 酪蛋白 小麦蛋白 ( 特别是麦谷蛋白 ) 大豆蛋白和某些蛋白质的低度水解产物, 而蛋清蛋白常 作为比较各种蛋白起泡力的参照物 科学出版社职教技术出版中心 34

44 第二章组成食物的化学成分 糖类可稳定泡沫, 但脂类会损害蛋白质的起泡性 在打蛋白发泡时, 应避免含脂高的 蛋黄, 以免消泡 脂类 高级醇 脂肪酸及酯 酸 钙或镁盐 磷脂等都可作为消泡剂 第三节糖 类 糖类是自然界最丰富的有机物质, 占自然界生物物质的 3/4, 从细菌到高等动物都含有糖类化合物 糖与蛋白质 脂肪构成了生物界三大基础物质 植物体中糖含量约占干重的 50 % ~ 80 % 糖类对食物的各种属性有重要影响, 在烹调中糖类的作用非常重要 一 糖类的化学定义和分类 ( 一 ) 糖的化学定义从化学结构的特点来说, 糖是多羟基醛 多羟基酮以及它们的缩合物 早期发现的一些糖类化合物的分子式中 H 与 O 的比例恰好与水相同, 都为 2 1, 好像这类化合物是由碳和水组成的, 表达式为 C x ( H2 O) y, 因此采用碳水化合物这个术语 ( 二 ) 糖的分类糖类分为单糖 低聚糖和多糖 1 畅单糖单糖是不能水解的多羟基醛或多羟基酮, 是其他糖类的基本构成单位, 其分子可以是链状, 也可以是环状结构 ( 图 2 畅 13) 根据碳原子数目的多少, 可将单糖分为丙糖 ( 含三个碳原子的糖 ) 丁糖 ( 四碳糖 ) 戊糖 ( 五碳糖 ) 己糖 ( 六碳糖 ) 等 按羰基类型不同, 单糖又可分为醛糖和酮糖 自然界以己糖分布最广 食物和烹饪加工中重要的单糖有 : 葡萄糖 果糖 甘露糖 半乳糖 核糖和山梨糖等 图 2 畅 13 D 唱葡萄糖链状 环状分子结构示意图 35

45 烹饪化学 2 畅低聚糖 低聚糖又叫寡糖, 是由 2 ~ 10 个单糖分子脱水缩合, 通过糖苷键 ( 甙键 ) 生成的化 合物 它们完全水解后可得到相应分子数的单糖 低聚糖根据聚合度的不同又分为二糖 ( 双糖 ) 三糖 四糖等, 其中以二糖的分布最广, 以蔗糖 麦芽糖和乳糖最为重要 3 畅多糖 多糖又称高聚糖, 是由少则几十个, 多则几千上万个单糖及其衍生物脱水缩聚的产 物, 它们都是高分子化合物, 水解后可得到一系列聚合度较低的寡糖或其组成单糖 根 据组成单糖的种类不同, 多糖又可分为同多糖 ( 多糖分子由同一种单糖组成, 如淀粉 纤维素 糖原等 ) 和杂多糖 ( 由两种或两种以上的单糖及其衍生物组成, 如半纤维素 果胶 琼胶 黏多糖 魔芋甘露聚糖等 ) 食物中重要的多糖有淀粉 纤维素 半纤维 素 果胶以及一些在食物中广泛作为凝固剂来使用的植物胶质 另外, 氨基多糖 微生 物多糖也在食物中存在 二 低分子糖类的性质及应用 低分子糖类 ( 单糖和低聚糖 ) 在烹饪中的应用主要表现为着色 保存 赋型和调味 四个方面, 这些应用的基础是它们的理化性质 ( 一 ) 糖的强亲水性和高溶解性 糖分子含有大量羟基, 与水能够形成氢键, 所以它们是强亲水性物质, 而且单糖和 低聚糖是低分子物质, 因此各种糖都能溶于水, 特别是食物和烹饪中常见的单糖和低聚 糖, 其溶解度高, 能够形成高浓度的溶液, 这在食物的有机成分中是罕见的 糖的溶解 度主要受温度影响, 而与酸 碱 盐等电解质关系不大 ( 表 2 畅 11) 糖 温度 表 2 畅 11 糖的溶解度 质量浓度 / % 溶解度 /kg 质量浓度 / % 溶解度 / kg 质量浓度 / % 溶解度 /kg 质量浓度 / % 溶解度 / kg 果糖 78 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 58 葡萄糖 46 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 畅 76 蔗糖 66 畅 畅 4 68 畅 畅 3 70 畅 畅 1 72 畅 畅 4 解度 糖在食物中和烹饪中保存 赋型和调味的应用原理就是利用它们的强亲水性 高溶 1 畅甜味功能 科学出版社职教技术出版中心 甜味是低分子质量糖的重要性质 高溶解度形成高浓度的溶液, 这是产生甜味的基 36

46 第二章组成食物的化学成分 础 具备高溶解度 高溶解速度的糖, 其甜味纯正 灵敏, 很快达到最高甜度, 而且甜味消失迅速 2 畅保存功能糖溶液因为浓度可以达到很高, 在糖渍食物中 A w 低 渗透压大, 能防止微生物生长, 而且固体糖的吸湿性也能够降低密实食品组织的自由水含量, 对食物的保存具有重要作用 从表 2 畅 11 可看出, 在室温附近时, 果糖和蔗糖浓度都较高, 可以防止微生物的生长 3 畅赋型功能低分子糖溶液浓度愈大, 黏度也愈大 例如, 在点心生产蛋糖霜中就大量用蔗糖来增大黏度, 稳定蛋泡 根据实验, 蔗糖的黏度在低温阶段 (20 ~ 70 ) 内随温度升高而降低, 但继续升温, 黏度上升, 尤其在饱和 过饱和溶液时, 其黏度随温度升高而迅速升高, 产生胶质状糖膏, 在烹饪中可利用此特性来穿糖衣 挂糖霜 拔丝等 糖类亲水功能的另一个重要应用是对面团结构进行改良 例如, 饴糖 玉米糖浆或转化糖等有较强的吸湿性, 对保持糕点的柔软性和贮存具有重要作用 面团中加入糖浆, 由于糖的吸湿性和高亲水性, 会产生反渗透作用, 从而降低面粉蛋白质胶粒的胀润度, 限制面团中面筋的形成, 使弹性减弱 在烹饪中, 糖的结晶性对控制食品的质构有帮助 淀粉糖浆 饴糖及转化糖是葡萄糖 低聚糖和糊精的混合物, 由于糊精具有较大的黏稠性, 这类制品不能结晶, 同时还可作为糕点制品生产中的抗晶剂, 可防止蔗糖分子的结晶返砂作用 在挂浆类的糕点品种中, 单纯用蔗糖熬制的糖浆, 挂浆后易使点心表面在冷却后出现结晶的白霜, 影响糕点质量, 若在熬糖时加入一定量的饴糖或淀粉糖浆, 则可以起到防止蔗糖结晶的作用, 从而保持产品质量 ( 二 ) 焦糖化反应 1 畅焦糖化反应的概念糖类在没有氨基化合物存在下, 加热至其熔点以上时, 会变为黑褐色的深色物质, 并产生特别的香气, 这种作用称为焦糖化作用 焦糖化作用的结果生成两类物质 : 一类是糖脱水聚合物, 俗称焦糖或酱色 ; 一类是降解产物, 主要是一些挥发性的醛 酮等 ( 图 2 畅 14) 它们将给食物带来悦人的色泽和风味 ( 如油炸食品 焙烤食品等 ), 但若控制不当图 2 畅 14 焦糖化反应图示也会给制品带来不良影响 37

47 烹饪化学 2 畅影响焦糖化反应的因素 影响焦糖化作用的因素主要是糖的种类 加热温度 ph 和共存物 一般晶体糖的焦糖化作用明显, 还原糖易氧化, 焦糖化产物对食品品质不好, 高分 子质量的淀粉等多糖无明显焦糖化作用 不过, 所有糖在强热下都会脱水 炭化 温度偏高时, 以裂解反应占主要, 焦糖香味浓烈 ; 温度偏低时, 以脱水反应为主, 不过对颜色并无较大影响 烹饪加工中要使熬制的糖在色 香 味方面俱佳, 应该利用 焦糖化作用在不同温度时反应不同这一特点 ph 影响焦糖化的效果明显 碱性时焦糖化快, 焦糖化过程中分解产物增多, 对气 味影响大 强酸性时, 糖不经加热也能褐变, 焦糖化脱水反应更快, 对迅速上色有 好处 铵盐 有机酸 金属离子 ( 如铁 铜 ) 等均能催化焦糖化作用, 氧的作用不明显 另外有氨基化合物存在时, 褐变也很容易进行, 这与另一类反应 羰氨反应有关了 3 畅焦糖化反应在烹饪中的应用 首先, 焦糖化作用是加热食物褐变的主要原因之一, 能使食物颜色变深 烹饪中通 过提高加热温度来为菜肴增色, 焙烤 油炸 煎炒中食物的着色变化等都是利用的这个 原理, 给烤制品涂糖液 烹饪中的走红等更是直接利用焦糖化作用, 烤鸭 烤乳猪等深 色菜肴表面的着色 炒咖啡中特殊香气和深色的形成也都与焦糖化反应关系密切 其次, 焦糖化作用也产生焦糖香气香味, 对改善食品风味起重要作用 最后, 焦糖化作用还能改善食品质构, 减少水分, 增强食品抗氧性和防腐能力 ( 三 ) 羰氨反应 1 畅羰氨反应概述 羰氨反应是羰基化合物与氨基化合物经过脱水 裂解 缩合 聚合等反应, 生成 深色物质和挥发性成分的一系列反应的总称 因为最初是由法国化学家美拉德发现, 故又称为美拉德反应 食物中的羰基化合物包括醛 酮 单糖以及多糖分解或脂质 氧化生成的羰基化合物, 氨基化合物包括游离氨基酸 肽类 蛋白质 胺类等 它 们广泛存在, 几乎所有食品中都含有, 所以食品都有可能发生美拉德反应 2 畅羰氨反应的过程和机理 羰氨反应的反应机理和过程复杂, 为三个阶段 : (1) 初期阶段 主要特征为有少量水分产生, ph 也下降, 但从食物表面, 并无多 大变化, 没有色素产生 这一阶段的化学反应有羰氨缩合和分子重排 科学出版社职教技术出版中心 38

48 第二章组成食物的化学成分 (2) 中期阶段 主要特征为有明显气味产生, 还原物增多 主要变化途径有三条 : 第一, 经过 1, 2 唱烯醇化途径生成 H M F ( 羟甲基糠醛 ) H M F 含量积累到一定时会快速进入反应末期产生褐变, 也能分解成活性更大的物质 第二, 经过 2, 3 唱烯醇化途径形成还原酮 还原酮具有还原性, 能进一步发生分解 缩聚等反应 第三, 经过斯特勒克降解, 产物 α 唱二羰基化合物与氨基酸继续反应生成能挥发的醛和氨基还原酮 R R C O + N H 2 CH COO H C N H 2 + R CH O + CO2 C O R C O R R α 唱二羰基物氨基还原酮醛氨基还原酮可生成吡嗪类物质 ( 加热香味的主要成分和特征成分 ) 其形成过程为 : R3 C C N H 2 O H + H O N H 2 R4 C C Δ R3 R1 N N R4 R2 + 2H 2 O R1 R2 (3) 终期阶段 通过醇醛缩合 醛胺缩合形成高分子质量的有色物质 类黑色素, 它是中期阶段各种产物的随机缩聚产物, 分子质量不定, 而且往往与蛋白质中赖氨酸共价交联, 形成含蛋白质的黑糊精 这个阶段最明显的特征是颜色迅速变深, 不溶物增加, 黏接性增大 3 畅羰氨反应对食物品质的影响以及在烹饪中的应用羰氨反应可以给食品与菜肴的色泽 风味 营养价值等品质带来深刻的影响, 这些影响有好有坏, 其主要表现是 : (1) 羰氨反应是食物褐变的主要类型 加热食品的上色机制主要就是羰氨反应, 如烤面包 烤制干货 炒料 炸煸类菜肴等, 但有些食物会因羰氨褐变带来品质下降, 如奶粉等需久储食物的颜色变劣就与它有关 最近, 有些国家已专门生产褐变产物 类黑色素作为食品添加剂使用 (2) 羰氨反应是食物风味产生的主要化学反应 通常由于加热 ( 如焙烤等 ) 会产生一些特征风味物质 例如, 在焙烤面包 点心 烧饼时常要刷蛋脸, 以促进其着色 产生光泽并且获得诱人的焙烤香气 又如, 当还原糖同氨基酸 蛋白质或其他含氮化合物一起加热时发生羰氨反应产生褐变产品, 包括可溶与不可溶的聚合物, 如酱油与面包皮 (3) 羰氨反应是食物加工中主要的工艺化学反应 羰氨反应对食物的质构 ( 如水溶 39

49 烹饪化学 性 黏结性和固型 ) 起到一定作用, 同时它能提高食物稳定性, 增强食物抗氧化能力 因为羰氨反应褐变中间产物 ( 如醛 ) 以及最终产物 类黑色素都具有一定的抗氧化作 用, 可抑制油脂的氧化 (4) 羰氨反应对食物营养价值 安全性有直接的 重大的影响 应该看到食物加热 后, 色 香 味 型的确改善了, 但由于羰氨反应使氨基酸受损, 往往又导致食物的营 养卫生水平降低 羰氨反应对食物中最重要的必需氨基酸 赖氨酸有很大的破坏作 用, 而且蛋白质分子被交联黏结, 造成营养吸收受到阻碍 另外, 羰氨反应不仅影响蛋 白质, 还严重影响糖 脂等营养成分 羰氨反应中产生的某些物质, 如对人体有致突变 作用的杂环胺等, 是对人类健康的最大威胁之一 总之, 烹饪中在利用羰氨反应来改善食物色 香 味等感观质量的同时, 更要照顾 到食物的营养卫生水平, 提倡科学的烹饪方法 4 畅羰氨反应的影响因素和控制 羰氨反应的影响因素包括 : 反应物和环境 外界环境因素主要有 ph 温度 水 分 氧和某些褐变阻剂等 1) 温度的影响 羰氨反应受温度影响比较大, 温度每差 10, 其褐变速度差 3 ~ 5 倍 烹饪中火候 的控制对菜肴色香味的影响很大, 这与温度影响羰氨反应有关 一般来说, 因反应速度 受温度变化影响大, 所以在技术上准确控制羰氨反应较困难, 这也是烹饪中火候难控制 的原因之一 羰氨反应一般在 30 以上褐变较快, 而 20 以下则进行较慢, 在 10 以下能较好 地抑制反应, 所以许多食物可用冷冻保存 不过, 有些食物, 特别是油脂类食物, 在冻 藏时, 因局部浓缩效应, 仍要褐变, 如鱼肉 乳品 蛋粉等 2) ph 的影响 在 ph4 ~ 9 范围内, 羰氨反应随 ph 的增加而加快, ph 过高或过低, 都不易褐变 在 ph6 ~ 7 时, 最适宜羰氨反应, 这恰好是大多数食物的 ph 泡酸菜因 ph 低, 不易 褐变, 即使炒泡菜也不易褐变 3) 水分的影响 水分在 10 % ~ 15 % 时羰氨反应最容易发生, 完全干燥情况下, 反应难进行 容易 褐变的奶粉或冰淇淋粉的水分需控制在 3 % 以下才能抑制褐变反应 而液体状食物, 虽 水分较高, 可能由于基质浓度较低, 其褐变反应较缓慢 干制猪肉制品虽然水分较低, 但能加速油脂的氧化, 所以能促进褐变 ( 油烧 ) 的发生 4) 褐变阻剂 科学出版社职教技术出版中心 一些物质能抑制羰氨反应, 起到防止食品褐变的作用, 这类物质叫褐变阻剂 最 常用的是亚硫酸盐 酸式亚硫酸盐等 一些钙盐 镁盐有时也作为抑制羰氨反应的 40

50 第二章组成食物的化学成分 试剂, 主要是利用氨基酸与 Ca 2 + 或 M g 2 + 能形成不溶性盐来阻止与羰基的接近从而避免反应 三 淀粉 ( 一 ) 淀粉的结构淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成, 一般是由约 20 % 的直链淀粉和约 80 % 的支链淀粉组成的混合物 其比例因食品种类和来源的不同而不同 直链淀粉和支链淀粉的结构单位都是 α 唱 D 唱葡萄糖 直链淀粉的分子是由许多 α 唱 D 唱葡萄糖经过 α 唱 1, 4 唱糖苷键反复连接而成的线形高分子化合物 ( 图 2 畅 15) 直链淀粉分子的聚合度为 300 ~ 1000, 其相对分子质量约为 ~ 天然直链淀粉分子的空间结构并非是完全伸展成直线型的, 而是卷曲成螺旋状的, 结构比较紧密 图 2 畅 15 直链淀粉的结构 支链淀粉的分子中有一个较长的主链, 在主链上又分出许多支链 主链 支链的葡 萄糖之间都以 α 唱 1, 4 唱糖苷键相连接, 但分支处为 α 唱 1, 6 唱糖苷键 ( 图 2 畅 16) 图 2 畅 16 支链淀粉的结构 支链淀粉分子的聚合度较大, 约在 1000 ~ 6000 之间, 所以, 一般支链淀粉的相对 分子质量比直链淀粉大得多, 支链淀粉分子的结构和形状见图 2 畅 17 41

51 烹饪化学 ( 二 ) 淀粉的存在状态淀粉是存在于植物中的一种贮藏多糖 淀粉在植物贮能器官 ( 块根 块茎 果实 种子等 ) 中以淀粉粒的形态存在于植物细胞中 天然淀粉呈颗粒状, 不同植物种类的淀粉粒的形状和大小各不相同 ( 图 2 畅 18), 大体上有卵形 圆球形 椭圆形和多角形等几种, 直径在 2 ~ 150μm 之间 如马铃薯的淀粉粒呈卵形 小麦淀粉粒呈球形 大米淀粉呈多角形, 其中以马铃薯淀粉粒最大 (20 ~ 120μm), 大米淀粉粒为最小 (2 ~ 10μm) 图 2 畅 17 支链淀粉结构示意图 ( 每一个圆圈代表一个葡萄糖单位 ) 图 2 畅 18 不同来源淀粉泣的显微形态 ( 约 300 倍 ) 一般来说, 地下淀粉多为大而圆滑的颗粒 ( 如马铃薯 ), 比较疏松, 含较多的无机 盐, 特别是磷酸盐 地上淀粉多为小且有棱角的颗粒 ( 如米 ), 比较紧密, 含较多的蛋 白质, 这一点与其生物合成条件有关 ( 图 2 畅 18) 淀粉粒中, 除含有淀粉外, 还有蛋白质 无机盐等成分 其中, 直链淀粉主要在淀 粉粒内部, 支链淀粉在外层, 像网一样地将直链淀粉与其他物质包裹在里面 在黏性较 大的植物如糯米中, 就含有较多的支链淀粉 淀粉粒中的淀粉大多数是宏观上无序的无 定性状态, 但有些淀粉分子排布得比较有序, 形成一定的晶体结构, 它们是淀粉粒结构 最稳定的部分 ( 三 ) 淀粉的性质 淀粉为白色粉末, 是无定形状态物质, 在加热制熟前不易消化, 这种淀粉可称为生 淀粉 (β 唱淀粉 ) 生淀粉以淀粉粒形态存在, 在冷水中吸水性小 分散性差, 它与冷水 混合的体系, 如湿淀粉 勾芡挂糊用的水豆粉等, 实际上是淀粉并未完全溶解, 仅是分 散于水中的一种悬浮液状态 淀粉很易水解, 在水中加热或加入酸, 淀粉能完全水解为 D 唱葡萄糖 与蛋白质水 解一样, 淀粉水解也是一个逐步进行的过程, 其不同水解程度的产物见下式 : 淀粉糊精 ( 紫色糊精红色糊精无色糊精 ) 麦芽寡糖 ( 三糖, 二糖 ) 葡萄糖 高分子产物 : 胶体性 ( 黏稠 ) 还原性 科学出版社职教技术出版中心 低分子产物 : 甜味性 发酵性 还原性 结晶性 42

52 第二章组成食物的化学成分 糊精是淀粉不同水解程度的产物, 有还原性, 能溶于水, 具黏性 麦芽糖又称为饴糖, 是淀粉水解成具有甜味成分的一个标志 淀粉糖浆实际上就是淀粉不完全水解的高分子和低分子产物的混合物, 包括葡萄糖 低聚糖和各种糊精 这种混合物在食品中有广泛应用, 它一方面有甜味, 另一方面又有一定黏性, 控制好不同的水解程度, 就可得到所需的甜性 黏性等品质 淀粉酶能高效 快速地水解淀粉 ( 四 ) 淀粉的糊化 1 畅淀粉糊化的概念和本质天然淀粉在水中加热到一定温度时, 形成有黏性的糊状体 ( 胶体 ) 的现象称为淀粉的糊化 发生糊化时所需的温度称为糊化温度 ( 表 2 畅 12) 糊化作用的本质是淀粉颗粒中有序态 ( 晶态 ) 和无序态 ( 非晶态 ) 的淀粉分子之间的氢键断裂, 分散在水中形成亲水性胶体溶液 表 2 畅 12 淀粉的糊化温度 淀粉种类 糊化温度 / 开始糊化中间完全糊化 马铃薯 甘薯 玉米 小麦 大米 高粱 糊化后的淀粉又称 α 唱淀粉, 即烹饪加工后的 熟 淀粉 淀粉的熟化又叫 α 唱化 淀粉和淀粉糊的一般性质可见表 2 畅 13 表 2 畅 13 一些淀粉颗粒和淀粉糊的一般性质 性质 普通玉米淀粉 蜡质玉米淀粉 高直链玉米淀粉 马铃薯淀粉 木薯淀粉 小麦淀粉 颗粒大小 ( 主轴 )/μ m 2 ~ 30 2 ~ 30 2 ~ 24 5 ~ ~ 35 2 ~ 55 相对黏度 中等 中等高 非常低 非常高 高 低 淀粉糊流变性质 短 长 ( 黏 ) 短 很长 长 ( 黏 ) 短 淀粉糊透明度 不透明 非常轻微混浊 不透明 清澈 清澈 不透明 胶凝与老化倾向 高 非常低 非常高 中至低 中等 高 脂肪 / % 0 畅 8 0 畅 2 0 畅 1 0 畅 1 0 畅 9 蛋白质 / % 0 畅 35 0 畅 25 0 畅 5 0 畅 1 0 畅 1 0 畅 4 磷酸 / % 0 畅 00 0 畅 00 0 畅 0 0 畅 08 0 畅 00 0 畅 00 风味 谷物 ( 稍微 ) 清香味 轻微 清淡 谷物 ( 稍微 ) 43

53 烹饪化学 淀粉的糊化过程可分为三个阶段 1) 可逆吸水阶段此阶段, 未达到糊化温度, 水分子只是进入淀粉粒内的非结晶区域, 淀粉粒外形基本不变 此时如将淀粉粒取出进行干燥脱水, 仍可恢复原状, 因此这一阶段的吸水变化是可逆的 例如, 淘过的米晾干后仍然是米而不是饭 2) 不可逆吸水阶段当加热升高到糊化温度时, 淀粉粒内部的晶体结构会 融化, 水分子进入淀粉粒的内部, 整个淀粉粒不可逆地大量吸收水分, 体积可快速膨胀到原来体积的 50 ~ 100 倍, 淀粉悬浮液迅速变成黏稠的胶体溶液 这时的淀粉已无法恢复原有状态, 理化性质也与原来的淀粉粒不同, 所以这一阶段叫不可逆吸水阶段, 图 2 畅 19 3) 淀粉颗粒解体阶段 图 2 畅 19 溶胀前后淀粉分子形态示意图 淀粉颗粒解体阶段, 由于温度继续升高, 此时有更多的淀粉分子溶解于溶液中, 淀 粉粒完全解体, 淀粉分子全部进入溶液 2 畅淀粉糊化在烹饪中的应用 淀粉糊化, 又称淀粉 α 唱化, 是粮食 薯类等高淀粉食品在烹饪加工中最重要的 变化 煮饭 蒸馒头 烤面包等加工过程, 都有淀粉糊化作用发生 淀粉类食品的 生 熟 是根据其糊化的程度来判断的 随着糊化作用的进展, 晶体淀粉的结构逐渐失去, 淀粉分子之间存在大量的水, 淀粉分子呈零散的 扩张的状态, 因此易受淀粉酶的作 用, 人体才容易消化它们 例如, 生的面粉和熟的饼干, 虽然都缺乏水分, 但二者入口 后吸水变软, 溶解化渣的快慢及难易程度明显不同, 因此前者是生, 后者是熟 糊化淀粉与水形成的淀粉胶体具有黏性, 实际中可作为浆糊来黏结物品 淀粉糊还 具有进一步吸附别的分子的能力, 也有一定的透明性 胶凝性等 这些特性使淀粉糊化 在烹饪中得到广泛的应用 例如, 用淀粉来挂糊 上浆 勾芡以及制作粉丝 粉皮 凉 粉等 3 畅影响淀粉糊化的因素 影响淀粉糊化的因素包括淀粉自身的特点 加工条件等 科学出版社职教技术出版中心 44

54 第二章组成食物的化学成分 1) 淀粉自身特点淀粉粒的大小 密实程度和直链淀粉 支链淀粉的含量比例是影响淀粉糊化最重要的因素 一般来说, 地下淀粉含更多无机盐, 容易溶于水, 比地上淀粉易糊化 ; 与直链淀粉相比, 支链淀粉也容易糊化, 而且糊化后的黏稠性可以很快达到最高 2) 加工条件加热温度和加热方式 水 共存物等会影响淀粉的糊化作用, 其中, 必要条件是水和热 (1) 加热温度 淀粉糊化中, 涉及到晶体淀粉的瓦解, 所以糊化时的加热温度必须要达到其 熔点, 这个温度称为糊化温度 因各种淀粉粒的大小不同, 所以淀粉的糊化温度是一个温度范围 (2) 水 在常压下, 水分在 30 % 以下时难于完全糊化, 这是由于先糊化的部分吸收周围的水分, 使后糊化的部分水分不足的缘故 淀粉糊化是无限溶胀 ( 即溶解 ), 水量没有上限 因此, 煮饭的关键就是控制好加入的水量, 水多, 米饭自然就软 (3) 温度和水的共同作用效应 淀粉糊化温度不是固定不变的, 它与淀粉中含水多少有关 当淀粉中含水多时, 糊化温度会降低 ; 当淀粉中含水少时, 糊化温度会增高 当含水量很少, 水分几乎都为结合水时, 糊化温度会超过 100, 甚至个别品种, 如干高直链品种的玉米籽中的淀粉, 糊化温度会达到 160 以上 烹饪加工中, 可以利用强热或干热方法来加工这些淀粉 油炸 烘焙等干热加工时, 淀粉原料会出现膨化现象, 如爆玉米花 炸虾片, 这是因为它们的糊化温度高于水的沸点, 所以, 当温度超过 100 但未达到其糊化温度时, 大量水汽被限制在紧密组织的内部, 当温度继续升高到糊化温度时, 因糊化, 紧密组织松弛, 在水气的高压下便会膨胀 (4) 共存物 食物中存在的脂类以及与脂类有关的物质 ( 脂肪酸等 ), 也会影响淀粉的糊化 例如, 面包中的脂肪含量低, 其中 96 % 的淀粉可被完全糊化, 馅饼皮和烤饼是高脂肪 低水分食品, 其中含有大量未糊化的淀粉 添加糖可以降低淀粉糊的黏度和凝胶强度 蛋白质发生变性放出了所持有的水分, 所以对淀粉的糊化作用抑制很弱 添加酸可降低淀粉糊的黏度, 也就是降低淀粉在烹饪中的增稠能力 碱非常有助于淀粉的糊化, 强碱在常温下就可使淀粉糊化 例如, 煮粥的过程中添加少量碱就可以使淀粉的糊化更容易 更充分 ( 五 ) 淀粉的老化 1 畅老化的概念与实质糊化的淀粉糊在室温或低于室温下放置后, 硬度会变大, 体积缩小, 会变得不透明, 甚至凝结而沉淀, 这种现象称为老化, 也叫凝沉作用, 如面包 馒头等在放置时变 45

55 烹饪化学 硬 干缩, 主要就是因淀粉糊老化的结果, 行业上叫 返生 老化作用的实质是 : 糊 化后的淀粉分子逐渐地 自动地由无序态排列成有序态, 相邻淀粉分子间的氢键又逐步 恢复, 排挤出其中的一些水分, 失去与水的结合后, 从而形成致密且高度晶化的淀粉分 子束 2 畅老化与糊化的关系 老化过程可看作是糊化的逆过程, 但是老化不能使淀粉彻底复原到生淀粉 ( β 唱淀 粉 ) 的结构状态, 它比生淀粉的晶化程序低, 图 2 畅 20 表示老化与糊化的关系 图 2 畅 20 淀粉老化与糊化的关系 3 畅影响淀粉老化的主要因素 淀粉的老化受淀粉的种类 组成 含水量 温度 共存物质等因素的影响 一般来说, 有利于糊化的因素 不利于老化 1) 淀粉的种类 一般是直链淀粉较支链淀粉易于老化 直链淀粉越 多, 老化越快 支链淀粉老化则需要较长的时间, 所以含支链淀粉多的糯米或糯米粉制 作的食品, 不容易发生老化现象 一般地上淀粉 ( 如玉米 小麦中的淀粉等 ) 较地下淀 粉 ( 如马铃薯 甘薯中的淀粉等 ) 容易老化 常见淀粉老化顺序为 玉米 > 小麦 > 甘薯 > 土豆 > 木薯 > 黏玉米 例如, 绿豆淀粉含直链淀粉达 33 %, 是制作优质粉丝的好原料, 由于该淀粉易发 生老化, 因而产品抗煮性, 有较强的韧性, 表面富有光泽, 加热后不易断碎, 口感有 韧劲 2) 含水量 食物含水量在 30 % ~ 60 % 时最易老化 多数烹调的熟食含水量均在易老化的这个 范围内 例如, 面包含水量为 30 % ~ 40 %, 馒头含水量为 40 % ~ 55 % 左右, 米饭含水 量为 60 % ~ 70 %, 当食物冷却后, 它们会出现 返生 现象, 使口感变硬 含水量在 60 % ~ 70 % 以上时, 老化变慢 例如, 稀粥中的淀粉就难老化 在食物的含水量低于 10 % ~ 15 % 时, 基本不发生老化 又如, 饼干含水量一般低于 5 % ~ 7 %, 若密封保存, 较长时间也不会发生老化, 仍保持酥脆 方便面和方便米饭的制作中就利用了这个原 理, 即将糊化了的米或面, 急速脱水, 这样既可以在较长时间内保存, 又不易发生 老化 3) 温度 老化作用最适宜温度为 2 ~ 4, 大于 60 或小于 - 20 都不发生老化, 如速冻饺 子 速冻包子就是依据于此原理 科学出版社职教技术出版中心 46

56 第二章组成食物的化学成分 四 烹饪加工中的其他多糖食物中的其他多糖主要有纤维素 半纤维素 果胶质 植物胶质, 它们与淀粉一样, 也能形成凝胶或溶胶, 但与淀粉不同, 它们大多无营养价值 在营养学中这些成分多属于膳食纤维的范畴 有关果胶质的内容可见第三章 1 畅纤维素纤维素是植物组织中的一种结构性多糖, 是组成植物细胞壁的主要成分, 对细胞壁的机械物理性能起着重要作用 植物中以棉花含纤维素最多, 麻 木材 稻草 麦秆以及其他植物的茎 秆中都含有大量的纤维素 纤维素的结构单位是 β 唱 D 唱葡萄糖 它和直链淀粉一样, 是无分支的链状分子, 但结构单位之间以 β 唱 1,4 唱苷键结合 纤维素的结构见图 2 畅 21 图 2 畅 21 纤维素的结构纤维素是白色纤维状固体, 不溶于水, 但能吸水膨胀 纤维素和淀粉一样不显示还原性, 水解比淀粉困难得多 人的消化道不能消化纤维素, 但食草动物却能消化它, 因为在食草动物的消化道里, 有一种特殊的微生物能够分泌出纤维素酶 2 畅半纤维素半纤维素是一类细胞壁多糖, 与纤维素 木质素 果胶物质共存于植物细胞壁中 半纤维素大量存在于植物的木质化部分, 如秸秆 种皮 坚果壳 玉米穗轴等, 其含量依植物种类 部位 老嫩而异 食品中最普遍存在的半纤维素是木聚糖 阿拉伯木聚糖, 其次还有木糖葡聚糖 半乳糖甘露聚糖等 半纤维素能提高面粉结合水的能力, 且有助于蛋白质与面团的混合, 增加面包体积和弹性, 改善面包的结构, 延缓面包的老化 3 畅植物胶质植物胶质是一类从植物中提取的具有胶黏性质的水溶性多糖, 这些多糖在食品工业 47

57 烹饪化学 中广泛用于食品增稠, 在烹饪中, 也愈来愈多地使用它们 例如, 用阿拉伯胶作稳定剂 用黄芪胶作增稠剂等 烹饪中使用得最多的是一些海藻胶类, 特别是琼胶 琼胶俗称凉粉 洋菜, 也叫琼脂, 是来自石花菜属及其他多种海藻的一种多糖胶质, 为无色 无定形固体, 可吸水膨胀 琼胶是糖琼胶和胶琼胶的混合物 琼胶不溶于凉水而溶于热水, 1 % 的水溶液在 35 ~ 50 可凝固成坚实凝胶, 熔点为 80 ~ 100, 可反复熔化与凝固 琼胶主要作稳定剂 胶凝剂和增稠剂 烹饪中的各种冻, 主要就是用琼胶制作的 ; 琼胶添加于冷冻食品中能改善食品质构, 防止脱水收缩 ; 利用其胶凝性质可制造琼脂软糖 ; 添加于果汁饮料 果酱及其汤汁中可增加黏度 ; 添加于焙烤食品和糖衣中可控制水分活度和推迟陈化 ; 在干酪中能起到稳定作用和形成适宜的质构 第四节脂 类 脂类具有独特的物理与化学性质, 在烹饪加工中, 作为食物的主要成分, 对加工工 艺 食物营养卫生和色 香 味都有很大的影响 一 脂类概述 ( 一 ) 脂类的化学概念和分类 脂类是一大类溶于有机溶剂而不溶于水的生物物质的总称 脂类分脂肪和类脂 脂 肪的化学结构是三酰甘油 ( 甘油三酯 ) 类脂主要有磷脂 固醇 蜡质等, 在营养和食 品中比较重要的有磷脂中的卵磷脂 脑磷脂, 固醇中的胆固醇 植物固醇 有时, 把溶 解于脂肪的色素 维生素 高级醇等也归入类脂中 食用油脂为各种脂肪的混合物 习惯上将室温下呈液态的叫做油, 呈固态的叫做 脂, 统称为油脂或脂肪 供食用的食品脂有两种形式, 一种是从植物和动物中分离出来 的 可见脂肪, 如奶油 猪油 起酥油 色拉油等, 高等动物体内, 脂肪一般都储存 于皮下结缔组织 大网肠 肠系膜等处 ; 另一种是作为基本食品的 隐性脂肪, 如乳 干酪或肉中的脂肪等 ( 二 ) 脂类的组成和分子结构 脂肪由甘油和脂肪酸构成 甘油即丙三醇, 它与脂肪酸形成的酯, 就是脂肪 ( 真 脂 ) 天然油脂都是各种三脂酰甘油分子组成的复杂混合物, 有时, 还可能存在二酯酰 甘油分子和单脂酰甘油分子 甘油三酯的形成及结构见图 2 畅 22 科学出版社职教技术出版中心 48

58 第二章组成食物的化学成分 图 2 畅 22 脂肪分子的形成和结构式 ( 三 ) 脂肪酸的种类不同的脂肪, 其脂肪酸的种类及组合不同 不同脂肪酸主要是其 R 的大小 结构不同, 即碳氢链的长度及不饱和双键的数目和位置不同 根据脂肪酸碳链中有无双键, 脂肪酸可分为 : 无双键的饱和脂肪酸 有双键的不饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸又分为单不饱和脂肪酸 多不饱和脂肪酸 根据脂肪酸碳链的长短, 脂肪酸也分为中链脂肪酸 短链脂肪酸 ( 也称低级脂肪酸 ) 和长链脂肪酸 ( 也称高级脂肪酸 ) 1 畅饱和脂肪酸天然脂肪中的饱和脂肪酸绝大多数都是偶数碳原子, 并且是直链的, 只有少数是例外 动植物脂肪中最常见的饱和脂肪酸是十六酸 ( 软脂酸 ) 与十八酸 ( 硬脂酸 ), 其次为十二酸 ( 如月桂酸 ), 十四酸 ( 如豆蔻酸 ), 二十酸 ( 如花生酸 ) 等 2 畅不饱和脂肪酸动植物脂肪中含有很多不饱和脂肪酸, 有的含有一个或多个双键, 少数脂肪酸有三键 不饱和脂肪酸的化学性质活泼, 稳定性差, 很容易发生氧化反应 所以, 不饱和脂肪酸对脂肪性质的影响比饱和脂肪酸要大得多 在动植物脂肪中常见的不饱和脂肪酸有 9 唱十八碳烯酸 ( 油酸 ) 9 12 唱十八碳二烯酸 ( 亚油酸 ) 唱十八碳三烯酸 ( 亚麻酸 ) 等 脂肪酸可以用符号缩写来表示 例如, 9 12 唱十八碳二烯酸 ( 亚油酸 ) 可写为 18 : 2 (9, 12), 其中 18 表示总碳原子数, 2 表示双键数目, 9 和 12 代表双键的位置 49

59 烹饪化学 ( 四 ) 类脂 1 畅磷脂磷脂存在于大多数的动 植物之中, 并且与油脂同时存在 卵磷脂是动 植物中分布最广的磷脂, 存在于蛋黄 脑 大豆等植物种子中, 因蛋黄中含量较多, 故名卵磷脂 磷脂的化学结构与甘油三酯十分相似, 是一种多元醇与脂肪酸和磷酸酯化而形成的化合物, 其磷脂部分又顺次与一个碱性含氮化合物结合在一起 磷脂的通式如下 : 从磷脂的分子结构看, 它具有典型的两亲性 : 一方面其碱基有亲水性 ; 另一方面其 脂肪酸烃基有憎水性, 所以磷脂是一种表面活性剂, 具有乳化功能, 可作为乳化剂 使用 2 畅固醇 固醇是一类不被皂化的结晶性中性醇, 属于环戊烷多氢菲的衍生物, 其中胆固醇在 食品中引起人们的许多注意 胆固醇性质稳定, 熔点很高, 不溶于水 酸或碱, 而溶于 乙醚 苯 丙酮等有机溶剂中 在烹饪及食品加工中胆固醇几乎不受破坏 胆固醇主要 存在于动物组织中, 在脑及神经组织中含量较高, 其次是家禽 蛋类, 此外, 动物内脏 及一些软体动物中也有一定的含量 二 油脂的物理性质 ( 一 ) 感官性质 1 畅色泽 单纯的脂肪及脂肪酸是无色的 动物性油脂中的色素物质含量较少, 所以动物性油 脂大多颜色较浅, 如猪油呈乳白色 植物油脂大多溶解有胡萝卜素 叶黄素 叶绿素等 脂溶性色素而呈一定颜色, 如棉籽油为红褐色 橄榄油为黄绿色 大豆油为浅琥珀色 花生油为黄色 芝麻油为深黄色 加热或存放过久, 油脂因酸败而变色 科学出版社职教技术出版中心 50

60 第二章组成食物的化学成分 2 畅口感正常的油脂具有滑润的油脂口感, 且无异味 黏度小 相对密度小的液态油脂有 轻 的油脂味, 一般都不使人产生油腻感, 但黏度大 相对密度大的液态油脂容易使人产生油腻感 不纯的油脂有一定的味道, 特别是酸败油脂会有苦涩味 辣苦味或麻苦味 3 畅气味烹饪中所用的各种油脂都有其特有的气味, 这和组成脂肪的脂肪酸有关 含低级脂肪酸 (C10 以下 ) 的油脂多有挥发性气味 此外, 气味还和油脂中所含有的特殊非脂成分的挥发性有关, 如芝麻油中的芳香气味被认为是乙酰吡嗪, 菜籽油中的特有气味是甲基硫醇 未经精制或脱臭不足的油脂可能常有各种各样的气味 ; 好闻的气味有温和味 清香味 浓香味 坚果味 奶油味等, 芝麻油属于浓香味型的, 不好闻的气味有豆腥味 霉味 泥土味 青草味 鱼腥味等 另外, 油脂长时间储存后, 脂肪酸发生氧化酸败, 分解生成低级的醛 酮 酸类, 这时油脂就会产生出脂肪酸败所特有的 哈味, 其食用价值和加工性能都要降低 ( 二 ) 热学性能及应用油脂加热时, 在三个温度点可发生明显的理化变化, 而且能被人的感官察觉, 这个特点可以作为油温判断的基本依据 这三个温度点分别是发烟点 闪点和燃点 1 畅发烟点发烟点是指油脂加热到表面明显冒出青烟时的温度 不同的油脂因组成的脂肪酸不同, 它们的发烟点也不相同 一般来说, 以含饱和脂肪酸为主的动物性油脂的发烟点较低, 而含不饱和脂肪酸的植物性油脂的发烟点较高 油脂的发烟点越低, 其工艺质量越差 烹调油的发烟点具有以下特点和规律 : 纯度下降, 发烟点也下降 所以精炼油脂比毛油发烟点高, 这是因为精炼程度低的油脂含有游离的脂肪酸, 有时还有外来物质及杂质, 如淀粉 糖等, 这些物质的存在都可以使油脂的发烟点降低 油脂长时间加热, 会发生分解, 产生一些低分子质量的醛 酮 酸等物质, 导致发烟点下降 同一种油脂随着加热次数的增加, 其发烟点越来越低 2 畅闪点和燃点闪点是指油脂在空气中加热发生不连续燃烧 ( 即闪火苗 ) 时候的最低温度 ; 燃点是指油脂在空气中加热发生连续燃烧时的开始温度 烹调油的闪点和燃点具有以下特点和规律 : 多数纯油脂的闪点比其发烟点高 60 ~ 70 ; 燃点又比其闪点高 50 ~ 70 所以, 51